Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования
1.1 Значение картофелеводства 8
1.2 Основные тенденции в развитии технологий и средств механизации возделывания и уборки картофеля 9
1.3 Обобщение условий эксплуатации картофелеуборочных комбайнов в Республике Башкортостан и результатов их работы
1.3.1 Агротехнические требования к работе картофелеуборочных машин 16
1.3.2 Условия и результаты работы картофелеуборочных комбайнов в производственных условиях 17
1.4 Обзор устройств регулирования глубины хода подкапывающих рабочих органов 21
1.5 Анализ состояния посадок 29
1.6 Анализ моделей функционирования подкапывающих рабочих 30
органов картофелеуборочных машин
1.7 Обоснование и постановка задачи исследований 39
2 Разработка имитационной модели процесса подкапывания картофельного гребня
2.1 Общее описание имитационной модели 40
2.2 Описание исходного состояния картофельного гребня 41
2.3 Описание процесса подкапывания 44
2.4 Выбор и обоснование конструктивных решений 47
2.5 Кинематический анализ предлагаемой конструкции 54
2.6 Проверка неустойчивости в области резонансных частот 58
2.7 Выводы з
3 Программа и методика экспериментальных исследованрш
3.1 Программа экспериментальных исследований 60
3.2 Методика определения характеристик посадок 60
3.3 Методика определения качественных показателей работы картофелеуборочных машин 63
3.4 Методика машинных экспериментов 64
3.5 Измерительные приборы и оборудование 68
3.6 Подготовка и проведение лабораторных и полевых экспериментов 71
3.7 Методика проведения многофакторного эксперимента 75
3.8 Тарировка приборов и аттестация измерительного комплекса 77
3.9 Определение необходимого количества измерений
3.10 Оценка погрешностей и точности результатов 81
3.11 Методика оценки адекватности принятых моделей 82
4 Результаты экспериментальных исследований
4.1 Характеристика состояния посадок картофеля 83
4.2. Машинный анализ процесса подкапывания 89
4.3 Соответствие теоретических и экспериментальных значений 96
4.4 Оптимизация процесса подкапывания 100
4.5 Результаты производственных испытаний картофелекопателя с копирующим лемехом
4.5.1 Агротехническая оценка 102
4.5.2 Расчет экономической эффективности результатов исследований 105
Общие выводы и рекомендации производству 109
Список использованной литературы
- Условия и результаты работы картофелеуборочных комбайнов в производственных условиях
- Описание исходного состояния картофельного гребня
- Методика машинных экспериментов
- Соответствие теоретических и экспериментальных значений
Введение к работе
Актуальность темы. Картофель относится к числу важнейших сельскохозяйственных культур и используется в продовольственных, кормовых и технических целях. Вместе с тем наблюдается тенденция уменьшения производства картофеля крупными сельскохозяйственными предприятиями, на сегодняшний день ими выращивается не более 5% от валового сбора картофеля, в то время как в 1989 году этот показатель превышал 40%. Основной причиной сокращения производства является высокая себестоимость продукции картофелеводства, что стало следствием износа основного парка машин и прекращения выпуска техники для промышленного возделывания картофеля на территории России и стран СНГ, свертывания селекционной работы, отсутствия гарантированных рынков сбыта, необходимости изъятия из оборота для покупки посадочного материала весьма ощутимых, при существующих банковских ставках, для хозяйства денежных средств и значительных затрат ручного труда при уборке. По Республике Башкортостан для получения центнера клубней в среднем требуется 4,4-4,5 чел-ч затрат труда, из них на долю уборочных работ приходится более 60% трудозатрат. Использование комбайновой уборки позволяет снизить прямые затраты труда в среднем на 1,2-2 чел-ч/ц.
Ограниченное применение картофелеуборочных комбайнов в большинстве случаев связано с недостаточно эффективной работой сепарирующих органов. Содержание почвенных частиц в сходовом ворохе значительно превышает агротехнические нормы. Высокое содержание почвы объясняется подачей на сепарирующие органы большого количества переуплотненных почвенных частиц с нижних горизонтов гребня.
В этой связи создание конструкций подкапывающих рабочих органов с устройством регулирования глубины хода, обеспечивающих подрезание и подачу на сепарирующие органы минимального количества переуплотненных почвенных частиц при допустимых потерях, является весьма актуальным т.к. это расширит возможности применения картофелеуборочных машин при уборке клубней картофеля.
Целью работы является повышение эффективности работы картофелеуборочных машин путем обоснования конструкции и оптимизации параметров устройства регулирования глубины хода лемехов, обеспечивающего копирование плотного ложа
картофельного гребня.
'':~ _ - _ - »ЛЫ1АЛ
"ifrfa
G
Объектом исследования является технологический процесс подкапывания клубненосного пласта подкапывающим рабочим органом картофелеуборочной машины.
Задачи исследования:
определение влияния состояния клубненосного пласта и глубины хода лемехов на эффективность работы картофелеуборочных машин;
разработка имитационной модели и программы симулятора технологического процесса картофелеуборочной машины;
проведение машинных экспериментов, обоснование конструктивных решений по оптимизации процесса подкапывания клубней картофеля;
разработка методики экспериментальных исследований и обработки результатов лабораторных и полевых экспериментов по оптимизации параметров устройства регулирования глубины хода лемехов;
технико-экономическая оценка эффективности внедрения предложенных решений в производство.
Предметом исследования является закономерности изменения качественных показателей процесса подкапывания в зависимости от конструктивных и эксплуатационных параметров при различных условиях посадок.
Методика исследований. Исследование процесса подкапывания проводилось путем всестороннего теоретического анализа и экспериментов, выполненных с использованием имитационной модели симулятора на ПЭВМ, а так же испытаний физических моделей и опытных образцов в лабораторных и полевых условиях.
При проведении экспериментов на имитационной модели симулятора использовались специально разработанные математические описания составляющих процесса подкапывания и программы для ПЭВМ.
Экспериментальные лабораторные и полевые исследования проводились с применением измерительно-информационного комплекса, включавшего ПЭВМ, внешний аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), серийные и специально изготовленные датчики и программу «Пакет обработки сигналов» (ПОС) НПО «Мера», на картофелекопателе с лемехом, снабженным устройством для копирования рельефа плотного ложа по стандартным и специально разработанным методикам.
Обработка результатов экспериментов осуществлялась по стандартным и специально разработанным программам для ПЭВМ.
Научная новизна. Разработана имитационная модель, программа симулятор процесса подкапывания и проведены машинные эксперименты по исследованию подкапывающего рабочего органа картофелеуборочной машины.
Обоснована конструкция копирующего рабочего органа картофелеуборочной машины.
На основе имитационного моделирования определены рациональные параметры копирующего устройства подкапывающего рабочего органа. Высокая степень достоверности расчетов подтверждена опытной проверкой.
Предложена комплектация и методика использования мобильного измерительного комплекса на базе ПЭВМ, внешнего АЦП и «Пакета обработки сигналов» НПО «Мера».
Практическая ценность работы.
Предложена конструкция и изготовлены опытные образцы устройства для регулирования глубины хода подкапывающих рабочих органов картофелеуборочных машин, обеспечивающих снижение содержания почвенных частиц в сходовом ворохе на 30-50%.
Программа и методика экспериментальных исследований с применением мобильного измерительного комплекса на базе ПЭВМ и внешнего АЦП используется при изучении курсов «Сельхозмашины» и «Методика научных исследований» в ФГОУ ВПО«БГАУ».
Реализация результатов исследований. Опытный образец использовался при уборке картофеля на опытных полях Башгосагроуниверситета и совхоза «Сюнь» Или-шевского района Республики Башкортостан. Результаты исследований используются конструкторским бюро АО «Фирма Комбайн» (г. Рязань) при проектировании подкапывающих рабочих органов картофелеуборочных машин.
Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и молодых ученых БГАУ в 1997-2004 гг., на ежегодных научно-технических конференциях Челябинского государственного агроинженерного университета в 1999-2004 гг., на научно-технической конференции в Ижевской госсельхозакадемии в 2003 г. На защиту выносятся:
-результаты испытаний картофелеуборочных машин по определению влияния глубины хода лемехов на эффективность работы сепарирующих органов;
-имитационная модель и программа симулятор процесса функционирования картофелеуборочной машины;
-конструктивные решения по совершенствованию подкапывающих рабочих органов, полученные на основе машинных экспериментов;
-результаты лабораторно-полевых и производственных испытаний предложенных конструктивных решений;
-энергетическая и технико-экономическая оценка опытного образца подкапывающего устройства.
Публикации по теме диссертации. Основные положения результатов исследований опубликованы в 8 печатных работах и одном описании к патенту РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы (140 наименований) и приложений. Работа изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 53 рисунка, 7 таблиц и 15 приложений.
Условия и результаты работы картофелеуборочных комбайнов в производственных условиях
Размещение картофеля в севообороте и свойства почвы оказывает значительное влияние на получаемый урожай. Подземным побегам растений во время роста приходится преодолевать существенное механическое сопротивление почвы, из-за чего на тяжелых почвах происходит значительный недобор урожая, ухудшаются условия уборки. Картофель рекомендуется возделывать на супесчаных, легкосуглинистых и среднесуглинистых почвах с содержанием гумуса не менее 1,5%, способных сохранять рыхлое состояние на протяжении всей вегетации. В Республике Башкортостан имеется около 90 тыс.га. легких почв, расположенных в основном в Южной лесостепи и Предуральской степи /1/. При возделывании картофеля на таких почвах облегчается работа картофелеуборочных машин, снижается засоренность картофельного вороха комками земли и уменьшается тяговое сопротивление.
Оптимальной плотности почвы (800-1000 кг/м3) возможно достичь и на тяжелосуглинистых почвах, преобладающих во многих районах республики, применив соответствующие системы обработки почвы. Подготовка почвы под картофель складывается из основной (осенней) и предпосадочной (весенней) обработок.
После уборки предшественника проводится лущение на глубину 0,05-0,08 м агрегатами ЛД-5, ЛДГ-10, ПИЛ-10-25, БД-10. Отвальную вспашку зяби проводят плугами на полную глубину пахотного слоя с заделкой органических удобрений плугами типа ПЛН-4-35, ПЛП-6-35 /119/. Для ликвидации подплуж-ной подошвы один раз в 3-4 года проводится глубокое рыхление до 0,35-0,38 м чизель- культиваторами или подпочвенным рыхлителем Мейер DBR-3 /58/.
Улучшения структуры почвы добиваются нарезкой гребней с осени /125/. Культиваторы при нарезке гребней оборудуются рабочими органами-окучниками. Гребни нарезают перед устойчивыми заморозками высотой не менее 0,2-0,22 м. В весенний период посадку проводят без дополнительных обработок или рыхлений. При этом улучшаются условия произрастания растений и облегчается подкапывание. В условиях Республики Башкортостан осенняя нарезка гребней не нашла широкого распространения из-за сильного заплывания почв.
Весной проводится ранневесеннее двухследное закрытие влаги на глубину 0,05-0,07 м, безотвальная перепашка, культивации на глубину 0,12-0,14 м по мере поспевания почвы, нарезка гребней с помощью КРН-4,2, КОН-2,8 с одновременным внесением фосфорно-калийных удобрений /39,43/.
На тяжелосуглинистых почвах проводится активное поверхностное рыхление почвы вертикально-фрезерными культиваторами КВФ-2,8, КФГ-3,6, КФ-300, "Dominator". Применение предпосадочной фрезерной обработки снижает примеси почвы в бункере комбайнов /62/. При вертикальном фрезеровании происходит послойная обработка почвы, что предупреждает потери влаги. Фрезерование проводится на глубину 0,08-0,1 м при скорости движения не более 2,2 км/ч. Применение фрез с горизонтальной осью вращения приводит к обес-структуриванию почвы и увеличивает опасность водной и ветровой эрозии.
Внесение органических удобрений под картофель улучшает структуру почвы. К тому же в тонне перепревшего навоза содержится в среднем 3,7 кг азота, 2 кг фосфора и 4,2 кг калия. Таким образом, при внесении 100 т навоза на гектар одновременно примерно на треть удовлетворяются потребности в минеральных удобрениях. В соответствии с рекомендациями агрохимических лабораторий вносятся минеральные удобрения (азот, фосфор, магний) и микроэлементы (бор, марганец, медь, магний и другие). Калий и фосфор играют особую роль в повышении устойчивости растений картофеля к болезням. При внесении минеральных и органических удобрений под картофель применяют машины КСО-9, ПТУ-4, РПН-4, РУН-15Б, РОУ-5, ПРТ-10, РЖТ- 4.
На посадку используются высококачественные семена районированных сортов не ниже 4-5 репродукции. Расходы, связанные с сортообновлением и приобретением элитного материала, таких сортов как раннеспелый - «Зов», среднеранний- «Невский», «Уфимец», среднеспелый- «Гатчинский», средне 12 поздний- «Лорх», «Луговской», многократно окупаются за счет повышения урожайности в первые 2-3 года репродуцирования /24/. Качество семенных клубней должно соответствовать ГОСТ 7001-66. Посадка семенных клубней низкого качества снижает урожай в 5-6 раз. Весной за месяц до посадки клубни сортируются на оборудовании типа КСП-15 и К-750 /42/.
Для борьбы с возбудителями инфекционных болезней клубни протравливаются на агрегатах ПУМ-30, "Мафекс", ОПС-1А, приспособлениях для обеззараживания клубней к картофелепосадочным машинам конструкции НИИКХ. С целью повышения устойчивости картофеля к болезням в рабочие растворы протравителей добавляют медный купорос, ризоплан, ГУМИ и другие препараты /40/.
Посадка клубней производится с использованием рекомендованных норм и схем на глубину 0,04-0,08 м. Начало посадки определяется наступлением физической спелости почвы. Применяются сажалки КСМ-4, КСМ-6, "Структу-рал", "Крамер", VL20RKZ, СКС-4, САЯ-4. При посадке предусматривают формирование плотного ложа с целью ограничения развития клубней в нижних слоях почвы и рыхлый слой почвы над маточным клубнем /62/. Оптимальное строение картофельного гребня после посадки приведено на рисунке 1.1 /104/.
В реальных условиях плотность почвы в гребне значительно выше. К уплотнению почвы в междурядиях гребней приводит использование энергонасыщенных тракторов и увеличение ширины их колес. Многократные проходы агрегатов по полю уплотняют плодородные верхние слои почвы, ухудшаются физико-механические и технологические свойства пахотного и подпахотного горизонтов почвы. Как показано на рисунке 1.2 а, при возделывании картофеля с междурядьями 0,7 м происходит уплотнение ведущими колесами трактора.
Описание исходного состояния картофельного гребня
Для устранения данного недостатка необходимо деформировать пласт так, чтобы произошел сдвиг частиц почвы относительно друг друга (рисунок 1.6) При этом обжимные катки разрушают почвенные частицы в боковых частях гребня /87/.
На тяжелых суглинистых почвах при повышенной влажности катки оказывают на пласт обратное действие, способствуя уплотнению почвы.
Конструкция с быстросъемными опорными катками и опорными колесами, (рисунок 1.7), позволяет в полевых условиях при нормальной влажности устанавливать прикатывающие катки 1, при повышенной— опорные колеса 2 111.
При неточности вождения по рядкам отмечается неустойчивая работа лемехов на заданной глубине.
Для устранения указанного недостатка предложены самоустанавливающиеся катки (рисунок 1.8) /37,89/. Катки установлены на валу без осевой фиксации, что позволяют им при неточностях рядков перемещаться вдоль вала, сжимая пружины.
Регулирование глубины хода лемеха ребордами, установленными с наружной стороны дисковых ножей, применяется в комбайнах "Экенгард" (Швеция). При этом ограничивается заглубление дисков, закрепленных жестко с лемехами, в почву. Регулировка глубины подкапывания осуществляется сменой реборд.
Преимущество- упрощается конструкция вследствие отсутствия опорных колес и катков.
Для повышения точности регулирования предложены системы автоматического регулирования (САР) заданной глубины хода лемехов (рисунок 1.9) /103/. Как видно из рисунка, в качестве чувствительного элемента (копира) использован каток, шарнирно прикрепленный к раме комбайна. Копир постоянно прижимается к поверхности гребня пружиной и через демпферное устройство связан с золотником гидрораспределителя. Золотник регулирует поступление масла в полость гидроцилиндра, корпус которого шарнирно связан с паралле-лограмной навеской бокового лемеха.
Самоустанавливающиеся катки; А- ширина междурядья Испытания картофелеуборочного комбайна с САР показали, что при уборке картофеля на среднесуглинистых почвах влажностью 21-23% чистота клубней в бункере экспериментального комбайна составила 96-98%, по сравнению с 90-92% у комбайна ККМ-4, потери в виде неподкопанных клубней соответственно уменьшились с 3,5 до 1,5%.
Аналогичная система применена также в картофелеуборочных комбайнах "Huster Harwister", "Самро электронике РБ" (Швейцария) /36,94/.
В целях повышения стабильности и расширения функциональных возможностей предлагаются конструкции регулирования глубины хода по датчику с запаздыванием и сигналам обратной связи, представленной на рисунке 1.10 /85/. Временная программа настраивается для каждого нового интервала регулирования по результатам оценивания параметров копирования. Оценка параметров производится по сигналу первичного преобразователя датчика-копира 1. В соответствии с заданной программой, скорости движения и положением лемеха 6 определяется требуемое значение перепада давления на гидроприводе машины и оказывается воздействие на распределительное устройство 4 гидросистемы машины. Таким образом, повышается эффективность копирования.
Достоинства предложенных САР- повышение точности копирования, уменьшение загрузки комбайна и повышение чистоты сходового вороха. Недостаток- сложность данных конструкций, низкая надежность и дороговизна. Общим недостатком приведенных конструкций по способу копирования поверхности гребня является невозможность исключения подкапывания нижних переуплотненных почвенных слоев.
Предложены конструкции, позволяющие регулировать глубину хода лемехов по физико-механическим свойствам почвы по аналогии с самоустанавливающимися рабочими органами. Один из примеров представлен на рисунке 1.11 /87/. Введение опорной лыжи 5 позволяет регулировать глубину подкапывания в зависимости от несущей способности почвы. Настройка на К гидросистеме
Одним из перспективных методов регулирования глубины подкапывания является гнездовая выкопка картофеля из гребня с минимальным количеством примесей. Для этого требуется непрерывное прослеживание клубней и примесей в грядке без ее разрушения. В качестве чувствительного элемента наиболее приемлемы гамма- изотопы /139/. Гаммоскопическое устройство (рисунок 1.12) содержит излучательї и приемник луча 5, установленные на определенном расстоянии с обеих сторон картофельной грядки. Применяемые для измерения гамма- изотопы центрируются с помощью коллиматора- излучателя таким образом, что приемник лучей 5 принимает только те из них, которые проходят через поглотитель- грядку толщиной d. Сигналы от приемника 5 обрабатываются и передаются на исполнительный орган.
Преимущество- возможно регулирование глубины хода лемехов по залеганию нижнего клубня, что позволит резко уменьшить количество подкапываемой массы.
Недостаток- высокая стоимость таких устройств и повышенные эксплуатационные затраты на их обслуживание.
Анализ известных устройств позволил выявить некий конструктивный пробел- отсутствие эффективных способов регулирования глубины хода по плотности почвы, что может весьма существенно повысить чистоту сходового вороха. Наиболее перспективным, на наш взгляд, является комбинирование подкапывающего рабочего органа с устройством для регулирования глубины хода.
Методика машинных экспериментов
В настоящее время в различных областях науки и техники широкое распространение находят методы имитационного моделирования. Они применяются при исследованиях экономических систем, процессов в промышленности, автоматизированных систем управления и некоторых операций в сельском хозяйстве /8,13-15,34,35,81,91,101,112,121,127,132/. В настоящее время имитационное моделирование- наиболее эффективный метод исследования больших и сложных систем.
Имитационное моделирование позволяет изучать сложные системы в ограниченных условиях (финансовых, времени и т.д.) проведения «натурного» эксперимента, уменьшая объем экспериментальных работ при оптимизации параметров.
Имитационный метод моделирования включает в себя два этапа: построение имитационной модели исследуемого объекта и экспериментирование с этой моделью. Следовательно, имитационное моделирование можно понимать как теоретический и экспериментальный метод исследования, когда испытаниям подвергается полученная на ЭВМ имитационная модель объекта /132/.
При этом моделируемый процесс рассматривается в виде дискретной последовательности изменения состояния системы с учетом большинства факторов, имеющих в описании ясную физическую суть. Процессы исследуются в так называемом системном или модельном времени.
По мнению В.Н. Бусленко имитационное моделирование является мощным методом исследования объектов наряду с такими методами, как классический аппарат математического анализа /13/.
Основой имитационной модели является алгоритм, воспроизводящий функционирование отдельных узлов, звеньев и всей системы в целом. При этом графическое представление структурной схемы значительно повышает наглядность модели. Технологический процесс функционирования картофелеуборочной машины рассмотрим как последовательность изменения исходного состояния клубненосного пласта, процесса подкапывания, разрушения почвенных комков и сепарации (рисунок 2.1). Работу картофелеуборочной машины представим в виде блоков, отражающих: блок «картофельный гребень»- состояния почвы и куста картофеля в картофельном гребне, сложившиеся при исходном типе почвы, сорта, элементов технологии, влажности и других факторов; блоки «подкапывающие органы» и «сепарирующие органы» соответственно описывают работу подкапывающих и сепарирующих рабочих органов. Процесс представлен в виде взаимосвязанных модулей, каждый из которых рассматривается как оператор качественного и количественного преобразования показателей исходного состояния объектов. При этом основными критериями работы картофелеуборочных машин являются полнота уборки Пу ,чистота сходового вороха Чсв и производительность WCM. На основе предложенной схемы блоки «картофельный гребень», «подкапывающий орган» и их взаимодействие было описано соответствующими математическими моделями и программой симулятором.
Состояние посадок описывается высотой и шириной гребня Н..Р, Ьгр плотностью почвы по слоям в гребне р, глубиной залегания нижних клубней Нкл, шириной клубневого гнезда Кч, глубиной залегания изолиний твердости Нтв Копирование микрорельефа Исходные данные 1 потери П 1л. Ьл Точность Рождения по рядам Технол — —» Влажн Почда сепарирующий орган Ком кода дише ль Про межу тонн рых Ручная переборка К га/ч Кч Ртяг Рисунок 2.1 Имитационная модель работы картофелеуборочного комбайна В общем случае рельеф поверхности гребня представляет собой случайный процесс, описываемый выражением /59/: hix)=Gix)+Zix), (2.1) где G(X), Z(X)- соответственно макрорельеф (тренд) и микрорельеф. Так как база картофелеуборочной машины не превышает 4-6 м, макрорельеф был исключен из рассмотрения, это позволило описание рельефа привести к станционарному виду /137/: Zi=Z/i+Z? (i = l,2,...,N), (2-2 где Z/, Zf независимые составляющие рельефа поля, определяемые как Z(=0 Z M-Z ,+X „ (2-3) Z?=Xf, (2-4) где Х- ,Xf - независимые нормально распределенные случайные величины с математическим ожиданием МС = Mt =0 и дисперсией D = D/; D =D2 Дисперсии Д,, Д2 определяются после обработки ограниченного количества замеров высоты гребней в полевых условиях. Микрорельеф поверхности гребня описывается как где гак - коэффициент автокорреляции.
Плотность почвы картофельного гребня неодинакова в поперечном сечении и условно делится на «рыхлые» и «переуплотненные» слои. При известных значениях глубины залегания одинаковой плотности, можно построить их изолинии по длине гона. Закономерности изменения продольной плотности и продольной твердости идентичны /69,70,86,140/, при этом изменения изолиний плотности и твердости не коррелированы с профилем поверхности гребня. Для априорного анализа примем, что продольная плотность вдоль гребня с учетом T)=Dp.e-a"(T , (2.6) где Dp-дисперсия; ар- коэффициента автокорреляции описывается так же, как влажность /27,135/ Rp(коэффициент аппроксимации автокорреляционной функции. Расположение клубней по глубине гребня подчиняется нормальному закону: (2.7) f 1 f"»= / еХР (Гни, У/2 7Г ( tl кя Псркл) 2 aL, где Hcpt.4,crH - соответственно средняя глубина и среднеквадратическое отклонение залегания нижнего клубня. При этом залегание клубней связано с изолиниями плотности как НклНти1Нкл =МНкч + г- {Нтв-МНтв) (2-8) &Нтв «Г»-, . =(1- ) (2-9) где Нклнтв/Нкл- условное математическое ожидание глубины залегания клубней по изолиниям плотности; г - коэффициент корреляции. Как показали исследования имитации картофельного гребня, при наличии узловых данных исходного состояния посадок, удается получить практически весь спектр возможных состояний посадок картофеля.
Соответствие теоретических и экспериментальных значений
Расстояние от поверхности гребня до верхнего клубня а„ определяли путем измерения толщины слоя почвы над верхним клубнем. Глубина залегания нижнего клубня На измерялась от поверхности гребня до нижней части наиболее глубоко расположенного клубня куста. Ширина клубневого гнезда Ь„ определялась по сторонам наиболее удаленных от середины крайних клубней.
Для замера высоты на два соседних гребня накладывалась рейка и по вертикали линейкой измерялось расстояние от дна междурядия до нижнего обреза рейки.
Твердость почвы определялась твердомером Ревякина через 0,1 м поперек гребней на глубину до 0,25 м. В качестве деформатора использовалась цилиндрическая насадка диаметром 0,02 м.
Обработка данных твердограмм проводили по известным методикам /55,130,111/. Средняя твердость находилась по формуле: Р = и 3-» где Pi - твердость почвы в і слое, МПа; Л - толщина і слоя, м. Для построения изолиний твердости проводилось профилирование поверхности гребня посредством координатной рейки в поперечно-продольном направлении на двух гонах (вперед и назад). Длина рейки составляла 2,5 м, через каждые 0,1 м наносились риски.
На участке для испытания агрегатов на длине гона 10 м были установлены базы -планки с расстоянием между ними 2,2 м, т.е больше ширины захвата агрегатов. Расстояние между планками выбиралось из условия свободного прохода испытуемых агрегатов. На планке отмечены деления через каждые 0,15 м, на которых производились замеры высоты и ширины картофельного гребня, твердости почвы и дна борозды после прохода агрегата. Рейка устанавливалась на планке в строго определенном положении. Значение ординаты от поверхности гребня до рейки служило базой для точки отсчета диаграммы твердости. Это позволило построить изолинии любой равной твердости и сравнивать их между собой на разных полях. При проведении исследований экспериментальных конструкций изолинии продольной твердости сравнивались с профилем дна борозды, получаемой после прохода агрегата.
Влажность почвы определена по весовому методу /105/. Плотность почвы определялась на основе взвешивания образцов почвы, отобранных с помощью тонкостенных стальных цилиндров /55,76,93/. Объем цилиндра 250 см3, точность взвешивания составляла 0,1 г.
При сравнительных испытаниях картофелеуборочных комбайнов были сняты пробы вороха, зоны снятия которых показаны на рисунке 3.2. Измерения проводилось в следующей последовательности:
При испытаниях картофелеуборочных комбайнов при работе агрегата трактор останавливался с одновременным выключением ВОМ. В означенных зонах I-IV (рисунок 3.2) накладывалась рамка размером 0,5x1,4 м, с внутренней части которой клубни, комки и ботва собирались в тару. После сортировки образцы взвешивались с внесением результатов в протокол испытаний.
Для определения качественных показателей работы картофелекопателей на них сзади прикреплялся рулон брезентового полога. При работе по команде оператора освобождали защелку и полог начал расстилаться по поверхности поля. Собранный с полога сходовый ворох рассортировывался и взвешивался в обычном порядке на циферблатных весах.
Потери неподкопанными клубнями определялись перекопкой картофелекопателем, установленным на большую глубину. Измерения проводились в пятикратной повторности в начале и в середине гона. 3.4 Методика машинных экспериментов
Для априорного анализа проведены машинные эксперименты, укрупненная блок-схема которых представлена на рисунке 3.3 /47/.
В блоке 1 произведена генерация исходного состояния посадок- высоты гребня, глубина изолиний твердости почвы, залегания нижнего клубня и плотности почвы /14,31,59,92/.
Генерация высоты гребня осуществлена в следующей последовательности /137/. Генератором случайных чисел программы EXCEL формировались числовые последовательности Xі и X2 с математическим ожиданием Мо ,=Мо !=0 и среднеквадратическим отклонением аА= Дх, а 1=У/Д2 . Объем выборки принят равным N = 1000 с шагом дискретизации At = 0,05 с /71/. Дисперсии Д1 и Д2 получены на основе реальной характеристики колебания дневной поверхности гребня. Составлены две последовательности чисел Z, и Z2, причем Z1(=0,Zl(/+1)=ZI/+X; (3.2) 2, = V. Z2(,+I) = г Z2J + Jl-rJ-Xf (3.3 Искомая высота гребней определена как Hip,=Hcp,p+Zu+Z2i (3.4) С целью анализа соответствия дисперсионных и частотных характеристик, данные, сгенерированные на ПЭВМ и полученные в реальных опытах импортированы в программу ПОС, обеспечивающей получение автокорреляционных функций (приложение 6).
