книги из ГПНТБ / Хачатрян Х.А. Стабильность работы почвообрабатывающих агрегатов
.pdfX.А. Х А Ч А Т Р Я Н
СТАБИЛЬНОСТЬ РАБОТЫ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ
КОНТРОЛЬНЫЙ
Мо с к в а
«М А Ш И Н О С Т Р О Е Н И Е »
1974
9 , 1 |
St" Ш у / |
Х29
УДК 631.31 : 531.41
Хачатрян X. А. Стабильность работы почвообра батывающих агрегатов. М., «Машиностроение», 1974,
206с.
Вкниге изложены особенности движения тракто ров, тракторных агрегатов и сельскохозяйственных машин в различных условиях местности, погоды и кли мата. Рассмотрена работа водителей на тракторах и сельхозмашинах в указанных условиях. Даны реко мендации по устойчивости мобильных агрегатов и стабилизации технологических процессов обработки почвы, посева, культивации и уборки урожая на мест ности со сложным рельефом. Предложен новый кри терий — стабильность процесса для оценки качест венных показателей обработки почвы и некоторых других процессов сельскохозяйственного производства. Приведены закономерности, позволяющие выбрать рациональный способ эксплуатации почвообрабаты вающих агрегатов в условиях горного земледелия.
Книга предназначена |
для инженеров и техников |
конструкторских бюро и |
заводов тракторостроения |
и сельхозмашиностроения. |
Табл. 10, ил. 53, список |
лит. 13 назв. |
|
Рецензент д-р техн. наук |
проф. А. Б. Лурье |
423-230
038 (01)—74 230-74
© Издательство «Машиностроение», 1974.
ВВЕДЕНИЕ
Обилие продуктов и сырья для промышленности можно обеспе чить путем расширения площади земель, используемых в сельском хозяйстве, и интенсификации производства. Интенсификация сель скохозяйственного производства — это прежде всего увеличение продукции, получаемой с единицы занимаемой площади при возможно меньших затратах материальных средств и труда. В до стижении этой цели огромную роль играет механизация произ водственных процессов. Качество работ, выполняемых механиз мами, во многом обусловлено стабильностью технологических процессов. Под стабильностью понимается сохранение постоян ными в течение длительного времени основных параметров техно логического процесса. Для пахоты, например, это равномерность глубины обработки почвы, постоянство ширины захвата, одинако вое оборачивание пласта и рыхление почвы по пройденному аг регатом пути. При посеве—это-заделка семян на одинаковую глубину, сохранение нормы высева и другие параметры.
Однако такое определение стабильности и применяемые в на стоящее время оценочные показатели (среднее квадратическое от клонение, коэффициент вариации) не полностью раскрывают сущ ность стабильности процессов, что затрудняет выбор оптимальных параметров рабочих органов машин и агрегатов.
Внешние условия, влияющие на работу сельскохозяйственной техники, не остаются постоянными. Поэтому сохранить постоян ными основные параметры технологических процессов сельско хозяйственного производства не удается. Говоря о стабильности процессов, нужно предусматривать колебания параметров процес сов в некоторых пределах. Эти пределы в настоящее время опре деляются агротехническими допусками.
С совершенствованием конструкции машин стабильность тех нологических процессов повышается, что позволяет уменьшать допустимые по агротехническим требованиям пределы колебаний показателей различных процессов. Но пока изменчивость послед них остается настолько значительной, что приходится дифферен-
1* |
3 |
цированно определять эти пределы. Стабильность технологиче ских процессов должна увеличиваться в результате снижения чувствительности машин и выполняемых ими процессов к внеш ним факторам. Допустимые пределы изменения параметров раз личных процессов в зависимости от рельефных и других условий необходимо уточнить и обосновать.
Большое значение для интенсификации сельскохозяйственного производства имеет повышение рабочих скоростей мобильных агрегатов. Однако работа на таких скоростях не должна сопрово ждаться уменьшением стабильности процессов, иначе эффект от повышения скоростей исчезает.
При выполнении многих операций в полеводстве повышение скорости машины увеличивает стабильность процессов в результате возрастания кинетической энергии движущихся масс. Для неко торых процессов установлены оптимальные пределы скоростей, превышение которых снижает качество работы машин. Следует определять границы оптимальных режимов работы и изыскивать технологические приемы, позволяющие резко повысить произво дительность труда.
В связи с переходом к комплексной механизации и автомати зации производственных процессов стабильность сельскохозяй ственных процессов приобретает первостепенное значение.
Г л а в а п е р в а я
ВНЕШНИЕ УСЛОВИЯ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РАБОТУ АГРЕГАТОВ
1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССАХ
Всельскохозяйственных производственных процессах глав
ными являются технологические, остальные процессы, в том числе связанные с движением машин, — вспомогательные. Иногда технологические процессы так тесно переплетаются и взаимодей ствуют со вспомогательными, что их невозможно разделить.
К производственным процессам предъявляют требования ка чественного характера. Решающим в вопросах качества является способ выполнения основного процесса, а также характер проте кания вспомогательных процессов. Так, процесс обработки почвы включает в себя главным образом рыхление и частично оборот пласта, а также некоторые вспомогательные процессы, в том числе и не влияющие на окончательный результат, например, перемеще ние почвенной массы вперед.
Характер выполнения технологического процесса обработки почвы, его показатели обусловлены конструкцией рабочих Ор ганов машины и всего агрегата, скоростью движения, почвенными и другими условиями и, безусловно, работой водителя агрегата. Процесс обработки почвы является результатом работы сложной динамической системы (почвообрабатывающего агрегата) в усло виях непрерывно изменяющихся внешних случайных воздействий. Оценить результаты работы такой системы можно лишь характери
стиками вероятностной |
категории. |
|
|
||
Движение мобильного |
агрегата |
описывается |
уравнением |
||
|
,пп |
~[f |
— Рк |
— И Я> |
|
где т п — приведенная |
масса |
агрегата; |
ускорение; Рк — |
сила, движущая агрегат; 2 ^ — сумма внешних сопротивлений (сопротивлений движению трактора, рабочего сопротивления сель скохозяйственной машины и т. д.).
В условиях эксплуатации все величины, входящие в это урав нение, переменны. Из-за многочисленности случайных факторов
5
процессы, происходящие при обработке почвы, являются случай ными в вероятностно-статистическом смысле.
Функция X (t) неслучайного аргумента t называется случай ной, если ее значение при любом t является случайной величиной. Полученный из опыта конкретный вид случайной функции назы вается ее реализацией, которая является неслучайной функцией. Совокупность п реализаций образует «семейство» или ансамбль реализаций. Когда аргумент случайной функции t принимает любые значения в заданном интервале (конечном или бесконеч ном), X (0 называется случайным процессом [11].
Наиболее полно случайную функцию характеризуют законы распределения. При решении практических задач удобно поль зоваться числовыми параметрами этих законов. Характеристиками могут служить математическое ожидание, дисперсия и корреля ционная функция.
Математическим ожиданием случайной функции X (t) назы вается неслучайная функция тх (t), равная при каждом аргу менте t математическому ожиданию случайной функции при данном t. Математическое ожидание тх (/) представляет собой некоторую среднюю функцию аргумента t, относительно которой располагаются (группируются) и различным образом варьируются конкретные реализации случайной функции.
Дисперсией |
случайной функции X (t) называется |
неслучай |
ная функция Dx |
(t), значение которой при каждом t |
равно дис |
персии случайной функции при данном аргументе. Дисперсия Dx(t) характеризует степень разбросанности реализаций случайной функ ции относительно ее математического ожидания.
Корреляционной функцией Кх (t17 |
(2) |
случайной функции X (i) |
|||
называется неслучайная функция двух |
аргументов tL, tz, |
равная |
|||
при каждой паре tl t |
t2 смешанному центральному моменту второго |
||||
порядка при t1, |
t%. |
Функция Кх (tlt |
(«) является характеристикой |
||
степени-зависимости ординат X (t) при |
t v t2 и позволяет |
судить |
|||
об изменчивости |
функции X {t). |
|
|
|
Случайные функции могут быть стационарные и нестационар ные. Случайная функция стационарна, если ее корреляционная функция зависит от аргумента т. = t2 — t v но не от tx и t2 в от дельности. Для стационарной случайной функции статистические характеристики не зависят от начала отсчета времени.
Математическое ожидание и дисперсия стационарной случай ной функции постоянны. Они определяются выражениями
со |
|
—со |
|
со |
|
Dx = \ {x — mxff{x) |
dx, |
•—со |
|
где / (х) -— плотность вероятности случайной функции.
6
Корреляционная -функция стационарной случайной функций
Кх |
(т) = |
соJ (хх — тх) (х2 — тх) |
f (хи xjx) dxx |
dx2, |
|
|
—00 |
|
|
где f (x^Xofr) |
— двумерная плотность |
вероятности |
случайной |
|
функции. |
|
|
|
|
При исследовании работы почвообрабатывающих агрегатов статистические характеристики случайных функций обычно опре деляют опытным путем. Для дальнейшего анализа явлений корре ляционные функции стационарных случайных функций) представ ляемых в виде опытных кривых, часто аппроксимируются различ ными выражениями.
Корреляционные функции стационарных случайных процес сов, характерных для сельского хозяйства, аппроксимируются главным образом выражениями
|
Kx(x) |
= Dxe-«l^; |
(1) |
|
Кх (Т ) = |
£>А .е-а ИI cos Рт; |
(2) |
||
Кх (т) = D x |
^ |
I * I (cos рт + j - sin р I т | ) ; |
(3) |
|
Кх |
(т) = |
D^-*'f |
cos рЧ; |
(4) |
/СЛ*) = Д е е - в | |
, | ( 1 + « | т | ) , |
(5) |
где а, р — коэффициенты корреляционной связи. Могут быть применены также зависимости
/C(t) = ^ - « l 4 ( l + a | T | + 4 - a " ^ ) ; |
(6) |
Kx(x) = Dxe~^\ |
(7) |
Кроме корреляционной функции, используется спектральная плотность S (со), описывающая частотный состав процесса.
Величины 5 (со) и К (т) связаны прямым и обратным преобра зованием Фурье:
- со
К{%)= J е-'ш < 5 (со) da,
где со — круговая частота.
7
Приведенным корреляционным функциям соответствуют спек тральные плотности
|
5 * И |
= |
^ г - |
со |
2 |
+ |
а |
2 |
' |
|
(8) |
||
|
|
|
я |
|
|
|
|
|
|||||
S.v(co) |
= aD.я |
|
|
со2 -f а 2 |
-4_ ft2 |
(9) |
|||||||
(ш2 — а 2 |
— Р 2 ) 2 |
+ |
4а2 <о2 |
||||||||||
9 / п ч |
2а£>* |
|
|
|
|
" 2 + Р 2 |
|
(10) |
|||||
|
|
|
( м + Р ) 3 |
|
_|_ g |
( ы - Р ) г |
|
||||||
5.v (со) = |
4а]/~л. |
|
|
to2 |
|
|
4а2 |
(П) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
s , ( « > ) - - -я* |
|
(со2 -[-а2 )2 |
> |
(12) |
||||||||
|
5.v (со) |
= |
|
'8Р х а 5 |
|
|
. |
|
(13) |
||||
|
Зя (со2 |
+ |
а 2 ) 3 |
' |
|
||||||||
|
Sx(a>) |
= |
4ап |
|
|
|
2а2 |
|
|
(14) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При сравнительном анализе удобно пользоваться нормирован ными значениями корреляционной функции и спектральной плот ности:
р(г) = |
D |
' |
|
|
(15) |
5* (со) |
S (со) |
|
D |
|
|
|
|
|
2. РЕЛЬЕФ МЕСТНОСТИ И М И К Р О Р Е Л Ь Е Ф |
||
ПОВЕРХНОСТИ |
ПОЛЯ |
; Неровности суши крупного масштаба (горные хребты) харак теризуют макрорельеф местности, менее значительные неровности (ущелья, бороздящие хребты) — мезорельеф местности, незначи тельные неровности, разность высот которых не превышает не скольких сантиметров — микрорельеф поверхности. Такое раз граничение чисто условное, границы его в значительной степени обусловлены особенностями рассматриваемой задачи.
Крупные и незначительные неровности местности по-разному влияют на работу сельскохозяйственных машин. Поэтому целе сообразно рассматривать их отдельно. В дальнейшем совокупность крупных неровностей (макрорельеф и мезорельеф) будем называть рельефом местности.
Ни одно из внешних условий не сказывается так непосред ственно и всесторонне на работу мобильных сельскохозяйствен-
8
ных агрегатов как рельеф местности. При уклонах местности на рушается равновесие агрегата, увеличивается опасность опроки дывания, возрастает количество поломок, затрудняется работа обслуживающего персонала. На пересеченной местности появ ляется опасность потери устойчивости, снижения стабильности и ухудшения качества выполняемых операций.
При работе на склонах почвообрабатывающий агрегат дви жется поперек, т. е. вдоль горизонталей местности. При этом беспрерывно изменяется его положение (крен) относительного го ризонта.
На работу сельскохозяйственных агрегатов влияет геометриче ская форма горизонталей местности. Если они прямолинейны, то и участок в полосе, по которой движется сельскохозяйственный агрегат, может быть назван прямым. Чаще всего горизонтали местности криволинейны, с переменным радиусом кривизны. Дви гаясь по контуру, склона сельскохозяйственные агрегаты описы вают криволинейную траекторию.
При работе поперек склона в общем случае агрегат переме щается по криволинейной траектории и одновременно имеет по перечный крен. Следовательно, рельеф местности, с точки зрения его влияния на работу мобильных агрегатов, должен оцениваться поперечным уклоном и кривизной горизонталей. Из-за перемен ности кривизны горизонталей оценка рельефа полей весьма затруднительна. Но благодаря тому, что на участках, где произ водятся сельскохозяйственные полевые работы, радиусы кривизны горизонталей обычно очень большие, их можно принять бесконеч ными и рельеф оценивать только поперечным уклоном.
Поперечный уклон местности также непостоянен, несмотря на то, что участки на склонах располагают так, чтобы длинная сторона занимала поперечное направление и при этом по возмож ности отсутствовала двойная крутизна местности. Такое располо жение участков облегчает организацию работы почвообрабаты вающих и других агрегатов и заметно снижает опасность водной эрозии почвы.
Изменение поперечного уклона для полосы, в которой работает агрегат, рассмотрим как случайную функцию пути / и обозна чим v (/). При каждом проходе агрегат получает крен, отличный от первого. Поэтому статистические характеристики функции v (I) во всех случаях нужно определять по ансамблю реализаций для всей ширины полосы, на которой работает агрегат. Иссле дования показали, что часто функция v (/) является стацио нарной.
Нестационарность функции v (/) обычно выражается в виде непостоянства математического ожидания. В натурных условиях это соответствует случаю, когда уклон местности постепенно изменяется вдоль горизонталей. Такие случайные функции легко приводятся к станционарным. Но нередко в них изменяются дис персии, что указывает на волнистость поверхности участка.
?