Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования 8
1. Ресурсосберегающие, почвозащитные, минимальные и нулевые технологии обработки почв 8
2. Дисковые почвообрабатывающие орудия 17
Глава II. Теоретическое исследование процесса обработки почвы дискаторами 41
1 .Технологический процесс обработки почвы дискаторами 41
2. Тяговое сопротивление рабочих органов дискатора 51
3. Расчетное число дисков дискатора 60
4. Силы, действующие на дискатор при обработке почвы. Условия устойчивости хода орудия 61
Глава III. Программа и методика экспериментальных исследований 70
1. Программа экспериментальных исследований 70
2. Разработка и изготовление экспериментального агрегата 71
3. Замеряемые параметры технологического процесса 73
4. Подбор измерительной и регистрирующей аппаратуры. Тарировка средств измерения 74
5. Методика проведения экспериментальных исследований 78
6. Методика определения гребнистости пахотного слоя почвы путем компьютерного исследования цифровых фотоснимков 93
7. Погрешности измерений и определение основных параметров 101
8. Методика обработки экспериментальных данных 103
Глава IV. Результаты экспериментальных исследований 107
Глава V. Экономическая эффективность результатов исследования 124
Выводы 127
Список литературы 129
Приложение 144
- Дисковые почвообрабатывающие орудия
- Расчетное число дисков дискатора
- Разработка и изготовление экспериментального агрегата
- Методика определения гребнистости пахотного слоя почвы путем компьютерного исследования цифровых фотоснимков
Введение к работе
Актуальность темы. По данным академика РАСХН Мило- сердова В.В., за последние 20 лет производство сельскохозяйственной продукции в России сокращалось на 7% в год. Сложные экономические условия сельскохозяйственного производства вынуждают крестьян искать более эффективные технологии возделывания сельскохозяйственных культур.
Урожайность сельскохозяйственных культур зависит от многих агротехнических мероприятий, в числе которых обработка почвы занимает одно из наиболее важных мест. Резкое увеличение цены на ГСМ и нестабильность цен на сельскохозяйственную продукцию обусловило экономическую целесообразность применения ресурсосберегающих технологий обработки почвы, в том числе мелкой вспашки, минимальной и нулевой обработки почвы.
При этих технологиях уменьшается глубина вспашки, что обеспечивает:
увеличение производительности агрегатов;
снижение удельного расхода топлива;
сокращение продолжительности обработки почвы;
уменьшение потерь урожая в связи с сокращением длительности выполнения технологических операций;
снижение эксплуатационных затрат на выполнение технологических операций.
Однако мелкая обработка почвы имеет и много недостатков:
уменьшается водопроницемость почвы;
не в полном объеме используются осадки;
уменьшается капиллярная влажность почвы;
затруднено поступление в почву воздуха;
не в полной мере используются запасы азота, фосфора и калия;
ухудшаются условия развития корневой системы для некоторых культур.
Все вышеперечисленное в отдельные годы приводит к снижению урожайности по сравнению с традиционной технологией.
Интегрирующим показателем положительных и отрицательных факторов мелкой вспашки является себестоимость произведенной продукции - тонны (центнера) зерна. Пока этот показатель стабильно указывает на преимущества мелкой обработки почвы.
В концепции развития сельскохозяйственной техники России до 2015 года основным направлением сельхозмашиностроения определено создание универсальных и унифицированных машин нового поколения, обеспечивающих высокую производительность при минимальных затратах средств и высокой надежности машин (на уровне лучших зарубежных аналогов).
Работа выполнена в соответствии с Государственной программой «Развитие сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 20082012 годы», предусматривающей ускоренный переход сельскохозяйственного производства к использованию новых ресурсосберегающих технологий, способов возделывания и уборки сельскохозяйственных культур. Федеральной программой по научному обеспечению АПК Российской Федерации предусмотрено: шифр 01.02 «Разработать перспективную систему технологий и машин для производства продукции растениеводства и животноводства на период до 2015 года».
Цель работы. Обоснование конструктивных и технологических параметров дискатора для ресурсосберегающих технологий обработки почвы, обеспечивающих заданные агротехнические требования.
Задачи исследования
-
-
Исследовать влияние конструктивных параметров дискато- ров (размеров дисков и их расстановку) на качественные показатели технологического процесса обработки почвы дискаторами.
-
Исследовать влияние конструктивных параметров и режимов работы дискатора на его тяговое сопротивление.
-
Определить силы, действующие на дискатор, и условия его устойчивого хода.
Предмет исследования. Взаимосвязи конструктивных параметров дискатора с агротехническими и энергетическими показателями его работы.
Объект исследования. Технологический процесс взаимодействия рабочих органов дискатора с почвой.
Научная новизна основных положений, выносимых на защиту:
-
-
-
Впервые исследован технологический процесс обработки почвы дискатором.
-
Получены зависимости для расчета технологических и конструктивных параметров дискатора на стадии проектирования.
-
Получены аналитические выражения для определения сил, действующих на рабочие органы дискатора в зависимости от конструктивных параметров дискатора и свойств почвы.
Практическая ценность работы и реализация ее результатов. Определено влияние диаметра диска, угла атаки, расстановки дисков на показатели технологического процесса.
Определены параметры рабочих органов дискатора, которые обеспечивают работу орудий в соответствии с технологическими требованиями. Получены зависимости для расчета и анализа тягового сопротивления дискатора.
Результаты исследований внедрены на предприятии ЗАО «ТехАртКом», г. Челябинск, на котором выпускается дискатор ПД БДМ 6x4 «Ермак», и предприятии ООО «Варнаагромаш», с. Варна Челябинской области, выпускающем БДМ-4В и БДМ-6В, а также используются сельскохозяйственными предприятиями ООО «Новое поле» и КФХ им. С. Юлаева Сосновского района Челябинской области в различных условиях возделывания сельскохозяйственных культур.
Апробация. Основные положения работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях ЧГАА в 2006 - 2012 гг.
Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в семи научных статьях, в том числе две в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 143 страницах машинописного текста, содержит введение, пять глав, выводы и рекомендации. Список использованной литературы состоит из 180 наименований; работа содержит 82 рисунка, 17 таблиц, 4 приложения.
Дисковые почвообрабатывающие орудия
Прообразы современных дисковых почвообрабатывающих орудий уже серийно изготавливались в XIX веке [51]. Изобретение дисковых орудий было вызвано желанием заменить трение скольжения по рабочим органам на трение качения (рисунок 1.2). Рабочими органами дисковых орудий служат плоские, сферические и вырезные диски. Дисковые рабочие органы не только движутся поступательно вместе с рамой машины или орудия, но и вращаются под воздействием реакции почвы. Благодаря этому они в меньшей мере, чем поступательно движущиеся рабочие органы, забиваются растительными остатками. Сферические сплошные диски (рисунок 1.3а) применяют на дисковых плугах, лущильниках и дисковых боронах, сферические вырезные диски (рисунок 1.36) - на дискаторах, тяжелых дисковых боронах. Плоские диски (рисунок 1 .Зв) - на дисковых лущильниках, сошниках сеялок и в качестве дисковых ножей на лемешных плугах. Основными геометрическими параметрами сферических дисков, характеризующими действие дисков и вращаются под воздействием реакции почвы. Благодаря этому они в меньшей мере, чем поступательно движущиеся рабочие органы, забиваются растительными остатками. Сферические сплошные диски (рисунок 1.3а) применяют на дисковых плугах, лущильниках и дисковых боронах, сферические вырезные диски (рисунок 1.36) - на дискаторах, тяжелых дисковых боронах. Плоские диски (рисунок 1 .Зв) - на дисковых лущильниках, сошниках сеялок и в качестве дисковых ножей на лемешных плугах. Основными геометрическими параметрами сферических дисков, характеризующими действие дисков на почву, являются диаметр диска D (рисунок 1.3 а), радиус кривизны диска R, угол атаки а (угол установки диска к направлению движения агрегата (рисунок 1.3г)), угол /? наклона плоскости вращения лезвия к вертикали (рисунок 1.3д), центральный угол 2 р дуги ок ружности, образуемой в результате сечения диска экваториальной плоскостью, угол со резания, угол і заострения режущей кромки диска, толщина диска д. Дисковый рабочий орган, установленный под углом а к направлению движения, образует после прохода желобчатое дно (рисунок 1.4). Параметры дна борозды после прохода дискового рабочего органа определяются его размерами, глубиной хода и расстоянием между соседними дисками. Диаметр диска выбирают наименьшим из допустимых по условиям работы, так как с увеличением диаметра диска резко увеличивается сила, необходимая для заглубления диска. При качении без скольжения по прямой вертикально поставленного диска любая точка на поверхности диска описывает циклоиду (рисунок 1.5). D - диаметр диска, м.
Если диск поставлен под углом а к направлению движения (угол атаки), то за один оборот диска машина (диск) пройдет путь L, м (рисунок 1.6): При этом диск без учета проскальзывания будет иметь угловую скорость со, 1/с: где а - глубина обработки, м; к - коэффициент пропорциональности. Для плугов к = 3 - 3,5; для лущильников к = 5 - 6; для борон к = 4 - 6 . тр диска D (рисунок 1.3 а), радиус кривизны диска R, угол атаки а (угол установки диска к направлению движения агрегата (рисунок 1.3г)), угол /? наклона плоскости вращения лезвия к вертикали (рисунок 1.3д), центральный угол 2 р дуги ок ружности, образуемой в результате сечения диска экваториальной плоскостью, угол со резания, угол і заострения режущей кромки диска, толщина диска д. Дисковый рабочий орган, установленный под углом а к направлению движения, образует после прохода желобчатое дно (рисунок 1.4). Параметры дна борозды после прохода дискового на почву, являются диаме Прообразы современных дисковых почвообрабатывающих орудий уже серийно изготавливались в XIX веке [51]. Изобретение дисковых орудий было вызвано желанием заменить трение скольжения по рабочим органам на трение качения (рисунок 1.2). Рабочими органами дисковых орудий служат плоские, сферические и вырезные диски. Дисковые рабочие органы не только движутся поступательно вместе с рамой машины или орудия, но и вращаются под воздействием реакции почвы. Благодаря этому они в меньшей мере, чем поступательно движущиеся рабочие органы, забиваются растительными остатками. Сферические сплошные диски (рисунок 1.3а) применяют на дисковых плугах, лущильниках и дисковых боронах, сферические вырезные диски (рисунок 1.36) - на дискаторах, тяжелых дисковых боронах. Плоские диски (рисунок 1 .Зв) - на дисковых лущильниках, сошниках сеялок и в качестве дисковых ножей на лемешных плугах. Основными геометрическими параметрами сферических дисков, характеризующими действие дисков на почву, являются диаметр диска D (рисунок 1.3 а), радиус кривизны диска R, угол атаки а (угол установки диска к направлению движения агрегата (рисунок 1.3г)), угол /? наклона плоскости вращения лезвия к вертикали (рисунок 1.3д), центральный угол 2 р дуги ок ружности, образуемой в результате сечения диска экваториальной плоскостью, угол со резания, угол і заострения режущей кромки диска, толщина диска д. Дисковый рабочий орган, установленный под углом а к направлению движения, образует после прохода желобчатое дно (рисунок 1.4). Параметры дна борозды после прохода дискового рабочего органа определяются его размерами, глубиной хода и расстоянием между соседними дисками. Диаметр диска выбирают наименьшим из допустимых по условиям работы, так как с увеличением диаметра диска резко увеличивается сила, необходимая для заглубления диска. При качении без скольжения по прямой вертикально поставленного диска любая точка на поверхности диска описывает циклоиду (рисунок 1.5). D - диаметр диска, м. Если диск поставлен под углом а к направлению движения (угол атаки), то за один оборот диска машина (диск) пройдет путь L, м (рисунок 1.6): При этом диск без учета проскальзывания будет иметь угловую скорость со, 1/с: где а - глубина обработки, м; к - коэффициент пропорциональности. Для плугов к = 3 - 3,5; для лущильников к = 5 - 6; для борон к = 4 - 6 . тр диска D (рисунок 1.3 а), радиус кривизны диска R, угол атаки а (угол установки диска к направлению движения агрегата (рисунок 1.3г)), угол /? наклона плоскости вращения лезвия к вертикали (рисунок 1.3д), центральный угол 2 р дуги ок ружности, образуемой в результате сечения диска экваториальной плоскостью, угол со резания, угол і заострения режущей кромки диска, толщина диска д. Дисковый рабочий орган, установленный под углом а к направлению движения, образует после прохода желобчатое дно (рисунок 1.4). Параметры дна борозды после прохода дискового рабочего органа определяются его размерами, глубиной хода и расстоянием между соседними дисками. Диаметр диска выбирают наименьшим из допустимых по условиям работы, так как с увеличением диаметра диска резко увеличивается сила, необходимая для заглубления диска. При качении без скольжения по прямой вертикально поставленного диска любая точка на поверхности диска описывает циклоиду (рисунок 1.5). D - диаметр диска, м. Если диск поставлен под углом а к направлению движения (угол атаки), то за один оборот диска машина (диск) пройдет путь L, м (рисунок 1.6): При этом диск без учета проскальзывания будет иметь угловую скорость со, 1/с: где а - глубина обработки, м; к - коэффициент пропорциональности. Для плугов к = 3 - 3,5; для лущильников к = 5 - 6; для борон к = 4 - 6 .
Расчетное число дисков дискатора
Расчетное число дисков в проектируемом дискаторе определили из ус где Ркр — расчетное усилие на крюке трактора (кН), то есть тяговое усилие на крюке трактора, для которого проектируется дискатор; R - тяговое сопротивление дискатора (уравнение 2.11); Вес дискатора линейно зависит от числа дисков: вес одного рабочего органа в сборе, кН/шт.; то есть кр (2.12) Из этого следует, что для тракторов класса тяги 5 т при работе на легких почвах на глубине обработки 0,16 м и угле атаки 20 число дисков не должно превышать 70 штук. Для определения условий устойчивого хода дискатора определяем силы, действующие на орудие [29]. При обработке почвы на дискатор в продольно-вертикальной плоско сти действуют следующие силы (рисунок 2.17): Рисунок 2.17 - Принципиальная схема дискатора и силы, действующие на дискатор при обработке почвы: 1 - механизм навески трактора; 2 - тяга; 3 - рама; 4 - сферический диск; 5 - опорное колесо (прикатывающий каток); 6 -транспортное колесо; 7 - гидроцилиндр перевода плуга в транспортное положение; 8 - механизм регулирования положения прикатывающих катков; G - вес орудия, приложенный в центре тяжести дискатора, кН; R - сила тягового сопротивления дискатора, приложенная к условному среднему диску, кН; Q - реакция на опорном колесе (каток), приложенная под углом трения качения, кН; ui - плечо действия веса дискатора относительно точки прицепа; и2 - плечо действия силы тягового сопротивления дискатора относительно точки прицепа; из - плечо действия силы реакции на опорном колесе (катке) дискатора относительно точки прицепа Под действием указанных сил дискатор может находиться в равновесии или совершать колебания (вращаться) относительно оси (центра) О (при данной схеме соединения дискатора с трактором и нахождении золотника гидрораспределипродольно-вертикальной плоско сти действуют следующие силы (рисунок 2.17): Рисунок 2.17 - Принципиальная схема дискатора и силы, действующие на дискатор при обработке почвы: 1 - механизм навески трактора; 2 - тяга; 3 - рама; 4 - сферический диск; 5 - опорное колесо (прикатывающий каток); 6 -транспортное колесо; 7 - гидроцилиндр перевода плуга в транспортное положение; 8 - механизм регулирования положения прикатывающих катков; G - вес орудия, приложенный в центре тяжести дискатора, кН; R - сила тягового сопротивления дискатора, приложенная к условному среднему диску, кН; Q - реакция на опорном колесе (каток), приложенная под углом трения качения, кН; ui - плечо действия веса дискатора относительно точки прицепа; и2 - плечо действия силы тягового сопротивления дискатора относительно точки прицепа; из - плечо действия силы реакции на опорном колесе (катке) дискатора относительно точки прицепа Под действием указанных сил дискатор может находиться в равновесии или совершать колебания (вращаться) относительно оси (центра) О (при данной схеме соединения дискатора с трактором и нахождении золотника гидрораспределителя в положении «нейтральное»). Каждая из указанных сил действует на своем плече относительно оси вращения [14]. Сила тягового сопротивления дискатора определена нами в предыдущем параграфе (уравнение 2.11). В процессе работы величина силы R постоянно изменяется не только по величине, но и по направлению.
Силу R в плоскости ZOX можно представить как векторную сумму сил Rx и Rz, причем величина сил Rx и Rz очень сильно зависит от неровностей рельефа поля, твердости почвы, состояния режущей кромки дисков и др. В некоторых случаях сила 7?г может менять направление (рисунок 2.18). Дискатор будет находиться в состоянии устойчивого равновесия (плоскость рамы дискатора параллельна плоскости поля, глубина хода рабочих органов равна заданной глубине обработки а), если сумма сил по осям координат и сумма моментов всех сил относительно центра О равны нулю На рисунке 2.17 направление силы R относительно центра О такое, что момент силы R (R-U2) направлен в сторону, противоположную моменту силы G (G-uj). Положение точки О регулируется механизмом навески трактора в зависимости от остроты заточки дисков и твердости почвы. В некоторых случаях направления моментов сил R и G могут совпадать. Прикатывающий каток (5) жестко соединен с рамой дискатора, поэтому он выполняет функцию опорного колеса. В качестве опорного колеса могут выступать и полевые колеса (6) при нейтральном положении поршня гидроцилиндра (7). Будем считать, что и в этом случае сила Q (Q1) приложена к колесам под углом трения качения на плече щ (изУ Зная среднее значение силы R и вес орудия, из уравнения (2.13) можно определить силу Q: и выполнить предварительные расчеты по настройке дискатора. В действительности условие (2.13) практически никогда не выполняется и дискатор постоянно находится под действием переменных сил. Равновесие нарушает, как правило, изменчивость силы R, обусловленная неравномерностью твердости почвы, рельефом поля, наличием растительных остатков на поверхности и в почве. Изменчивость силы R по времени обозначим R(t), имея в виду, что сила R может изменяться как по величине, так и по направлению. Уравнение (2.13) в этом случае можно записать в следующем вителя в положении «нейтральное»). Каждая из указанных сил действует на своем плече относительно оси вращения [14]. Сила тягового сопротивления дискатора определена нами в предыдущем параграфе (уравнение 2.11). В процессе работы величина силы R постоянно изменяется не только по величине, но и по направлению. Силу R в плоскости ZOX можно представить как векторную сумму сил Rx и Rz, причем величина сил Rx и Rz очень сильно зависит от неровностей рельефа поля, твердости почвы, состояния режущей кромки дисков и др. В некоторых случаях сила 7?г может менять направление (рисунок 2.18). Дискатор будет находиться в состоянии устойчивого равновесия (плоскость рамы дискатора параллельна плоскости поля, глубина хода рабочих органов равна заданной глубине обработки а), если сумма сил по осям координат и сумма моментов всех сил относительно центра О равны нулю На рисунке 2.17 направление силы R относительно центра О такое, что момент силы R (R-U2) направлен в сторону, противоположную моменту силы G (G-uj). Положение точки О регулируется механизмом навески трактора в зависимости от остроты заточки дисков и твердости почвы. В некоторых случаях направления моментов сил R и G могут совпадать. Прикатывающий каток (5) жестко соединен с рамой дискатора, поэтому он выполняет функцию опорного колеса. В качестве опорного колеса могут выступать и полевые колеса (6) при нейтральном положении поршня гидроцилиндра (7). Будем считать, что и в этом случае сила Q (Q1) приложена к колесам под углом трения качения на плече щ (изУ Зная среднее значение силы R и вес орудия, из уравнения (2.13) можно определить силу Q: и выполнить предварительные расчеты по настройке дискатора. В действительности условие (2.13) практически никогда не выполняется и дискатор постоянно находится под действием переменных сил. Равновесие нарушает, как правило, изменчивость силы R, обусловленная неравномерностью твердости почвы, рельефом поля, наличием растительных остатков на поверхности и в почве. Изменчивость силы R по времени обозначим R(t), имея в виду, что сила R может изменяться как по величине, так и по направлению. Уравнение (2.13) в этом случае можно записать в следующем виде:
Разработка и изготовление экспериментального агрегата
Для почвообрабатывающих машин основными показателями качества выполнения агротехнических требований являются глубина обработки, полнота подрезания сорняков и заделки растительных остатков, степень крошения почвы, выровненность ее поверхности и другие. Задачей оценки функциональных показателей дискатора было определение фактических показателей качества работы и соответствие их агротехническим требованиям. Для проверки основных теоретических выводов по технологическому процессу, осуществляемому дискаторами, нами была разработана программа экспериментальных исследований. Она включала следующие разделы: 1. Определение параметров, подлежащих измерению в процессе работы дискатора. 2. Разработка и изготовление экспериментального агрегата. 3. Определение необходимых приборов и оборудования для проведения экспериментальных исследований. 4. Настройка и тарировка приборов. 5. Проведение замеров параметров работы дискатора, определенных в пункте 1. 6. Обработка результатов экспериментальных данных. В качестве основных параметров технологического процесса, подлежащих экспериментальной проверке, нами были приняты: - основные агротехнические показатели работы дискаторов ПД БДМ 6x4 «Ермак» и ПД БДМ 4x4 «Ермак» при различных режимах их работы (угол атаки дисков, глубина вспашки, скорость движения агрегата, степень крошения почвы, качество заделки растительных остатков, гребнистость вспаханного поля); - влияние углов атаки дисков на тяговое сопротивление дискатора; - тяговое сопротивление дискатора при различной глубине обработки почвы; - тяговое сопротивление дискатора при различных скоростях движения агрегата при обработке почвы; - основные эксплуатационные режимы работы дискатора и на их основе определение экономической эффективности применения дискаторов в условиях Южного Урала. Эксперименты проводились на двух агрегатах. Первый состоял из трактора К-700А и дискатора ПД БДМ 6x4 «Ермак» производства ЗАО ИПП «ТехАртКом» (рисунок 3.1), второй - из трактора РТМ-160 и дискатора ПД БДМ 4x4 «Ермак» (рисунок 3.2). Соединение дискатора с трактором осуществлялось через тензозвено производства ООО «Тензо-М» (п.Красино, Московская область), предназначенное для замера динамических нагрузок до 7 т и пиковых нагрузок до 21 т (рисунок 3.3). В кабинах тракторов было оборудовано место для крепления измерительного комплекса и подведено электропитание. При эксплуатационно-технологических испытаниях фиксировались следующие сведения [32, 33, 153, 154]: - по организации испытаний: дата и место испытаний, вид работы и состав агрегата; - по условиям испытаний: метеорологические, почвенные и агробиологические характеристики; - по режиму работы: скорость движения, глубина обработки и т.д.; - по качеству работы: агротехнические показатели; - количество обслуживающего персонала и его квалификация; - расход топлива за рабочий процесс и холостой ход; - объем выполненной работы в гектарах, определяемый непосредст венным обмером участка.
Программой экспериментальных исследований было предусмотрено проведение следующих измерений: 1. Замеры тягового сопротивления дискатора при углах атаки 15, 25, 30 и глубине обработки соответственно 8, 12, 16 см. 2. Измерение ширины захвата дискатора при вышеперечисленных углах атаки. 3. Выборочные измерения рельефа дна борозды в плоскости, поперечной направлению движения дискатора (не менее 5). 4. Оценка качественных показателей вспашки: степень крошения почвы, полнота заделки пожнивных остатков, гребнистость поверхности вспаханного поля, глубина обработки, гребнистость дна борозды. Экспериментальная установка позволила провести все намеченные исследования с необходимым качеством. Подбор измерительной аппаратуры определяется принятым методом измерения параметров, который в свою очередь обуславливается задачами и целями экспериментального исследования и требуемой точностью измерений. Для измерений составляющих общей силы тягового сопротивления дискатора был выбран электротензометрический метод, основанный на изменении электрического сопротивления проводника при деформации, имеющий широкое распространение в современной методике испытаний и достаточно подробно описанный в литературе. При измерении тягового сопротивления (продольная составляющая общего сопротивления) использовалось тензозвено «Тензр-М» (рисунки 3.3, 3.4).
Методика определения гребнистости пахотного слоя почвы путем компьютерного исследования цифровых фотоснимков
Гребнистость - один из агротехнических показателей качества обработки почвы сельскохозяйственными машинами. Чтобы получить объективные данные по качеству на всей обработанной площади, необходимо выполнить большое количество замеров с последующим анализом. Это отнимает много времени. Сократить время можно фотографированием поверхности поля на фоне измерительной линейки и проведением анализа полученных данных, используя вычислительную технику. Метод разработан в Уральском испытательном центре сельскохозяйственной техники при Чезначение или должен быть измерен и внесен в качестве параметра в аналитический модуль. Программное обеспечение представляет собой анализатор, определяющий по фотографии границу раздела двух сред (почва, фон измерительной линейки). Он находит высоту пахотного слоя в данной точке и вносит в базу данных. Из-за случайных факторов (тень на линейке, солома и д.р.) качество фотографии бывает недостаточно хорошим для проведения прямого анализа, поэтому необходимо соблюдать ряд рекомендаций: 1. Обязательно использовать линейку контрастного цвета по сравнению с окружающей средой (т.е. цвет, не встречающийся на пашне в естественных условиях), например, синий. 2. Производить съемку с учетом рекомендованных выше углов. 3. Линейка должна иметь разметочную полосу только в одной части, например, слева сверху (может быть любого цвета). Выполнение данных требований способствует получению достаточно четкой границы, годной для дальнейшего анализа. Ниже приведены пример возможного контура (математическая модель) и метод борьбы с помехами, полученными в результате первичной обработки. Выделим некоторый массив, например длиной 128 точек, и построим математическую модель зашумленного сигнала, который получится в результате снятия данных с фотоснимка: Как видно из модели (рисунок 3.15), полученный результат зашумлен низкими частотами. Если искажения велики, они могут повлиять на конечный результат, поэтому их следует убрать. Для этого воспользуемся функциями преобразования Фурье, встроенными в MathCAD. Сначала разложим результат в спектр и, выделив необходимые частоты, уберем их. После обратного преобразования получается функция, более подходящая для определения характеристик почвы (рисунок 3.16): Теперь перейдем к данным, полученным по реальной фотографии. Для этого запустим программу, выберем нужную фотографию. На экране появится изображение. Нажав кнопку, необходимо выбрать место на фотографии, после чего щелкнуть в точке, где должен быть верхний левый угол линейки. Не отпуская кнопку, направляем ее к нижнему правому углу, после чего кнопку отпускаем.
На экране выбранная область будет обведена красным цветом. С нею и будет работать программа. После этого нажимаем кнопку «сохранить данные», программа предложит ввести имя файла, с которым мы будем далее работать. Также по фотографии необходимо сделать перевод масштаба из пикселей в сантиметры, для чего нажимаем кнопку «получить масштаб», на экране появляется курсор. Устанавливаем границы по левой верхней метке на линейке. Записываем данные: 1. Высота выбранной области. 2. Ширина выбранной области. 3. Высота и ширина метки на линейке. Заполняем переменную hpict значением высоты в пилябинской государственной агроинженерной академии М.М.Мухаматнуровым [158]. Для подготовки и осуществления анализа необходимы: - качественно сделанные цифровой видеокамерой перпендикулярно обработке фотографии (рисунок 3.14); - программное обеспечение для их обработки; - модуль анализа полученных данных. Фотография считается сделанной качественно, если угол отклонения, лежащий в горизонтальной плоскости, имеет колебания 1-3. Угол наклона к горизонту (в вертикальной плоскости) должен иметь такое же значение или должен быть измерен и внесен в качестве параметра в аналитический модуль. Программное обеспечение представляет собой анализатор, определяющий по фотографии границу раздела двух сред (почва, фон измерительной линейки). Он находит высоту пахотного слоя в данной точке и вносит в базу данных. Из-за случайных факторов (тень на линейке, солома и д.р.) качество фотографии бывает недостаточно хорошим для проведения прямого анализа, поэтому необходимо соблюдать ряд рекомендаций: 1. Обязательно использовать линейку контрастного цвета по сравнению с окружающей средой (т.е. цвет, не встречающийся на пашне в естественных условиях), например, синий. 2. Производить съемку с учетом рекомендованных выше углов. 3. Линейка должна иметь разметочную полосу только в одной части, например, слева сверху (может быть любого цвета). Выполнение данных требований способствует получению достаточно четкой границы, годной для дальнейшего анализа. Ниже приведены пример возможного контура (математическая модель) и метод борьбы с помехами, полученными в результате первичной обработки. Выделим некоторый массив, например длиной 128 точек, и построим математическую модель зашумленного сигнала, который получится в результате снятия данных с фотоснимка: Как видно из модели (рисунок 3.15), полученный результат зашумлен низкими частотами. Если искажения велики, они могут повлиять на конечный результат, поэтому их следует убрать. Для этого воспользуемся функциями преобразования Фурье, встроенными в MathCAD. Сначала разложим результат в спектр и, выделив необходимые частоты, уберем их. После обратного преобразования получается функция, более подходящая для определения характеристик почвы (рисунок 3.16): Теперь перейдем к данным, полученным по реальной фотографии. Для этого запустим программу, выберем нужную фотографию. На экране появится изображение. Нажав кнопку, необходимо выбрать место на фотографии, после чего щелкнуть в точке, где должен быть верхний левый угол линейки. Не отпуская кнопку, направляем ее к нижнему правому углу, после чего кнопку отпускаем. На экране выбранная область будет обведена красным цветом. С нею и будет работать программа. После этого нажимаем кнопку «сохранить данные», программа предложит ввести имя файла, с которым мы будем далее работать. Также по фотографии необходимо сделать перевод масштаба из пикселей в сантиметры, для чего нажимаем кнопку «получить масштаб», на экране появляется курсор. Устанавливаем границы по левой верхней метке на линейке. Записываем данные: 1. Высота выбранной области. 2. Ширина выбранной области. 3. Высота и ширина метки на линейке. Заполняем переменную hpict значением высоты в пикселях и Ы - высо
Похожие диссертации на Обоснование основных конструктивных параметров и режимов работы дискаторов для ресурсосберегающих технологий обработки почвы : на примере почвенно-климатических условий Южного Урала
-
-
-
