Разработка технологического процесса планировки рисовых чеков с применением многофункциональной планировочной

В качестве основных параметров при экспериментальных исследованиях были приняты длина и амплитуда неровностей, плотность грунта, его влажность, угол резания ножа планировщика в продольной вертикальной плоскости.

С целью исключения систематических ошибок вызываемых неконтролируемыми переменными, опыты были рандомизированы.

При проведении эксперимента тщательно соблюдалось постоянство всех факторов, кроме изменяемых. Каждый опыт повторялся несколько раз (не менее 5) для получения более достоверных результатов.

Рисунок 13. Модель бездонного ковша 1 – боковая стенка; 2 – отвальная поверхность; 3 – смотровое окно боковой стенки; А – сетка 20х20мм

Для исследования физических моделей мелиоративных машин и специализированного рабочего оборудования с целью получения необходимых данных для теоретических выкладок и проверки выдвинутых гипотез в лаборатории мелиоративных машин кафедры МиСМ МГУП был спроектирован и используется стенд – грунтовый лоток со специальной тележкой. К тележке 3 прикрепляется испытуемая модель рабочего органа 5. Стойка посредством болтовых зажимов может фиксироваться в направляющей на любом уровне. Таким образом, осуществляется изменение глубины разработки грунта или срезки неровности при одном и том же уровне грунта в канале.

Передвижение тележки с лабораторной установкой осуществляется с помощью лебедки, приводимой в движение электроприводом 2 с частотным управлением.

Целью экспериментов является определение максимального тягового усилия, изучение колебаний объема призмы волочения в бездонном ковше и проверка возможности проведения сплошного выравнивания без переполнения ковша.

Для проведения экспериментов разработана модель бездонного ковша в масштабе 1:2,5 по высоте и длине. Так как по ширине неровности будут распределяться равномерно, то ширину модели можно принять равную 10% от оригинала.

На боковую стенку 1 устанавливается видеокамера, объектив которой направлен на прозрачную поверхность 3. Нанесенная на стекло градуировка с дискретностью шага 20мм позволит анализировать видеозапись и определить объем призмы волочения в реальном масштабе времени и сопоставить полученные данные с результатами тензометрии.

В первом опыте была воссоздана неровность длиной 20 метров и высотой 6 см. На рисунке 5.4.5.а в виде графика представлено изменение объема призмы волочения при сплошном резании грунта без отсыпки. Теоретическая прямая (ряд 2) объема грунта в ковше постоянно возрастает, так как площадь срезаемой стружки постоянна, а изменение плотности грунта не учитывается.

На кривой, отображающей действительное изменение объема призмы волочения (ряд 3) до 7й секунды проведения эксперимента практически совпадают. Объем призмы при этом равен половине максимально возможного. Далее становится заметно снижение темпа заполнения ковша при достижении объема грунта приблизительно равным половине объема бездонного ковша.

Рис 14а Динамика изменения объема Призмы волочения 1 – теоретический; 2 – практический	Рис 14б Суммарное усилие на резанье и транспортировку грунта

К концу воссозданной неровности теоретический и практический объемы сходятся. При анализе видеозаписи проведенного эксперимента отчетливо заметно, что до 7-8 секунды большая часть площади призмы срезанного грунта распространяется по стенке отвала. И лишь незначительная ее часть контактирует с поверхностью чека. При дальнейшем движении (8-11я секунда) грунт в призме волочения начинает уплотняться под действием вновь срезаемого грунта. Это негативно сказывается на перемешивании грунта в ковше и призма начинает больше контактировать с поверхностью чека. В свою очередь возрастание пятна контакта призмы с поверхностью чека вызывает увеличение темпа возрастания усилия.

При пересчете тяговых усилий полученных на модели к натурным мы получили следующее: по прошествии 20ти метров машина остается работоспособной, но находится на пределе своих возможностей. Следовательно, максимальная характеристика поверхностей при которых бездонный ковш не требует разгрузки это неровность длиной 20-25м и амплитудой 6см. Для определения энергоемкости процесса транспортировки грунта в бездонном ковше уровень грунта в лотке выравнивается, так чтобы при движении модели не производилась срезка грунта, что отрицательно скажется на точности полученных данных. Модель (рисунок 15) устанавливается на стартовую отметку. Бездонный ковш модели наполняется с таким учетом, чтобы объем грунта соответствовал максимальному объему призмы машины, с учетом масштабного коэффициента.

Таким образом, при движении получим усилие, потребное для перемещение машины с максимальным объемом грунта в ковше. Следующим этапом эксперимента является проведение сравнительного анализа энергоемкости процесса транспортировки грунта скреперным методом (в закрытом бункере) и в бездонном ковше.

Рисунок 15 Автоматизированная модель скрепера-планировщика 1:10 с имитатором гидроблока.

Для проведения эксперимента модель переводится транспортное положение. Далее заслонка ковша переводится в закрытое положение, образуя закрытый бункер. В образовавшуюся емкость помещается грунт по объему равный грунту, который помещали в бездонный ковш в первой части эксперимента. Полученные данные были приведены к натурным и отображены на рисунке 5.4.8. Среднее тяговое усилие в режиме планировщика составляет 4,5т и колеблется в интервале от 4 до 5,2т. Такой разброс значений обусловлен тем, что при движении ковша по поверхности чека происходит периодическая отсыпка и срезка грунта. В скреперном режиме среднее тяговое усилие составило 0,63т, а колебание нагрузки от 0,4 до 0,8т.

Рисунок 16. Сравнение тяговых усилий 1 – планировщик; 2 – скрепер-планировщик

Приведенные к натурным данные по проведенным экспериментам показали что скрепер планировщик может агригатироваться к любой базовой машине шестого тягового класса. Наиболее часто встречающиеся неровности имеют характеристики 6-9 метров и амплитуду 5-12см. Необходимо провести исследования изменения призмы волочения при работе машины на подобных неровностях. Для проведения эксперимента на поверхности грунта будут воссозданы соответствующие неровности (рисунок 17.)

Для точной регистрации изменения объема призмы волочения на рабочий орган будет установлена видеокамера, которая позволит точно фиксировать срезку и отсыпку грунта. Рассмотрим полученные данные.

На графики отображающие тяговое сопротивление движения модели наложили кривые отображающие теоретическое изменение призмы волочения.

На первом графике объем призмы волочения в максимальной точке равен 33120см3, что примерно равно половине максимально возможной призмы волочения для модели в масштабе 1:2,5. Во втором графике объем призмы составляет 66% от максимально возможной, а в третьей примерно равна своему допустимому максимуму 98,7%.

Рассмотрим кривую тягового сопротивления. Вершины кривых на всех трех графиках равноудалены друг от друга со смещением не более 0,4… 0,7с. Следовательно, полупериод кривой от минимального значения к максимальному соответствует моменту срезки грунта. Следующий полупериод от максимума к минимуму – разгрузке.

а	б	в
Рисунок 17. Сравнительные результаты теоретических исследований и экспериментальных данных при выравнивании неровностей с различной амплитудой и зависимость изменения осредненного тягового усилия от пройденного пути 1 – теоретический объем призмы волочения; 2 – тяговое усилие; 3 – осредненное тяговое усилие. Параметры неровностей: а - L=9м h=5см; б - L=9м h=8см в - L=9м h=12см

При анализе графиков становится заметно, что в первом графике максимальный объем призмы волочения на 0,9… 1,1 опережает максимальное тяговое усилие по течению эксперимента. Во втором случае опережение составляет 1,0… 1,7с. Это происходит из-за того, что передний край призмы волочения на 35… 40 см опережает режущую кромку рабочего органа. В тот момент, когда режущая кромка достигает конца неровности и теоретический объем должен достигнуть своего возможного максимума, тяговое усилие уже начинает снижаться. Это происходит вследствие того, что опережающая движение РО призма уже начинает заполнять неровность, и объем грунта в ковше сокращается, снижая тяговое усилие.

На третьем графике результат совмещения кривых значительно отличается. На первой неровности опережение составляет 0,7… 0,9с, на второй 0,4… 0,6с. При движении модели по третьей неровности максимальный объем призмы волочения совпадает по времени с максимальным тяговым сопротивлением.

Такое смещение происходит по причине того, что при данном характере неровностей после срезки первого же возвышения ковш наполняется практически полностью, грунт значительно уплотняется (как это было показано в первом опыте). Далее, в момент разгрузки низменность начинает заполняться из передней верхней части призмы, таким образом, что общая площадь пятна контакта призмы с поверхностью грунта остается практически неизменной. Объем же призмы волочения пополняется грунтом, который срезается отстающей режущей кромкой.

Из первого графика в рисунке 17. можно сделать вывод, что на следующий год после проведения капитальной планировки, когда максимальная величина неровностей не превышает 5см. возможно использование базовых машин третьего тягового класса.

Для проверки работоспособности системы автоматического управления был проведен комплекс лабораторных и полевых испытаний.

При проведении лабораторных и полевых исследовательских испытаний использовались 4 комплекта оборудования:

Комплект оборудования № 1 в составе: лазерный передатчик L – 600 (LP – 30) с круговым вращением луча, опытный образец лазерно-программной системы автоматического управления (далее ЛП САУ), электрозолотник и источник питания

Комплект оборудования № 2 в составе: лазерный передатчик, автомобиль, опытный образец ЛП САУ и датчик пути

Комплект оборудования № 3 в составе: лазерный передатчик, экспериментальная модель скрепера-планировщика СП-1Э, опытный образец ЛП САУ, автомобиль.

Комплект оборудования № 4 в составе: лазерный передатчик, трактор К-701, серийный образец планировщика ПАУ-2, опытный образец ЛП САУ с датчиком пути.

В результате проведенных лабораторных испытаний с использованием комплекта оборудования № 1 и измерительных приборов и инструмента проверены и определены следующие технические характеристики лазерно-программной системы автоматического управления (ЛП САУ): угол обзора лазерного приемника, диапазон перемещения штока электромачты, напряжение питания и напряжение выходного сигнала на электрозолотник, потребляемая мощность, масса и габариты.

Полевыми исследовательскими испытаниями ЛП САУ с комплектом № 2 определялись зона нечувствительности лазерного приемника, радиус действия, интервал и погрешность измерения пройденного пути, рабочие скорости в режиме съемки. В качестве лазерных передатчиков использовались модели L - 600 и LP - 30С.

Рабочие скорости движения в режимах съемки и планировки, а также точность съемки и планировки определялись при установке ЛП САУ на планировщик ПАУ – 2 (комплект № 4).

Интервал измерения пройденного пути и погрешности измерения высотных отметок и вычисления проектной отметки ЛП САУ оценивались по результатам замеров, проведенных с применением комплекта № 3.

Число срабатываний электрогидросистемы и температура масла в гидросистеме определялись при полевых испытаниях гидроблока ГБ – У, установленного на планировщике ПАУ – 2 с трактором К – 701 и на скрепере ДЗ – 87 с трактором Т – 150.

Как видно из представленных данных в таблице 4 погрешность измерения высотных отметок при 4 проходах ЛП САУ колеблется от 0 до ± 3 см (0 - 3,4 %) и в среднем составляет ±1,5 см (1,1 %), а в сравнении с нивелировкой эта погрешность изменяется в пределах 0-4 см (0 - 2,4 %), а в среднем ±1,5 см (1 %), т.е. наблюдается близкая сходимость результатов замеров.

Таблица 4 – Результаты полевых определения погрешности измерений высотных отметок ЛП САУ
№ замера	Вертикальные отметки, см
	Пикеты, м
	0	20	40	60	80	100	120	140	160	180	200	220	240
1	228	230	228	202	158	126	100	84	100	112	112	112	112
2	224	224	228	208	156	124	104	90	102	114	114	112	110
3	228	230	228	202	158	126	100	84	100	112	112	112	112
4	224	224	228	208	156	124	104	90	102	114	114	112	110
	904	908	912	820	628	500	408	348	404	452	452	448	444
Средняя величина, см	226	227	228	205	157	125	102	87	101	113	113	112	111
Погреш- ность: см, %.	±2 0,9	± 3 1,3	0 0	± 3 1,3	± 1 0,6	± 1 0,6	± 2 2	± 3 3,4	± 1 1	± 1 0,9	± 1 0,9	0 0	± 1 0,9
Нивели- ровка,см	229	231	229	203	159	127	101	85	101	113	113	113	113
Погреш- ность: см, %.	+3 1,3	+4 1,7	+1 0,4	-2 1	+2 1,3	+2 1,6	-1 1	-2 2,4	0 0	0 0	0 0	+1 0,9	+2 1,8

В пятой главе описывается процесс разработки комплексного технологического процесса съемки, проектирования, планировки рисовых чеков и контроля точности спланированной поверхности.

Таблица 6 Сводная таблица результатов анализа поверхности чеков
№ п/п	Наименование маршрута	Длина марш-рута, м	% длины от маршрута № 1	Проектные отметки, см	Средний разброс значений
					см	%
1	Типовой	2980	100	113,0-185,4	-	-
2	Диагональный	600	26	154,73-184,4	0,62	0,4
3	Перекрестный	880	39	113,3-185,9	0,4	0,3