Содержание к диссертации
Введение
РАЗДЕЛ 1. Анализ состояния вопроса 12
1.1. Современные технологии уборки зерновых культур 12
1.1.1. Комбайновые технологии уборки зерновых культур 12
1.1.2. Альтернативные технологии уборки зерновых культур 14
1.2. Технические средства уборки урожая 24
1.2.1. Зерноуборочные комбайны 24
1.2.2. Уборочные машины, применяемые при некомбайновых технологиях 35
1.2.3. Очесывающие рабочие органы 40
1.3. Анализ экспериментальных исследований очесывающих устройств 48
1.4. Обзор сепарирующих устройств 54
1.5. Анализ развития фермерства в странах СНГ 62
1.6. Постановка проблемы, ее содержание и исходные положения 65
РАЗДЕЛ 2. Теоретические основы обоснования технологии уборки зерновых культур 68
2.1. Обоснование производительности звеньев уборочно-транспортного комплекса фермерских хозяйств 68
2.2. Установление и оценка агробиологических и физико-механических свойств зерновых культур при их очесе на корню 70
2.2.1. Анализ изменения влажности растений по высоте и зерна во время уборки 70
2.2.2. Анализ биометрических характеристик элементов растений зерновых культур 74
2.2.3. Механико-технологические свойства зерновых культур 84
2.3. Общая технологическая схема уборки зерновых с использованиєм метода очесывания растений на корню 86
2.4. Основы оптимизации уборочного процесса 87
2.4.1. Общие теоретические предпосылки 87
2.4.2. Методика разработки математической модели уборочного процесса 90
2.5. Модели функционирования технологического процесса уборки зерновых методом очеса на корню 95
2.5.1. Общие положения 95
2.5.2. Модели функционирования технологического процесса уборочной машины 102
2.5.3. Модели функционирования стационарного пункта доработки очесанного вороха 109
РАЗДЕЛ 3. Технические средства обеспечения уборочного процесса 115
3.1. Устройство и принцип работы экспериментальных уборочных машин 115
3.1.1. Конструкция и рабочий процесс самоходной уборочной машины 115
3.1.2. Общее устройство и технологический процесс прицепной уборочной машины 116
3.2. Методика расчета технологических показателей полевой уборочной машины 118
3.2.1. Методика расчета производительности уборочной машины 118
3.2.2. Методика оценки эффективного функционирования полевой уборочной машины 122
3.3. Методика расчета энергетических показателей уборочной машины 128
3.4. Результаты полевых испытаний самоходной уборочной машины 134
3.5. Результаты полевых испытаний прицепной уборочной машины 139
3.5.1. Анализ условий проведения испытаний на уборке сои 139
3.5.2. Анализ условий проведения испытаний на уборке проса 141
3.5.3. Исследование влияния скорости движения агрегата на потери зерна 142
3.5.4. Экспериментальная оценка влияния скорости движения уборочного агрегата на фракционной состав очесанного вороха 145
3.5.5. Исследования влияния скорости движения уборочного агрегата на его производительность 148
3.6. Идентификация моделей функционирования уборочных машин 149
3.6.1. Общие методологические аспекты идентификации моделей функционирования 149
3.6.2. Анализ статистических связей процессов на входе и выходе очесывающего устройства полевой уборочной .машины 157
3.6.3. Модели регрессии технологического процесса очеса растений на корню 160
3.7. Схемотехнические решения и основы расчета стационарного агрегата доработки очесанного вороха 161
3.7.1. Постановка задачи 161
3.7.2. Технологическая схема агрегата доработки очесанного вороха зерновых 162
3.7.3. Методика технологического расчета ворохоочистителя 166
3.8. Расчет состава уборочно-транспортного комплекса для фермерских хозяйств Украины 170
РАЗДЕЛ 4. Динамика уборочного агрегата 184
4.1. Механико-математические методы исследования динамики механических систем 184
4.2. Расчетная схема уборочного агрегата 186
4.3. Анализ сил, действующих на уборочный агрегат 188
4.4. Дифференциальные уравнения движения уборочного агрегата 190
4.4.1. Определение кинетической энергии уборочного агрегата, как функции обобщенных координат и скоростей 190
4.4.2. Нахождение обобщенных сил, действующих на агрегат 195
4.4.3. Составление дифференциальных уравнений движения агрегата 207
4.5. Определение графоаналитическим способом сил и моментов сил упругости, возникающих при поперечных деформациях шин колес уборочного агрегата 210
4.6. Определение поперечных деформаций шин колес агрегата аналитическим методом 222
4.7. Преобразование дифференциальных уравнений движения 232
РАЗДЕЛ 5. Механико-математические основы устойчивости движения уборочного агрегата .: 253
5.1. Постановка проблемы 253
5.2. Уравнения движения и устойчивость движения уборочного.агрегата 254
5.3. Дифференциальные уравнения движения уборочного агрегата при прямолинейном и равномерном движении центра масс трактора 257
5.4. Условия устойчивости движения уборочного агрегата при прямолинейном движении центра масс трактора 280
5.5. Дифференциальные уравнения движения трактора при агрегатировании уборочного агрегата 283
5.6. Обоснование скорости движения трактора, обеспечивающей устойчивость его движения при агрегатировании уборочного агрегата 290
5.7. Дифференциальные уравнения движения уборочной машины , 295
5.8. Анализ устойчивости движения уборочной машины 300
5.9. Дифференциальные уравнения движения прицепа - тележки для сбора очесанного вороха 303
5.10. Устойчивость движения прицепа - тележки 311
5.11. Скорость уборочного агрегата при условии сохранения устойчивости его движения 314
5.12. Экспериментальные исследования устойчивости движения уборочного агрегата 315
РАЗДЕЛ 6. Обоснование технологии уборки незерновой части урожая после очеса растений на корню 325
6.1. Постановка задачи 325
6.2. Факторы, влияющие на разложение соломы в почве 326
6.3. Математическая модель процесса разложения соломы в почве 335
6.4. Каноническое преобразование математической модели процесса разложения соломы в почве , 342
6.5. Общая технологическая схема уборки очесанной соломы 344
РАЗДЕЛ 7. Оценка эффективности стационарной технологии уборки зерновых культур 346
Общие выводы 365
Литература 368
Приложения 394
- Альтернативные технологии уборки зерновых культур
- Анализ изменения влажности растений по высоте и зерна во время уборки
- Методика оценки эффективного функционирования полевой уборочной машины
- Определение кинетической энергии уборочного агрегата, как функции обобщенных координат и скоростей
Введение к работе
Актуальность темы. Механизация уборки зерновых культур вступила в тот этап, когда дальнейшее повышение пропускной способности комбайнов, стало экономически нецелесообразно, так как, в основном, приводило к росту энергозатрат, повышению массы комбайнов, а также увеличению их стоимости. На сегодняшний день сама идея комбайновой уборки должна быть пересмотрена по многим позициям (высокие транспортные затраты, ограниченные производительности обмолота, проблема уборки полеглых хлебов, невозможность уборки влажной массы и т.д.).
Особенно остро проблема уборки зерновых стоит перед фермерскими и крестьянскими хозяйствами, которые, как правило, не имеют собственной зерноуборочной техники. В то же время имеется выход из сложившейся ситуации. Серьезной альтернативой комбайновой уборке зерна являются стационарные технологии. В 80-е годы прошлого столетия были разработаны различные технологические схемы и изготовлены опытные образцы технических средств для бескомбайновой уборки зерновых. Однако, эти технологии не нашли широкого внедрения в производстве ввиду ряда существенных недостатков, главным из которых являются высокие энергозатраты.
Значительно снизить энергозатраты на уборку позволит использование метода очесывания растений на корню, с последующей доработкой вороха на стационаре.
При этом немаловажной задачей при использовании очеса является уборка незерновой части урожая.
До настоящего времени, несмотря на возросший интерес к разработке методов и средств повышения почвенного плодородия, за счет эффективного использования растительных остатков, отсутствует единая система методологического обоснования применения для этих целей соломы зерновых культур, которая является источником органического вещества в образовании и обогащении почвы гумусом.
В связи с изложенным, разработка научно-обоснованных методов уборки зерновых культур очесом на корню в условиях фермерских и крестьянских хозяйств, обеспечивающих снижение энергозатрат и повышающих плодородие почв за счет эффективного внесения соломы в почву, составляют актуальность научно-технических проблем, решение которых имеет большое научное и практическое значение.
Цель работы — исследовать и обосновать процедуры формирования стационарных технологий и технических средств для бескомбайновой уборки зерновых культур, обеспечивающих снижение энергозатрат и повышение плодородия почв.
Для реализации цели работы сформулированы задачи исследования:
- исследовать агробиологические и физико-механические свойства зерновых культур применительно к их очесу на корню;
- разработать и обосновать общую технологическую схему уборки зерновых культур методом их очеса на корню;
- разработать модели функционирования технологических процессов машин и агрегатов, обеспечивающих эффективную уборку и послеуборочную доработку зерновых культур;
- исследовать динамику движения по полю прицепного уборочного агрегата, с целью обоснования режимов его устойчивого движения;
- обосновать методологические приемы формирования способов применения очесанной соломы зерновых в качестве органических удобрений для повышения эффективности ее использования в экологическом земледелии;
- научно обосновать и выполнить процедуры учета энергозатрат комбайновой и стационарной технологий уборки.
Объектами исследований были выбраны технология и технологические процессы технических средств уборки зерновых культур.
На защиту выносятся следующие научные положения:
- общая технологическая схема уборки зерновых культур методом их обмолота на корню с доработкой очесанного вороха на стационаре, базирующаяся на совокупности моделей функционально взаимосвязанных процессов;
- математические модели технологического процесса работы очесывающего устройства с учетом вероятностной природы его функционирования;
- математические модели движения по полю прицепного уборочного агрегата очесывающего типа, позволяющие аналитически обосновать диапазон рабочих скоростей обеспечивающих устойчивость агрегата;
- агробиологические основы процесса гумификации очесанной соломы зерновых культур.
Научную новизну работы составляют:
- методологические аспекты разработки стационарной технологии с использованием очеса растений на корню, обеспечивающей рациональные технико-эксплуатационные показатели работы отдельных машин;
- теоретическое обоснование и математические модели для разработки схемотехнических решений при создании полевых уборочных машин очесывающего типа и стационарных агрегатов доработки очесанного вороха;
- механико-математические основы исследования динамики уборочного агрегата для установления рациональных режимов его функционирования;
- математическая модель процесса гумификации соломы зерновых культур.
Практическую значимость работы представляют:
- технические решения, реализующие технологические процессы сбора, транспортирования, сепарации и приготовления кормовых брикетов из вороха зерновых культур;
- результаты полевых испытаний уборочных машины очесывающего типа;
- методики расчета технологических и энергетических показателей уборочной машины;
- методики расчета технологических параметров сепарирующих очесанный ворох устройств;
- численные значения физико-механических и агробиологических свойств зерновых культур в связи с их очесом на корню;
- результаты исследований процесса гумификации очесанной соломы зерновых.
Личный вклад автора заключается в формулировке проблемы, проведении теоретических и экспериментальных исследований, анализе полученных результатов:
- экспериментальные исследования самоходной уборочной машины – с сотрудниками ТГАТУ Цыбульниковым В.Н. и Масленниковым В. В.;
- экспериментальные исследования физико-механических свойств растений – с сотрудником ТГАТУ Григоренко С. М.;
- экспериментальные исследования прицепной уборочной машины выполнялись сотрудником ТГАТУ Григоренко С. М.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на:
- международной научн.-практ.конференции «Моделирование процессов и технологического оборудования в сельском хозяйстве» (Мелитополь, 1994 г.);
- международной научно-технической конференции «Землеробська механіка на рубежі сторіч» (Мелитополь, 2001 г.);
- международной конференции «Актуальные проблемы инженерного обеспечения АПК» (Ярославль, 2003 г.);
- международной конференции «Актуальные проблемы инженерного обеспечения АПК» (Ярославль, 2004 г.);
- международной научно-технической конференции «Перспективные технологии уборки зерновых культур, риса и семян трав» (Мелитополь, 2003 г.);
- научной конференции «Методы статистической динамики в сельскохозяйственном производстве» посвященной 80 годовщине со дня рождения А.Б.Лурье (Санк-Петербург, 1992 г.);
- научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов СПбГАУ (1990 – 2003 г.);
- научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов (ТГАТУ, Мелитополь, 2000 – 2004 г.);
- VII международной научно-технической конференции «Современные проблемы земледельческой механики» посвященной 106 годовщине со дня рождения П. М. Василенко (Мелитополь 2006 г.);
- международной конференции посвященной 95-летию со дня рождения профессора А.Б.Лурье (Санк-Петербург-Пушкин-2008 г.).
Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 37 опубликованных работах, в том числе в центральных научных журналах (Леженкин А.Н. Динамика очесывающего агрегата при уборке зерновых культур / А.Н. Леженкин // Механиз. и электриф. сел. хоз-ва.- 2004.-№12.- С.24-25; Леженкин А.Н. Моделирование полевой уборки зерновой части урожая (машиной для фермерских и крестьянских хозяйств) / А.Н. Леженкин// Механиз. и электриф. сел. хоз-ва.- 2005.-№5.- С.15-18; Леженкин А.Н. К обоснованию максимальной критической скорости движения прицепного зерноуборочного агрегата очесывающего типа// А.Н. Леженкин// Механиз. и электриф. сел. хоз-ва.- 2006.-№11.- С.29-32; Леженкин А.Н. Математические модели технологического процесса уборки зерновых культур/ А.Н. Леженкин// Вестник/ МГАУ им. В.П. Горячкина. Агроинженерия.- 2008.- Вып.1(26).- С.67-69; Леженкин А.Н. Определение сил и моментов сил упругости шин колес прицепа-тележки для сбора очесанного вороха/ А.Н. Леженкин// Вестник/ МГАУ им. В.П. Горячкина. Агроинженерия.- 2008.- Вып.1(26).- С.91-93; Леженкин А.Н. Результаты экспериментальных исследований горизонтальных колебаний прицепного уборочного агрегата/ А.Н. Леженкин// Механиз. и электриф. сел. хоз-ва.- 2008.-№1.- С.7-8.)
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи разделов, общих выводов и приложений. Работа изложена на 503 страницах машинописного текста (основного текста 393, приложения 110 страниц), содержит 131 рисунок и 28 таблиц. Список использованных источников включает 290 источников из них 10 на иностранных языках.
Альтернативные технологии уборки зерновых культур
Скашивание хлебов в валки начинается в период восковой зрелости. Подбор валков начинают при полной зрелости, т.е. через 3...6 дней после скашивания. При затягивании сроков — урожайность зерна снижается. Подбирают и обмолачивают валки плавно, без разрыва или сгруживания. Для этого выбирают поступательную скорость комбайна в диапазоне 0,85... 1,35 м/с [2]. Кроме традиционной комбайновой технологии в настоящее время ведутся работы по исследованию перспективных комбайновых технологий. Эти работы ведутся в различных направлениях [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15]. Наибольший интерес представляют технологии с использованием высокого или двухярусного среза, т.е. среза колоса и соломы. Так, например, разработаны новые технологии уборки зерновых культур раздельно-поточный (двухфазный) и комплексный (однофазный) [16]. Раздельно-поточный способ представляет собой технологическую последовательность уборки зерна, соломы и обработки (лущения) почвы в сочетании с процессом совмещения нескольких агротехнических операций в единый рабочий цикл комбинированного зерноуборочного (жатвенно-лущильного) агрегата. На первом этапе за один проход жатвенно-лущильного агрегата скашивают колосовую часть растений на 1/3 высоты, измельчают оставшийся стебель на мелкие части и распределяют по поверхности почвы равномерно по ширине захвата уборочной техники; производят поверхностную обработку почвы, заделывая измельченную массу в почву в качестве органического удобрения. Преимуществами данных технологий являются: сокращение сроков уборки, возможность убирать урожай в неблагоприятное по климатическим условиям время; дает возможность убирать одновременно зерно и солому, а также произвести минимальную обработку почвы, обеспечивая подготовку поля для последующих агротехнических приемов сельскохозяйственного производства. Недостатком данных технологий являются: невозможность уборки полеглых и пониклых хлебов, увеличение затрат на транспортные работы, жесткие требования к равномерности высоты растений, увеличение энергозатрат на сушку (так как приходится сушить зерно вместе с колосом и соломой и т.д.). Альтернативные технологии уборки зерновых культур Некомбайновые технологии можно разделить на стационарные, полустационарные и стационарно-передвижные. Полевые машины здесь работают на иных принципах, чем комбайны, выполняя, как правило, более простые операции по сбору урожая. Научно-исследовательские работы по уборке хлебов с обработкой всего биологического урожая на стационарном пункте проводятся, в основном, по следующим технологиям: - обмолот и сепарация измельченной массы (трехфазная, кубанская и латвийская технологии); - обмолот длинностебельной хлебной массы на стационаре (казахстанская, сибирская, сноповая технологии); - обработка невеяного вороха; - обмолот прессованной массы. Целью создания этих технологий является организация уборочного процесса по поточному принципу на индустриальной основе с использованием электроэнергии, а также средств оперативного контроля и автоматизации технологических процессов. Рассмотрим последовательно данные технологии уборки зерновых. Первый представитель стационарных индустриальных технологий -трехфазная. Разработкой этой технологии занялись в 50-х годах в ВИМе, УНИИМЭСХе, ВНИИМЭСХе [17, 18, 19]. Трехфазный способ основан на измельчении всей хлебной массы одновременно со скашиванием или подбором валков с последующей окончательной доработкой получаемого вороха в стационарных условиях. Технологический процесс трехфазной уборки хлебов происходит по следующей схеме: скошенные или подобранные из валков жаткой-измельчителем-подборщиком стебли с колосьями пропускаются через моло-тильно-сепарирующий барабан, который представляет собой набор треугольных дисков из листовой стали свободно сидящих на валу барабана. Молотилка-сепаратор с помощью пневматического и решетного очистителей обеспечивает выделение и очистку зерна, которое скребковым транспортером направлялось в зерновой бункер. Отсюда оно вывозилось к местам назначения.
Дальнейшим развитием трехфазной технологии уборки зерновых явилась Кубанская индустриальная технология. Сущность данной технологии заключается в скашивании и измельчение хлебной массы с последующей ее погрузкой в прицеп и транспортирование на стационар для доработки. Доработка массы включает: сепарацию, сушку и домолот. Сушка осуществляется на конвейерной сушилке, а для домолота используется молотильно-сепарирующее устройство комбайна. Зерно, солома и полова после обмолота подаются к местам переработки и скирдования [20, 21, 22, 23, 24].
Для зон повышенной влажности разработана поточная технология уборки зерновых и травяных культур с обмолотом на стационаре, которая явилась продолжением трехфазной и Кубанской индустриальной технологии [25, 26, 27, 28]. Структурная схема уборки приведена на рис. 1.1.
Весь комплекс операций - скашивание, транспортировка хлебной массы, обмолот на стационаре, закладка силоса из измельченной влажной соломы, половы, силосных культур - выполняется серийными машинами. Данная технология позволяет достичь главного - значительно снизить потери зерна, вывезти с поля и использовать весь биологический урожай, включая семена сорняков, за один проход, несколько удлинить продолжительность рабочего дня. Основные недостатки технологии — это низкая производительность и высокая стоимость продукции.
Анализ изменения влажности растений по высоте и зерна во время уборки
Для интенсификации просеивания зерновой смеси в работу включается под-бивалыцик 2, который встряхивает ведомую ветвь сетчатого транспортера. Далее зерновой материал разделяется на два потока и поступает во всасывающий канал 1 аспирационной системы, где от него отделяется часть легких примесей. Диаметральный вентилятор 5 создает воздушный поток, скорость которого в пневмоканале регулируется дроссельной заслонкой 6, выделенные легкие примеси оседают в отстойной камере 7 и выводятся из машины шнеком 8.
Применение рабочего органа транспортерного типа позволяет значительно повысить удельную производительность ворохоочистителей, однако с увеличением зоны сепарации, повышается вероятность прохода выделенных крупных примесей в очищенное зерно. Ворохоочистители с рабочим органом транспортерного типа более сложны по устройству и имеют большие габариты и меньшую техническую надежность в сравнении с цилиндрическими решетами (скальператорами).
Существующие ворохоочистители скальператорного типа по компановке рабочих органов и по технологическому процессу, происходящему в них, можно разделить на пять типов (рис. 1.31) [158]. Первый тип (схема 1) предусматривает од ноэтапную очистку зерновой смеси от крупных примесей. Процесс в этих машинах протекает по малой дуге барабана в месте поступления зерновой смеси. В машинах, работающих по схеме 3, скомпонованы два цилиндра последовательно. На первом выделяются проходом мелкие примеси или мелкая фракция зерна, а сходом - крупные и грубые примеси. Такие машины применяют как на первичной, так и на вторичной операциях очистки зерна.
Четвертый тип (схема 4) состоит, как и третий, из двух последовательно установленных скальператорных барабанов, вращающихся в одну и ту же сторону. В отличие от третьего типа здесь первым устанавливают барабан большого диаметра, вторым - меньшего. Зерновая смесь через питающий лоток поступает на первый скальператорный барабан, где основная масса зерна просеивается через основной барабан и идет проходом, а примеси с частью зерна сходом поступают на второй контрольный барабан, где оставшееся в примесях зерно проваливается через сито, а грубые и крупные примеси идут сходом с него.
По схеме 5 работают машины с повышенной производительностью 100 т/ч и более. У них два параллельно расположенных барабана большого диаметра, вращающиеся с одинаковой скоростью в разные стороны. Зерновая смесь из питающего устройства подается одновременно на два барабана, проходом через них идет основная масса зерна, а сходом грубые и крупные примеси [158].
В настоящее время многие зарубежные фирмы выпускают машины скальпе-раторного типа различных моделей, модификаций и производительности. Так, фирма «АВ Linde Macshlne» (Швеция) выпускает модель однобарабанного скальпера-тора C400D (рис. 1.32) [158]. Ворохоочистителя, имеющие два скальператорных барабана выпускают фирмы «Schule» (Германия), «Carter» (США), «Simon» (Великобритания). Схема технологического процесса ворохоочистителя фирмы «Schule» приведена на рис. 1.33 [158].
Экспериментальны исследования [159, 160, 161] позволили разработать технологическую схему однобарабанного ворохоочистителя (рис. 1.36, а). Согласно этой схеме была изготовлена экспериментальная установка. Экспериментальная установка включала в себя - цилиндрическое решето 1, очистительную щетку 2, бункер 3 и направители зерна 4, установленные внутри решета. na«Schule» (Германия)
В процессе исследований установлено, что экспериментальный ворохоочи-ститель с одним цилиндрическим решетом успешно работал при удельной нагрузке 2,0...2,5 т/ч. Дальнейшее увеличение подачи, приводило к резкому возрастанию потерь зерна в отходы.
Поэтому, Ерошенко Л.И. была разработана технологическая схема ворохо-очистителя с двумя цилиндрическими решетами [162]. Технологический процесс такого ворохоочистителя (рис. 1.34, б) [162] протекает следующим образом. Зерновой ворох из бункера 3 поступает на первое цилиндрическое решето 1. Очищенное зерно шло проходом, а крупные и грубые примеси вместе с частью зерна, не прошедшего через отверстия первого решета, направлялись на второе решето 5, где завершался процесс сепарации. Последовательная работа цилиндрических решет позволила получить высокую производительность при меньших потерях. Однако, при увеличении засоренности исходного материала крупными примесями свыше 10% и при влажности более 27% резко снижалась производительность и возрастали потери зерна в отходы.
Методика оценки эффективного функционирования полевой уборочной машины
Коэффициент вариации диаметров сжатого соцветия у колосовых культур несколько выше, чем у метелочных. В целом можно сделать вывод о том, что для зерновых культур диаметр сжатого соцветия является достаточно стабильным параметром, что, несомненно, играет положительную роль при очесе растений на корню, т.к. нет необходимости в конструировании очесывающих гребенок с переменным зазором. Кроме биометрических характеристик на процесс очесывания растений на корню немаловажную роль играют массовые характеристики. Для определения масс растений и соцветий зерновых культур были проведены исследования в хозяйствах Мелитопольского района Запорожской области (Украина). Программа исследований включала в себя определение масс растений и соцветий зерновых культур районированных на Юге Украины, методика определения масс была разработана согласно рекомендаций [180, 181]. В результате проведенных измерений были получены дискретные массивы, после обработки на ЭВМ были определены основные статистические характеристики. На рис. 2.15 представлены диаграммы статистических характеристик масс растений и соцветий. существенный разброс средних значений масс растений для различных культур. Даже наблюдается разброс средних значений масс для одной культуры у разных сортов. Так, например, у пшеницы «Альбатрос Одесский» среднее значение массы растения составляет 5,3 10" кг, а у пшеницы «Никония» этот показатель равен 2,7 10"3 кг. У метелочных культур средние значения масс растений более выровнены - 4,48 10" ...4,7 10" кг, исключение составляет овес «Кубанский», у которого среднее значение массы растения составляет 2,49 10"3 кг. Средние значения масс соцветий у различных культур варьируют в диапазоне 1,41 10" ...2,64 10 кг (рис.2.15, а). В данном случае диаграмма, представленная на рис.2.17, а показывает, что средние значения масс растений примерно в два раза выше, чем средние значения масс соцветий. Причем, эта закономерность наблюдается у всех исследуемых культур. Среднеквадратические отклонения масс растений варьируют в широких пределах. Так, у пшеницы «Виктория Одесская» среднеквадратическое отклонение массы растения составляет 0,47 10" кг, а у проса «Старт» - 1,02 10" кг, меньший разброс среднеквадратических отклонений имеют массы соцветий, для которых среднеквадратические отклонения колеблются в пределах 0,37 10. ..0,51 10J кг, за исключением пшеницы «Альбатрос Одесский», для которой среднеквадратическое отклонение массы соцветия составило 0,65 10"3 кг. Значительный разброс среднеквадратических отклонений массовых характеристик различных зерновых культур несомненно повлиял на их коэффициенты вариации. Так, для масс растений, коэффициенты вариации находятся в пределах 16,06. ..32,12%, а для масс соцветий 18,9. ..32,5% (рис.2.15, в). Таким образом, проведенные исследования дают возможность утверждать, что масса растений и соцветий различных зерновых культур варьирует в широких пределах, однако отношение масс растений к массе соцветий более стабильно и для исследуемых культур находится в пределах 1,76... 1,99, при этом исключение составляет пшеница «Альбатрос Одесский», для которой данное отношение составляет 2,65. 8С целью определения прочностных характеристик зерновых культур, районированных на Юге Украины, в хозяйствах Мелитопольского района (Запорожская область) были проведены исследования усилий теребления из почвы и усилий отрыва соцветий от стебля. Результаты проведенных исследований приведены на рис.2.16...2.18. в широких пределах 36,4...75,3 Н. Максимальные средние значения усилий теребления наблюдались у тритикале «Зенит Одесский» - 75,3 Н, а минимальные - у проса «Харьковское кормовое» - 36,4 Н. У усилий отрыва соцветий исследуемых культур разброс средних значений значительно меньше, чем у усилий теребления. Как видно из диаграммы, представленной на рис.2.16, данные усилия располагаются с небольшими отклонениями, практически на одной линии. Диаграмма (рис.2.16) показывает, что между средними значениями усилий теребления из почвы и средними значениями усилий отрыва соцветий существует довольно большая разница. У разных культур она имеет разное значение. Так, у тритикале «Зенит Одесский» она составляет 40,8 Н, а у овса «Кубанский» - 18 Н. Однако, в данном случае, просматривается другая закономерность, а именно, отношение средних значений усилий отрыва соцветий к средним значениям усилий теребления. Разброс численных значений этих отношений незначительный 0,44...0,54.
Для оценки разброса значений усилий теребления и усилий отрыва соцветий относительно их средних значений были определены среднеквадратические отклонения данных показателей, диаграмма которых представлена на рис.2.17.
Определение кинетической энергии уборочного агрегата, как функции обобщенных координат и скоростей
При оптимизации технологических процессов необходимо иметь информацию о фиксированных уровнях конструктивных параметров к = {к кт;...;] ;...;! }. В таком виде модель функционирования представляет собой динамическую систему, состоящую из совокупности j-тых моделей технологических и рабочих органов машины, объединенных причинно-следственными связями. Такие модели при наличии достаточной информации о входных и выходных процессах позволяет алгоритмизировать и решать на ЭВМ задачи анализа, синтеза и оптимизации параметров исследуемых машин и их технологических процессов.
Решение указанных задач в значительной степени затрудняет специфика условий функционирования уборочных машин и агрегатов и особенности их технологических процессов, что отмечалось в работах профессора А.Б.Лурье и его учеников [201, 202, 203, 204, 205, 206].
Компоненты входных и выходных векторов рассматриваемых моделей являются функциями независимых аргументов. Для большинства моделей компоненты входных и выходных векторов будут функциями времени t, хотя в некоторых случаях они могут быть и функциями других физических параметров,, например, для полевых уборочных машин - пути і.
Поскольку эти функции относятся к категории случайных явлений и обнаруживают сходство только в некоторых свойствах, их необходимо описывать с помощью вероятностных законов и моделей.
Поведение рассматриваемых функций, при всех значениях аргументов может быть описано множеством, где аргумент может принимать любые значения от - со до + со. Статистические свойства этого множества описываются с помощью распределения вероятностей, связанных с любым значением принятого аргумента. Соответствующим образом упорядоченное множество и связанное с ним распределение вероятностей образуют случайный процесс. Наблюдаемые случайные процессы необходимо рассматривать как дважды бесконечные множества моментов времени. Количество компонентов n,m,k, входных и выходных векторов зависит от вида технологического процесса и типа уборочной машины его реализующее. Наличие нескольких компонентов делает рассматриваемые модели многомерными и затрудняет их исследование. Учесть все компоненты векторов практически невозможно, поэтому при исследовании моделей необходимо выявить главные и ограничиться ими. Для большинства уборочных агрегатов наиболее подходящими модели будут модели с одним выходным компонентом У(і), определяющим качество работы агрегата и несколькими входными переменными - определяющими состояние агрофона (урожайность, густота и высота стеблестоя, отношение массы зерна к массе соломы, влажность зерна и соломы и т.д.). Еще одной существенной особенностью рассматриваемых моделей является изменчивость во времени не только входных и выходных переменных, но и их младших моментов распределения, включающих в себя средние значения, дисперсии, корреляционные функции и спектральные плотности. Это делает модели нестационарными динамическими системами. В связи с этим, при анализе и синтезе таких нестационарных динамических систем необходимо приводить процессы к стационарному виду, если это не существенно отразится на результате, либо оценивать свойства системы с учетом нестационарностей, что значительно усложняет решение поставленных задач. Свойства и особенности технологических процессов машин и агрегатов можно оценить некоторым показателем Аа, который является оператором модели. Оператор Аа определяет совокупность свойств машины (агрегата) выдавать в конкретных условиях функционирования X(t) при соответствующем управлении U(t) и при фиксированных значениях конструктивных параметров К результат в виде векторной функции y(t) [201]. где N - количество элементов, образующих систему.Модели функционирования технологического процесса уборочной машины. Полевая уборочная машина работает в условиях постоянно меняющихся внешних воздействий, обусловленных многочисленными и разнообразными факторами. Такими факторами являются неровности поверхности поля, вызывающие колебания очесывающего устройства, урожайность соломы и зерна, высота стеблестоя, скорость движения агрегата и т.д. Абсолютное большинство названных факторов имеет статистическую природу, в связи с чем, все внешние воздействия и выходные показатели работы полевой уборочной машины, следует рассматривать как случайные функции (процессы). Поэтому для изучения динамики уборочной машины представим ее в виде блок-схемы модели функционирования, построенной по принципу «вход-выход» [202]. Такая схема наиболее полно отражает реальные условия и позволяет учитывать влияние различных факторов случайного в вероятностно-статистическом смысле процесса. Используя такой подход, информационную модель технологического процесса уборочной машины можно представить в виде системы (рис. 2.24) на входе которой действует вектор-функции условий работы (внешних возмущений): X = {Z( ),U( ,H(f),Uc ),f( ),W3( ,Wc()} иуправления U = {h,Va,Hy} где Z{1) - неровности поверхности поля; U() - урожайность зерна; Н( ) - высота стеблестоя; Uc () - урожайность соломы; f {) - физико-механические свойства растений; W3(/) - влажность зерна; Wc0?) - влажность соломы; h - глубина погружения очесывающего устройства в стеблестой.
