Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы и задачи исследований 9
1.1. Мировые тенденции развития конструкций мобильных средств малой механизации (МСММ) 9
1.2. Обзор научно-технических публикаций о МСММ и исследований в смежной области лесной, сельскохозяйственной и транспортной техники 33
1.3. Концепция лесохозяиственнои системы «специализированный мотоблок - технологический шлейф» 42
1.4. Задачи исследований. 48
2. Экспериментальное обоснование показателей эффективности применения элементов исследуемой системы 52
2.1. Создание базовых экспериментальных элементов концепции 52
2.2. Апробация почвообрабатывающих орудий в условиях лесопитомников 61
2.3. Оптимальная организация экспериментальных исследований в полевых условиях 63
3. Математическое моделирование показателей энергоемкости функционирования элементов системы 80
3.1. Почвообрабатывающие машины 80
3.2. Лесотранспортные агрегаты на базе МСММ 89
3.3. Выводы 104
4. Выбор многоцелевого почвообрабатывающего шлейфа 105
4.1. Предпосылки к обоснованию почвообрабатывающих агрегатов и их технологий 105
4.2. Идентификация динамической модели мотоплуга 118
4.3. Идентификация динамической модели мотокультиватора 128
4.4. Альтернативный лесопожарный агрегат: канавокопатель грунтомет 136
4.5. Вероятностные характеристики лесного почвенного фона для лесопожарной обработки 141
4.6. Сравнительная оценка альтернативных лесопожарных систем на шасси мотоблока ...151
5. Обоснование параметров и технологии лесотранспортной машины на шасси мсмм для рубок ухода в молодняках 168
5.1. Оптимизация проектных параметров трелевочной машины на базе мотоблока 171
5.2. Оптимизация проектных параметров лесного транспортера типа "мотоблок - прицеп" для вывозки древесины в полностью погруженном положении 175
5.3. Базовая структура лесохозяйственной системы машин на основе МСММ 189
6. Оптимизация эргономических и экологических факторов маневрирования агрегатов на шасси лесохозяйственного мотоблока 193
6.1. Устройства рулевого управления лесохозяйствеиного МСММ минимизирующие энергозатраты оператора при маневрировании .193
7. Снижение вибрационной нагруженности оператора агрегата на шасси МСММ 242
7.1. Экспериментальное исследование локальной вибронагруженности машиниста 242
7.2. Математическое моделирование локальных вибраций рукояток лесохозяйственного мотоблока 248
7.3. Интерпретация конструктивной реализации устройств эргономического и виброзащитного назначения 263
Основные выводы и рекомендации 267
Список использованных источников 271
Приложения
- Обзор научно-технических публикаций о МСММ и исследований в смежной области лесной, сельскохозяйственной и транспортной техники
- Апробация почвообрабатывающих орудий в условиях лесопитомников
- Лесотранспортные агрегаты на базе МСММ
- Идентификация динамической модели мотоплуга
Введение к работе
Начиная с 60 — х годов прошлого века в Советском Союзе, а сейчас и в России создание техники для лесного хозяйства осуществляется на основе комплексных научно— исследовательских и опытно — конструкторских работ в соответствии с системой машин: (СМ) для лесного хозяйства. В период планового управления экономикой страны было разработано семь СМ для лесохозяйственных работ. В настоящее время, в связи с переходом РФ к рыночным хозяйственным отношениям, требуются коренные изменения в технической политике и принципах создания и развития технического оснащения лесного хозяйства [І].
В текущий момент реформ осуществляется І новый процесс интегрирования требований лесного хозяйства к лесохозяйственному машиностроению, определяется потенциальный спрос на различные виды типоразмеров техники как на федеральном, так и на региональном уровнях [2]. При этом важное значение имеют научно - исследовательские и опытно — конструкторские работы, позволяющие прогнозировать и: моделировать возможные варианты элементов создаваемой Системы технологий и машин (СТМ) для лесного хозяйства современного столетия.
Существующий в настоящее время интенсивный подход к лесозаготовительному производству, к сожалению, сопровождается негативными процессами в решении проблем лесного хозяйства. Это относится к целому ряду задач: лесовозобновление, защита и экология леса, уход за лесом и другие. Очевидно, что этот перечень проблем в конечном итоге определяет будущее всей лесной отрасли.
В последнее время четко просматривается арендная тенденция не только в мелкоконтурных лесозаготовительных отношениях, но и тесно прилегающих к лесному базису направлениях коммерческой деятельности: рыбная и охотничья аренда лесных угодий, разноплановый экологический туризм и прочее. Все эти сферы деятельности человека неизбежно связаны с лесохозяйственным обеспечением, причем, как правило, в относительно ограниченных, но достаточно стабильных объемах и проявлениях.
Известно применение мобильных средств малой механизации (МСММ) на шасси мотоблоков для решения некоторых обозначенных выше вопросов.
Однако, тот набор технических средств, который доступен работникам лесничеств, далеко не всегда отвечает требованиям, свойственным лесохозяйственной специфике. Это касается целого ряда сельскохозяйственных и коммунально-специализированных мотоблоков с соответствующими комплексами технологических машин. Эти системы изначально не адаптированы к особенностям лесохозяйственного применения: уникальность лесных фонов; набор технологически актуальных операций; условия работы агрегатов под пологом леса; специфический комплекс отрицательных факторов воздействия на оператора — профессионала; сложившиеся тенденции внедрения ручных и переносных средств малой механизации для лесохозяйственных работ (подготовка рабочего персонала, ремонтная база, номенклатура двигателей и комплектующих и тому подобное).
Цель работы — повышение эксплуатационной эффективности механизации лесохозяйственных работ путем обоснования структуры, параметров и характеристик системы лесных машин на основе мобильных средств малой механизации.
Объектами исследований являются: элементы лесохозяйственной системы на основе МСММ — специализированный опытный мотоблок с орудиями технологического шлейфа; машинист агрегата при осуществлении рабочих лесохозяйственных операций; среда функционирования системы.
В основу теоретических и экспериментальных исследований положены базовые методы научно — технического познания, включая методы системного анализа, теоретической механики, математического моделирования, полнофакторного эксперимента, теории случайных функций, статистической динамики, теории ошибок, оптимизации, теории подобия и размерностей, прикладной биомеханики. Научная новизна заключается в том, что разработаны математические модели функционирования лесохозяиственнои системы машин на основе МСММ с учетом технологических, эргономических и экологических условий лесной среды применения объектов системы, позволяющие обосновать ее структуру и оптимизировать параметры составных элементов с целью повышения производительности при снижении удельных энергозатрат и трудоемкости технологических операций. На защиту выносятся следующие положения:
• концепция лесохозяиственнои системы машин на основе МСММ; математические модели элементов лесохозяиственнои системы "специализированный мотоблок - машины технологического шлейфа — оператор — среда функционирования" в процессе осуществления рабочих операций; методики измерения показателей технологических, энергетических и эргономических свойств элементов лесохозяиственнои системы машин на основе МСММ;
• структура и основные параметры лесохозяиственнои системы машин на основе специализированных МСММ.
Работа полностью соответствует направлениям Федеральных целевых программ «Леса России» и «Охрана лесов от пожаров».
Основные результаты данной работы внедрены в АО «Механический завод» (Архангельск), рекомендованы к использованию в ОАО «Уфимское моторостроительное производственное объединение» и реализованы в учебном процессе кафедры транспортных машин АЛТИ - АГТУ.
Обзор научно-технических публикаций о МСММ и исследований в смежной области лесной, сельскохозяйственной и транспортной техники
Выше отмечен ряд изданий [7], [8] и другие, которые являются примером описательных работ ярко выраженного популярного характера — для широкого круга заинтересованных читателей. Существует другой набор публикаций, как правило в специальных научно - технических изданиях (журналы, информационные листки, реферативные сборники), которые представляют собой конкретные исследовательские результаты в научном и техническом аспектах рассматриваемых мобильных СММ. Систематизация информации из первоисточников позволяет выделить следующие основные группы таких публикаций:описание конструкций конкретных мотоблоков и их базового шлейфа, с предоставлением данных о технических параметрах и технологических возможностях;обобщение информации о научно — технических выставках и семинарах по путям и тенденциям развития МСММ;описание конкретных рабочих машин к мотоблокам с анализом результатов испытаний и исследований их образцов;работы обобщающего, концептуального характера, посвященные постановке проблем или подведению некоторых базовых итогов исследований;исследовательские, поисковые статьи по проблемам перспективных проектных решений мотоблоков, их отдельных элементов;работы, посвященные эргономике и защите оператора мотоблока от отрицательных факторов при использовании МСММ.
Кратко остановимся на некоторых публикациях по отмеченным группам. Первая из них представлена многочисленными материалами, например [20], [21], [22] и другие.
Практически все они носят описательный характер конкретного объекта идают весьма общее представление о параметрах и возможностях предлагаемогомотоблока и его шлейфа. Назначение таких работ - предоставитьзаинтересованным лицам лишь базовую исходную информацию.
Вторая группа публикаций, к которым относятся [23], [24], [25] и другие, преподносят читателю много обобщающих сведений о состоянии конкретных типов МСММ на текущее время. Важность этих данных заключается в том, что они раскрывают современный уровень анализируемой техники и отражают доминирующие тенденции в ее развитии.
Описание результатов научно — исследовательских работ и технических проектов отдельных элементов технологического шлейфа мотоблока - итог трудоемких, серьезных конструкторских разработок- Так в статьях [26], [27] автор подробно представляет как теоретические предпосылки, так и окончательные экспериментальные результаты по созданию плугов различного типа и их навесных устройств для агрегатирования с мотоблоками. Даны рекомендации по совершенствованию конструкций этих технологических органов.
В работе [28] рассматривается конструкция и экспериментальные данныеоригинального малогабаритного барабанного сепаратора длякартофелеуборочных машин на шасси мотоблока. Приводятся рациональные проектные рекомендации. Публикация [29] посвящена созданию и испытаниям малогабаритных роторно - шнековых снегоочистителей для агрегатирования с серийными мотоблоками МБ -0,5 и Супер - 610 Л. Акцент сделан на описание конструктивных особенностей и анализ экспериментальных технике -экономических показателей опытных машин.
Статья [30] раскрывает современное состояние и возможные перспективы развития конструкций малогабаритных опрыскивателей, в частности скомпонованных на прицепах к мотоблокам. Приведены возможные диапазоны основных проектных параметров опрыскивателей. Представлены описания реализованных конструкций.
Другое исследование - [31] отражает теоретические предпосылки дляобоснования: оптимальных конструктивных параметров? ротационногокультиватора для мотоблока. В качестве показателя эффективности рабочегопроцесса, орудия фигурирует удельная энергоемкость обработки почвы.
Проектная реализация найденных решений представлена в работе [32].Четвертая группа публикаций может быть представлена: например статьями;[33] — [41]. Все эти источники так или иначе содержат обобщение и систематизацию информации. Одни из них [33], [36],. [37] посвящены зарубежному опыту развитию мотоблоков. Другие - [34], [35], [38], [39] рассматривают возможные пути совершенствования? отечественной: сельскохозяйственной малой механизации. А, например,, в статьях [40], [41] предлагаются концептуальные подходы к созданию специализированных м аш и н на шасси мотоблоков.
При этом все отмеченные публикации базируются на едином фундаментальном результате анализа мировых тенденций — разработка самоходных орудий и машин различного назначения на базе унифицированного энергоблока со сменными рабочими- органами: для. комплексной; механизации тех или иных технологических процессов:.Исследовательские статьи по- проблемам: перспективных решений мотоблоков- и их элементов относительно малочисленны. Однако, они-охватывают достаточно широкий круг задач.
Так в? работе [35] автор осуществляет анализ- тяговых качеств экспериментального мотоблока на базе двигателя; «Дружба — - 4». Рассматривается режим = работы -, с: гружен ой« тележкой ит на: основе: тягового и мощностного: балансов: транспортной; системы, формулируются выводы о приемлемости; принятых проектных решений., Примерно аналогичные задачи, решаются в работе [42].Весьма актуальные и перспективные вопросы изучаютсяв статье [43].
Авторы, на основе изучения тенденций использования двигателей для мотоблоков в развитых странах мира предложили достаточно конкретные критерии выбора типа силовой установки для МСММ. Например, в диапазонемощностей от 4 до 8 кВт целесообразны как карбюраторные, так и дизельныедвигатели. При большей мощности рациональнее применять дизели. Длямотоблоков эксплуатационной массой порядка 90 кг рекомендуемая мощностьдвигателя примерно 4 кВт. В работе предложен перспективный типоразмерныйряд вигателей для энергомодулей различных самоходных машин на шассимотоблоков.Автор публикации. [44] предлагает смелое решение по коренному изменению трансмиссии мотоблоков. Считая, что присоединение орудий непосредственно к валу отбора мощности мотоблока снижает их потенциальные свойства, указывается на возможность гидрофицировать базовое шасси. При этом обосновываются все положительные перспективы такого подхода, а также даются рекомендации по выбору гидромашин для указанной модернизации.
Разработка [45] призвана значительно повысить эффективность лабораторных испытаний мотоблоков. Она представляет собой стенд, который имитирует и интенсифицирует режимы нагружеяия базового шасси. В результате уменьшается время, на испытания и снижаются затраты.Исследование [46] затрагивает важный вопрос проектирования мотоблоков для работы с плугами — создание эффективного движителя, позволяющего максимально реализовать силу тяги без значительного буксования. В частности осуществлены опытные работы и даны практические рекомендации: по конструкции пахотных колес с металлическими грунтозацепами - шпорами.
Здесь следует еще раз обратиться к [16], где авторы разработали оригинальную конструкцию валочно - трелевочной машины на базе двух серийных мотоблоков.Вопросу расширения- потенциальных возможностей самоходных машин на шасси мотоблока посвятили свое исследование авторы статьи [47]. В ней речь идет о создании на серийном шасси МБ - 2К «Нева» двухосного минитрактора. Цель - увеличить сцепление агрегата при работе с плугом.
Апробация почвообрабатывающих орудий в условиях лесопитомников
Как уже указывалось в разделе 1, первая информация о применениимотоблоков в лесном хозяйстве базировалась на использовании их в качествешасси для почвообрабатывающих машин именно в лесопитомниках [14, 15, 35].Поэтому первым экспериментальным шагом была опытная апробацияпочвообрабатывающего шлейфа опытного мотоблока в указанных условиях.
Целью данной работы являлась проверка работоспособности отдельныхэлементов агрегатов в различных технологических процессах ральноголесохозяйственного объекта. При этом методами оценки эффективностифункционирования машин были приняты визуальное аблюдение инепосредственные измерения результатов действия. Качество итогов работыанализировалось ведущими специалистами-производственникамиАрхангельского Управления лесами и работниками лесопитомника, что зафиксировано соответствующим "Актом испытаний".
Кратко остановимся на условиях проведения испытаний. Место опытов -лесопитомник Боброво Архангельского лесхоза. Базовые объекты экспериментальной работы: теплицы с грунтом для размещения сеянцев; открытый грунт для саженцев; сильно задернелый целинный участок на территории вблизи теплиц. Тип механической основы грунта и почвы -среднесуглинистая. Основные технологические результаты опытной апробации следующие: средняя глубина вспашки плугом открытого старопахотного грунта — 19...20 см; средняя глубина рыхления почвы роторным культиватором как в теплицах, так и в открытом грунте - 10 см; средняя глубина рыхления почвы роторным культиватором сильнозадернел ой целинной почвы на безлесном участке -5...8 см.
Результаты применения почвообрабатывающего экспериментального шлейфа в реальных условиях рядового лесопитомника можно систематизировать следующим образом.В теплицах использование мотокультиватора на шасси мотоблока нецелесообразно. Это объясняется: во-первых сильным задымлением пространства теплицы; во-вторых недостаточной глубиной обработки почвы для выращивания посадочного материала; в третьих отсутствием формирования гряд. Все это относится к практически незадерненому, старопахотному грунту (прошлогодняя обработка). Последние два отрицательных фактора делают мотокультиватор не пригодным для основной, обработки почвы и в аналогичном открытом грунте.
Однако, сделано заключение о приемлемости применения роторного мотокультиватора на обработке плантаций посадочного материала, где имеют место уже частично задернелые старопахотные почвы, которые обрабатывались 3...5 лет назад.Лемешный плуг вполне приемлем для основной обработки старопахотных не задернелых почв.
Результаты работы машин позволили также прийти к выводу, что под пологом леса на неподготовленных площадках прокладка опорных противопожарных минерализованных полос как мотоплугом, так и мотокультиватором затруднительна. Что не исключает их данное применение вдоль кромки леса, по краям полян, у дорог и опушек. Глубина обработки почвы при этом может достигать 10 см.
Полученные на данном экспериментальном этапе итоги позволили, проанализировав ситуацию, определить стратегию и тактику дальнейших опытных шагов. Результаты раздела 2.2 по - поводу апробации почвообрабатывающих орудий указали возможные пути уже исследовательских экспериментальных работ. Так, выявился перечень целесообразных для изучения технологических лесохозяйственных операций связанных с обработкой почвы. Это следующее:1. Основная обработка почвы плугом на старопахотном участке лесопитомника под посадочный материал.2. Прокладка плугом минерализованных противопожарных полос на целинных сильнозадерненных лесных почвах, но не под пологом, а вдоль кромки стены леса, например поляна, стена леса вблизи дороги, населенного пункта и прочее.
В пользу этого направления говорит то, что ведутся разработки малогабаритных устройств для аналогичных функций. Например, тяговый модуль MT-I к бензопилам [87].3. Дополнительная обработка почвы роторным культиватором на старопахотном фоне, соответствующем, например плантации посадочного материала.4. Минерализация поверхностного слоя целинной сильно задернелой лесной почвы роторным мотокультиватором- Эта операция возможна в разных вариантах. Например, мероприятия по содействию естественному и искусственному возобновлению леса на подготовленных участках под пологом, на вырубках, вдоль стены леса и опушек [99-101]. Кроме того, это направление опытов вполне соответствует и минерализации полос в противопожарном аспекте.5. Использование трелевочного агрегата на базе мотоблока в ходе рубок ухода. Данное экспериментальное применение мотоблока актуально, прежде всего, для ухода в молодняках - рубки осветления и прочистки [102].
Целью рассматриваемых экспериментальных исследовательскихиспытаний лесохозяйственной системы «мотоблок - технологический шлейф» является получение исходной, достоверной информации для обоснования, рациональных технологических регулировок агрегатов: и проверки адекватности теоретических решений, предполагаемых далее.
Для достижения .поставлен ной цели: необходима реализация следующих задач: выбор методов исследования; назначение показателей качества функционирования агрегатов; выбор и обоснование факторов, определяющих протекание процессов; анализ получен н ых опытных данн ых.
Предварительно целесообразно указать некоторые общие методические подходы. В? частности, анализ многообразия опытных направлений и цели исследовательских испытаний позволил убедиться в том, что в экономическом и материальном отношении рационально основываться в работе на методах оптимального планирования эксперимента [68, 103, 104, 105].В-качестве показателей качества функционирования системы в различных изучаемых процессах выбраны: энергетический — удельный (на; единицу выполненной натуральной- работы) расход, топлива; и, технологический; -производительность работы машины.
Лесотранспортные агрегаты на базе МСММ
Трелёвочная машина на шасси мотоблока представляет собой упрощённый, уменьшенный аналог известных колёсных шарнирно-сочленённых трелёвочных тракторов, например ЛХТ-40, ЛТ-157, К-703 и др. Различные теоретические и экспериментальные аспекты этой техники нашли разностороннее освещение в работах ряда исследователей: Орлова С.Ф., Александрова В.А., Аниснмова Г.М., Кочнева A.M., Семёнова М.Ф., Осмакова С.А., Ведерникова О.М. и многих других авторов.Основной особенностью предлагаемого агрегата является то, что базовый тяговый модуль - мотоблок в исходной комплектации. Его масса в таком состоянии не достаточна для осуществления процесса трелёвки. Сила сопротивления волочащейся части лесного груза будет уменьшать сцепную силу веса тягового модуля, ухудшая проходимость.
В данном случае, для перемещения пачки необходима балластировка мотоблока. Таким образом, массу балластных грузов, а в результате и силу тяжести тягового модуля, необходимо выбирать на этапе проектирования. Для этого требуется математическая модель агрегата в процессе трелёвки. Это теоретическое описание потребуется также как компонент технологической модели при обосновании окончательного варианта транспортной системы для рубок ухода в молодняках. Анализ экспериментальных результатов исследовательских испытаний трелёвочного мотоагрегата выявил, что длина канатного подвеса Л\ (см. рис. 2.14) увеличивает удельный расход топливнойсмеси. Тогда как высота крепления лесного груза Х[ в разных случаяхтранспортного процесса проявляет себя по разному. Значит, есть смысл рассматривать этот компоновочный параметр технологического оборудования прицепа как оптимизируемый фактор.
Известно [116, 117], что на этапе проектной оценки технической производительности и других показателей вновь создаваемой, не имеющей аналогов техники, вполне приемлем упрощённый подход. В частности-использование аналитических моделей. Параметры процессов в которых рекомендуется принимать неизменными (статическими), соответствующими некоторым средним реальным значениям. Такой подход целесообразен на текущем этапе данного исследования. Основными рабочими гипотезами в последующих теоретических построениях будут следующие: движение агрегата в грузовом и порожнем направлениях осуществляется с постоянной скоростью (пешеходная скорость); поверхность технологических коридоров горизонтальна; объём пачки лестных грузов задан, исходя из известных рекомендаций для шарнирно-сочленённых трелёвочных колёсных машин [118].
На рис. 3.5 представлена расчётная схема трелёвочного агрегата.Трелёвка дерева (хлыста) комлем вперёд. Длина подвешенной части ствола составляет [119 (3.27), (3.29) и (3.30).
В случае моделирования трелёвки сортимента особенности таковы: пзаменяется длиной сортимента с; dt dQ и dH принимаются равными; силатяжести тягового модуля Gm считается заданной по условию трелёвкидеревьев (хлыстов). При этом:
Анализу подлежат ситуации при которых f (GMB -GT ) р. (3.38)Остальные расчёты аналогичны случаю трелёвки дерева (хлыста).Теперь возможна формулировка следующей оптимизационной задачи.Пусть заданы: некоторые эксплуатационные и технологические условия, характеризуемые конечным множеством неизменных факторов {Gmex} (например da, din pgi Нд, fr, tp, GK, К,, и др.); совокупность неизменныхконструктивных параметров агрегата - список {GKOH)(G E,LKf)\ область варьирования управляемой переменной hne-A. Требуется определить min Ртяг ПРИ Аде є А и ограничениях (3.25) и (3.38).
Для решения данной однопараметрической задачи нелинейного программирования разработана прикладная расчётная программа для ЭВМ. В основу алгоритма положен метод деления интервала пополам [107].
Для проверки соответствия результатов теоретической модели опытным данным целесообразно произвести расчёты для условий, сходных экспериментальным. В таблице 3.1 представлены эмпирические данные по регрессиям (2.13) - (2.15) и расчётные по детерминированной модели. Конечно, количественные аналогии здесь затруднительны, ввиду сложной взаимосвязи нагруженности агрегата и расхода топлива его двигателем. Однако, качественные тенденции в функциональной связи исследуемых параметров однозначно прослеживаются. Это сходный характер в изменении
Агрегат предлагается выполнить в виде шарнирно-сочленённого шасси, состоящего из балластированного мотоблока и одноосного прицепа, оснащённого грузовой платформой со стойками для транспортировки деревцов и хвороста в полностью погруженном положении. Особенностью изложенных далее рассуждений и выкладок является то, что они должны оценить энергетические (расход топлива) показатели системы не в статике, а с учётом неустановившегося режима работы агрегата. При этом актуальность такого подхода, основные методические положения теоретического описания задачи базируются на результатах исследований доцента, к.т.н. Антипина В.П. [81] - кафедра ПСЛМ СПб ГЛТА. Часовой расход топлива В (кг/ч) двигателя внутреннего сгорания равен
Идентификация динамической модели мотоплуга
Целью данного фрагмента исследований является определение математической модели мотоплуга на базе мотоблока в процессе реального функционирования. В ходе проведения экспериментальных гонов решались следующие задачи: осуществлялась регистрация процесса изменения частоты вращения коленчатого вала мотоорудия при вспашке гона определенной протяженности; производилось измерение с обоснованным шагом процесса изменения твердости по дну полученной борозды; исходные опытные данные обрабатывались для получения реализаций случайных входных и выходных процессов; методами математической статистики, теории вероятности и идентификации оценивалась АЧХ мотоплуга на шасси мотоблока.
В основе опытной методики положено определение минимально необходимого времени осциллографической записи процесса. Здесь использован следующий подход [62].Необходимое время реализации Тр (с) при исследовании случайных процессов методами статистической динамики составляетгде хтад — максимальное время корреляции, с.При этом рекомендуетсягде а п — низшая частота исследуемого процесса, с" .
Экспериментальные данные исследования сельскохозяйственных почвообрабатывающих процессов позволяют по аналогии принять шп « 6,3с"1 [62].Значит ориентировочным значением времени реализации можно принять Тр Юс.
В нашем случае осциллографирование процесса изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя мотоплуга производилось в течении 15 с. с отметкой времени через 0,005 с. Последний показатель вытекает из частоты Найквиста [62] - наивысшей, которую можно обнаружить по экспериментальным данным. В рассматриваемых процессах это частота вращения коленчатого вала двигателя а)тах=630 с"1 (РЛОО Гц). Значит требуемыйинтервал временного отсчета А = = 0,005 с." max
Определение углового ускорения коленчатого вала осуществлялось пометодике изложенной в предшествующем разделе (4.14)-(4.19), Расчет отдельных значений реализации процесса изменения удельного эффективного расхода топливной смеси выполнялся по методу (4.1—4.3). При этом интервал дискретизации времени процесса /, составлял 0,21 с.
Измерение твердости почвы производилось по методу Голубева [61] в горизонте 100 мм с шагом 0,1 м. Это соответствует по осциллограмме середине каждого интервала дискретизации tj.Осциллографирование реализовывалось на измерительном комплексе «датчик ускорений МП-95 + осциллограф Н-700» (см. рис. 4.1), а процесс изменения твердости почвы базировался на измерениях твердомером конструкции Голубева.Условия применения мото плуга характеризуются прежде всего свойствами почвы и параметрами технологического процесса.
Характеристика обрабатываемого участка: рельеф — ровный; микрорельеф - гладкий; предшествующая обработка - целина; влажность почвы - 48%; тип почвы. - средне суглинистая, елабозаторфованная, сильно задернелая; характеристика сорной растительности - масса с 1м2 составляла 1,3 кг, средняя высота растений 160 мм. В процессе вспашки средняя глубина обработки составляла 100 мм, а рабочая скорость мото плуга 0,5 м/с.Полученные реализации входного процесса- изменение твердости почвы в обрабатываемом горизонте и выходного процесса - изменение удельного эффективного расхода топливной смеси обрабатывались известными математическими методами с использованием пакета прикладных программ «STATISTICА». На рис.4.4 представлен график распределения процесса изменения твердости почвы при работе мотошгуга. Проверка по критерию Пирсона позволяет считать наблюдаемое распределение нормальным: выборочное значение коэффициента Пирсона 2,55 меньше табличного 7,8 для уровня значимости 0,05. При этом коэффициенты асимметрии и эксцесса составляют соответственно 0,158 и -0,43, математическое ожидание твердости Рис. 4.4. Распределение изменения твердости почвы в реализации с мотоплугом Обработка реализации процесса изменения твердости почвенного фона позволила получить экспериментальную нормированную корреляционную функцию (рис.4.5) и произвести аппроксимацию ее выражениемгде е — Неперово число, 2,72; т — время процесса, с.На рис. 4.6 изображена графическая интерпретация выражения Следуя поставленной цели, возникает необходимость в соответствии с уравнением Винера-Хопфа в частотной области [129] (см. выражение (4.20)) решить задачу нахождения нормированной спектральной плотности процесса изменения твердости почвы при действии агрегата.функция процесса изменения твердости почвенногогоризонта при работе мотоплуга
В данном случае мы имеем дело с центрированной случайной величиной (с флуктуациями величины). Поэтому для нахождения нормированной спектральной плотности входного процесса применимо интегральное косинус-преобразование Фурье [129]где отвпґи ,)- искомая спектральная плотность входного процесса, с;Ртъп(х) нормированная корреляционная функция по выражению (4.26).
Применив известные рекомендации [130], получим решение задачи (4.27) в общем видеаппроксимирующего выражения (4.26).После соответствующих преобразований найдем
На рис. 4.7 представлено графическое изображение полученной вероятностной характеристики входного воздействия на мотоплуг.
Аналогична методическая последовательность обработки расчетно-эмпирической реализации выходного процесса - изменение текущего удельного эффективного расхода топлива при действии мотоплуга в данных условиях функционирования.
