Разработка технологического процесса планировки рисовых чеков с применением многофункциональной планировочной

Значения коэффициента КОТ.УД можно интерпретировать следующим образом: при величине КОТ.УД = 1 дефектные участки распределены по площади чека равномерно, что объективно отвечает целесообразности сплошного выравнивания поверхности, то есть требует использования мелиоративного планировщика c рабочим органом в виде бездонного ковша.

При значительной неравномерности распределения дефектных участков на площади чека целесообразней использовать скрепер, позволяющий перевозить грунта в закрытом ковше на значительные расстояния (более 50… 100 м).

Использование аппарата случайных функций, применительно к анализу случайной поверхности, позволяет представить анализируемую поверхность в виде трехмерного графического изображения. Такое изображение позволяет представить в наглядном виде структуру неровной поля в целом. Однако количественный анализ закономерностей изменения высотных отметок микронеровностей по графику такого рода довольно затруднителен.

Применение для анализа неровностей поверхности спектральных плотностей позволяет более точно и конкретно оценить распределение неровностей по их длинам. В таблице 2 приведены обобщенные сведения о неровностях по данным спектральных плотностей 20-ти чеков.

Как показал анализ большинства чеков, они имеют в плане форму прямоугольника с соотношением сторон примерно 2:1. В таблице 3 приведены данные о распределении в направлении длинной стороны чека. Средние величины процентного соотношения неровностей с разными длинами получаются следующими: доля дисперсии высотных неровностей, приходящаяся на длины 120 м и более, равна 24 %, для неровностей с длинами около 40 м – 22 %, для неровностей с длинами около 20 м – 31%, для неровностей с длинами около 10 м–23 %.

По всей видимости, при сельскохозяйственных работах машины и оборудование движется в большинстве случаев вдоль длинной стороны чека, что приводит к закономерному изменению микрорельефа именно этой стороны

Принято подразделять планировку на капитальную, проводимую по опыту работы хозяйств с интервалом 5-8 лет, и эксплуатационную (текущую), выполняемую ежегодно перед посевом риса.

На рисунке 9 представлены зависимости удельных объемов земляных работ W и высот срезок Н от среднеквадратических отклонений i, которые получены на основании анализа и обобщения 93 картограмм рисовых чеков в различных хозяйствах Краснодарского края.

Зависимость удельных объемов земляных работ от среднеквадратических отклонений, как видно на рисунке 9, носит прямолинейный характер и ее можно представить в следующем виде:

Wi = Wо + К· (i – о),

(7),

где Wi- удельные объемы земляных работ, м/га,

Wо – начальная величина удельных объемов земляных работ, равная 67,4 м/га,

i - среднеквадратические отклонения, см,

о – начальное значение среднеквадратических отклонений, равное 2,4 см,

– угловой коэффициент прямой, равный 50 м/га · см.

Анализ обработанных данных показывает, что при изменении среднеквадратических отклонений i от 2,35 до 2,99 ( 3 см) объемы земляных работ Wi колеблются в пределах 67,4-99,7 м/га. При этом величины максимальных срезок находятся в пределах 6-9 см (среднемаксимальное значение 7,4 см). К Округленное максимальное значение 100 м/га будет определять условия применения сплошной планировки. В этом случае объем призмы волочения грунта в бездонном ковше является достаточным для непрерывной его срезки и подсыпки в процессе движения машины.

Сплошная планировка осуществляется параллельными полосами, которые примыкают друг к другу и покрывают всю площадь чека. Выборочная планировка проводится в соответствии с намеченным маршрутом движения машины, обозначенным линиями со стрелками на проекте планировки (картограмме) чека, когда грунт из мест срезок перевозится в места насыпей, а зоны нулевых работ не планируется

Для ориентировочного определения сроков проведения периодической и капитальной планировки рассмотрим рисунок 9, где сверху построена зависимость среднемаксимальных высот срезок Н от среднеквадратических отклонений. Из практики проведения планировки скреперами выявлено, что эффективность набора ковша грунтом зависит от толщины срезки. При этом величина срезки должна быть больше 10 см, т. к. при мелких срезках происходит длительная и неполная загрузка ковша грунтом. Поэтому наиболее целесообразно использовать скрепер при толщине срезки более 10 см. Кроме того, скрепер может работать на грунтах 1-2 категории при его влажности до 35% за счет принудительной выгрузки грунта. Планировщики с бездонным ковшом рассчитаны на применение в грунтах 1 категории с влажностью до 15 - 20% при максимальной толщине срезки не более 10 см.

Рисунок 9 - Зависимость удельных объемов земляных работ (W) и высот срезок (Н) от среднеквадратических отклонений.

Принимая во внимание, что максимальные высоты срезок для планировщиков не должны превышать 10 см, проведем на рисунке 5 горизонтальную линию от высоты 10 см до пересечения с ломаной линией Н. Затем из точки их пересечения опустим перпендикуляр до оси абсцисс и найдем искомую величину среднеквадратического отклонения, равную 4,1 см, которая будет устанавливать предел условий применения планировщиков. Проведя горизонтальную линию из точки пересечения перпендикуляра с прямой W, найдем по оси ординат величину объемов земляных работ, равную 151 (округленно 150) м/га. Учитывая, что полученное среднеквадратическое отклонение (близкое к 4,2 см) наблюдается на 2 год после проведения точной планировки (рисунок 2), то можно ориентировочно рекомендовать срок проведения периодической планировки через 2 года. В то же время капитальную планировку следует назначать после 3 года эксплуатации рисового чека, когда среднеквадратические отклонения будут больше 5,1 см, а объемы земляных работ будут превышать 204 (200) м/га. Из общей площади рисовых чеков, где проводилась вертикальная съемка автонивелиром, около 60 % соответствуют объемам земляных работ до 150 м/га и примерно 7 % из них относятся к объемам земляных работ, не превышающими 100 м/га.

Для проверки полученной взаимосвязи между величиной срезки, равной 10 см, и объемом земляных работ, равным 150 м/га, из имеющих данных съемки была сделана выборка всех значений высот срезки грунта от 9 до 11 см и соответствующих им объемов земляных работ. Результаты вычисленных значений показывают, что при средней срезке 10,1 (10) см средний объем земляных работ составляет 163,9 (округленно 160) м/га. Это подтверждает сделанный выше вывод о том, что величина срезки 10 см соответствует объемам земляных работ 150-160 м/га и поэтому срок проведения периодической планировки можно приближенно принять равным 2 года.

Из сказанного следует, что при капитальной планировке с объемами земляных работ, превышающими 150 м/га, целесообразно применять в качестве землеройно-планировочной машины скреперы ДЗ-77 или ДЗ-87 с лазерно-приемной аппаратурой (типа ОКО-30), которые эффективно работают при толщине срезки более 10 см. Ежегодную планировку с объемами земляных работ не выше 100 м/га нужно проводить короткобазовыми планировщиками ПАУ-2 с лазерным управлением при толщине срезки до 10 см. При объемах земляных работ до 150 м/га, когда толщина срезки не превышает 10 см, использовать планировщик ПАУ-2 невыгодно т.к. потребуется дополнительно скрепер. Поэтому для этой цели необходимо разработать новую машину (скрепер-планировщик), которая могла бы работать как планировщик с бездонным ковшом и в то же время выполнять функции скрепера при переполнении ковша грунтом. Кроме того, скрепер-планировщик следует оснастить универсальной лазерно-программной системой автоматического управления (ЛП САУ) на основе усовершенствования автонивелира АН-1, которая могла бы обеспечить не только съемку поверхности земли, но и оперативное составление проекта планировочных работ после съемки и затем точную планировку и контроль точности работ.

До проведения капитальной планировки рекомендуется проводить типовую съемку с применением автонивелира АН-1 и последующее составление по данным съемки на компьютере с программным обеспечением ПО ЧЕК проекта планировки, где указаны маршруты передвижения машины из зон срезок в зоны насыпей. По составленным картограммам скрепером с лазерным управлением первоначально ведется выборочная (основная) планировка, а по ее завершению сплошная (доводочная) планировка с помощью планировщика, оснащенного лазерной системой управления, при объемах земляных работ после работы скрепера, не превышающих 100 м/га.

Ежегодную сплошную планировку с объемами земляных работ до 100 м/га целесообразно проводить новым скрепером-планировщиком (или планировщиком ПАУ-2), оснащенным лазерно-программной системой управления (ЛП САУ). При объемах земляных работ до 150 м/га рекомендуется использовать новый скрепер-планировщик с ЛП САУ. При этом сначала выполняется выборочная (основная), а затем сплошная (доводочная) планировка.

В третьей главе производилось формирование концепции конструирования универсальной планировочной машины.

Оценим процесс формирования объема призмы волочения при работе планировщика во время срезки неровностей различной длины.

На рисунке 10 показана схема формирования призмы волочения при срезке. Объем грунта V (заштрихованная поверхность), который должен поместиться перед отвалом бездонного ковша планировщика, находится по формуле 8

(8)

где В – ширина ковша, м; Т – длина неровности, м; а – амплитуда неровности, м; АТ – значение амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) для конкретной длины неровности Т1; х – текущее значение пути передвижения машины, м;

На рисунке 11 представлены графики АЧХ для неавтоматизированного (1) и автоматизированного (2) планировщиков.

Рис. 10. Схема к расчету срезаемого грунта.1 – исходная поверхность срезки; 2 – поверхность после срезки

Анализ графиков, представленных на рисунке 10 показывает, что автоматизированный планировщик эффективно выравнивает неровности с волновой частотой от 0,05 до 0,5 м-1. При больших значениях процесс планировки для автоматизированного и неавтоматизированного планировщиков примерно одинаков.

Рис.11. Графики АЧХ. автоматизированного и неавтоматизированного планировщика

Волновые частоты =0,05…0,5 по известным выражениям соответствуют длинам неровностей .

Графики АЧХ рисунка 11 построены в соответствии со следующими формулами:

	(9)
	(10)

где L – длина базы планирования, м; l – расстояние от задних колес до режущей кромки рабочего органа, м; – соотношение между l и L; ; П1(S) – передаточная функция неавтоматизированного планировщика; П2(S) – передаточная функция автоматизированного планировщика; ПА(S) – передаточная функция системы автоматического управления ковшом планировщика по высоте;

(11)

Имея все необходимые исходные данные можно построить зависимость V (см. формулу 8) от длины неровности

Анализ графиков 1 и 2 на рисунке 11 дает возможность сделать вывод о значительном возрастании объема срезаемого грунта при работе автоматизированного планировщика при планировке длинных неровностей. При изменении длины неровности в пределах от 10 м до 100 м объем срезаемого грунта увеличивается от 1 м3 до 11 м3.

Рис. 11. Зависимость объема срезаемогогрунта от длины неровности 1 – автоматизированный; 2 – не автоматизированный

В то же время для тех же длин неровностей при работе неавтоматизированного планировщика объем срезаемого грунта возрастает до 2 м3, начиная с 1 м3, а потом уменьшается до 1,4 м3. При выравнивании неровностей длиной 30…40м и более автоматизированным планировщиком, объем призмы грунта которого не должен превышать 3…4 м3, будет иметь место переполнение ковша, в то время как при работе неавтоматизированным планировщиком переполнение ковша будет происходить редко, что подтверждает практика.

Амплитуда колебаний объема призмы волочения грунта для неавтоматизированного планировщика при выравнивании неровностей, 50% которых имеет длину 60м и более, составляет 0,7 м3. Для автоматизированного планировщика эта цифра примерно равна 4 м3.

Таким образом неавтоматизированный планировщик практически не выравнивает длинные неровности. Автоматизированный планировщик обеспечивает выравнивание длинных неровностей. Однако при этом периодически происходит переполнение грунтом ковша, что требует применения дополнительно другой машины-скрепера. Отсюда возникает необходимость для создания планировочной машины со свойствами скрепера и классического планировщика.

К разработке конструкции скрепера-планировщика предъявляются следующие требования:

• разрабатываемая машина должна обеспечить ее работу в режиме скрепера и планировщика с бездонным ковшом.
• базовой конструкцией скрепера-планировщика должен быть серийный короткобазовый планировщик ПАУ – 2 с основными характеристиками, представленными в таблице 1.4.3 (глава 1).
• вместимость ковша – не менее 4 м3.
• клиренс – не менее 50 см.
• масса – не более 5 т.
• толщина срезки грунта – не менее 15 см.

Таблица 3 - Технические характеристики скрепера-планировщика
№ п/п	Показатели	Марка машины
		СП-4,0	СП-4,0М
1.	Тяговый класс трактора, тс	6 - 9
2.	Тип навески	Полунавесной
3.	Ширина захвата, м	4,2
4.	Вместимость ковша, м3	4	5
5.	Скорость передвижения, км/ч: - рабочая, - транспортная.	3 - 7 до 35
6.	Дорожный просвет, см	50	50
7.	База, м: - в рабочем положении - в транспортном положении	6,4 6,2	6,4 6,2
8.	Масса, кг	4350	4850
9.	Максимальная глубина срезки, см	15	15
10	Габариты, см: - в транспортном положении, - в рабочем положении	684х440х326 698х440х276	684х440х326 698х440х276

Проектируемый ковш скрепера-планировщика должен сохранять все перечисленные преимущества ковшей планировщика и скрепера и одновременно устранять все их недостатки. Для достижения этой цели возникла новая идея конструирования ковша с перемещаемой заслонкой. За основу принят традиционный бездонный ковш планировщика в виде отвала и боковых стенок.

Режим планировки осуществляется при поднятой заслонке путем срезки повышений, периодического заполнения ковша грунтом, непрерывного перемещения призмы волочения грунта и отсыпки его в понижения. Скреперный режим обеспечивается при опущенной заслонке, которая образует замкнутую емкость (из ковша и заслонки) и запирает набранную призму волочения.

При подъеме заслонки грунт самопроизвольно отсыпается из ковша на ходу машины. Конструкция скрепера-планировщика защищена патентом на полезную модель. Новая конструкция ковша с изменяемой геометрией позволяет быстро переходить из режима работы планировщика в режим работы скрепера.

Общие технические характеристики конструкций скрепера-планировщика СП-4,0 и СП-4,0М представлены даны в таблице 3.

Обе машины были изготовлены, успешно прошли заводские испытания и работают на полях краснодарского края.

В четвертой главе описывается проведение лабораторных и полевых исследований скрепера-планировщика В условиях решения поисковых задач (особенно при моделировании взаимодействия рабочих органов с грунтом) наиболее целесообразным является физическое и физико-математическое моделирование. Методы физического моделирования дают возможность получения широкой информации по качественным и количественным характеристикам процессов.

Общие теоретические основы подобия и моделирования процессов взаимодействия рабочих органов с грунтом разработаны В.И. Баловневым. Линейные размеры модели при физическом моделировании были определены с учетом масштабного коэффициента, вычисленного по формуле Баловнева В.И.

Рис. 12 Схема грунтового лотка. 1 – лоток, 2 – привод, 3 – тележка, 4 – цифровой датчик, 5 – модель планировщика, 6 – грунт, 7 – усилительный терминал