WWW.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Pages:     | 1 || 3 |

«из ФОНДОВ РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ БИБЛИОТЕКИ А5аев, Василий Васильевич 1. Параметры текнолозическозо процесса оБраБотки почвы дисковым ...»

-- [ Страница 2 ] --

большим количе­ ством изобретений и усовершенствований, которые позволяют повысить экономическую и функциональную эффективность системы. Уровень изо­ бретений более низкий, чем на первом этапе, но затраты на совершенство­ вание системы окупаются, III этап - отмирание технической системы. На этом этапе общество объективно перестает нуждаться в данной системе, так как уже возникла, стала-известной и более эффективной, другая более совершенная заме­ щающая техническая система, удовлетворяющая те же потребности обще­ ства (поз. 4 на рис. 2.1.). Потенциальные возможности технической систе­ мы исчерпаны, и попытки дальнейшего ее совершенствования не окупают­ ся. Заниматься такой системой становится невыгодно, и она постепенно отмирает.

Анализ научно-технической и патентной литературы, а также структура продукции, выпускаемой мировыми производителями с.-х. тех­ ники, свидетельствуют о том, что дисковые ротационные почвообрабаты­ вающие орудия как техническая система находятся на втором этапе своего развития.

I - возникновение и становление;

II - развитие;

III — отмирание;

1 —экономическая эффективность системы;

2- уровень изобрете­ ний;

3 - количество изобретений и публикаций;

4 - замещающая система На втором этапе развития технических систем экономически эф­ фективно их дальнейшее совершенствование. Поэтому для решения задачи поиска принципиальной конструктивной схемы ротационного дискового почвообрабатывающего орудия для подготовки тяжелых почв Кубани под посев пожнивной кукурузы мы из множества известных методов выбрали морфологический подход. Этот выбор обусловлен тем, что именно этот метод позволяет получить морфологическое множество всех возможных технических решений 9?, т. е., по сути, описание целого класса техниче­ ских систем, тогда как и при поиске, осуществляемом на интуитивном уровне, и при трансформационном поиске часто не удается получить даже одного технического решения, соответствующего условиям задачи.

Для построения морфологической таблицы нами была проанализи­ рована научно-техническая литература, а также авторские свидетельства и патенты на изобретения следующих подклассов класса АО IB Междуна­ родной патентной классификации: 5/00-5/16, 3/00-3/74, 7/00, 15/00-15/20, 17/00, 23/00-23/06, 27/00, 29/00-29/06. При этом использовались патентные фонды Кубанского госафоуниверситета и Краснодарского краевого центра научно-технической информации.

Построение «морфологического ящика» можно осуществлять, ба­ зируясь на функциональном подходе либо на конструктивном. Мы исполь­ зовали конструктивный подход, так как каждую отдельную функцию мож­ но реализовать далеко не единственным конструктивным решением. По­ этому конструктивный подход, в отличие от функционального, позволил получить наиболее полное множество 91 возможных технических реше­ ний.

2.3. Методика проведения полевого факторного эксперимента Агротехнические и эксплуатационные показатели работы ротаци­ онного почвообрабатывающего агрегата определяются огромным количе­ ством факторов. Поэтому при определении оптимальных значений конст­ руктивных параметров орудия нельзя пользоваться однофакторным экспе­ риментом, когда варьируется значение лишь одного параметра при неиз­ менных значениях всех других факторов. Такой эксперимент позволяет проследить и проанализировать влияние только одного варьируемого фак­ тора на отклик [18]. Причем выявленная таким образом зависимость спра­ ведлива лишь для конкретного сочетания значений всех остальных факто­ ров, и при изменении значения хотя бы одного из них выявленная зависи­ мость может оказаться неадекватной. Изучить зависимость отклика от всех факторов, действующих одновременно, и найти их оптимальное сочетание, пользуясь лишь однофакторным экспериментом, невозможно.

Чтобы изучить явление, нужно постараться охватить, изучить все его стороны, все связи и взаимодействия. Конечно же, достичь этого пол­ ностью невозможно в принципе, ведь любое явление материального мира зависит от очень большого числа всевозможных факторов, многие из кото­ рых являются неуправляемыми, а многие даже невозможно зарегистриро­ вать и измерить.

Учесть влияние факторов, которые оказывают наиболее сильное влияние на исследуемый процесс, происходящий в многомерном фактор­ ном гиперпространстве, позволяет математическая теория планирования эксперимента. При этом проводится факторный эксперимент и изучение поверхности отклика по уравнению регрессии, рассчитанному по результа­ там эксперимента [20,25, 53, 55, 58, 62, 63, 69, 85].

2.3.1. Аппроксимировать уравнением заданного вида данные мно­ гофакторного эксперимента, когда опыты проводились в произвольных точках факторного пространства, позволяет метод наименьших квадратов (МНК) [54].

Суть МНК заключается в следующем. Нам известны эксперименталь­ ные данные, которые могут быть представлены в виде таблицы 2.1, где приняты следующие обозначения: У — отклик, а Хд - значения i-ro факто­ ра в j-м опыте:

Из данных таблицы необходимо получить аналитическое выражение, связывающее исследуемый отклик У с действующими факторами Х| вида:

Уравнение (2.1) должно "наилучшим образом" описывать (аппрок­ симировать) экспериментальные (табличные) данные. Такое уравнение обеспечивает выполнение следующего условия:

МНК позволяет получить такое уравнение (2.1), которое обеспечивает наименьшую сумму вторых степеней (квадратов) отклонений реальных значений У( исследуемого параметра (экспериментальных) от рассчитан­ ных по уравнению (2.1).

Уравнение (2.1) обычно определяется в виде полинома второй степени:

Задача сводится к определению значений коэффициентов Aj. Для этого необходимо решить так называемую систему нормальных уравнений:

В результате решения этой системы линейных уравнений получаем значения постоянных коэффициентов Aj. Дальнейший анализ сводится к анализу влияния независимых аргументов Х^ на значение функции У в уравнении (2.3).

При большом числе параметров А| система нормальных уравнений (2.4) МНК часто оказывается плохо обусловленной. Это означает, что не­ большие ошибки в коэффициентах могут вызвать большие ошибки в ре­ шении системы. Свободные члены системы нормальных уравнений опре­ деляются по результатам эксперимента, следовательно, с ограниченной точностью, поэтому плохая обусловленность системы приводит к потере точности в оценке параметров.

Система нормальных уравнений используется обычно при отыска­ нии двух-трех параметров.

Решение нормальной системы уравнений облегчается и потери точ­ ности не происходит, если базисные функции ортогональны:

При этом получаются независимые оценки параметров [106].

При аппроксимации функции одной переменной ортогональность базисных функций достигается за счет подбора этих функций.

Особенностью аппроксимации функций нескольких переменных состоит в том, что здесь ортогональность базисных функций достигается не только за счет конструкции этих функций, как в случае одного пере­ менного, но и за счет выбора точек для опытов эксперимента.

Для обеспечения ортогональности здесь приходится накладывать ограничения на выбор экспериментальных точек, то есть заранее опреде­ ленным образом планировать эксперимент [7]. Количество эксперимен­ тальных точек и их координаты в факторном гиперпространстве опреде­ ляют свойства оценки функции отклика. Но прежде необходимо опреде­ литься с выбором факторов, которые будут использоваться в качестве варьируемых независимых переменных при проведении, эксперименталь­ ных исследований.

2.3.2. На агротехнические и эксплуатационные показатели работы почвообрабатывающего агрегата оказывают влияние большое количество факторов, но для проведения конкретного эксперимента необходимо огра­ ничить их количество только теми, которые являются управляемыми и оказывают статистически значимое влияние на исследуемый процесс. По этому следующим этапом подготовки к проведению исследования был вы­ бор факторов, наиболее сильно влияющих на показатели работы дискового ротационного почвообрабатывающего агрегата (ДРПА).

На рис. 2.1.приведены факторы, влияющие на работу ДРПА.

Все факторы, оказывающие влияние на агротехнические, эксплуа­ тационные и технико-экономические показатели работы дискового почво­ обрабатывающего агрегата, можно классифицировать по следующим при­ знакам, имеющим значение при подготовке к проведению планирования эксперимента:

• По степени влияния на показатели работы РПА:

• оказывающие статистически значимое влияние;

• не оказывающие статистически значимого влияния.

• По управляемости:

• управляемые (которым можно задать любое наперед заданное • частично управляемые (значения которых можно при необхо­ димости увеличивать или уменьщать, но невозможно задать любое значение, например, изменение передаточного числа трансмиссии трактора);

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ДРПА

ФАКТОРЫ

АГРОФОН МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ

•*иЗВЙХМЕХЛНИЧССХИЕ СВОЙСТВА TfAlCTOf

ПКОЛЕСТВЕННИХ ТЕМПиЛГУРА В01ДУХА

ОТНОСИТЕЛШАЛ ВЛАЮЮСТЪ ВОЗДУХА

РАЛИУС МДУШЕГО КОЛЕСА

НАВЕСКА РА1МЕРШИН

ГАМЧИЯ ОРГАН ВЫСОТА nOMBOlAUETKB

ШНГННА1АХВАГА

ложкианыв опАТХи

ЗАДЕГНЕНИЕ УГОЛ АТАКИ

УГОЛ НАКЛОНА ДИСКОВ

ПТТАГКИК

ВЛАЖНОСТЬ

•ИЭИЧКГНП СОСТАВ

геГУЛХТОР ПОЛОЖЕНИЯ КАТКА

Естественно, что в качестве независимых варьируемых факторов должны использоваться только такие, которые оказывают статистически значимое влияние на исследуемый отклик. Но среди них есть факторы, ко­ торые являются неуправляемыми. Например, при проведении эксперимен­ та мы не можем по своему усмотрению задавать влажность почвы, рельеф поля, силу и направление ветра и т. д.

Для исключения влияния неуправляемых факторов на результаты эксперимента и их интерпретацию использовались следующие приемы.

• Чтобы предотвратить влияние неуправляемых факторов, произ­ вольно изменяющихся в течение времени проведения экспери­ мента (влажность почвы;

влажность, температура и давление ат­ мосферного воздуха и т. п.), на получаемые зависимости и зако­ номерности, очередность реализации опытов плана эксперимен­ та рандомизировалась с использованием генератора случайных • Для компенсации влияния неуправляемых факторов, воздейст­ вие которых на результаты экспериментирования зависит от на­ правления движения агрегата (уклон поля, направление ветра и т. п.), каждый опыт проводился при движении агрегата в прямом и обратном направлениях.

• Для уменьшения дрейфа значений неуправляемых факторов за время реализации плана эксперимента осуществлялся выбор плана с минимально возможным количеством опытов и прово­ дились организационно-технические мероприятия, направлен­ ные на снижение времени, необходимого на переналадку уров­ ней факторов между опытами, которая проводилась не на* ма­ шинном дворе или в лаборатории, а на краю экспериментального • Значения неуправляемых факторов, характеризующих агрофон, фиксировались (оставались неизменными) за счет проведения всех опытов плана эксперимента на одном поле.

• Минимизация дрейфа факторов, характеризующих погодные ус­ ловия и физико-механические характеристики почвы, достига­ лась в результате проведения эксперимента в период с 10 до часов, когда солнце находится не ниже 30° над уровнем горизон­ та, обеспечивая достаточно стабильный прогрев атмосферы и почвы, т. е. их температурный режим можно считать установив­ Рис. 2.3. Образец термограммы при реализации плана эксперимента 2.3.3. Из всей совокупности факторов, оказывающих влияние на ка­ чественные и технико-экономические показатели работы ДРПА, необхо­ димо выбрать параметры оптимизации. ДРПА является объектом сложной природы, особенно на начальном этапе поисковой деятельности. Для него нет строгого математического описания.

В этом случае возникает необходимость в использовании опыта ра­ боты, эрудиции и интуиции высококвалифицированных специалистов, способных предлагать верные решения в условиях недостаточности ин­ формации. Интуитивное решение специалиста — это не случайное угады­ вание. Как отмечал великий изобретатель Т. Эдисон: «Интуиция - дочь информации». Интуитивное решение высококвалифицированного специа­ листа основано на информации, аккумулированной в течение всей его жизни - учебы, профессиональной и творческой деятельности.

Применение методов экспертных оценок (называемых также мето­ дами групповой экспертизы) позволяет квантифицировать (количественно выразить) качественные характеристики изучаемого объекта. При этом реализуются возможности системного подхода, т. е. используется суммар­ ная информация, которой владеет группа экспертов, применяются специ­ ально разработанные процедуры получения обобщенного суждения экс­ пертной группы, оценки достоверности полученных результатов. Метод экспертных оценок - это совокупность логических и математико статистических методов и процедур, направленных на получение и обра­ ботку мнений специалистов с целью выбора оптимального плана действий при подготовке к проведению планирования эксперимента.

Для' ранжирования управляемых факторов по степени влияния на агротехнические и эксплуатационные показатели работы ДРПА нами ис­ пользовался метод экспертных оценок [9, 26]. Как видно из приведенных литературных источников, существует достаточно большое количество та­ ких методов. Мы воспользовались методикой, рекомендуемой норматив­ ными документами [85].

Экспертами являлись ученые Кубанского ГАУ (всего 11 чел) и слушатели факультета повышения квалификации Кубанского ГАУ в 2001 г.г. (главные инженеры — 75 чел, главные агрономы — 87 чел, слуша­ тели резерва руководителей АПК - 17 чел), выпускники заочного факуль­ тета Кубанского ГАУ по специальностям «Агрономия» - 93 чел и «Меха­ низация с/х» - 52 чел.

Инженерам и агрономам предприятий АПК была предложена анке­ та (см. приложение 2.10) экспертной оценки специалистом факторов, влияющих на качественные и энергетические показатели работы дискового плуга-лущильника. В ней специалисты оценивали значимость влияния конструктивных параметров орудия на энергоемкость и качество обработ­ ки почвы в порядке убывания. Фактор, оказывающий наиболее сильное влияние, отмечался номером 1, более слабое - 2 и т. д. В свободные строки таблицы специалисты могли самостоятельно дописать неотмеченные фак­ торы, которые, по их мнению, оказывают значимое влияние на энергоем­ кость и качество работы дискового почвообрабатывающего орудия при подготовке почвы под посев пожнивной кукурузы на зеленый корм.

Степень согласованности мнений специалистов оценивалась коэф­ фициентом конкордации Ж при наличии «связанных» рангов [85]. Под "связанными" рангами понимался такой случай, когда специалист не мог отдать предпочтение тому или иному фактору и присваивал сразу двум и более факторам одинаковый ранг.

где о - сумма квадратов отклонении от средней суммы рангов;

^ - число опрашиваемых специалистов;

f^ - число факторов.

При этом S HTj рассчитывались следующим образом:

где oij - ранг i -го фактора по мнению у-го специалиста j - У-6 число одинаковых рангов в /-м ранжировании.

Суммы 7} подсчитывались только для тех специалистов (27 чел.), у которых были «связанные» ранги.

Значимость вычисленного коэффициента конкордации определяли по критерию Пирсона X расчетное значение которого определялось по формуле [85]:

Табличное значение критерия X табл. с числом степеней свободы f = п-\ =9 при уровне надежности 0,1 равно 14,684 [30].

Вычисленное по формуле (2.5) значение X равно 47,2, то есть больше табличного при соответствующем числе степеней свободы. Это свидетельствует о том, что коэффициент конкордации статистически зна­ чимо отличается от нуля с надежностью 90 %. Поэтому можно утверждать, что согласованность мнений экспертов не является случайной и результа­ ты экспертной оценки могут быть использованы при проведении исследо­ ваний.

Полученные результаты экспертной оценки позволили построить априорную диаграмму рангов (см. рис. 2.4.) для принятых критериев опти­ мизации.

Как видно из приведенных диаграмм, распределение рангов факто­ ров носит неравномерный, экспоненциальный, убывающий характер. Это свидетельствует о быстром падении степени влияния на принятые крите­ рии. Такое распределение позволяет исключить из эксперимента факторы, оказывающие наименьшее влияние на значения отклика.

Были выявлены следующие факторы, оказывающие наиболее силь­ ное влияние на энергопотребление процесса:

3. Число рядов дисковых батарей.

5. Передаточное число трансмиссии трактора /*.

В то же самое время, качество обработки почвы под посев пожнив­ ной кукурузы в наибольшей степени определяется следующими фактора­ ми:

2. Число рядов дисковых батарей.

3. Рабочая передача трактора/^д.

4. Радиус дисков/?.

Рис. 2.4. Априорная диаграмма рангов при различных критериях оптимизации: а) энергопотребление процесса;

б) качество работы Ширина захвата орудия В, которая оказывает наиболее значимое влияние на энергопотребление процесса, не оказывает, по мнению экспер­ тов, заметного влияния на качество работы агрегата. Но для эксплуатаци­ онника ДРПА основными критериями является качество работы (которым определяются потенциальные доходы от выращенной продукции) и энер­ гоемкость процесса, которая в силу дороговизны энергоносителей оказы­ вает наиболее значимое влияние на себестоимость выращенной продук­ ции.

Поэтому в качестве независимых варьируемых факторов были приня­ ты пять параметров, оказывающих решающее влияние на энергетические и качественные показатели работы ДРПА, а именно: Xi - ширина захватав, Хг - угол атаки СС,Х^- число рядов дисковых батарей, Х4 - радиус дисков RfXs- передаточное число трансмиссии трактора /^^.

После выбора количества и перечня независимых факторов необхо­ димо выбрать план многофакторного эксперимента.

2.3.4. Известно огромное многообразие планов многофакторных экс­ периментов, которые обладают различными замечательными свойствами:

ортогональность, композиционность, ротатабельность и т. д. [3,4, 7,20,25, 55, 58, 62, 69].

К пятифакторному плану эксперимента априори предъявлялись сле­ дующие требования:

• Одинаковая точность оценки функции отклика по всем направле­ ниям от центра эксперимента.

• Возможность выполнять план последовательно, переходя от про­ стых математических моделей к более сложным.

• Постоянство дисперсии оценки модели в области эксперимента факторного пространства.

• Минимальное количество опытов в плане эксперимента.

• Возможно меньшее количество переналадок значений варьируе­ мых параметров в процессе реализации плана эксперимента.

Этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяет пятифактор ный трехуровневый план Бокса-Бенкена [25]. План в нормализованных значениях приведен в табл. 2.2. Выбранный план обеспечивает равноточ ность оценки отклика в области эксперимента факторного пространства (см. рис. 2.1П). Кроме того, варьирование независимых факторов лишь на трех уровнях обеспечивает снижение трудоемкости эксперимента при пе­ реналадке их значений в различных опытах. Это также способствует по­ вышению достоверности эксперимента в результате уменьшения дрейфа неуправляемых факторов из-за уменьшения времени реализации опытов плана эксперимента.

2.3.5. Результаты многофакторного эксперимента в значительной сте­ пени зависят от правильности выбора интервалов варьирования независи­ мых факторов.

При выборе интервалов варьирования мы исходили из следующих со­ ображений:

1. Изменение значения отклика ЛУ при варьировании фактора X. в процессе экспериментирования обусловлено изменением А Х.

фактора X. vi случайной ошибкой ^, При чрезмерном уменьше­ нии АЛ^. изменение отклика АЗ^ вследствие изменения X/может оказаться статистически незначимым на фоне случайной ошибки.

Поэтому нижний предел области допустимых значений интервала варьирования определялся из условия статистической значимости дисперсии отклика, обусловленной дисперсией фактора А^-, которая оценивалась в результате поисковых предварительных опытов.

2. В первую очередь принимались интервалы варьирования переда­ точного числа трансмиссии трактора Хз, так как оно является час­ тично управляемым фактором и может принимать только конкрет­ ные, наперед заданные значения на различных передачах. При этом передачи выбирались таким образом, чтобы середина размаха варьирования фактора Хз, определенная из технической характери­ стики трактора, была наиболее близка к интервалу скоростей 10— 12 км/ч, определенному в результате поисковых опытов.

3. Интервалы варьирования остальных факторов (Xi, Хг, Хз, Х4) вы­ бирались таким образом, чтобы изменение отклика в резуль­ тате изменения каждого из этих факторов на величину интервала варьирования (АА'рДЛ'2,АА'з»^^4) было статистически значимым на фоне изменения отклика в результате изменения частично управ­ ляемого фактора Хз на величину интервала варьирования Zl^.

Натуральные и нормализованные значения варьируемых факторов на различных уровнях приведены в таблице 2.3.

2.3.5 Изменение уровней варьирования независимых факторов в процессе реализации плана эксперимента осуществлялось следующим об­ разом.

Ширина захвата В изменялась путем симметричного снятия или установки крайних боковых дисков.

Таблица 2.3. Уровни и интервалы варьирования факторов Нормали­ Изменение уровней угла атаки ОС Qii) обеспечивалось винтовым механизмом (см. рис. 2.5.).

Рис. 2.5. Установка уровней варьирования угла атаки СС обеспечивалось винтовым механизмом: 1 - винтовая пара;

2 - линейка со шкалой углов Варьирование числа дисковых батарей осуществлялось снятием режущих узлов на последнем ряду в двухрядной модели ДРПЛ для peajui зации однорядного уровня и с четырехрядного - для реализации 3-рядного уровня фактора Х^. Два и четыре ряда батарей были реализованы исполь­ зованием 2-х и 4-рядный моделей ПЛД-Зх2 и ПЛД 3x4.

Для вариации радиуса R дисков был изготовлен комплект сменных дисков (см. рис. 2.6).

Рис. 2.6. Комплект сменных дисков для установки уровней варьи­ Уровни варьирования передаточного числа трансмиссии трактора / реализовались при помощи коробки перемены передач (КПП) тракто­ ра. Нулевому уровню соответствует третья передача КПП, уровню - первая передача и уровню +1 - четвертая передача.

2.3.6 Нормализацию всех управляемых факторов (ширина захвата 5, угол атаки Gf, число дисковых батарей Л^^, радиуса R дисков) прово­ дили по стандартной формуле [3] Tjifi Хи - нормализованное значение /-го фактора нау-м уровне;

X^j - натуральное значение /-го фактора нау-м уровне;

Х^о - основной уровень /-го фактора;

АХу - интервал варьирования /-го фактора.

Данной формулой можно пользоваться в том случае, когда из­ менение значений /-го фактора симметрично относительно основного уровня. Это условие выполнимо лишь в том случае, когда независимые факторы являются полностью управляемыми. При переключении передач трактора передаточное число трансмиссии изменяется не через равные ин­ тервалы, что приводит к ошибке в значении нулевого уровня фактора Х при использовании уравнения (2.10). Требуемое значение на нулевом уровне при таком методе кодирования равно 48,65. Реально же можно по­ лучить лишь ближайшее значение, обеспечиваемое коробкой передач трактора. Такое значение равно 44,3 и достигается на третьей передаче КПП. Ошибки в намеченных уровнях факторов приводят к увеличению погрешности оценки отклика по уравнению регрессии [31,117].

Нормализация передаточного числа трансмиссии производилась та­ ким образом, чтобы можно было попасть точно в заданные точки фактор­ ного пространства в нормализованных координатах при реализации приня­ того плана эксперимента [53,92].

Функцию, принимающую заданные значения в узловых точках фак­ торного пространства, позволяют получить методы математической ин­ терполяции [11]. Для получения зависимости между натуральными и нор­ мализованными значениями передаточного числа трансмиссии, которая имеет наименьшую кривизну, применялась интерполяция полиномом вто­ рой степени вида по трем узловым точкам с координатами (-1;

37,9), (0;

44,3), (1;

59,4). В ре­ зультате решения системы трех линейных уравнений:

были получены следующие значения коэффициентов: А = 44,3;

В = 10,75;

С = 4,35. В итоге, уравнение нормализации значений передаточного числа трансмиссии приняло вид:

График этой зависимости приведен на рис. 2.5а.

Кривизна графика взаимосвязи нормализованных значений и нату­ ральных должна быть возможно меньшей. Известно, что добиться этой це­ ли позволяют методы сплайн-интерполяции. Поэтому нами выполнена также сплайн-интерполяция зависимости нормализованных и натуральных значений;

передаточного числа трансмиссии. Эта задача решалась с ис пользованием функции cspline пакета программ mathcard (см.' Приложе ние). Сплайн-метод позволяет получить график наименьшей кривизны (см.

рис. 2^56), но не обеспечивает получение аналитической зависимости. Од­ нако сравнение графиков, приведенных на рис. 2.5а и рис. 2.55, показыва­ ет их полное совпадение. Это дает нам право сделать вывод о том, что уравнение (2.13) обеспечивает получение графика, имеющего минималь ную кривизну, и, следовательно, им можно пользоваться для нормализации Сплайн-метод позволяет получить график наименьшей кривизны (см. рис. 2.56), но не обеспечивает получение аналитической зависимости.

Однако сравнение графиков, приведенных на рис. 2.5а и рис. 2.56, пока­ зывает их полное совпадение. Это дает нам право сделать вывод о том, что уравнение (2.13) обеспечивает получение графика, имеющего минималь­ ную кривизну, и, следовательно, им можно пользоваться для нормализации 2.3.7. Условия испытаний определялись по стандартным методикам 2.3.8. Обработка данных, получаемых в процессе реализации экспе­ римента, производилась общепринятыми методами математической стати­ стики [18, 30, 74, 81, 86].

Рис. 2.7. Взаимосвязь нормализованных и натуральных значений передаточного числа трансмиссии: а) - по формуле (2.13);

б) - сплайнами

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

3.1. Синтез принципиальной конструктивной схемы ротационного почвообрабатывающего орудия Построение «морфологического ящика» можно выполнить, базиру­ ясь на функциональном подходе, либо на конструктивном. Мы использо­ вали комбинированный подход. Это упростило задачу построения морфо­ логической таблицы дискового ротационного почвообрабатывающего ору­ дия, так как каждую отдельную функцию можно реализовать далеко не единственным конструктивным решением. Поэтому такой подход, в отли­ чие от чисто функционального или конструктивного, обеспечивает полу­ чение полного множества 91 возможных технических рещений при мини­ мально возможном объеме морфологической таблицы 3.1. Их количество определяется выражением [71]:

где О. - количество конструктивных схем, которые можно получить из морфологической таблицы;

и - количество конструктивных и функциональных признаков, со­ держащихся в морфологической таблице (в нащем случае Я = К,- - количество вариантов реализации /-го признака.

Расчет по формуле (3.1) показывает, что морфологическая таблица 3.1 позволяет получить 9,0296155616-10'^ вариантов конструктивных схем дискового почвообрабатывающего орудия.

В результате функционально-стоимостного анализа полученных ва­ риантов была выявлена наилучшая конструктивная схема:

Таблица 3.1. Морфологическая таблица дискового ротационного почвообрабатывающего орудия Признак Количество Рядность Схема рас­ становки дисков Связь диска с осью Рама Опорные элементы Транспортное поло­ Регулятор угла атаки Таким образом, нами было синтезировано дисковое почвообраба­ тывающее орудие со структурной формулой (3.2). Его схема показана на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Принципиальная конструктивная схема дискового ротаци­ онного почвообрабатывающего орудия со структурной формулой (3.2):

1 — рама;

2 — вилка;

3 - стойка;

4 — диск;

5 — тяга;

6 - регулятор глубины об­ На это орудие Российское агентство по патентам и товарным зна­ кам выдало нам свидетельство на полезную модель № 14797.

Конструкция была реализована на ООО НПЦ "Ремком" (г. Красно­ дар).

На следующем этапе работы необходимо было выявить работоспо­ собность полученной конструкции. Для этого были проведены предварительные лабораторно-полевые экспериментальные исследования.

3.2. Результаты исследования работоспособности Разработанная принципиальная конструктивная схема дискового почвообрабатывающего орудия была реализована на предприятии ОАО «Ремком» в виде натурного полномасштабного образца. Известно, что критерием истины является практика, поэтому только производственные, хозяйственные полевые испытания наиболее достоверно могут оценить в принципиальном плане работоспособность разработанной конструктивной схемы, а также выявить узлы и детали новой конструкции, которые нуж­ даются в доработке.

В этой связи изготовленное орудие было подвергнуто полевым ис­ пытаниям с целью доводки его узлов в реальных агропочвенных условиях.

Предварительные испытания проводились на полях учхоза «Краснодар­ ское» КубГАУ в 1998-1999 гг.

В результате этих опытов было установлено, что разработанная конструкция обеспечивает устойчивое протекание технологического про­ цесса даже на сильно засоренных полях. Наматывание растительности на рабочие органы не происходило даже при работе на полях покрытых сплошным слоем сорной растительности высотой более 1 метра (см. рис.

3.2), Также были выявлены некоторые недостатки, снижавшие надежность агрегата, которые были устранены путем внесения нижеследующих конст­ руктивных изменений.

Навесная система усилена введением дополнительных косынок, раскоса и распорки, а также за счет уменьшения плеча приложения усилия в нижних тягах за счет уменьшения количества установочных отверстий с трех до одного. Последнее было сделано с учетом того, что использование трех отверстий как способа регулирования глубины хода рабочих органов оказалось малоэффективным. Три отверстия регулировать глубину обра­ ботки почвы не позволяли, но приводили к чрезмерному увеличению на пряжений в сварных соединениях, что приводило к их разрушению. По­ этому были внесены конструктивные изменения, направленные на усиле­ ние элементов навески, показанные на рис. 3.3.

Рис. 3.2. Разработанное дисковое ротационное почвообрабатываюш,ее ору­ дие обеспечивает устойчивое протекание технологического процесса даже С целью повышения надежности подшипникового узла дисков была изменена конструкция оси (см. рис. 3.4). Эти изменения способствовали улучшению смазки подшипников, а также механическому усилению внут­ реннего подшипника и оси в месте ее сопряжения с фланцем, которое яв­ ляется опасным сечением оси, за счет увеличения посадочного диаметра на Также была усилена стойка диска за счет увеличения диаметра с до 60 мм, а крутяш,ий момент силы реакции почвы относительно оси вер тикального участка был снижен путем уменьшения угла отгиба с 30° до 28° (см. рис. 3.5).

В процессе предварительных испытаний стало очевидным неудоб­ ство использования специального ключа для регулирования угла атаки дисков. Поэтому в узел регулировки угла атаки были внесены конструк­ тивные изменения, в результате которых регулировка может производить­ ся обычным рожковым ключом размером 55 мм (см. рис. 3.6).

Таким образом, общим результатом двухлетних предварительных исследований явились:

• установление принципиальной работоспособности синтезиро­ ванной схемы дискового ротационного почвообрабатывающего • доводка отдельных конструктивных элементов орудия, которая позволила получить достаточно работоспособную модель поч­ вообрабатывающего орудия.

Следующим этапом исследований была предусмотрена оптимиза­ ция конструктивных параметров, которые оказывают наиболее значимое влияние на агротехнические и технико-экономические показатели работы ДРПА.

Рис.3.3. Изменение конструкции верхней и нижней навесок, в ходе предварительных опытов Та^^а. 0Ь иа х месрц ^оо/г.

Рис, 3.4. Изменение конструкции оси диска pe^t/uie^o i/3/ra.

Рис. 3.5. Доводка конструкции стойки диска в предварительных опытах Рис. 3.6. Конструктивные изменения узла регулировки угла атаки 3.3, Результаты теоретических исследований закономерностей взаимодействия рабочего органа с обрабатываемой средой Известно, что сопротивление почвы резанию двугранным клином зависит от угла резания у,, т.е. минимального угла между лицевой гра­ нью клина и направлением его абсолютной скоростью V. Сопротивления резанию лезвием будет зависеть от величины скольжения, которое опреде­ ляется отношением тангенциальной составляющей V^ скорости резания V к нормальной составляющей VN ИЛИ тангенсом угла У наклона век­ тора скорости V к касательной, проведенной к линии лезвия диска в точке резания (Ъм. рис. 3.7.).

Рис. 3.7. К определению угла между касательной к лезвию диска и векто­ Таким образом, между углом резания У, двугранного клина и уг­ лом У между вектором абсолютной скорости V лезвия диска и каса­ тельной к линии лезвия диска в точке резания существует определенная функциональная аналогия - оба эти угла определяют величину сопротив­ ления резанию. Поэтому некоторые исследователи называют угол У уг­ лом резания лезвием диска. При резании со скольжением обеспечивается уменьшение силы резания и предотвращается обволакивание лезвия расти­ тельными остатками и почвой, т. е. происходит самоочистка лезвия в про­ цессе работы [44,47,87].

Для обеспечения скольжения тела по поверхности необходимо, чтобы результирующая внешних активных сил F выходила за пределы конуса трения АОВ (рис. 3.8.а). Если результирующая F внешних актив­ ных сил оказывается внутри трения конуса (рис. 3.8.6), то скольжение тела по поверхности не происходит.

У^)Р^ Рис. 3.8. К определению условий скольжения тела по поверхности:

^т ' У^°^ трения тела о поверхность;

а) скольжение происходит;

Для того, чтобы обеспечивалось резание со скольжением лезвием диска необходимо, чтобы результирующая сил реакции почвы на нож в каждой его точке выходила за пределы конуса трения, т. е. необходимо обеспечить выполнение условия скольжения на каждом элементарном уча­ стке лезвия:

где Y - угол отклонения реакции почвы на лезвие диска от нормали к лезвию;

^т ' угол трения почвы о лезвие.

Рис. 3.9. Силы, действующие на почвенную частицу, В пределе, при длине элементарного участка лезвия диска, стремя­ щейся к нулю, этот бесконечно малый участок является отрезком прямой, совпадающим с касательной АВ к лезвию (рис. 3.9). Для выявления зако­ номерности изменения угла V между направлением вектора абсолютной скорости точки лезвия диска и вектором силы резания достаточно найти такую закономерность на каждом элементарном участке лезвия диска.

При резании почвы лезвием диска 1 в текущей точке О (см. рис. 3.9) касательная АВ к линии лезвия в этой точке составляет с направлением вектора абсолютной скорости V точки О лезвия угол / ^. Направление вектора абсолютной скорости определяется положением мгновенного цен­ тра скоростей (МЦС) диска и составляет прямой угол с отрезком, прове­ денным из МЦС к текущей точке О. Учитывая результаты исследований профессора Ф. М. Канарева [42], нами принято допущение о том, что по­ ложение МЦС диска совпадает с нижней точкой лезвия Oi.

Элементарный участок лезвия диска в окрестностях точки О совпа­ дает с касательной АВ к линии лезвия диска в этой точке. Касательная АВ составляет с направлением вектора абсолютной скорости F точки О линии лезвия угол резания г. На почвенную частицу, находящуюся в почвен ном монолите И взаимодействующую с режущей кромкой лезвия диска в точке О, действуют следующие силы.

Со стороны лезвия на частицу действуют сила нормального давле­ ния N у направленная перпендикулярно лезвию АВ;

и сила трения F ^, направленная вдоль лезвия по касательной АВ. Направление вектора силы F^ (вверх или вниз вдоль лезвия АВ) зависит от направления вектора тангенциальной составляющей F^- вектора абсолютной скорости F точки О лезвия диска. Лезвие увлекает за собой почвенную частицу, поэтому на­ правление силы трения Fffj совпадает с направлением вектора тангенци альной скорости Vr. При этом относительная скорость К, почвенной час­ тицы по лезвию противоположна вектору Fj-. Результирующая сила /?^ воздействия лезвия диска на частицу равна геометрической сумме нор­ мальной силы N и силы трения /*)^.

На частицу также действует сила тяжести, которая направлена вер­ тикально вниз, но величина ее значительно меньше сил, действующих на нее со стороны лезвия. Поэтому для практических расчетов можно принять силу тяжести равной нулю.

Таким образом, результирующая внешних активных сил, дейст­ вующих на частицу, равна силе воздействия лезвия /?^.

На любую материальную частицу, которая взаимодействует с обра­ батывающим рабочим органом, могут действовать силы инерции. Но в нашем случае они равны нулю. Мы приняли такое допущение по следую­ щим причинам. При обработке влажных почв, обладающих высокой пла­ стичностью (например, почв переувлажненных рисовых чеков), в резуль­ тате смятия почвенного монолита происходит перемещение почвенной частицы в плоскости лезвия диска (в плоскости чертежа). При обработке же плотных сухих почв (стерни озимой пшеницы) под посев пожнивной кукурузы, перемещение частицы, взаимодействующей с лезвием стойки ножа, практически отсутствует в результате малых деформаций почвенно­ го монолита. Поэтому можем принять допущение, что при обработке плотных сухих почв перемещение частицы в плоскости лезвия диска от­ сутствует. Следовательно, отсутствуют и силы инерции.

Связью для частицы, взаимодействующей с лезвием, является поч­ венный монолит. В соответствии с третьим законом Ньютона реакция свя­ зи / ? ^ почвенного монолита уравновешивает результирующую активных внешних сил Яд. Разложив Кц на составляющие по направлениям осей OX и ОУ естественной системы координат ХОУ (ОХ совпадает с направ­ лением абсолютной скорости V, а ОУ перпендикулярна к ней), получим соответственно составляющие Ту. и Ту.

Система сил, действующих на частицу О, является плоской систе­ мой сходящихся сил, для которой условием равновесия является равенство нулю суммы проекций всех внешних сил на координатные оси ОХ и ОУ:

Учитывая формулы приведения, получаем:

Из последней системы выражаем проекции реакции почвы на коор­ динатные оси ОХ и ОУ:

Делим левые и правые части уравнений друг на друга и в результа­ те получаем значения угла отклонения вектора реакции почвы от вектора абсолютной скорости ножа:

Учитывая, что сила трения F^ определяется коэффициентом тре­ ния f и силой нормального давления Л^, имеем:

Полученная формула позволяет определить реальное направление усилий, действующих на лезвия почвообрабатывающего дискового рабочего орга­ на.

Рис. 3.10. Зависимость угла v между векторами реакции почвы на лезвие Из графиков (рис. 3.10), построенных по формуле (3.8), очевидно, что вектор реакции почвы на лезвие значимо отклоняется от направления вектора абсолютной скорости ножа. При всех возможных значениях У и Уд if е (0,5... 1,0), у^ ^{\^^...40°)) к 10°. Поэтому при обосновании размеров диска и анализе его силового взаимодействия с почвой следует учитывать отклонение V вектора Кц реакции почвы на лезвие диска от вектора V абсолютной скорости лезвия диска.

3.4. Теоретическое обоснование радиуса дисков 3.4.1, Ротационный дисковый почвообрабатывающий агрегат пред­ назначен для обработки стерневого агрофона, который характеризуется наличием значительного количества пожнивных остатков на поверхности поля. Устойчивость протекания технологического процесса в этих услови­ ях может достигаться лишь при условии отсутствия сгруживания расти­ тельности перед диском. Это условие выполняется, если происходит за­ щемление стеблей и листов растений между лезвием диска и поверхностью почвы. При выполнении условия защемления должен происходить процесс резания частиц растительных остатков. Известно, что наиболее эффектив­ но этот процесс происходит при выполнении условия скользящего реза­ ния, когда вектор реакции лезвия на частицу, которая находится на по­ верхности поля и взаимодействует с лезвием, выходит за пределы конуса трения [29,35,83].

Очевидно, что защемление облегчается с увеличением радиуса R диска, при неизменной глубине Я обработки почвы. Чем больше радиус диска, тем лучше сточки зрения выполнения условия защемления [88]. Но, с другой стороны, также очевидно, что условие скольжения облегчается при уменьшении радиуса диска. Поэтому при обосновании размеров диска вначале необходимо найти множество 5 j возможных значений радиуса диска, удовлетворяющих условию осуществления защемления где Rj - минимальное значение радиуса диска при заданной глубине об­ работки Я, при котором достигается выполнение условия Затем найдем мнолсество 3 ^ возможных значений радиуса диска из условия обеспечения резания со скольжением:

где R(, - максимальное значение радиуса диска при заданной глубине об­ работки Я, при котором обеспечивается условие скользящего ре­ Множество 3 возможных значений Л лежит между предельными значениями R^ и R^^ т. е, является пересечением множеств 3 j и 3 ^ :

3.4.2. Определим условия защемления частицы между лезвием дис­ ка и поверхностью почвы.

На частицу, находящуюся между лезвием диска и поверхностью почвы в точке О, действуют следующие силы: Л'^ нормальная реакция лез­ вия, Fffi - сила трения лезвия, Л^У7 - нормальная реакция почвы, Fjj -си­ ла трения почвы (рис. 3.11). На рис. 3.11 АВ - касательная к лезвию диска в точке О, которая является точкой пересечения окружности лезвия диска с поверхностью поля.

При работе ДРПА поверхность поля всегда покрыта частицами раз­ личных материалов, коэффициенты трения которых существенно разли­ чаются [87, 116]. Наиболее тяжелыми условия защемления являются в том случае, когда коэффициент трения частицы о поверхность поля принимает минимальные значения из множества возможных. Такая ситуация склады­ вается, когда поверхность поля покрыта соломой и частицей, взаимодейст­ вующей с лезвием, является частица соломы.

Рис. 3.11. К определению условий защемления Силы трения связаны с соответствующими нормальными реакция­ ми соотношениями:

где (рщ - угол трения частицы о лезвие диска;

д}\ - угол трения частицы о поверхность поля.

Силы, действующие на частицу, образуют плоскую, сходящуюся в одной точке систему. Условия равновесия при этом в проекциях на коор­ динатные оси системы координат ХОУ имеют вид:

Чтобы частица не выталкивалась, необходимо, чтобы сумма проек­ ций на координатную ось ОХ всех сил, действующих на частицу, была бы неположительной, т. е. должно выполняться условие:

Выражаем силы трения через нормальные силы и соответствующие и подставим полученное выралсение в формулу (3.17):

{FfjjS'nn0+N-coa9)-tg(pi+N-tg[pf^-coa9N-siM (3.19) Учитываем (3.12) и делим правую и левую части последнего равен­ Окончательно получаем условие защемления частицы между лезви­ ем диска и поверхностью поля:

Учитывая (3.22), получаем множество 3 j значений радиуса диска, при которых обеспечивается выполнение условия несгруживания расти­ тельных остатков перед лезвием диска на поверхности поля;

На рис. 3.12 приведена область координатной плоскости R — H, соответствующая множеству 3 j.

3.4.3;

Теперь определим условия перерезания со скольжением рас­ тительных остатков, защемленных между лезвием диска и поверхностью поля. Это условие выполняется, когда вектор результирующей сил резания выходит за пределы конуса трения.

Рис. 3.12. Область 3 значений радиуса диска, обеспечивающих резание со скольжением без сгруживания растительных остатков перед диском на Рассмотрим предельное положение, когда обеспечивается совпаде­ ние результирующей реакции почвы с образующей конуса трения лезвия диска у поверхности поля (см, рис. 3.13).

тогда В последнем выражении углы a j и а2 рассчитываются следую­ щим образом:

С учетом формул приведения и нечетности функции tg выражение (3.8) принимает вид:

Последнее выражение позволяет проследить зависимость угла v отклонения вектора реакции почвы от направления вектора абсолютной скорости лезвия диска у поверхности поля (рис. 3.14.).

Рис. 3.14, Зависимость угла v между векторами реакции почвы и абсолютной скорости точки лезвия диска от глубины обработки поч­ Из приведенных графиков видно, что при увеличении глубины по­ гружения диска в почву до уровня оси диска уменьшается отклонение век­ тора реакции почвы от направления вектора абсолютной скорости (см. рис.

3.14). Это обусловлено тем, что в точках лезвия, которые взаимодействуют с почвой на участке AiOi, вектор скорости приближается к нормали, т. е.

увеличивается угол резания У^ в направлении от поверхности поля в точ­ ке Ai к дну борозды в Oi. Его значения оказывают определяющее влияние на угол V при условии постоянства коэффициента трения.

расположенных на разном расстоянии от поверхности почвы Представим уравнение (3.33) в виде После несложных преобразований с учетом того, что Учитывая зависимости (3.30) и (3,31) для расчета углов Q i и « имеем:

С учетом (3.37, 3.34, 3,31 и 3.30) зфавнение (3. 29) окончательно принимает вид Последнее уравнение позволяет достигать двух целей:

Во-первых, решая его относительно R при заданных фиксирован­ ных глубине обработки Я и почвенных условиях У, можно получить мак­ симально возможное значение радиуса /!^ диска, обеспечивающего устой­ чивое протекание технологического процесса резания частиц растительно­ сти, находящихся на поверхности поля.

Во-вторых, определить максимально возможную глубину обработ­ ки для дисков заданного радиуса в заданных почвенных условиях;

При этом уравнение решается относительно Н при фиксированных значениях R / = l;

..v/^. =0;

--/?/=1;

"А = 0,001.

Расчет Ri из (3.29) с учетом (3.30) и (3.31) Рис. 3.16. Алгоритм расчета значений Re Но из уравнения (3.38) достаточно сложно выразить в явном виде радиус /? или глубину обработки Я. Поэтому задачу определения гранич­ ных значений 7?с радиуса диска множества 3 ^ мы определяли итерацион­ ным методом в соответствии с алгоритмом, показанным на рис. 3.16. Дан­ ный алгоритм был реализован в виде программы в среде Mathcad 2000 pro­ fessional.

* На рис. 3.12 штриховкой показана область, соответствующая мно­ жеству 5 ^ значений радиуса диска, при которых обеспечивается выпол­ нение условия скользящего резания. Рис. 3.12 свидетельствует о том, что множество 5, удовлетворяющее условию (3.11), не является пустым. На­ пример, при глубине обработки почвы Я = 0,13 м значениях радиуса диска в диапазоне 0,25-0,30 м позволяют добиться одновременного выполнения к двух условий: во-первых, - защемления растительности с целью предот­ вращения ее сгруживания перед диском на поверхности поля, и, во вторых, - обеспечения протекания перерезания частиц растительности на поверхности поля со скольжением.

Однако, при глубинах обработки до 0,10 м, область возможных зна * чений диска представляет собой узкую полосу. Это свидетельствует о том, что при таких глубинах обработки гладкий диск не в состоянии обеспечить устойчивое протекание технологического процесса работы ДРПА в усло­ виях подготовки почвы под посев пожнивной кукурузы. По этой причине целесообразно использовать вырезной диск. Наличие вырезов даст воз * можность исключить сгруживание растительности на поверхности поля перед лезвием диска при его размерах, соответствующих области 3 ^, ко­ гда обеспечивается резание со скольжением. Но при этом требуется опре­ делить наиболее эффективную форму вырезов.

Критериями эффективности их формы являются два условия:

1. Обеспечение резания со скольжением при одновременном вы­ полнении условия защемления растительных остатков между поверхностью поля и лезвием диска в момент входа лезвия в почву.

2. Обеспечение самоочистки вырезов от растительных остатков в момент окончания контакта с почвой.

закономерностей изменения рабочей скорости агрегата В результате реализации плана эксперимента были зафиксированы значения поступательной скорости движения агрегата, которые представле­ ны в таблице 3.2.

Значения скорости по повторностям, км/ч Средняя ско­ Для обработки полученных экспериментальных данных использова­ лась методика, приведенная в подразделе 2,3. М1Ж был реализован при по­ мощи ПК. В итоге было получено уравнение регрессии (3. 39), которое адек­ ватно описывает реальный процесс работы ДРПА в виде полинома второй степени, включающего не только первые и вторые степени независимых фак­ торов, но и их парные взаимодействия:

F = 10.167-0.121Z,2-0.58LY2^-0.256^3^+0.110X -0.071^^5^-0.544X1-1.150X2-0.406X3+0.050X4+ (3.39) +2.069X5+0.025X1X3-0.200X1X5-0.350X2X3, Адекватность полученного уравнения регрессии можно наглядно оце­ нить по данным таблицы 3.3, из которых видно, что значения рабочих скоро­ стей ДРПА, измеренных в процессе реализации плана эксперимента, хорошо согласуются со значениями, рассчитанными по полученному уравнению рег­ рессии.

Таблица 3.3. Соответствие измеренных и рассчитанных по уравнению регрессии значении рабочей скорости ДРПА Статистические характеристики, подтверждающие адекватность по­ лученной математической модели, рассчитывались с помощью табличного редактора Excel Microsoft и приведены в таблицах 3.4,3.5 и 3.6.

Статистическая значимость коэффициентов регрессии характеризуется данными таблицы 3.6.

Таблица З.б.Оценка статистической значимости коэффициентов симые коэффи­ дартная статисти- Значение значения коэффици­ ХО 10.16667 0,167587 60.66492 4.16Е-32 9,823912 10, XI -0,54375 0,102626 -5,29837 1,11Е-05 -0,75364 -0, Х2 -1,15 0,102626 -11,2058 4.69Е-12 -1,35989 -0, ХЗ -0,40625 0,102626 -3,95856 0,000448 -0,61614 -0, Х4 0,05 0,102626 0,487207 0,629774 -0,15989 0, Х5 2,06875 0,102626 20,15818 1,ЗЗЕ-18 1,858857 2, Х1Х1 -0,12292 0.138956 -0.88457 0,383663 -0,40711 0, Х2Х2 -0,58125 0.138956 -4.18298 0,000243 -0,86545 -0, -0,25625 0.138956 -1.84411 0,075406 -0,54045 0. 0,110417 0.138956 0.794616 0,433292 -0,17378 0, Х5Х5 -0.07292 0,138956 -0,52475 0.603748 -0,35711 0, Х1ХЗ 0,025 0,205252 0.121802 0,903896 -0,39479 0, Х1Х5 0,205252 -0.97441 0,33791 -0,61979 0, Х2ХЗ -0,525 0,205252 -2.55784 0,016022 -0,94479 -0, Выполненный статистический анализ свидетельствует о правомочно­ сти использования полученного уравнения регрессии (3. 39) для анализа влияния различных факторов на значение поступательной рабочей скорости ДРПА.

Рабочая скорость агрегата оказывает непосредственное влияние на ос­ новные, с точки зре1и1я эксплуатационника, показатели - производитель­ ность агрегата и удельные затраты ГСМ. Но они не могут находиться в пря­ мой зависимости с рабочей скоростью. По этой причине нет необходимости проводить оптимизацию параметров ДРПА по максимуму рабочей скорости.

Поэтому исследование на экстремум уравнения (3.39) мы не проводили.

Изобразить шестимерную гиперповерхность отклика на плоскости не­ возможно. Поэтому визуализация влияния различных конструктивных пара­ метров агрегата на рабочую скорость ДРПА обеспечивается при помощи двух- и трехмерных сечений поверхности отклика в центре эксперимента.

Для построения трехмерных сечений использовалась функция Create Mesh математического редактора Mathcard;

На приведенных ниже рисунках показаны трехмерные сечения поверхности отклика V (изометрические изо­ бражения поверхности V в функции различных пар сочетаний независимых варьируемых факторов).

Для большей наглядности закономерностей изменения отклика и воз­ можности прогнозирования их значений поверхности отклика экстраполиро­ ваны за пределы области эксперимента.

Рис. 3.18. Двумерные сечения Xi — Х2 отклика V Увеличение интенсивности снижения рабочей скорости ДРПА при увеличении ширины захвата В (Х\) с 2,08 м до 3,20 м и угла атаки О^ (Хг) от 5° до 25° объясняется нелинейным уменьшением угловой скорости коленча­ того вала двигателя по внешней регуляторнои характеристике в результате увеличения крутящего момента на коленчатом валу двигателя и повышением коэффициента буксования движителей трактора на стерневом агрофоне из-за увеличения тягового сопротивления ДРПА. Поэтому максимальные значения скорости достигаются при сочетании минимальных значений Xi и Хг, а ми­ нимум скорости - соответственно при максимальных значениях этих же не­ зависимых факторов.

Рис. 3.20. Двумерные сечения Xj - Х з отклика V Увеличение числа рядов дисковых батарей с двух (Хз = -1) до четырех (Хз = 1) приводит к повышению тягового сопротивления ДРПА. Но прирост тягового сопротивления, очевидно, происходит по нелинейному закону, так как рабочие органы первого ряда осуществляют наиболее энергоемкий вид отделения почвенного пласта - блокированное резание. При этом почвенный пласт необходимо отделить от монолита и по бокам и снизу, извлечь его из образовавшейся борозды и опрокинуть. Наглядно представить степень со­ противления блокированному резанию позволяет такой пример. Каждому из­ вестно, как тяжело вогнать обыкновенную садовую лопату в почву первый раз, когда рядом нет открытой борозды. Но когда такая борозда есть, то ко­ пать лопатой в 2-3 раза легче. Диски первого ряда работают "как лопата в первый раз", то есть осуществляют наиболее энергоемкий процесс резания.

Последующие ряды дисков производят неблокированное резание в результа­ те наличия борозды, открытой дисками предшествующего ряда. Поэтому ха­ рактер изменения скорости при увеличении Хз объясняется увеличением тя­ гового сопротивления агрегата.

ДВУМЕРНОЕ СЕЧЕНИЕ V = /(Xl, Х4) Рис, 3.22. Двумерные сечения Х| — Х4 отклика V Рис. 3.23. Поверхность отклика V = fipCj, Х5) Рис. 3.24. Поверхность отклика V = f(X2, Х3) ДВУМЕРНОЕ СЕЧЕНИЕ V - f{X2, ХЗ) -о.»

Рис. 3.25. Двумерные сечения Хг - Хз отклика V Рис. 3.26. Поверхность отклика V = f(X2, Х4) ДВУМЕРНОЕ СЕЧЕНИЕ V = f(X2. Х4) Рис. 3.27. Двумерные сечения Хг - Xj отклика V Рис. 3.28. Поверхность отклика V = f(X2, Х5) ДВУМЕРНОЕ СЕЧЕНИЕ V = П:Х2. Х5) Рис. 3.29. Двумерные сечения Хг - Xj отклика V Рис. 3.30. Поверхность отклика V = Г(Хз, Х4) ДВУМЕРНОЕ СЕЧЕНИЕУ- f(X3, Х4) -0. Рис. 3.31. Двумерные сечения Хз — Х4 отклика V Рис. 3.32. Поверхность отклика V = Г(Хз, Хз) Рис. 3.33. Поверхность отклика V = 1(Х4, Хз) Изменение диаметра дисков (Х4) от центра интервала варьирования к его краям приводит к некоторому увеличению скорости агрегата.

Увеличение диаметра дисков в нормализованных значениях до +Г при­ водит к уменьшению величины относительного погружения диска в почву.

Это, в свою очередь, приводит к уменьшению плеча приложения результи­ рующей сил реакции почвы относительно МЦС диска, а, следовательно, к уменьшению момента сопротивления диска перекатыванию.

Кроме того, уменьшение степени относительного погружения приво­ дит к тому, что МЦС диска располагается на периферии диска. При постоян­ стве глубины погружения диска в почву момент сопротивления реакции поч­ вы на диск относительно МЦС практически не изменяется. В то же время, плечо до МЦС движущей силы, которая приложена к оси диска, увеличива­ ется. Это приводит к снижению тягового сопротивления орудия а, следова­ тельно, и к увеличению рабочей скорости агрегата.

Уменьшение диаметра дисков приводит к увеличению относительного погружения, что способствует возникновению тенденции к повышению тяго­ вого сопротивления орудия. Но, с другой стороны, при постоянстве глубины обработки уменьшается ширина захвата каждого диска. Последнее обстоя­ тельство способствует снижению момента сил сопротивления, а значит, и увеличению рабочей скорости, причем этот эффект усиливается при умень­ шении угла атаки дисков.

Уменьшение значений передаточного числа трансмиссии носит триви­ альный характер. Повышение номера рабочей передачи способствует повы­ шению рабочей скорости. Но, с другой стороны, повышение рабочей скоро­ сти способствует увеличению тягового сопротивления, в соответствии с ра­ циональной формулой В. П. Горячкина, а следовательно, и уменьшению час­ тоты вращения коленчатого вала тракторного двигателя, оборудованного всережимным регулятором. Поэтому изменение рабочей скорости имеет не­ Для визуализации точности оценки отклика рабочей скорости агре­ гата по уравнению (3.39) были построены их 95 % доверительные интервалы варьирования (рис. 3.34) одномерных сечений в центре эксперимента. Для расчета предельных верхних и нижних значений отклика V использовались уравнения (3.40) и (3.41), которые получены из (3.39) подстановкой предель­ ных 95 % значений коэффициентов регрессии, приведенных в табл. 3.6.

Vj^ = 9,824 - 0,407X1^ - 0,865^2^ - 0,540Хз^ - ОД 7 4 ^ 4 ^ " - 0, 3 5 7 ^ 5 ^ -0,754^1-1,360^2 -0,616X3-0,1600X4 + (з. 40) + 1,859X5 -0,420Х]Х2 -0,395XiX3 -0,420X1X -0,620X1X5 -0,945X2X3-0,420X2X4;

Fg = 10,509+ 0,16IXi^ -0,297X2^+0,028X3^ +0,395X4^ + 2,279X5 + 0,420X1X2 + 0,445X1X3 + 0,420X1X4 + + 0,220X1X5 -0,105X2X3+0,420X2X4, где Vf^ и Vg - верхнее и нижнее предельные значения 95 % доверительного Рис. 3.34. является наглядным свидетельством адекватности получен­ ного уравнения рефессии (3.39), а также его ротатабельности и униформно сти. Это дает нам право использовать данное уравнение для дальнейших ис­ следований и анализа.

3.6. Математическая модель производительности агрегата Производительность агрегата связана с независимыми варьируемы­ ми факторами уравнением регрессии (3.42):

5'=2.694-0.064Xi2-0.153J^2^-0.071X32+0.028X -0.016X52+0.417X1-0.305X2-0.107X3+0.013X4+ +0.545X5-О.О6ЗХ1Х2-0.003X1X3-0.002X2X4 ^^"^^^ +0.055X1X5-0.139X2X3, Уравнение (3.42) адекватно описывает исследуемый процесс. На рисунках 3.35-3.38 показаны примеры некоторых трехмерных и двухмер­ ных сечений 6-мерной гиперповерхности отклика i " -0. Рис. 3.36. Двумерные сечения Хг - Хз поверхности отклика S Рис. 3.37. Двумерные сечения Хг — Х* поверхности отклика S Рис. 3.38. Двумерные сечения Хз — Х4 поверхности отклика S Характер зависимости производительности агрегата от варьируе­ мых факторов полностью определяется характером соответствующих за­ висимостей рабочей скорости ДРПА Vc учетом ширины захвата.

Исследование уравнения (3.420) на экстремум не имеет физическо­ го смысла по тем же причинам, что и уравнения (3.39). Очевидно, что мак­ симальная производительность будет достигаться при нулевом угле атаки и приемлемая производительность будет определяться ограничениями, ко­ торые характеризуют качество обработки почвы. Поэтому необходимо ис­ следовать удельную энергоемкость процесса почвообработки.



Pages:     | 1 || 3 |
 




Похожие материалы:

«Министерство сельского хозяйства РФ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Мичуринский государственный аграрный университет Б.И. Смагин, С.К. Неуймин Освоенность территории региона: теоретические и практические аспекты Мичуринск – наукоград РФ, 2007 PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com УДК 332.122:338.43 ББК 65.04:65.32 С50 Рецензенты: доктор экономических наук, профессор И.А. Минаков доктор ...»

«УДК 634.42:631.445.124 (043.8) Инишева Л.И. Почвенно-экологическое обоснование комплексных мелиораций. – Томск: Изд-во Том. Ун-та, 1992, - 270с.300 экз. 3804000000 В монографии представлен подход к мелиоративному проектированию комплексных мелиораций с позиции генетического почвоведения. На примере пойменных почв южно- таежной подзоны в пределах Томской области рассматриваются преимущества данного подхода в мелиорации. Проведенные исследования на 4 экспериментальных мелиоративных системах в ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова И.А. Самофалова СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ КЛАССИФИКАЦИИ ПОЧВ Учебное пособие Допущено Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по агрономическому образованию в качестве учебного пособия для подготовки магистров, обучающихся по направлению ...»

«Н. В. Гагина, Т. А. Федорцова МЕТОДЫ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ Курс лекций МИНСК БГУ 2002 1 УДК 550.8 ББК 26.3 Г12 Р е ц е н з е н т ы: кафедра физической географии Белорусского государственного педагогического университета им. М. Танка; заведующий научно-исследовательской лабораторией экологии ландшафтов Белорусского государственного университета, доцент, кандидат сельскохозяйственных наук В. М. Яцухно; Печатается по решению Редакционно-издательского совета Белорусского государственного ...»

«У к р а и н с к а я академия аграрных наук Национальный научный центр И н с т и т у т почвоведения и а г р о х и м и и им. А . Н . С о к о л о в с к о г о В. В. Медведев Твердость почвы Х А Р Ь К О В - 2009 УДК 631.41 В.В.Медведев. Твердость почв. Харьков. Изд. КГ1 Городская типо- графия, 2009, 152 с. Книга написана с целью популяризации твердости почв и ее более ши рокого использования в почвоведении, земледелии и земледельческой меха нике. Рассмотрены факторы, влияющие на твердость, ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ХV МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА МАТЕРИАЛЫ КОНФЕРЕНЦИИ (Гродно, 27 апреля, 18 мая 2012 года) В ДВУХ ЧАСТЯХ ЧАСТЬ 2 ЭКОНОМИКА БУХГАЛТЕРСКИЙ УЧЕТ ТЕХНОЛОГИЯ ХРАНЕНИЯ И ПЕРЕРАБОТКИ ОБЩЕСТВЕННЫЕ НАУКИ Гродно ГГАУ 2012 УДК 631.17 (06) ББК М ХV М е ж д у н а р о д н а я ...»

«Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины Т. А. Колодий, П. В. Колодий ЛЕСОЭКСПЛУАТАЦИЯ Практическое руководство по подготовке и оформлению курсовых проектов для студентов специальности 1-75 01 01 Лесное хозяйство Гомель УО ГГУ им. Ф. Скорины 2010 УДК ББК К Рецензенты: технический инспектор труда Гомельского обкома профсоюза работников леса, С. П. Поздняков; доцент кафедры лесохозяйственных дисциплин ...»

«Е.В. Шеин КУРС ФИЗИКИ ПОЧВ Рекомендовано УМО по классическому университетскому образованию в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 510700 Почвоведение и специальности 013000 Почвоведение ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 2005 УДК 631 ББК 40.3 Ш 39 Печатается по решению Ученого совета Московского университета Федеральная целевая программа Культура России на 2005 г. (подпрограмма Поддержка полиграфии и книгоиздания России) Рецензенты Заведующий ...»

«Раздел 1. КОРМЛЕНИЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ И ТЕХНОЛОГИЯ КОРМОВ УДК 636.4.084 СБАЛАНСИРОВАННОСТЬ РОССЫПНЫХ КОМБИКОРМОВ ДЛЯ СВИНОМАТОК А.А. ХОЧЕНКОВ РУП Научно-практический центр НАН Беларуси по животноводству г. Жодино, Минская обл., Республика Беларусь, 222160 (Поступила в редакцию 20.12.2009) Введение. Современная комбикормовая промышленность Беларуси для кормления свиноматок выпускает как россыпные, так и гранули рованные комбикорма. Обе формы комбикормов имеют свои достоин ства и ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ АССОЦИАЦИЯ ИСПЫТАТЕЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ (АИСТ) СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ Москва 2013 УДК 631.3-048.24 ББК 40.72 С 75 Под общ. ред. председателя ассоциации испытателей сельскохозяйственной техники и технологий (АИСТ) В.М. Пронина Авторы: П.И. Бурак, В.М.Пронин, В.А.Прокопенко, А.А.Медведев, Т.Б. Микая, С.Н. Киселев, М.Н.Жердев, Г.А.Жидков, В.И.Масловский, В.В.Конюхов, Л.В.Колодин, ...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОУ ВПО ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОЛЖСКИЙ ГУМАНИТАРНЫЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) ВОЛГУ А.С. Акишин, М.М. Подколзин, А.С. Акишин Земельные ресурсы России и Волгоградской области и формирование новой аг- ропродовольственной политики (2005—2012 годы) Учебное пособие ВОЛГОГРАДСКОЕ НАУЧНОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО 2008 338.43 УДКУДК ББК 65.32-51+65.281 А39 Научный редактор д-р с.-х. наук, проф. Л.И. Сергиенко [ВГИ (филиал) ВолГУ] Рецензенты: д-р экон. наук, проф. ...»

«И.Г. Крымская Гигиена и экология человека Соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту (третьего поколения) Среднее профессиональное образование И. Г. К р ы м ск ая ГИ ГИ Е Н А И ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛО ВЕКА Учебное пособие Рекомендовано Международной Академией науки и практической организации производства в качестве учебного пособия для студентов образовательных учреждений среднего профессионального образования Издание 2-е, стереотипное Ростов-на-Дону Феникс 2012 УДК ...»

«Вы – свет мира Евангелие от Матфея, глава 5, стих 14 И, зажегши свечу, не ставят ее под сосудом, но на подсвечнике, и светит всем в доме. Евангелие от Матфея, глава 5, стих 15 Книга издана при поддержке Благотворительного фонда “Під покровом Богородиці”. Вы – свет мира Очерки жизни Владимира Леонидовича Бандурова Запорожье 2013 УДК 63(477.64)(092)Бандуров В. Л. ББК 65.9(4 Укр–4 Зап 5 Пол)32-03д В 92 Вы – свет мира. Очерки жизни Владимира Леони В 92 довича Бандурова / Н. Кузьменко, В. Манжура, ...»

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Министерство сельского хозяйства и продовольстия Свердловской области ФГБОУ ВПО Уральская государственная сельскохозяйственная академия XIII МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО–ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ СТУДЕНТОВ, АСПИРАНТОВ И МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ МОЛОДЕЖЬ И НАУКА 2011 Участие молодых ученых в реализации Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008–2012 годы ...»

«Министерство Природных Ресурсов Федеральная служба по надзору в сфере природопользования Государственный природный заповедник Полистовский УДК Утверждаю: Директор заповедника Регистрационный № _ Яблоков М.С. Инвентарный № __2009 г. Тема: Динамика явлений и процессов в природном комплексе заповедника ЛЕТОПИСЬ ПРИРОДЫ Книга 9 2008 год Стр. Ст. научный сотрудник Черевичко А.В. Карт. Фото Диагр. 30 мая 2009 г. СОДЕРЖАНИЕ Территория заповедника 1. Пробные и учётные площади, ключевые участки, ...»

«Министерство Природных Ресурсов Федеральная служба по надзору в сфере природопользования Государственный природный заповедник Полистовский УДК Утверждаю: Директор заповедника Регистрационный № _ Яблоков М.С. Инвентарный № __2008 г. Тема: Динамика явлений и процессов в природном комплексе заповедника ЛЕТОПИСЬ ПРИРОДЫ Книга 8 2007 год Стр. 124 Ст. научный сотр. Ларионова С.Ю. Карт. Фото Диагр. 2 12 декабря 2008 г. СОДЕРЖАНИЕ Территория заповедника 1. Пробные и учётные площади, ключевые участки, ...»

«Министерство Природных Ресурсов Федеральная служба по надзору в сфере природопользования Государственный природный заповедник Полистовский УДК Утверждаю: Директор заповедника Регистрационный № _ Яблоков М.С. Инвентарный № __2008 г. Тема: Динамика явлений и процессов в природном комплексе заповедника ЛЕТОПИСЬ ПРИРОДЫ Книга 7 2006 год Стр. 111 Ст. научный сотр. Ларионова С.Ю. Карт. Фото Диагр. 6 8 февраля 2008 г. СОДЕРЖАНИЕ Территория заповедника 1. Пробные и учётные площади, ключевые участки, ...»

«Министерство Природных Ресурсов Федеральная служба по надзору в сфере природопользования Государственный природный заповедник Полистовский УДК Утверждаю _ Яблоков М.С. Регистрационный № Директор заповедника Инвентарный № _2007 г. Тема: Динамика явлений и процессов в природном комплексе заповедника ЛЕТОПИСЬ ПРИРОДЫ Книга 5 2004 год Стр. 211 Ст. научный сотр. Ларионова С.Ю. Карт. 2 Фото 1 Диагр. 25 21 ноября 2007 г. СОДЕРЖАНИЕ Территория заповедника 1. Пробные и учётные площади, ключевые участки, ...»

«Институт экономической политики имени Е.Т. Гайдара Научные труды № 142Р Н. Шагайда Оборот сельскохозяйственных земель в России: трансформация институтов и практика Москва Институт Гайдара 2010 УДК 338.43:[332.7:631.1](470+571) ББK 65.32(2Рос)-511 Ш15 Шагайда, Наталья Ивановна Оборот сельскохозяйственных земель в России: трансформация ин ститутов и практика / Шагайда Н.И. – М.: Ин-т Гайдара, 2010. – 332 с. (Научные труды / Ин-т экон. политики им. Е.Т. Гайдара; № 142Р). – ISBN 978-5-93255-295-7. ...»






 
© 2013 www.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.