автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Концептуальная методология построения технологий и агрегатов мелиоративной обработки солонцовых почв с улучшенными показателями качества технологических процессов

На правах рукописи

МАКСИМОВ ВАЛЕРИЙ ПАВЛОВИЧ

КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ МЕТОДОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ И АГРЕГАТОВ МЕЛИОРАТИВНОЙ ОБРАБОТКИ СОЛОНЦОВЫХ ПОЧВ С УЛУЧШЕННЫМИ ПОКАЗАТЕЛЯМИ КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства (по техническим наукам)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Зерноград - 2006

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учрежде-и высшего профессионального образования — «Новочеркасская государственная лиоративная академия» (НГМА)

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Беспамятнова Наталья Михайловна

доктор технических наук, профессор Сконодобов Виктор Владимирович

доктор технических наук, профессор Дыба Владимир Петрович

Ведущее предприятие: ФГНУ «Российский научно-

исследовательский институт проблем мелиорации» (РосНИИПМ), г.Новочеркасск

Защита состоится « » 2006 г в часов на заседании

:сертационного совета Д.220.001.01 в Азово-Черноморской государственной агро-женерной академии (АЧГАА) по адресу: 347740, г. Зерноград, Ростовской области, Ленина 21, в зале заседаний диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Азово-Черноморской госу-)ственной агроинженерной академии.

Автореферат разослан

«ло

» 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Н.И. Шабанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проблема повышения эффективности сельхозпроиз-водства в степных районах России во многом связана с мелиорацией и освоением обширных площадей солонцовых земель. Только в Ростовской области площадь малопригодных каштаново-солонцовых комплексов составляет около 1,7 млн.га, а крайне недостаточное количество выпадающих осадков, равнинная малооблесенная, склонная к дефляциям территория, крайне усложняет ситуацию и выводит проблему создания соответствующих этим условиям технологий мелиорации и высокоэффективных орудий для их реализации в разряд главнейших.

В условиях засушливого климата наиболее рациональным способом мелиорации является агробиологический, при котором глубокая мелиоративная обработка направлена на механическое разрушение солонцового горизонта и перемешивание его с карбонатным. Наилучшее качество соответствующей обработки солонцов достигается подпокровным фрезерованием. Однако, существующие орудия и технологии не удовлетворяют в полной мере требованиям по важнейшим агротехническим, экономическим и экологическим показателям, при этом конструкции подпокровных фрезерователей весьма разнообразны, а оценки их эффективности сложны и достаточно противоречивы. Такое положение вызвано, прежде всего, разноплановым, несистемным подходом к решению проблемы, вследствие чего оказалась не востребована стадия технического предложения, не в полной мере использовались возможности математического и имитационного моделирования, а вопросы автоматизации управления режимом работы не рассматривались.

В этой связи построение технологий и агрегатов, обеспечивающих управляемое в заданном диапазоне динамических состояний, устойчивое и высокоэффективное функционирование системы мелиорирования солонцовых почв является важной и актуальной проблемой.

Работа выполнена по плану Межведомственной координационной программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК РФ на 2000-2005 г.г., темы 04.01 "Разработать технологии и технические средства для агробиологического мелиорирования солонцовых почв" и 34.02 "Разработать математические модели технологических процессов подпокров--юго фрезерования почв" в соответствии с Федеральной целевой протраммой «По-шшение плодородия почв России на 2002-2005 годы».

Цель работы - научное обоснование технологических и технических решений товышения эффективности использования солонцовых почв путем восстановления IX плодородия на основе новых информационных технологий, анализа и синтеза ба-ювых инвариантов подпокровных агрегатов, их математического и имитационного моделирования, локальной оптимизации воздействий на элементы конструкции и ;интеза алгоритмов функционирования.

Предмет исследований. Закономерности функционирования технических :редств в процессе мелиорирования солонцовых почв и режимы их локального воздействия на почву.

Объект исследований. Технологические процессы мелиорирования солонцо-!ьтх почв на основе новых информационных у^ющщ, алгоритмы их

)еализации.

БИБЛИОТЕКА |

С.Г - "

о»

Достоверность результатов подтверждается использованием современных (етодов исследования, строгостью постановки задачи, обоснованием принятых до-[ущений, критическим анализом и заключением экспертов, а также удовлетвори-ельной сходимостью теоретических и экспериментальных результатов.

Научная новизна. Разработана информационная модель сис1емы мелиориро-ания солонцовых почв как совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих >ункциональной, статической и эволюционных структур. Синтезирован инвариант азовой структуры подпокровного агрегата реализующего глобальную цель.

Исследовано взаимодействие рабочих органов и окружающей их грунтовой реды. Построены нижние и верхние оценки нагрузки на рабочие органы различной юрмы. Получено аналитическое выражение коэффициента удельного сопротивле-ия, базирующееся на глобальном критерии прочности - сцеплении.

Предложен метод оценки качества перемешивания посредством учета вновь бразованных поверхностей контакта.

Разработаны математические модели системы "фреза-почва" и динамической ястемы "подпокровный фрезерователь-почва-тяговая машина". Предложена мето-ология имитационного моделирования динамической системы с учетом колеба-гльности внешней нагрузки, включающая реализующую компьютерную программу.

Разработана методология построения адаптивных подпокровных агрегатов, эполняющая традиционные процессы проектирования процедурами концептуаль-эго конструирования и позволяющая полностью реализовагь достигнутый научный этенциал в конкретное техническое решение и алгоритм его автоматического травления.

Практическая значимость состоит в том, что совокупность теоретических и гепериментальных исследований, информационное обеспечение практических ме-)дов проектирования комбинированных орудий, алгоритмы функционирования и гособ локальной оптимизации воздействий на элементы конструкций являются ис->дной базой знаний для современных систем САПР и САУ и могут быть использо-шы специалистами при создании новых и совершенствовании существующих тех-таеских средств для мелиорации солонцовых почв.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований вошли в ежведомственную координационную программу фундаментальных и приоритетах прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК РФ.

Основные результаты исследований включены в курсы лекций «Машины для мляных работ» и «Математическое моделирование машин и транспортных систем» [я студентов специальностей «Подъемно-транспортные, строительные и дорожные штаны» и «Сервис и техническая эксплуатация транспортных и технологических шшн и оборудования» Южно-Российского государственного технического универ-тета (НПИ), «Динамика и прочность машин», «Строительно-дорожные машины» и Машины и оборудование природообустройства и защиты окружающей среды» Но-черкасской государственной мелиоративной академии, «Системный анализ и ■равление проектами», «Системный анализ технологических и инновационных юектов» и «Информационные технологии моделирования технологических сис-м» для студентов обучающихся по направлениям «Системный анализ и управле-1е» (магистр) и «Организация и управление наукоемкими производственными тех-логиями» (инженер-мейеджер) Ростовского государственного университета.

Технология активной обработки солонцовых почв по агробиологическому методу на основе подпокровного агрегата (Технический проект орудия КОМС) включена Ростовским центром трансфера технологий в реестр приоритетных для Ростовской области.

Методология целевого анализа и концептуального конструирования внедрена и используется при проектировании новых и модернизации существующих технических систем Проектно научно-исследовательским институтом водоснабжения и во-доответвления (г. Новочеркасск).

На основе созданной информационной технологии проектирования разработано, испытано и внедрено Министерством сельского хозяйства и продовольствия Ростовской области в Веселовском и Пролетарском районах Ростовской области комбинированное почвообрабатывающее орудие для мелиорации солонцов (патент РФ №2248685) с новыми высокоэффективными пассивными и активными рабочими органами, позволяющее совмещать различные операции технологического цикла и максимально соответствовать агротехническим, экономическим и экологическим требованиям на процессы восстановления плодородия солонцовых почв.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждены и одобрены на межвузовских научно-технических конференциях "Совершенствование технологий и средств механизации производственных процессов в АПК" (г.Новочеркасск, 1998,2000,2001,2003,2005 г.г.), научно-практических конференциях ПГМА (1991,1992,1993,2000 г.г.), Всероссийской научно-практической конференции "Экологические аспекты эксплуатации гидромелиоративных систем и использования орошаемых земель" (г.Новочеркасск, 1995), Региональной научно-практической конференции "Комплексное использование и охрана водных ресурсов" (г.Новочеркасск, 1995), Всероссийской научно-практической конференции "Кадры и научно-технический прогресс в мелиорации" (г.Новочеркасск, 1996), секции "Мелиорация и орошаемое земледелие" Россельхозакадемии (г.Новочеркасск, 1998), Российской научно-практической конференции "Физико-технические проблемы создания новых технологий в АПК" (г.Ставрополь, 2001,2003 г.г.), VI Международной научно-технической конференции по динамике технологических систем (г. Ростов-на-Дону, 2001 г.), международной научно-практической конференции "Моделирование. Теория, методы и средства" (г.Новочеркасск, 2001,2002 г.г.), II Всероссийской научно-практической конференции "Инновации в машиностроении" (г.Пенза, 2002), Региональной научно-практической конференции "Проблемы и перспективы развития мелиорации" (г.Новочеркасск, 2002), Межрегиональной научно-практической конференции "Управление в технических, социально-экономических и медико-биологических системах" (г.Новочеркасск, 2003,2004 г.г.), Международной научно-практической конференции "Ресурсосберегающие, экологически безопасные технологии мелиорации, рекультивации и охраны земель" (г.Новочеркасск, 2004).

Проспект и макет "Комбинированное орудие для мелиорации солонцов" демонстрировались и отмечены насадами на Всероссийской выставке-ярмарке "Ин-пов-2003" (г.Новочеркасск), IX международной выставке "Экспо-Наука 2003" (г.Москва), Всероссийском выставочном центре (ВВЦ) (г.Москва, 2004 г.).

Публикации. По теме диссертации за период с 1991 по 2005 годы опубликовано более 50 научных работ, в том числе монография и 3 патента на изобретения.

На защиту выносятся :

- обоснования технологий и технических схем подпокровных агрегагов для адаптивной мелиоративной обработки солонцовых почв;

- информационная модель системы мелиорирования солонцовых почв;

- алгоритмы устойчивого функционирования системы мелиорирования солонцовых почв и управления технологическими процессами;

- математическое описание процессов взаимодействия рабочих органов с почвенной средой и методы определения диапазона действующих нагрузок;

- математические модели элементов системы мелиорирования солонцовых почв: «фреза-почва», «подпокровный фрезерователь-почва-тяговая машина»;

- закономерности процесса перемешивания генетических горизонтов ротационными рабочими органами и способы его оценки;

- методология построения инновационных проектов адаптивных подпокровных агрегатов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, бщих выводов и рекомендаций, изложенных на 321 страницах текста, содержит 93 ллюстрации, 15 таблиц, список использованной литературы из 260 наименований, и 3 приложений. В приложениях приведены документы, отражающие уровень прак-1ческого использования результатов исследований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность работы, определена цель исследования и зложеиы основные положения, выносимые на защиту.

В главе «Состояние проблемы и задачи исследований» приведены научные ;новы мелиорации солонцовых почв агробиологическим методом и сформулировал основные требования к соответствующим технологиям и почвообрабагывающим эудиям. Выполнен анализ известных техноло! ий и конструкций, методов определе-1я нагрузок на рабочие органы, процессов перемещения почвы, моделей динамиче-;их систем.

Эффективность агробиологического метода окультуривания солонцов научно жазаиа исследованиями И.Н. Антипова-Каратаева, A.M. Можейко, А.Н. Соколов-:ого, В.А. Ковды, А.Ф. Большакова, C.B. Зона, A.A. Скрипкина, М.Ф. Буданова, П. Пака, М.Б. Минкина, В.М. Бабушкина, П.А. Садименко, В.К, Шаршака, Е.П. здана, В.И. Кирюшина, В.И. Богданова, В.А. Зоткина, С.Ф. Миронченко и других и юверена в производственных условиях при обработке почвы различными типами щпокровных фрезерователей (ПФ), разработанными ВНИПТИМЭСХом, ЮжНИИ-iMom, Волгоградским СХИ, Донским СХИ, НИМИ, ЦНИИМЭСХом, ВИСХОМом другими научными организациями.

Анализ результатов исследований показал, что для реализации потенциальных зможностей этого метода необходимо максимально сохранить плодородие верхнегумусового слоя А и обеспечить условие прогекания реакции замещения ионов грия на ионы кальция путем дробления и перемешивания нижних горизонтов - со-нцового В| и подсолонцового (карбонатного) В2. При этом наибольшая эффектив-сть может быть достигнута за счет создания максимально возможной поверхности нтакта между реагентами и ППК, обеспечения условий влагопроницаемости по гй глубине обработки, а также внесением удобрений, посевом культур-освоителей

и мероприятиями по влагосодержаниго. Учет экологических, финансово-экономических и технологических ограничений позволил установить полный комплекс требований, предъявляемых к системе мелиорирования солонцовых почв (СМСП), Требования сформулированы по пяти группам показателей: состав и структура почвы; агротехнические требования к основной обработке почвы; дополнительные мероприятия; сроки проведения работ; финансово-экономические и экологические ограничения. Они приняты за основу при анализе и синтезе соответствующих технологий и агрегатов. Анализ показал, что существующие технологические процессы и технические средства не отвечают в полной мере всему комплексу требований, необходимых для эффективного восстановления плодородия солонцовых почв.

Методы определения нагрузок на рабочие органы условно разделяют на экспериментально-теоретические, в основу которых положена формула В.П. Горячкина и аналитические, базирующиеся на механике сплошной среды. К первой группе относятся работы А.Н. Зеленина, Н.Г. Домбровского, Д.И. Федорова, Ю.А. Ветрова, B.JT. Баладинского, В.И. Баловнева, В.Д. Абезгауза, Г.Н. Аристахова, М.А. Горина, С.Г. Солопова, И.С. Полтавцева, Ю.И. Матяшина, А.Д. Далина, Г.Н. Синеокова, И.М. Панова, Ф.М. Канарева, В.К. Шаршака, Г.Е. Листопада.

Основные положения механики грунтов разработаны К. Кулоном и JI. Прандг-лем и получили дальнейшее развитие в работах В.В. Соколовского, С.С. Голушкеви-ча, Н.К. Снитко, H.A. Цитовича, Г.К. Клейна и других. Применительно к почвообрабатывающим машинам аналитический подход к определению нагрузок используется в работах JI.B. Гячева, В.А. Лаврухина, В.К. Шаршака, В.В. Сконодобова. Однако, достаточная точность методов, основанных на коэффициентах удельного сопротивления, достигается при получении значений коэффициентов в идентичных по геометрии, кинематики и режимах работы условиях, а аналитические решения получены только для некоторых частных случаев.

Для определения качества перемешивания генетических горизонтов используются различные экспериментальные методы: рентгенографический, химический, оптический, метод шашек, описанные в работах О.В. Верняева, М.А. Сокола, Н.К. Березина, М.К. Ягупова, М.Б. Минкина, В.К. Шаршака, В.В. Сконодобова, В.А. Зотки-на, С.Ф. Миронченко. Эти методы достаточно информативны, но не могут быть использованы при теоретических исследованиях, а также для оперативного контроля в процессе работы.

В работах по динамике технологических машин Н.И. Мерцалова, В.А. Вейца, Е.И. Ривияа, Н.И. Колчина, М.С. Комарова, А.Б. Лурье, A.B. Докукина, Д.П. Волкова, М.Г. Водяника, Н.П. Бусленко и многих других разработаны принципы составления динамических схем, приведение моментов инерции и вращающихся масс и жесткости упругих элементов, учета энергетических потерь, математического описания и других вопросов, связанных с исследованием динамики. Динамика тяговых машин рассмотрена в работах В.Я. Аниловича, Ю.Т. Водолажченко, И.Б. Барского, Л.В. Гячева, И.П. Кнесевича, Н.Д. Львова, В.А. Скотникова, В.А. Савочника и ряда других авторов. Динамика почвообрабатывающих машин исследуется в работах А.Б.Лурье, A.A. Громбичевского, A.A. Мащенского, A.M. Холодова, В.К. Шаршака. Однако вопросы исследования агрегатов с двухфрезерным, работающим под покровом, рабочим органом не рассматриваются.

Выполненный анализ технологий, научно-технических решений, результатов аналитических и экспериментальных исследований показывает, что наибольшая эффективность достигается при использовании технологий и технических средств, обеспечивающих устойчивое адапционное к гребованиям обрабатываемой почвы и возделываемых куталур функционирование системы мелиорирования.

Устойчивость функционирования процесса заключается в решении проблемы выбора оптимальных структуры, конструктивных и режимных параметров подпокровного агрегата, обеспечивающих целенаправленное в заданных ограничениях изменение упорядоченности структуры солонцовой почвы.

Адаптация технологических процессов к требованиям агротехники заключается в решении проблемы сохранности 1умусового слоя при обеспечении требуемого крошения и равномерного перемешивания солонцового и подсолонцового слоев с учетом неоднородности почвенного состава.

Для основной обработки солонцовых почв наиболее перспективными являются подпокровные фрезерователи, которые удовлетворительно крошат и перемешивают генетические горизонты, но не обеспечивают в полной мере требования по важнейшим агротехническим, экономическим и экологическим показателям, что обусловлено, в том числе, фактором недостаточной информации о системе мелиорирования солонцовых почв и отсутствием современных технологий их проектирования.

Недостаточная изученность процесса взаимодействия рабочих органов и почвенной среды является сдерживающим фактором на пути совершенствования технологических процессов и рабочих органов подпокровных агрегатов.

Существенным резервом совершенствования процессов обработки солонцовых ючв является разработка научно обоснованных способов оперативного контроля ка-кства перемешивания и управления технологическим процессом.

В соответствии с поставленной проблемой в работе решались следующие задачи:

I. Рассмотреть многообразие технологических процессов восстановления плодородия солонцовых почв и выделить основные структурообразующие элементы соответствующей системы мелиорирования, определить взаимодействия функциональных, статических и эволюционных структур, обуславливающих проектирование рациональных технических систем. !. На основе развития объектно-ориентированного подхода к анализу и синтезу базовых структур системы определить режимы локального воздействия на устойчивость функционирования технических средств в процессе мелиорирования солонцовых почв и выбрать методы генерирования управлением их состояний. 1. Развить аналитические методы определения диапазона нагрузок на рабочие органы.

'. Установить закономерности процесса перемешивания генетических горизонтов и

обосновать рациональные методы его оценки. '. Обосновать методы математического и имитационного моделирования технологических процессов и технических средств мелиорирования солонцовых почв, г. Разработать математические модели элементов системы мелиорирования солонцовых почв: «фреза-почва», «подпокровный фрезерователъ-почва-тяговая машина».

7. Синтезировать информационную модель системы мелиорирования солонцовых почв в виде совокупности моделей - статических, поведения и изменения состояний.

8. Разработать методологию посхроения адаптивных подпокровных агрегатов, включающую процедуры концептуального проектирования.

В главе «Целевой анализ системы мелиорирования солонцовых почв и синтез базовой структуры подпокровного агрегата» получена информационная модель системы мелиорирования солонцовых почв, разработана методология концептуального и целевого анализа и синтеза базовой структуры подпокровнох о агрегата.

Создание современных инновационных проектов подпокровных агрегатов (ПА), отвечающих предъявляемым требованиям, возможно только при использовании новейших, основанных на системном подходе, технологий.

Общими вопросами синтеза технологических машин и механизмов, основанного на структурных моделях, занимались Ю.Д. Амиров, В.М. Капустян, A.B. Чус, В.А. Данченко, А.И. Половинкин. Дж. К. Джонсон, И. Мюллер, Д. Диксон, К.Д. Жук, В.П. Тарасик, В.П. Быков и многие другие.

В этом случае процедура поиска технических решений определяется как: хо = '((*XV Р1(а,р)е(?л(р,х)е\\1 л ре Р0лаеА0]),

de]

где А = {а,,а2,...ат} - множество целей; Р = (р,,р2,...рп} - множество признаков; X = {х,,х2,...хк} - множество решений; ср - бинарное отношение между элементами множеств А и Р; - бинарное отношение между элементами множеств Р и X. При этом ф с (Ах Р); с (Р х X); А0сА.

Применительно к решению проблемы анализа и синтеза сельскохозяйственных, почвообрабатывающих и посевных машин основные положения сформулированы в работах ученых Э.И. Липковича, В.А. Черноволова, Н.М. Беспамятновой, А.Б. Лурье, Г.Н. Синеокова, И.М. Панова и других.

Приведенный в работе анализ выявил ряд недостатков традиционных методов - невозможность использования для систем, состоящих из плотно скомпанованных, взаимно переплетающихся и проникающих друг в друга элементов, а также статичность и инерционность, обусловленные работой в заранее определенном множестве, которые затрудняют их применение в области анализа и синтеза СМСП.

Развитие методов системного анализа привело к технологии объектно-ориентированного анализа (ООА). Основные положения ООА применительно к задачам программирования разработаны Г. Бучем, Д. Рамбо, А. Джекобсоном, А. Ма-цяшеком. Использование его принципов интерпретации понятий и семантики элементов, составляющих совокупность моделей и нотаций их визуального представления для решения проблем анализа сложных технических систем, приведено в работах Е.С. Беньковича, Ю.Б. Колесова, Ю.Б. Сениченкова, В.М. Шека, С. Шлеера, С. Меллора, Б.Я. Советова, В.П. Свечкарева.

Практическое применение методологии ООА и нотации универсального языка моделирования UML для анализа СМСП потребовало его дальнейшего развития в предметной области почвообработки путем дополнения соответствующими процедурами, правилами, конструкциями и концептами. Необходимые решения приведены в диссертационной работе.

Объектом анализа является сложная структурированная СМСП, которая имеет

Диаграмма цечевых классов

Климатические усчовия

УРОЖАЙ

Плодородие почвы

] А1 ротехничсские I I требования

Среда формирования глобальной цели^

Восстановлвтс плодородия почв

ряд характеристик, принципиально позволяющих сформулировать и решить задачу системного анализа. Источником системных исследований являются цели. Для конкретных условий анализа СМСП достаточно использовать 3-уровневую структуру целей (дерево целей). __________________________________________Глобальная цель ориентирована на конечный продукт, для которого создается система. Среда формирования определена на основе анализа директивных документов и включает: Урожай, как интегральный показатель экономических и социальных функций почвы и накладываемые на него ограничения — Климатические условия, Плодородие почвы и Агротехнические требования.

Глобальная цель (Восстановление плодородия почв) формируется исходя из конкретного заказа, для реализации которого создается система. Признак пространство инициирования целей (среда целеобра-Г" зования) позволяет дифференцировать цели на втором уровне: Сохранение гумусового слоя (СГС); Создание условий водопроницаемости (ВПР)\ Создание условий протекания реакций замещения (РОБ). Следующий

Диаграмма классов оборудования_________________ уровень ИврарХИИ в дерввв цв-

лей определяется в соответствии с различными представле-

ко ову ( Сеялка ДО I Щ II ТМ Г оо

А

ду

пл

Лемех

що ЩКР САУ Фрезы ДГ

эис.1.

- Объектно-целевая диаграмма классов системы МСП

ниями жизненного цикла (интервал времени целеобразования), так подцель СГС декомпозирована на: Внесение удобрений(ВУ); Посев культур освоителей(ПКО)\ Работа под покровом(РПП); подцель ВПР - Щелевание почвы(ЩП) и Порозность почв (ПП)\ подцель РОБ: Поверхность контакта(ПК)', Внесение дополнительных доз гипса(ДЦГ). Используемый на следующем уровне признак ветвления в дереве целей (ДЦ) связан с реализуемостью (состав и взаимосвязи элементов системы), обеспечивающей достижение подцелей предыдущего уровня.

Дерево целей (ДЦ), как исходная структура системы 5/, посредством синтаксической интерпретации сводится к диаграмме целевых классов (ДЦК), описывающей структуру 57 в объектной нотации и являющейся существенным, в смысле свойства целедостижимости, эквивалентом системы

Зг : {&№) —Я^ДЦК)}.

На рис.1, представлена графическая иллюстрация ДЦК, где целевые классы уровня среды целсобразования (СГСВПР, РОБ) декомпозируют глобальную цель и наследуют ее атрибуты.

В работе описаны все целевые классы и соответствующие им цели процесса, а также отношения между классами трех уровней ДЦК: наследования (стрелки с треугольником на конце), зависимости (пунктирные стрелки) и отношения агрегации между классами оборудования (стрелки с заполненным ромбом на конце).

Для декомпозиции целей на уровне состава и взаимосвязей элементов СМСП необходимо построить диаграмму классов ее оборудования. СМСП представляет собой комплекс технических средств, объединенных на основе тяговой машины (ТМ). Разнообразие технологических операций требуе! применения и, соответственно, размещения на ТМ основного и дополнительного оборудования (00 и ДО), различных специализированных элементов и устройств. Обобщенная архитектура СМСП может быть описана в виде диаграммы классов оборудования (ДКО), содержащих семь классов Оборудование внесения удобрений (ОВУ), Сеялка, Щелеватель (Щ), Оборудование внесения гипса (ОВГ), ДО, 00, ТМ, агрегированных в обрабашваю-щий комплекс на базе класса ТМ (си. рис.1). Представленные классы оборудования реализуют технологические операции, необходимые для достижения выявленных подцелей, перечисленных на нижнем уровне ДЦК.

Последующий концептуальный анализ системы направлен на получение модели базового инварианта архитектуры, позволяющего исследовать реализуемость системы в рамках статической структуры. Заключительная модель представляет собой результат соединения (пересечения) целевой и системной (реализационной) моделей системы и содержит полную смысловую информацию о рассматриваемой системе. В этом случае £>/-, представляющая собой результат интеграции унарных диаграмм Оу/ (ДЦК) и Г)у2 (ДКО), включает и переходную диаграмму ВП. Особенное положение переходной диаграммы связано с описанием на ее основе механизма интеграции

и-ЦОуфу,) >ВТ).

Эффективность концептуального конструирования связана с методологией организации процедур интеграции диаграмм в процессе анализа. В работе обоснованы все основные концепты и процедуры интеграции диаграмм, которые могут быть выполнены в процессе построения переходной диаграммы функционально-целевых классов (ДФЦК), связанной отношениями наследования с ДЦК и зависимости с ДКО, В такой тернарной диаграмме (объектно-целевой диаграммы классов - ОЦЦК) не только прослеживается достижимость преследуемых целей на привлекаемом оборудовании, но и устанавливаются механизмы указанного перехода, позволяющие формализовать последующие процедуры развития диаграммы.

Эволюция ОЦЦК может быть вызвана изменением целей (уточнение, корректировка или переформулирование требований по обработке почв). Например, решением проблем снижения совокупных затрат (ССЗ) на обработку и экологической безопасности (ЭБ) проводимых работ. Формулирование задач может быть инициировано соответствующими лицами, условно называемыми "экономист" и "эколог".

Экономические требования сводятся к получению максимальной прибыли (ПР) при минимальных совокупных затратах (СЗ), т.е.

UP = f{C3) -> max о C3 = /(ЗТЦ, ЗУ,ЗГ,3C,3T)-> min, где ЗТЦ - затраты на операции технологического цикла; ЗУ - затраты на удобрения; ЗГ - затраты на гипс; ЗС - затраты на семена; ЗТ- затраты на топливо.

В работе показано, что минимизация совокупных затрат при имеющемся бесконечном разнообразии типов и состояний почв возможна только при использовании системы автоматического регулирования скоростей (АРС) и совмещении технологических операций.

Экологические требования сводятся к обеспечению экологической безопасности (ЭБ) при проведении работ. Это достиг ается в первую очередь минимизацией числа воздействий ходовых систем (СВХС) за счет совмещения операций, т.е. создание комбинированного орудия (КО), которое может выполнять все необходимые операции технологического цикла за один проход тяговой машины. Понятие экологической безопасности в указанном смысле тождественно цели сохранения гумусового слоя, следовательно:

ЭБ = СГС = /{СВХС) max о СВХС = f(Nnpm ) ■->■ min,

где N„pox - число проходов тяговой машины.

Эколог

Рис.2 - Диаграмма прецедентов комплексирования CMCII

Модель поведения системы отражает диаграмма прецедентов комплексирования СМСП (рис.2).

Каждый из прецедентов диаграммы не только отражает декомпозицию преследуемой цели, но и формулирует функциональные требования. При этом огношения прецедентов отражают степень взаимного влияния функций при их реализации. Дальнейшая детализация требований, а также их проекция на структуру системы осуществляется с помощью диаграммы классов, что может быть отражено введением соответствующих классов ССЗ и ЭБ. Отношения наследования и зависимости перечисленных классов (выделено "жирным") позволяют проследить последовательное движение от

формулирования задачи, ее формализации в виде целевого класса до расширения функций оборудования, а именно, автоматизации режимных параметров системой автоматического управления (САУ) или до изменения структуры системы, а именно, объединением оборудования отдельных технологических операций в одно комбинированное орудие (КО).

Для компьютерной интерпретации многоместных отношений целевых классов разработана многомерная \JML-матрица инцидентноеги.

В целом многомерная матрица описывает целедостижение в рамках заданных ограничений. В зависимости от направленности исследований системы используется многомерная или ряд (искомая) плоских матриц.

Рис.3

Для синтеза структуры ПА также необходимо установить отношения транзитивного замыкания целевых классов на множестве Мжц - жизненный цикл (интервал времени целеобразования ОЦЦК) с классами оборудования на множестве Мко. Данные сп ношения определяются объектно-целевой матрицей смежности.

Информационная модель системы МСП, представленная диа1раммой ОЦЦК, матрицы инцидентности отношений между целевыми классами, объектно-целевая матрица смежности организуют среду для реализации итеративных процедур в процессе синтеза структуры базового инварианта подпокровного агрегата. Обобщенный алгоритм анализа и синтеза ПА представлен на рис.3.

В главе «Моделирование нагрузок. Теоретические основы метода оценки нагрузки на рабочие органы почвообрабатывающих машин» приведены модели взаимодействия рабочих органов со сплошной средой и разработанные на их основе методы расчета нагрузок, включая оценку удельного сопротивления почвы.

Развитие аналитических методов расчета следует в двух направлениях: совершенствование традиционного метода предельного напряженного состояния и разработка новых методов, упрощающих математическое описание процесса и позволяющих получать строгие аналитические решения диапазона возможных значений нагрузки.

В соответствии с первым направлением на базе теории Кулона разработан метод расчета момента сопротивления на работающей в несвязной среде фрезе с профилем рабочей поверхности по логарифмической спирали.

Принята следующая модель взаимодействия. При движении фрезерного органа перед его рабочей поверхностью образуется ядро уплогнения с поверхностью сдвига, наклонной к рабочей поверхности под некоторым углом е (рис.4).

Такой характер взаимодействия позволяет представить поверхность сдвига ядра уплотнения подпорной стенкой с

Обобщенный алгоритм анализа и синтеза

Рис.4

- Схема для определения сил статического сопротивления

углом наклона е и определить силы давления сыпучего тела на эту стенку. В результате адаптации известной формулы К. Кулона к принятой схеме получено выражение :ил сопротивления, действующих на элемент рабочей поверхности фрезерного органа

со.ч(2р - е)

ж

¿Я* =

Хусо&Ь' Иф

1 + ^

С05р 1

Иф 1 + Г^Е • 8ш(0 + ф -

(1)

(2)

Х =

сое

1-

эш 2р ■ вт р(1 + вт(0 + (р - у))

I сов(с - р) ■ (сое е + бш е • tgд • зт(0 + ф - у)) /¡о = (яе^9^2)- вт(0 + ф) - <;0 - Иф • с/£й)-соз5;

соэ2 е-соз(е-р)'

(3)

у - плотность; Иф - вертикальная проекция подпорной стенки; И0 - высота материала над рабочим органом; е - угол наклона подпорной стенки; р - угол внут-»еннего трения грунта; р0 - угол трения грунта о рабочую поверхность; Р - угол <ежду плоскостью вращения и поверхностью почвы в рассматриваемом сечении; ф -тол поворота подвижной системы координат ХОУ; V - угол между радиус-вектором ■ и осью п-п\ к - параметр логарифмической спирали; 0 - полярный угол.

Момент статического сопротивления (рис.5) равен сумме моментов от сил (1<2, действующих на элементарные участки рабочей поверхности органа с11 и момента от силы трения Г, боковой поверхности ядра уплотнения о неподвижную часть массива:

т

Мст= //г, •^■¿/+7; Л- (4) в»(/)

где величины 0О, 01, <11 и Т] определяются по формулам:

1 , ^уЬф-аф

— • 1п-у---г;

к Я ■ зт(0, + ф)

Рис.5 - Схема к определению момента

1 2

я 1 , Сп

I —__(____^ЗУ_

0 2 к Л-8ш(0о + ф)

; Г, =tgp•Po соБб; Р0= уЛ-^е-^-(н~Ъф).

о

Окончательно выражение момента статического сопротивления, приведенного к центру вращения рабочего органа имеет вид:

* .Софр-^) r2 в12х .sin(v + po).e2*(9-V2)x

2 cosp '

я/2

xí

1 +

2 cosp

%__1___

/ь, l + rgE-sin(0 + (p-v)-/g8

^•sin(v + p0)-e

,2*(e- V2),

v.

(5)

x V¿2 +1 ■ dO + gу ■ п■ tgE • Иф ■ соs(# -h^)-tgp-R-sin

При движении рабочего органа на элемент ядра уплотнения на ряду с силой статического сопротивления dQ действуют силы (рис.6):

dFf

P*dP

dFew - переносная сила инерции; dFc - кориолисо-ва сила инерции; dP{ - элементарная сила, возникающей вследствие действия сжимающих элемент усилий Р (проекция равнодействующих сил Р и P+dP на касательную плоскость); dT - сила трения элемента по рабочей поверхности исполнительного органа.

Переносная dF" и кориолисова dFc силы инерции определяются из выражений:

dFew = (л2 г dm; dFc = 2 dm-aur sin((5,vr), где dm -масса элемента ядра уплотнения. Движению ядра уплотнения препятствуют силы

трения. Результирующее нормальное давление dN, прижимающее элемент к поверхности, равно:

dN ~dQ- cos р0 + dFew ■ cos v - dFc, Нормальное давление dN вызывает силу трения dTx \ dl] = / • dN. Сжимающие ядро усилия Р и P+dP вызывают появление дополнительного давления dP/, что создает силу трения dT2 = / ■dPl= f Р -dr\. Кроме того, полное усилие, сжимающее ядро уплотнения, увеличивается за счет касательной составляющей центробежной силы инерции. Таким образом, полное приращение сжимающего усилия:

Рис.6 Схема определения сил

dP = f

Решение дифференциального уравнения (6) имеет вид:

а я/2

,/в

/■¡e-fe-e(e)de + P0e

/к/2 _

¡ef*'2-c(Q)de

где e(ö) =

ß'-cosp0-Fc'+F/4osv

/

Момент динамического сопротивления относительно оси вращения равен сумме моментов от сил, действующих в нормальной Мп& и касательной А/* плоскостях.

к/2 ,

Mg = } (- Fc '+/>)■ R ■ -=£= • ek(e n/2)de +

°0 */2

ViF+T

+/■ J

-F/+ , 1 -/C'+P

\

(7)

V*2+l ' J л/jp+l

где Fc'=yAg -igs-o-K, -Re*^2)-1; * y-A* -feB-a>2J?2

Полный момент сопротивления перемещению исполнительного органа определяется сложением статического и динамического моментов сопротивлений.

Несмотря на выбор в качестве базовой простейшей модели Кулона, выражения для определения момента имеют громоздкий вид и могут быть решены только численными методами с использованием ЭВМ. Это затрудняет применение таких моделей в сложных динамических системах и делает их неприемлемыми для фрез, работающих под покровом. При этом применение численных методов имеет свои трудности, связанные с оценкой точности, как разработанной модели, так и вычислительных операций. Существует проблема и с существенной и неустранимой неопределенностью исходных данных. Таким образом, актуальной является разработка метода поиска достаточно простых, решаемых аналитически, оценок рабочей нагрузки по верхнему и нижнему значениям.

Теоретической основой получения таких оценок являются экстремальные свойства предельных состояний текучести, описываемые двумя теоремами A.A. Гвоздева, получившими широкую известность благодаря монографиям Ю.Н. Робот-нова и Я.А. Каменяржа. Развитие этого метода применительно к системе «Основание-фундамент» приведены в работах В.П. Дыбы.

Примем следующую модель почвенной среды: до момента, когда условие прочности не достигнуто, среда - либо жесткая, либо упругая; когда условие прочности достигнуто, среда переходит в пластическое течение.

В общем случае для определения полного или истинного решения пластичности необходимо: построить статически допустимое поле напряжений, в котором напряжения должны удовлетворять уравнениям равновесия, а условие прочности и предельного состояния не должно превышаться; в пластичных областях должно быть построено кинематическое допустимое поле скоростей. Существование жестких зон означает кинематическое ограничение пластического течения.

Условию Кулона-Мора соответствует функция текучести вида:

„ ^ . „ . costp l + sin<p F - -С - а3 + А -ст,, где С = 2с--;—; А =--.

1 — sin ф 1 — sin ф

Найти точное решение задач теории идеальной пластичности чрезвычайно трудно. Известны только единичные решения, например, решения Прандтля. Поэтому предлагается вместо точного решения использовать нижние и верхние оценки

предельной нагрузки, получение которых менее затруднительно, т.е. Р, < Рп < Р*,

где Р. - нижняя оценка предельной нагрузки Р„р; Р" - верхняя оценка.

Вывод теорем A.A. Гвоздева основан на утверждении о том, что для истинного предельного напряженного состояния мощность диссипации в каждой точке не меньше, чем для любого допустимого состояния о*, т.е. такого, что в каждой точке

среды f(ct* )< 0, где F- функция текучести. Это утверждение называется принципом

максимума Мизеса и записывается в виде: ау • гу > а* ■ гц или (ау - а* )-£у > 0, где

еу - тензор скоростей деформации.

Из принципа максимума Мизеса вытекает ассоциированный закон течения:

. . \df df df\ . . df

grad f - -j + --— + —— >■, т.е. e =K- , где X - множитель. [5a, да2 да3 J da:j

Таким образом, в теории пластического течения поле скоростей деформаций определяется с точностью до произвольной постоянной. Эта постоянная (множитель) может быть определена на поверхности контакта с рабочим органом по его заданной скорости.

В работе приводятся выводы теорем A.A. Гвоздева применительно к системе "рабочий орган - почвенная среда", из которых следует, что получение нижних оценок возможно на базе аналитических методов расчета плоских предельных полей напряжений, а верхних оценок - на основе построения кинематически допустимых скоростей.

Рассмотрим некоторые наиболее вероятные схемы взаимодействия рабочих органов почвообрабатывающих машин и определим нижнюю оценку предельной нагрузки.

Представим рабочий орган почвообрабатывающей машины в виде наклонной под углом ß к вертикали негладкой подпорной стенки, шириной Ь, заглубленной в невесомую среду на глубину h, что моделируется пригрузкой q-\-h (рис.7).

Рис.7 - Схема к определению нижней оценки для наклонной подпорной стенки: а - зоны напряженного состояния, б - напряжения на косой площадке.

На верхней границе зоны П (по оси У) напряжение о, = -у • к = -д и угол между первым главным направлением и осью ОХ - 9 = 0. Следовательно, в этой зоне простейшее напряженное состояние: ст3 = -С - А • у • Н. (8)

Для зоны I решение имеет вид:

А-1

1 -De

/А

где £> - произвольная постоянная, И = 1 + ; = -1а .

На прямой СЛУпо уравнению у = -/£$ • х напряжения равны:

о, =

С

А-1

l-De

Га

(е Р)

Напряжения на косой площадке (рис.7б) а

ст, + от, о, - а

9

-XL U--Дг-—J --tJ .11.

2 2 ' "" 2 Область применения приведенной схемы и соответствующих формул ограничивается выражением (л/2 - е)< (3 < е.

Многие рабочие органы имеют криволинейную форму. В этом случае можно использовать схему с гладкой криволинейной стенкой (рис.8).

Пусть параметрические уравнения рабочего органа имеют вид: >■ = л(е>, х = ф) (10) Напряжения в зоне II определяются по выражению (8).

Зона I - зона простой волны. Решение имеет вид по (9) при изменении уравнения характеристики

характеристика

,касательная

Рис. 8 - Схема к определению нижней оценки для криволинейной подпорной стенки

у = tg(B -е)-х на у = tg(9- е)-х + /(в), где /(б) - произвольная постоянная.

Из условия пересечения характеристики с касагельной под углом е /(в) = у0 - tga ■ х0. Или при задании кривой по (10): /(б)=г|(в)- • ^(б). (11)

Рассмотрим две наиболее значимые кривые: полукубическую параболу Нейля по уравнению у - ах^2 и логарифмическую спираль по уравнению в полярной системе координат г = г0 ■ ет.

Для указанных кривых предельное усилие Р» является горизонтальной со-

ставляющей напряжений ст3 па ось X: Р, = |а3 ■ соя 0-сЬ,

(12)

где Я - глубина внедрения; ск - определяется видом кривой.

Уравнения полукубической параболы в параметрической форме имеют вид:

х = 0;у = а93/'2. Тогда нижняя оценка нагрузки, действующей на рабочий орган с профилем рабочей поверхности по параболе Нейля равна

P.= ¡

-С +

А-С

А-1

1 -De

А~1< Га

cosed0.

Для логарифмической спирали переход от уравнения в полярной системе координат к параметрическому виду требует ряда преобразований. Так начало координат (рис.8 точка О) должно находиться в точке, где касательная к кривой параллельна оси ОХ. В результате преобразований параметрические уравнения логарифмической спирали в искомой системе координат имеют вид

х = г0 ■ет<р -созф-д:8; у = г0 ■е""р ¿ту-уд. Проведя замену переменной сЬ на с1ц> и, выразив угол ф через угол 6,получаем выражение доя определения нижней оценки нагрузки действующей на рабочий орган с профилем по логарифмической спирали

в,

Л=|<

-81

-С +

А-С

А-1

1 -De

4а

eos 0 ■ г0 • em(8's) X (/и • cos(e - S) - sin(0 - S))}d&

ígt*

Рис.9 - Кинематически возможная схема: а - взаимодействия; б диаграмма скоростей

Верхняя оценка предельной нагрузки определяется на основе построения кинематически допустимых скоростей. Применительно к почвооб-у) $ рабатывающим орудиям, схемы кинематически допустимых скоростей пластических деформаций, должны отражать особенности их работы, например, лемех рыхлителя, кротователь или другие аналогичные орудия (рис.9).

Пусть рабочий орган А длиной / и шириной Ъ заглублен в почву на некоторую глубину Я. Область пластического течения разобьем на жесткие блоки в виде треугольника В с углом у основания а и С в виде призмы.

п

Мощность внутренних сил: Nв1, = X К'с' ^ ' (13)

где V, - относительная скорость блоков; Б, - площадь площадки скольжения.

Определим длины граней блоков (условие их существования (3 > а) и, подставив найденные значения длин граней в (13), а также известные из рис.9б относительные скорости и проведя необходимые преобразования, получим верхнюю оценку предельной нагрузки Р :

Р =1-Ь-с

2-sinB 0 2 Н

---cosp+-—-tga

sin 2а I

(14)

Значение угла а при котором величина (14) будет наименьшей: dP*¡da-0, откуда а = arctgi^ 1 + 2Н/1 ■ sin (3 .

Рассмотрим более сложную схему, соответствующую работе подпокровного фрезерователя в режиме закрытой борозды (рис.10). Этот процесс характеризуется следующими особенностями: рабочий орган (фреза) работает в замкнутом пространстве под гумусовым слоем; при движении фрезерного ножа по передней части траектории часть ножа взаимодействует с "твердым" (неразрушенным) грунтом, а другая часть с "мягким" (разрушенным) грунтом.

V=0

1 i

L

J3 л —

®

©

Cosf

/

0

0©

£ тбердый

V=0

F

©

Рис.11 - Диаграмма скоростей.

Рис. 10 - Кинематически возможное ноле скоростей деформаций. Таким образом, рассматривается связная неоднородная среда, дая которой су - сцепление грунта в твердом состоянии, а см - сцепление грунта в мягком состоянии. Педеформируемые блоки ABF, АСВ, ADC, AED и AEF скользят друг относительно друга и относительно неподвижной среды (точка О). Возможное направление движения этих блоков показано стрелками. Трение скольжения при этом равно х ~см по всем поверхностям кроме поверхностей FB, BL, GB, где т = ст. Пусть угол при вершинах деформируемых блоков ZDAF = ZCAB = а, длина ножа фрезы |AF\ = I, угол наклона ножа ZAFE = Р, а участок |KF\ -sin$ = h - толщине стружки.

Тогда \DE\ - \СВ\ -2-1- sin |3, |£>C¡ = \ЕВ\ = 2 • / • sin (3 ■ tg ^.

Диаграмма скоростей для этого участка будет иметь вид (рис.11), где блоки ABF, АСВ, ADC, AED, AEFобозначены цифрами 1,2,3,4, 5 соответственно.

Составив выражение для мощности внутренних сил и приравняв мощность внешних сил (NBHlu = Р-1) мощности внутренних сил после ряда преобразований получим верхнюю оценку усилия Р':

2 h

-L й . i«--I . .

i(t . п а , „ ¿h , а

Р =Ъ-\ l-sinfi ctg--l cos$ +-+ h-tg— \-ст +

2 sin а 2,

+ b■

2-(4/-sinfi-h) . n а ■ n а

—i----l + (4l-sm$-h)-tg— + 3i-sin$-ctg~ + (15)

sin а 2 2

+ l-cos$\-cM.

Наименьшее значение P*mm находим из уравнения (p'Ja =0. Решение которого определяет соответствующее значение угла а.

Следует отметить, что формулы для определения усилий, базирующиеся на удельных показателях (сопротивлениях), имеют явные преимущества при исследовании машин рассматриваемого типа с фрезерным рабочим органом. Однако извест-

ные аналитические методы определения коэффициента удельного сопротивелния не обладают достаточной достоверностью.

Экстремальные принципы теории пластичности позволяют по-новому рассмотреть вопрос о поиске верхних значений коэффициента удельного сопротивления. Причем, сцепление с ближе всего подходит к понятию «глобального критерия прочности» по Ю.Н. Роботнову, т.к. значение его определяется по лабораторным испытаниям в результате действительного сдвига образца.

В качестве примера рассмотрим схему рис.9. В этом случае формула для определения верхней оценки коэффициента удельного сопротивления почвы Ку имеет вид:

Ку=с- [2sin p/sin 2а - cosP + 2h ■ íga/l]. (16)

В главе «Кинематика перемещения почвы рабочими органами» показано влияние на сопротивление перемещению относительного скольжения почвы и приведены методы теоретического определения качества перемешивания генетических горизонтов.

Оценка влияния относительного скольжения почвы на величину нагрузки установлена по методу Кулона. Пусть в почве перемещается рабочий орган в виде наклоненной под углом е к вертикали негладкой подпорной стенки АВ (рис. 12а). Угол е обеспечивает относительное перемещение некоторого объема почвы ABC по поверхностям сдвига АВ и ВС. Равнодействующая максимального давления Q* отклонена от нормали на угол внешнего трения фо При невозможности относительного движения почвы по плоскости АВ, например, из-за подпорной пластины АЕ, или недостаточного угла наклона е (рисЛ 26) перед подпорной стенкой образуется ядро уплотнения ABDE. Поверхность сдвига DE ядра уплотнения наклонена к вертикали под углом е', величина которого определяется свойствами почвенной среды. В этом случае поверхность сдвига ED действует как новая подпорная стенка, равнодействующая давления Q* на которую отклонена от нормали на угол внутреннего трения ср.

а - при наличии скольжения; б - при отсутствии скольжения

Силы сопротивления Q на рабочий орган (подпорную стенку) можно определить по полученным в соответствии с формулами (2) выражениям.

Для схемы рис. 12а:

__сод2(ф + е)-со5(е-ф0)__ПТ(

2 J jsin(<p + (p0)-sin(f> \cos(s-(p0)-cose

2

•cos £

cos<

(е-Фо)

0=

Для схемы рис. 126:

Уя2

сод2 (ф + е') • сод(2ф - б')

1-

«ш2ф'5шф

12

(18)

• соя2 е' • сод(е' - ф)■ содф

усо5(е'-ф)со5 е'

Огаошение сопротивлений перемещению при скольжении и "залипании", вычисленным по формулам (17) и (18) хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Условию скольжения V < я/2 - р0 для рабочих органов совершающих поступательное движение наиболее полно удовлетворяет полукубическая парабола Нейля по уравнению: у - ох3/2 (19), где а - параметр кривой.

У этой кривой радиус кривизны плавно изменяется в интервале от 0 до оо, что позволяет почве двигаться по абсолютно гладкой поверхности без образования зон залипания, которые характерны для точек перехода комбинированных профилей.

Необходимое значение параметра а определяется из выражения

а = $¡Шg6v¡25 Мц , где И0 - заглубление рабочего органа.

До настоящего времени вопрос оценки качества перемешива-— ния в теоретическом плане практи-' чески не исследован, что объясняется крайней сложностью протекания процесса с неявным скрытым характером взаимодействия. Развитие известных подходов привело к разработке (на основе некоторых допущений) упрощенной несиловой модели процесса перемешива-

- „ „ ния (рис.13).

Рис.13 - Схема взаимодеиствия ножа с частицеи тт . -

На рис.13 показана схема для почвы г „

определения условии "прорезывание" - "залипание" (перемешивание) при взаимодействии ножа фрезы с частицей (материальной точкой) почвы, где приняты обозначения: Р - угол между вращательной иш и абсолютной и" скоростями ножа; ф - угол поворота ножа (угловая координата). В этом случае условие скольжения ("залипания") частицы почвы по поверхности рабочего органа определяется выражением

+ (20) 2 А. 'Бш ф

Согласно (20) определяются участки траектории на которых частица перемещается ножом фрезы. Анализ полученных результатов показывает, что при существующих значениях коэффициента трения почвы, угла трения и угла установки ножей перенос почвы за счет чистого "залипания" возможен только на весьма ограниченном участке обратного хода. Этот вывод вступает в противоречие с эксперименталь-

ными данными и подтверждает недостаточную эффективность рассматриваемого подхода.

Известно, что обменная реакция протекает на поверхности раздробленных частиц поглощающего комплекса почвы. При таком подходе качество перемешивания естественно оценивать через количество вновь полученных поверхностей контакта.

В основу предлагаемого метода положены следующие положения. Рассматривается почвенный массив, состоящий из двух равных по толщине генетических горизонтов В1 и В2. Суммарный объем и количество почвенных частиц (кубиков) в процессе взаимодействия рабочего органа есть величина постоянная, и перемещение кубиков происходит без образования пустот. Качество перемешивания пропорционально количеству вновь образованных поверхностей контакта и оценивается отношением площади вновь образованных поверхностей к площади поверхностей контакта исходного положения.

Результаты перемешивания оцениваются на единичной площади вертикального сечения, равной 1 м2. Тогда по заданной толщине обрабатываемого слоя А однозначно определяется длина рассматриваемого участка / = 1/А. Рассмотрим некоторые возможные схемы взаимного расположения почвенных элементов горизонтов В, и В2 после прохода рабочего органа (рис.14). Исходная (начальная) длина контактирующих поверхностей ¿0 рассматриваемого сечения: £0 = 2/ + А. Длина контактирующих поверхностей Ьк между равномерно перемешанными элементами В\ и В2 (размерами сЬ.с1 каждый):

Ьк=0.5п-Р, где п - число элементов (квадратов) с ребром я', имеющих суммарную площадь равную 1 м2; Р - периметр квадрата (длина контактирующих линий).

На рис. 14а показано сечение почвы исходного положения размерами Ах/ = 0.3x3.33 м (площадь сечения 1 м2). Оценка перемешивания к5 = ¿¿/¿0 =1. Проведем оценку качества перемешивания в предположении, что перемешиваются квадраты размерами, соизмеримыми с толщиной генетического горизонта В\, т.е. равными й = 0,5/? = 0,15 м (рис.146). Тогда качество перемешивания определяется величиной = 13,33/6,96 = 1,915. Очевидно, что даже равномерное перемешивание глыб почвы указанных размеров, намного превышающих размеры почвенных комков агротехнических требований, не может считаться приемлемым. И, следовательно, величина коэффициента к$ равная 1,915 свидетельствует о недостаточном качестве перемешивания. Примем в качестве базовой оценку результатов перемешивания квадратов с соответствующими размерам почвенных комков агротехнических требований. Пусть размер ребра квадрата й = 0,03 м (рис.14в). В этом случае качество Пере-

до

в)

в)

Рис.14 - Схемы перемешивания

мешивания кг =9,578. Искомая величина коэффициента качества перемешивания может быгь принята как нижняя допустимая оценка к3 - \кл] = 9,578. (21)

Применительно к фрезерным рабочим органам, работающим под покровом, полученные выводы следует трансформировать с учетом особенностей их работы. В диссертации приведены соответствующие допущения, основное из которых устанавливает, что реакция замещения протекает на поверхностях (линиях) контакта по границам перемещенного сегмента, которые совпадают с траекториями движения конечных точек ножа на участке обратного хода. В качестве примера проведем оценку качества перемешивания однофрезерного рабочего органа (рис.15).

Вновь образованными линиями контакта являются траектории движения передней - а}а\ и задней - ехе\ кромок ножа фрезы на участке его обратного хода. Угловая координата <р,, характеризующая переход от участка прямого (разрушения) хода к обратному (перемешивания), согласно рис.15, равна п. Перемешивание (обратный ход) заканчивается в следующей точке перехода а\, где в движущийся в зоне разрушенного массива нож встречается с монолитной, не разрушенной пока почвой. Граница монолита совпадает с траекторией участка прямого хода передней кромки следующего за ней смежного ножа (участок грохои-ды а1+1). В точке перехода а\, определяемой угловой координатой ф2, абсциссы траекторий смежных ножей равны, т.е. Уа = У'а или 7г/2А,-8тф-созф = 0. (22)

После ряда преобразований уравнение (22) приводится к квадратному относи-хельно параметра / = / 2). В результате решения которого имеем ф2 = 2 - агс^ /. (23)

Длина внешней контактной линии ар\ (траектория передней кромки ножа) и внутренней контактной линии е,е' (траектория задней кромки ножа) определяются: Ч>2 ,--Ч>2 ,-

1ща\ }А2+2А-8тф + Ыф, = >о +2-Х8т(ф-8)+Ыф. (24)

Ч>1 Ф|

Суммарная длина парных (внешних и внутренних) контактирующих поверх-чостей на рассматриваемом участке: 1к = \Ьа а. + 4, е;)' п„ж > гДе "яое - количество юверхностей, образованных в результате действия ножей на длине единичного уча-лтса и равно пП0в = 1/Б, где 5 - подача на нож.

При оценке качества перемешивания двухфрезерным рабочим органом его особенности учитываются через соответствующие пределы интегрирования ф, и ф2 5 (24). Так для верхней фрезы ф, = я, а ф2 определяется по выражению (23). Для

Рис. 15 - Схема к оценке качества перемешивания

нижней фрезы угол ф, равен угловой координате точки перехода неразрушенного

нижней фрезой массива к зоне разрушенного верхней фрезой, т.е.

Ф, = я/2 + агс8т(# - (О, + Яг )/Л2). При этом ф2 находиться в соответствии с (23).

Проведенная по предложенной методике оценка качества перемешивания одно и двухфрезерного рабочих органов, работающих в аналогичных условиях дала следующие оценки: для однофрезерного рабочего органа кх = 10.43; для двухфрезерного рабочего органа к3 = 15.67.

Разработанный метод позволяет проводить сравнительную оценку качества перемешивания любых, как пассивных так и активных, рабочих органов. Например, значение для трехъярусного плуга находятся в пределах от грех до четырех, а для рабочего органа с отдельной перемешивающей фрезой могут доходить до тридцати. Все приведенные значения оценок качества перемешивания имеют полное логическое соответствие с известными экспериментальными данными.

В главе «Математическое и имитационное моделирование динамической системы "подпокровный фрезерователь - почва - тяговая машина"» обоснованы необходимые допущения, разработаны математические и имитационные модели рабочих процессов, приведены основные результаты численного эксперимента.

Повышение точности математической модели подсистемы «фреза-почва» достигается учетом изменяемости свойств почвы по глубине. Для чего разрабатываемый фрезами пласт (горизонты Вх и В2) разделяется на некоторое число т слоев толщиной 8, причем каждый слой обладает только ему присущими характеристиками.

Рассмотрим процесс определения нагрузки на примере нижней фрезы (рис.16), приняв в качестве базовой известную формулу:

Р = ВД + КГУ + СЬФ, где К0 - составляющая удельного сопротивления грунта, зависящая от свойств почвы; Ку - динамическая составляющая; С - коэффициент сцепления; 5ф — площадь фронтальной проекции стружки на плоскость, перпендикулярную вектору абсолютной скорости; ¿ф - периметр контура резания на фронтальной проекции.

На схеме рис.16 обозначены: ф2 -угловая координата радиус-вектора Л; ф - текущее значение угла в пределах Ф2 -8<ф<ф2; 5 - центральный угол между радиус-векторами Л и г0; у - угол наклона (резания) ножа; Р - угол между векторами скоростей ножа вращательной ию и абсолютной и; и0 - поступательная скорость фрез; Ь - ширина ножа.

В соответствии с принятой схемой и обозначениями уравнение ножа в полярных координатах имеет вид: Л 51« у

Рис.16 - Схема к определению расчетных параметров

кф)=

(25)

Выделим на ноже элементарный участок длиной db = r(<p)<i<p/sin у. При этом vm=(ü-r((p). Определим зависимость угла Р от <р:

РГФ; = Ф --z + arctg—-(26)

При движении ножа по передней части траектории происходит разрушение "твердого" фунта в зоне, определяемой толщиной стружки Н(<р2). Таким образом, часть ножа (рис.16, участок ас) взаимодействует с "твердым" грунтом (процесс резания), а другая часть (участок се) с "мягким" (разрушенным) грунтом. Точка перехода зон - с определяется через угловую координату <рг из выражения:

Фг = ф( + у - (~\)п arcsin S-m. Элементарная сила, действующая на элементарный участок ножа, находящийся в зоне "твердого" грунта:

dFT(<?) = K¡ Ы№ф(<9) + Kv\)2dSlj) ((?) + Ст (<р)сИтф, (27)

где dSJy) = 1 ■ cos$(q)dr = l-cos$( Г^^Фг + Т ~_Ф¿d(p.

sin (<р2+у-<р)

<&тф( (?) = 2cos^Jdr = Icos^^^y-dv.

sm (ф2+У-Ф;

Тогда крутящий момент от этой силы определяется по формуле:

Ч>2 г 1

Мт(ф2;= J {[KT0((?2)-l + Ky(<»2-r2(<?) + V02)-l + 2CT(<?2)\x

lfr

* cm2 [УФ; • фр) ■ +У-ч>)щ+1.ст(ц>2; cos . R

sin (ф2 +у-ф;

Аналогично определяем момент от элементарных сил, действующих в зоне 'мягкого" грунта:

фг г 1

Мм(ъ)= ] {[К?(щ)-1 + К,(т2 -r2(q>) + V¿)-l\x

ч>? -ь

2о/ , / , R-siny-cos(y2+y-<p)

х coi2 Ф; ■ г( (?)--ту--—

sin ((?2+у-<?)

Суммарный крутящий момент на ноже, движущемся по передней части траек-ории: М(<р2) = Мт(<р2) + Мм(ч2).

Крутящий моменг на ноже перемешивающем, который движется полностью в юне "мягкого" фунта:

Ч>2 г ■>

ММ= \ {[ком(<р2)-1 + Ку(со2■г2(ц>) + У2)-1[со*2$(ц,)х

Ф2-г

хг( (?)----у-- ' М>-

«и7ф2+у-ф>

Полный момент на фрезе при 4-х ножах, расположенных с периодом 7"=л/2, »пределяется по формуле:

Мф2(<р 2) =

(28)

¡т

M(q>2) + M(<p2 +—)+М ,(ф2 + я,) + М/ф2 + 1,5 л >

л ,/Я-ЗЛ если 0 < ф2 -< — + arcsim-

2 \ R %

M((p2) + Mt(<p2+-) + Mt(y2 +п) + М]( q>2 + l,5n)

п .(Н-ЪЯ\

если — + arcsrn- < ф, -< я.

2 { R ) 2

Момент на верхней фрезе определяется аналогично.

В работе обоснован ряд допущений на основании которых разработана эквивалентная схема системы «подпокровный фрезерователь - почва - тяговая мшина» (рис.17). Принятые допущения позволяют считать систему голономной и использовать для ее описания систему уравнений Лагранжа второго рода.

Обобщенными координатами, определяющими положение рассматриваемой системы, являются: Ym - горизонтальное перемещение трактора; Уф - горизонтальное перемещение ПФ; а - угловое перемещение ПФ; фт и фмф - угловые перемещения муфт сцепления трактора и привода фрез; фк„ - приведенное угловое перемещение масс коробки передач; фтр - приведенное угловое перемещение масс передач ходовой системы трактора; <Ppi и фр2 - приведенные угловые перемещения редукторов ВОМ и привода фрез; фф) и фф2 - приведенные у1ловые перемещения фрез; фдв - угловое перемещение вала двигателя.

Проведя соответствующие преобразования, получаем систему дифференциальных уравнений движения рассматриваемой системы:

Рис. 17 - Эквивалентная схема: • вращающихся масс; б - поступательно движущихся масс

•1ф\Уф\ = (<Рр2 ~ )• сф\ I1" к ■ )\~Мф\ ~ м«ф\ ■ )

-1ф2%2 = (фр2 - <Рф2 )' Сф2 I' - К ■ Signal )]- Мф2 ' Мххф2 ' )

•VPpi =((P^-(Ppi •/i)-^il1-'S:-%"(9pi)J-(<Ppi -ФР2 ■'2K2I1 + *' '®«и(фр2Л ■^р2Фр2 =(фр1 -Фр2 * '2 )- 1.1 - ЛГ ' )J-

- (фр2 - Ф*2 )' СФ21 + * ' )]- (фр2 ~<?ф1}сф][\ + К- Signfop )]

= Ммф - {<?мф - Фр1 ■ h )■ c„i [l-+ К ■ &£«(фР, )J JôAô<, = - ((Рл - Фр| ' 'ij'tVl [l + * ■ %"(Фр1 )J-

- (ф<* - <?т ' L) ' Се[1 + К ■ Sign((pKn )]

jм J?mm = Ммт ~ (флш ~(?m ■ im)-cc[l +К ■ Sign(<pm)]

- (фя, - Фтр ■ 'тр )' Стр [l + К • Sign{<S>mp )]

JmpVmp = (фя -Ф«р ' 'тр )стр[\-К- Sign[^mp )j- M4Sign[qmp )- M„

"Л =рш-К -ГфУ'Лl + K-)]

гПфГф = К ~Уф)-ссц[l-K-Sign^)j-Рф

JnPà = тф1м +Рт-Ицв~ с'сц (а 0 - а) - [ NJK - N,1, - R, [h, + AJ + r*K +

+ {Ncm ~Мф)ф-Кф(НФ + V)+ Rcm{Кп, +hJ]>

где P„ - 1яговое сопротивление трактора; Рф - сопротивление фрезеровали; Mde -момент двигателя; Мф],Мф2, Ммф, Ммт, М„, M аф\ 2, Mv - приведенные моменты фрез, муфт сцепления фрезерователя и трактора, холостого хода трактора и фрез, сопротивления трактора; NK, N,, Л^, , RK, RÂ, Яф, Rcm - нормальные и касательные

составляющие усилий: опорного колеса, подрезного лемеха, фрез, стойки;

~ расстояния от центра вращения до: фрезерователя, нижних тяг,

опорного колеса, подрезного лемеха, фрез, лезвия стойки; h4& h,„ hcm, Иф - расстояния по вертикали от оси Г до: центра вращения, точек приложения усилий лемеха, стойки, фрез.

Необходимые для решения системы (29) сопротивления передвижению от опорного колеса ПФ и его пассивных рабочих органов определяются по известным формулам; моменты инерции вращающих масс и жесткости элементов трансмиссии по данным справочной литературы и расчетным путем.

Математическая модель динамической системы агрегата "трактор - ПФ" позволяет исследовать различные периоды рабочего процесса: разгон фрез при неподвижном (Уф - Уф = о) тракторе в случае приподнятости их над почвой [Мф] = Мф2 = О) или заглубленных в почву (Hc=-comt); трогание трактора при за-игубленных в почву или приподнягых вращающихся фрезах [Мф: = О); заглубление вращающихся фрез на заданную глубину (Zmax = А + H) при одновременном движении трактора {Мф1 (ф, ,•£,)); обработка солонцов с различными физико-механическими свойствами при различных режимных параметрах агрегата (Утр,<$ф],уф2)'> влияние плавности включения муфт сцепления на выходные параметры при разгоне фрез и трактора.

Рассмотренные выше математические модели относятся к детерминированным и не учитывают степень случайности и колебательности внешнего возмущения, которые проявляются при реальной эксплуатации машины.

Эти недостатки устраняются в вероятностных моделях. Принципиальное различие заключается в том, что все возмущения, определяемые рабочими процессами и входящие в правые части уравнений, должны быть заданы в виде случайных функций времени.

» Для их адекватного моделирования необходимо выявить скрытые закономер-

ности в моделируемом объекте и описать картины их внешнего проявления.

В работах B.C. Пугачева, А.Б. Лурье, В.А. Савочкина, A.B. Докукина и ряда других приводятся методы получения и обработки экспериментальных данных для вероятностного описания характеристик исследуемого процесса.

Однако недостаточный объем статистической информации, характерный для начальных этапов проектирования новых машин, препятствует использованию этих методов. В работе обосновывается утверждение, что рассматриваемые внешние воздействия удовлетворяют условиям стационарности. Стационарная случайная функция обладает эргодическим свойством, что позволяет на базе анализа известных дан-пых с ограниченным объемом информации подойти к разработке вероятностной модели.

В этих условиях задача подбора закона распределения может быть решена на базе информационного подхода к исследованию случайных функций, где основополагающим является понятие "энтропии".

В работах Э. Мушика, В.А. Савочкина, A.A. Дмитриева разработан соответствующий метод, согласно которому экстремальным распределением является нормальное. Анализ и обобщение известных экспериментальных данных, представленных в виде осциллограмм, таблиц, графиков и лингвистического описания, установили не только характер протекания, но и диапазоны колебательности амплитудно-частотных характеристик, рассматриваемых стохастических процессов.

Полученные выводы являются достаточным основанием для моделирования колебательности внешней нагрузки случайной функцией вида: МС=М + АН sin(co„/+a,)+yicp •sin(a>(.;,/ + a2)+ Ав -sini©,/+ a3), (30)

где М - математическое ожидание момента сопротивления; А„, Аср, Ав - амплитуды низко, средне и высокочастотных составляющих; ш„, соф, ш„ - круговые частоты; аь аг, аз - смещение фаз. тМгновенные значения амплитуд и

частот определяются по формулам:

T;=V(I+uT(-XTi); A,=Ä;-(I+oAi.XA();

2-л ^ "7

ш,=—, где Г,,л, - математические

ожидания; от , иА( - коэффициенты вариации; Хт, Xkj - нормально распреде ленные случайные числа (генерируются

внешней нагрузки функцией randn пакета прикладных про-

грамм MATLAB).

внешней нагрузки

Реализация на ЭВМ метода имитационного моделирования позволяет полугать функции колебательности внешней нагрузки. Пример расчета для М = 100 Нм, от) =0,1522, оМч) =0,2727, иЮв =0,4091, иАв=од^= иАо = 0,115 показан на рис. 18.

Полученный график имеет полную качественную и количественную тождест-шнность в статистическом смысле с действительными осциллограммами реального фоцесса обработки почв фрезерованием.

В работе приведена методология исследования имитационной модели, которая источает три аспекта: организационно-подготовительный, непосредственно числений эксперимент, идентификация полученных результатов.

Разработан алгоритм имитационного моделирования (численного эксперимен--а) и реализующая его компьютерная программа на базе пакета прикладных про-рамм МАТЬАВ 7.0.1. В качестве управляемых выбраны 4 фактора: ¡к„ - передаточ-юе число коробки передач редуктора (изменение скорости движения трактора); /] -гередаточное число редуктора ВОМ (изменение частоты вращения фрез); ск2 - жест-:ость трансмиссионного вала (влияние на динамику привода фрез); 1т - координата мгновенного центра вращения (влияние на динамику колебания орудия в вертикаль-юй плоскости).

Численный эксперимент проводился по факторному плану с дробными репликами типа . Вопросы устойчивости системы и достоверности результатов, включая процедуры верификации и валидации, приведены в диссертационной работе.

В соответствии с планом эксперимента было проведено восемь прогонов компьютерной модели. На рис.19 показаны образцы численного решения системы в части угловой скорости и крутящего момента на трансмиссионном валу О! ВОМ к коническому редуктору в стационарном режиме при номинальной частоте вращения 540 об/мин. Обобщенные результаты исследований следующие: основное влияние на динамику системы оказывают жесткостные параметры лементов привода фрезерных рабочих органов и время включения муфт сцепления; иижение коэффициента динамичности только за счет установки упругих муфт со-тавило 15-20%; увеличение скорости движения трактора с 1.04 м/с до 2.12 м/с при-одит к незначительному уменьшению скорости вращения двигателя и к росту кру-ящего момента примерно на 12%; увеличение массы орудия уменьшает отклонения го по угловой координате от начального (равновесного) положения; орудие движет-я более устойчиво при смещении опорных колес ближе к трактору и с увеличением состояния до центра вращения.

ФарЬ ^гесолй (Яетвяоп о* 85соопГтам

Рис 19 - Колебания угловой скорости (а) и крутящего момента (б) на трансмиссионном валу

В главе «Экспериментальные исследования рабочих процессов подпокровных агрегатов» приведены оценки результатов экспериментальных исследований разработанных технических средств и агрегатов, выполненных в лабораторных и полевых условиях.

Исследование влияния относительного скольжения почвы и вида профиля боковой поверхности рабочих органов на величину сопротивлений перемещению проводились в лабораторных условиях на модели рабочего органа ротационного типа и пассивных рабочих органов типа стойки.

В первом случае исследовались фрезерные ножи, для которых условие скольжения: а) не выполняется (прямолинейный); б) выполняется частично, на некотором участке (по радиусу); в) выполняется полностью (логарифмическая спираль). Этим положениям соответствуют ножи со следующей формой профиля: 1. прямолинейная (условие а); 2. с радиусом закругления Я = 120 мм и 3. с радиусом закругления Л = 165 мм (условие б); 4. логарифмическая спираль при £ = 1,7 и 5. логарифмическая спираль при к = 0,7 (условие в), а так же ножи Г, 2*, 3*, 4* и 5* - соответственно вышеприведенным, но с установкой специальных подпорных пластин препятствующих относительному скольжению (условие а).

Анализ полученных данных (рис.20 и 21) показывает, что наиболее эффективной формой профиля является логарифмическая спираль с параметром ¿ = 0,7. В тоже время нарушение относительного скольжения ухудшает энергетические показатели в среднем в 1,3 раза.

М.,

кги

125 I

0.75

025

30 60 90 120 ( 50 (80

0 30 60 90 120 150

- V"

Рис.20 - Зависимость крутящего момента от формы профиля рабочей поверхности

Рис.21 - Зависимость крутящего моменга при нарушении относительного скольжения.

Это подтверждает основные положения теоретических исследований. Характеры теоретической и экспериментальной зависимостей практически совпадают. Максимальная относительная погрешность не превышает 16%.

Для пассивных рабочих органов типа стойки выбор профиля рабочей поверхности обуславливался аналогичными положениями. В результате к исследованию приняты стойки со следующей формой профиля: 1. полукубичсская парабола Нейля

с параметром а = 2,19; 2. ступенчатая; 3. прямолинейная с углом заострения а = 90°;

4. прямолинейная с углом заострения а = 60°; 5. криволинейная с радиусом закругления Я = 220 мм.

Дальнейшие исследования проводились на тех же рабочих органах, но с закреплением на них специальной пластины, препятствующей относительному скольжению.

Результаты экспериментальных исследований показали, что наименьшее сопротивление перемещению имеет рабочий орган с криволинейной формой в виде полукубической параболы Нейля. Установка на втором этапе подпорных пластин изменила картину взаимодействия, что привело к увеличению нагрузок для всех исследуемых профилей в 1,1... 1,4 раза соответственно. Полученные результаты подтвердили адекватность математической модели взаимодействия (максимальная относительная погрешность не более 11%) и преимущества для пассивных органов профилей по фрактальным кривым.

Определение максимальной нагрузки на рабочие органы типа плоской подпорной стенки проводились на экспериментальном образце в виде прямоугольной металлической пластины, установленной на стойке с возможностью изменения угла ее наклона. Сравнение теоретических значений Р* и экспериментальных данных показало их достаточно высокую сходимость. Относительная погрешность составила: для угла наклона пластины 90 - 8%, для угла наклона 60 - 13,3% и для угла 45 -17,9%. Значения сцепления с определялись на сдвиговом приборе ГТП-30М.

Проверка гипотезы о возможности управления качеством перемешивания через изменение геометрических и кинематических параметров рабочего органа и о преимуществе двухфрезерпого рабочего органа потребовала постановки и проведения серии экспериментов. Первый постановочный этап исследований проводился па стационарном стенде, а второй на экспериментальных рабочих органах.

Принятые к исследованию на стационарном стенде фрезы в виде безвального рабочего органа барабанного типа имеют диаметры 295, 195, 170 и 145 мм. План исследований предусматривал проведение 50 опытов, состоящих из трех серий для двухфрезерных рабочих органов и отдельной серии для однофрезерного. Для каждой пары фрез исследовались различные сочетания их линейных скоростей, выражаемых через коэффициент кх = V, / У2.

За критерий качества перемешивания принималась равная вероятность нахождения меченых частиц в любом произвольном объеме перемешанного грунта. При делении для подсчета всего объема на три горизонтальных слоя идеальным считалось нахождение 21 частицы в каждом слое (при предварительной закладке в верхний "солонцовый" слой тремя разноцветными слоями 63-х меченых частиц). Для полученных данных расчетная доверительная граница критерия качества равна ± 3. Наиболее значимые результаты показаны на рис.22 и 23.

Анализ результатов подтвердил вышеизложенные предположения и позволил выделить наиболее перспективные конструктивные схемы и режимные параметры. Так при ширине обрабатываемого слоя, равного 0,3 м, зона перекрытия Д = 0,06 м, что соответствует значениям диаметров фрез Д =£>2 =0,18 ми межосевому расстоянию между фрезами а = 0,225 м. В соответствии с вышеуказанным к исследованию в условиях грунтового канала были приняты двухфрезерный рабочий орган с фрезами безвального типа диаметрами по 180 мм и однофрезерный рабочий орган диаметром 300 мм. Закладка шашек осуществлялась в три разных по цвету слоя на глубину 12,20 и 27 см но 63 одноцветных частицы в каждом слое.

300 400 500 п, об/мин

- Однофрезерный рабочий орган

1,0 1.1 12 1.3 14 ^

Рис.22. - Двухфрезерный рабочий орган при Рис Ц = 145 мм, 02 = 145 мм

Наивысшее качество перемешивания имеет место в случае нахождения в каждом слое по 63 меченых частицы в сумме из трех разноцветных групп по 21 частице в каждой. Расчетные доверительные границы критерия качества равны: для суммарного количества шашек ± 7; для одноцветных шашек ± 3. Результаты исследований (основные из них приведены на рис.24, 25) подтверждают высокую эффективность принятых технических решений.

горизонт, см шй

—— [25-35

'/////Л .

глубина за южения.см

2) 27

0.8 0,9 1,0 1,1 1,2 кг

Рис.24 - Распределение меченых частиц но горизонтам в зависимости от к} .

5-И 15-25 2Н0 Нш

Рис.25 - Распределение меченых частиц в зависимости о г глубины их заложения

Использование двухфрезерного рабочего органа позволило получить по сравнению с однофрезерным ряд дополнительных преимуществ: 1 .Формирование между встречновращающямися фрезами единого потока из раздробленных частиц, принадлежащих к различным генетическим горизонтам, приводит к дополнительному их крошению и смешиванию, особенно при неравенстве скоростей исходных потоков (т.е. кх -1,1...1,2); 2. Если сумма диаметров фрез превышает толщину разрабатываемого слоя, то образуется зона "перекрытия", в которой интенсивность воздействия со стороны ножей в два раза выше ппи^^ьдайв два раза подаче на нож; 3. При зоне "перекрытия" равной 20-25% от тс шцин'^^рз^щ^емого слоя обеспечивается су-

1

О»

*

щественное улучшение качества обработки солонцовых почв не сопровождаемое ростом энергозатрат.

Применение перспективных систем автоматического управления режимами работы ПА сдерживается, прежде всего, отсутствием устройств непрерывного в процессе работы контроля качества перемешивания. Для проверки гипотезы о возможной оценке качества перемешивания посредством сравнения усилий перемещения эталонных наконечников по различным горизонтам была проведена серия экспериментов соответствующего датчика. Он представляет собой пятиступенчатую гребенку с горизонтальными наконечниками. Шаг установки наконечников по вертикали равен 60 мм. Стойки в верхней своей части снабжены тензодатчиками, что позволяет одновременно измерять усилия на пяти горизонтах в пределах обрабатываемого слоя. Чем меньше разница усилий на датчиках, тем выше качество перемешивания. Были проведены измерения усилий для пяти вариантов перемешивания: 0,26, 53, 80 и 100%. Анализ результатов показал, что при увеличении значения качества перемешивания, среднеквадратичное отклонение усилий уменьшается. Так при к = 0 = 107,3 Н, при к = 80% Бх = 43,2 Н, а при качестве перемешивания к -100%, с учетом воздействия собственного веса фунта, будет стремиться к нулю. Это позволяет заключить, что предложенный метод адекватно оценивает качество перемешивания фунтов, и приемлем для использования при оперативной оценке качества перемешивания. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований были использованы при разработке технической документации на опытный образец комбинированного орудия для мелиорирования солонцов КОМС-80 (рис.26), включающей разработку конструктивной схемы орудия, выбор геометрических параметров пассивных и активных рабочих органов, режимов работы и технологии

На несущей раме орудия по

последовательной схеме установлено следующее рабочее оборудование: стрельчатый плоскорез перемещающийся по фанице раздела 1умусового и солонцового горизонтов; рыхлящий корпус нижних слоев почвы (подрезающий лемех); щелеватель, совмещенный с правой опорной стойкой подрезающего лемеха и корпусом редуктора фрез; двухфрезерный рабочий орган безвального типа; датчик контроля качества перемешивания. Конструкция КОМС-80 предусматривает возможность установки дополнительного оборудования, обеспечивающего: внесение под подошву плоскореза

Рис.26 - Общий вид комбинированного орудия КОМС-80 (вид слева)

дополнительных доз ranea; насыщение почвы С02 через распределительное устройство расположенное под подрезающим лемехом; посев культур-освоителей с одновременным внесением удобрением.

Техническая характеристика орудия КОМС-80: базовый трактор класса 30-40 кН при приводе фрез от вала отбора мощности; частота вращения фрез 530-1000 об/мин; рабочая скорость до 7,2 км/ч; ширина захвата 0,8 м; глубина обработки до 50 см;

Полевые исследования проводились в Зерноградском и Веселовском районах Ростовской области. Работа орудия характеризуется плавностью и устойчивостью хода. Практически отсутствует горизонтальное биение. Заглубление па предварительно вспаханном участке происходило без видимых затруднений. Верхний (гумусовый) слой от 0 до 10-15 см (в зависимости от заданной глубины обработки) механическому воздействию не подвергался, однако вследствие действия работающих под ним фрез, приподнимается, деформируется и встряхивается. В результате образуются трещины, по которым пылеватые частицы под действием собственного веса и вибрации просыпаются вниз, тем самым улучшая комковатость поверхности поля (05 см). При этом до 90% стерни остается на поверхности поля, что гарантированно

защищает его от ветровой эрозии. Влияние поступательной скорости орудия на качество перемешивания и крошения исследовалось при скоростях трактора в 1.04 м/с и 1.69 м/с. При увеличении скорости качество перемешивания практически осталось на прежнем уровне, а качество дробления ухудшилось на 15-27%.

При всех режимах работы вынос подпокровного слоя на поверхность поля не наблюдался. Общий характер изменения нагрузок при работе орудия КОМС-80 показан на рис.27. Анализ полученных резуль-ттов подтверждает выводы о высокой эффективности обработки почвы орудием КОМС-80 с двухфрезерным рабочим органом. По сравнению с известными конструкциями подпокровных фрезе-рователей суммарный коэффициент удельного сопротивления снизился на 15-27% при повышении качества дробления и перемешивания генетических горизонтов на 715%. Сравнение результатов крутящих моментов, полученных в результате имитационного моделирования с экспериментальными данными показывает совпадение теоретической и экспериментальной зависимостей. Максимальная относительная погрешность не превышает 17%.

В главе «Методология построения адаптивных подпокровных агрегатов» разработаны методологические основы концептуального конструирования инновационных проектов, показаны процедуры формирования конструктивных решений агрегированных подпокровных агрегатов, построен обобщенный алгоритм адаптации.

Рис 27 - Образцы осциллограмм 1 - правая нижняя тяга, 2-левая нижняя тяга, 3 - верхняя тяга, 4 - крутящий момент, 5 - скорость, 6 - ускорение

Согласованное управление этапами жизненного цикла ПА требует поставить в соответствие каждому этапу свою систему автоматизированного управления и организовать производственный комплекс в виде иерархической системы. Состав которой определяется концепцией управляемости всех стадий жизненного цикла и объединяет системы автоматизации научных исследований (АСНИ), проектирования (САПР), производства (ГАП), функционирования (САУ). Внедрение таких систем и комплексов в область почвообрабатывающих агрегатов сдерживается проблемой их

интеграции в разнородных информационных системах. Интегрирующим элементом может быть только семантическая (понятийная) модель предметной области.

В процессе создания подпокровного агрегата решающее значение имеет стадия проектирования. Наиболее чувствительными к ошибкам являются самые ранние фазы, когда осуществляется выбор технического решения на концептуальном уровне.

В работе развивается семиотический подход, который позволяет получать последовательности отображений предметной задачи в виде формализованных моделей на основе первоначально формируемой концептуальной модели. Семантическое объединение этапов технического предложения и эскизного проектирования выявило его ин-тегративный характер и позволило классифицировать Концептуальное конструирование как стадию формирования фундаментальной идеи технического решения ПА и определения его основных параметров на объектном уровне.

ФОДОфОВМ* бИСЕО-О ШфНМЯ

САТ

Фортрсвмс ипртщвяяк Ффкрожвп

1

{ужщотти с »ж» Ошят я иЛор ШфШНрО!

Рис.28 - Процедурная модель концептуального конструирования

Основное назначение этапа концептуального конструирования заключается в переходе от содержательного описания системы (например, в виде структуры целей и функциональных требований к системе) к ее модели, т.е. формализация процессов анализа и синтеза. На рис.28 показана процедурная модель концептуального конструирования ПА в среде САПР.

При итеративном процессе разработки модели анализа непрерывно дополняются техническими подробностями, складываясь в образ конкретной конструкции, т.е. модели анализа переходят в модели конструирования, размывая границы между этапами. При этом концептуальная конструкция сохраняется. Интеграция различной документации стадий жизненного цикла требует формирования описания концептуального уровня в нотации (терминах) решения. Конструкция языка UML позволяет моделировать статику (структуру) и динамику (поведение) системы через соответствующие диаграммы. Взятые в комплексе, они обеспечивают полное согласованное описание системы. Поскольку при постановке задачи, анализе и разработке исходных решений инновационного проекта (ИП) ПА привлекаются специалисты различных прикладных областей, то такой подход решает важнейшую проблему организации среды их взаимодействия. Объектом анализа является процесс создания конструкции ПА, которая строится как целевое развитие работающей базовой системы. Источником инновации в конструкции ПА являются соответствующие цели. Предпроектные исследования в среде целеобразования направлены на декомпозицию цели инновации ПА в соответствии с формируемыми требованиями или накладываемыми ограничениями среды. Формально предпроектный анализ (анализ бизнес-планов, требований и аналогов) може1 быть сведен к процедуре интерпретации исходной проблемы Р, заданной соответствующим кортежем множеств М требований и ограничений, в виде искомой целевой структуры S/ц, представленной документацией анализа инновационного проекта (АИП).

/пл. >ЗДли«)},

где, в общем случае, Мфэт* 0, М^Ф 0, Мгю * 0. Л/бпр* 0. Даип * 0-

Решение проблемы инновационною конструирования связано с интеграцией документации проекта и организацией итеративного процесса его создания. Проект определяется через совокупность документации и их взаимосвязи, а процесс описывается через совокупность деятельностей, их взаимодействия, через ресурсы и затраты. Среда концептуального конструирования, позволяет интегрировать комплекты документации на соответствующих стадиях проектирования ПА. На рис.29 приведе-

Рис.29 - Класификация документации инновационного проекта

па диаграмма классификации документации ИП с учетом ограничений, накладываемых процедурами проектирования, предусмотренными ЕСКД, и описанием конструкций ПА в виде документации, выпускаемой на стадиях технического задания (ДТЗ), технического предложения (ДТПр), эскизного (ДЭП), технического (ДТП) и рабочего проектов (ДРП), комплектов конструкторской и технологической документации (ККД и КТД), дополненное соответствующей документацией концептуального конструирования изделия (ККИ).

Совокупность документов, разрабатываемых на протяжении всего жизненного цикла ИП I)ип, может быть агрегирована в рамках трех классов, отражающих различные аспекты формализации проектного решения, а именно, множества Ашп документации описательной (текстовой, графической, табличной и др.) б/тп, множества Аски объектных диаграмм ¿/од, построенных в рамках методологии Концептуального конструирования, и множества Ок-т конструкторских документов а^. Оип = <Д\ип,

АсКИ> Асти>, ^тгт 6 Ашп; й?ОД 6 ¿>кки; 4с £ Асти-

Причем создание, согласование и управление изменениями во всей совокупности документов выполняется с помощью соответствующих автоматизированных прикладных систем (САЭЕ/САО/САМ). Одновременно создается среда для реализации итеративных процедур в процессе проектирования ПА. В работе она представлена в виде диаграммы деятельности ИП. Разработка совокупности документов Аски. отражающей концепты предпроектной (исследовательской) и конструкторской дея-тельностей при создании ИП ПА, позволяет реализовать итерационные процедуры Рц, исходя из заданных инновационных свойств ¥с.

Аски = <Аса. Аж>> -Ока * 0- Аск * 0, ¿одл е£>кл. ¿одк е Аск-

ГКГи)}.

Предлагаемая методика не разрушает и не отменяет традиционные проектные процедуры. Она позволяет дополнить их новыми процедурами (итеративными) или

новым содержанием

Попшоаа эффеишиоги юсетшопкшп щсаоропт л

-Я---тг -2Г

Сеялка

НочюоЬоДОаг ждюда орудие / Тжовнй грэдор

/ ^

Газоркгда епюп

Чу6ощк»ся>

Оюрвше хшеса

Радужюр

ГфИЮД*

■Д д

Тражтоссюн } В*л обзора жи кап Г" момизсш

Фрез6а,рабан

рмбдоБш »ерхккй

Йниюяах-

С1ЕЖМ4

I

Фяолр

Рис. 30 - Объектно-целевая диаграмма классов ПА

(описанием исследовательских или проектных концептов), и, тем самым, достаточно строго формализовать инновационные проекты.

Предложенная методика концептуального конструирования реализовала в проектном решении опытного образца ПА (КОМС) на уровне изобретения.

В соответствии с разработанной методологией, описание

Ним»

концептуальной конструкции ПА в нотации 11М1 представляет собой тернарную объектно-целевую диаграмму классов. Унарная ДЦК и переходная ДФЦК были получены в результате интерпретации уточненной диаграммы прецедентов среды це-леобразования, где прецеденты являются декомпозицией новой глобальной цели (сформированной исходя из требований инновационного проекта) - Повышение эффективности восстановления плодородия почв, а соответствующие функциональные требования наследуют требования второго уровня и выступают в роли целевых функций. На рис.30 представлена статическая модель ПА в виде ОЦДК.

Концептуальное конструирование на уровне формирования базового инварианта структуры завершается моделированием целевой деятельности (целенаправленного функционирования). Обобщенный алгоритм выполнения заданной технологии мелиорации солонцовых почв представлен в диссертации в виде диаграммы деятельности подпокровного агрегата.

Решение задач инновационного проектирования ПА предполагает и разработку системы автоматического управления (САУ), осуществляющей перестройку закона движения рабочих органов в зависимости от состояний технологического процесса и внешних условий. Анализ влияния режимных и геометрических параметров на качество обработки почвы показывает, что получить приемлемый результат при имеющемся разнообразии состояний почвы, возможно только при многоуровневом управлении кинематическими и геометрическими параметрами рабочих органов.

Первый уровень управления осуществляет настройку скоростей вращения фрез - со, и оз2. Это определяет необходимое гь двухярусной, самостоятельной для каждого

обрабатываемого слоя, кинематики фрез. Второй уровень управления производит в соответствии с со, и со2 настройку скорости передвижения тяговой машины - V. Это

Рис.31 - Диаграмма состояний ПА.

>зможно на тракторах с автоматической бесступенчатой трансмиссией. Третий уро-;нь управления - корректирует качество путем внесения добавочных доз гипса. Ес-i после этого требуемый уровень качества обработки - [&] достигнуть не удается, > производится соответствующая замена рабочих органов (четвертый уровень давления).

Диаграмма состояний, формализующая вышеперечисленные режимы функ-юнирования ПА приведена на рис.31.

Анализ процесса функционирования ПА позволил получить пространство его гскретных состояний и описать траектории переходов состояний в соответствии с >бытием, отражающим изменение качества.

В главе «Технико-экономическая эффективность разработанных техниче-:их решений» расчет экономической эффективности выполненных исследований юизводится в соответствии с «Методическими рекомендациями по оценке эффектности инвестиционных проектов (II редакция)» с учетом социально-юномических и экологических показателей.

Интегральным показателем экономических функций почвы является биологи-¡ская продуктивность — урожай, которая определяется главным образом мелиора-teñ солонцовых почв но агробиологическому методу. Разработанное комбиниро-нное орудие КОМС-80 при практически полной сохранности гумусового слоя проводит качественное, в соответствии с агротехническими требованиями, крошение перемешивание генетических горизонтов солонцовых почв. Это приводит к сба-ясированности агрегатного состава почвы, улучшению ее водно-физических ойств, снижению плотности пахогного слоя, увеличению аэрации и водопрони-leMOcra. Проведенные мероприятия обеспечивают прибавку урожая ярового ячме-í в сравнении с трехярусной вспашкой на 5.4 ц/га. Важной экологической состав-ющей является создание в мелиоративный период дефляционноустойчивой по-рхности, позволяющей не только защитить почвы от выдувания, но и обеспечить шолнительное накопление зимних осадков в виде снега.

Экономическая эффективность от применения разработанных технологий и удий с учетом социального и экологического эффекта при производстве зерна рав-3712 руб/ia, что составит для шести юго-восточных районов Ростовской области 1 млн. рублей.

Общие выводы и рекомендации:

Технологические процессы и технические средства для мелиорации солонцовых |чв не удовлетворяют требованиям агробиологического способа для земель кашта->вой и бурой полупустынной почвенных зон, площадь которых только в Северо-тказском peí ионе России составляет более 4 млн. га. Низкое качество мелиориро-ния современными агрегатами обусловлено в том числе фактором недостаточной (формации о системе мелиорирования солонцовых почв и отсутствием современ-IX технологий проектирования, peí ламентирующих согласование требований зем-пользователя, экологических, финансово-экономических и технологических огра-чений. Повышение эффективности может быть достигнуто на базе информацион-IX технологий, предусматривающих целевой анализ решения проблемы с учетом [бора и согласования разноплановых требований.

2. Адаптация технологических процессов подпокровных агрегатов к потребностям восстановления плодородия солонцовых почв достигается конструированием системы мелиорирования солонцовых почв в информационной среде, формируемой в рамках методологии объектно-ориентированного анализа путем дополнения соответствующими процедурами, правилами, конструкциями и концептами. Разработанная информационная модель системы мелиорирования солонцовых почв, как совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих диаграмм целевых классов, классов оборудования и функционально-целевых классов эволюционирующих в тернарную объектно-целевую диаграмму классов, позволяет форматировать взаимосвязи целей, инициируемых конкретными технологическими задачами, с элементами технологического оборудования. Учет экологических, финансово-экономических и технологических ограничений, накладываемых на систему, позволил формализовать инвариант базовой структуры подпокровного агрегата.

3. Установлено, что получение базы данных для современных систем автоматизированного проектирования новых и совершенствования существующих технических средств для мелиорации солонцовых почв в части нагрузок на рабочие органы возможно в двух направлениях:

- совершенствование традиционного метода предельного напряженного состояния среды;

- разработка новых методов, упрощающих математическое описание процесса и позволяющих определить аналитически диапазоны (режимы) локального воздействия и устойчивого функционирования технических средств в процессах восстановления солонцовых почв.

В соответствии с первым направлением предлагаемое концептуальное конструирование включает метод расчета момента сопротивления на работающей в несвязной среде фрезе с профилем рабочей поверхности по логарифмической спирали. Во втором случае на основе экстремальных принципов теории пластичности получены ограничительные режимы локального воздействия на почву, обеспечивающие устойчивое функционирование подпокровного агрегата.

4. Использование метода расчета нагрузок на рабочие органы позволило установить:

- в качестве рационального профиля рабочей поверхности пассивного рабочего органа типа стойки может быть принята полукубическая парабола Нейля;

- для рабочего органа ротационного типа - логарифмическая спираль; Параметры указанных кривых определяются физико-механическими свойствами почвы и материала рабочего органа. Снижение нагрузки составляет 1.1 -1.4 раза.

5. Метод оценки качества перемешивания посредством учета вновь образованных поверхностей контакта позволяет получать количественную оценку в зависимости от основных конструктивных и режимных параметров рабочего органа и проводить сравнительную оценку различных конструкций на стадии проектирования. В частности, при нижней допустимой оценке качества перемешивания равной 9.6 однофре-зерный рабочий орган имеет оценку 10.4, а двухфрезерный - 15.7.

6. Математическая модель системы «подпокровный фрезерователь-почва-тяговая машина» позволила решить ряд задач по определению рациональных режимных и конструктивных параметров подпокровного агрегата: диаметр фрез - 0.18 м, зона перекрытия - 0.06 м, зазор между фрезами - 0.045 м, отношение линейных скоростей фрез - 1.1-1.2.

. Математическая модель подсистемы "фреза-почва" устанавливает взаимодейст-ие под покровом двухфрезерного рабочего органа с учетом эволюции свойств поч-ы по глубине. Метод имитационного моделирования колебательности внешней на-рузки, определяет уровень нагрузок на рабочем органе с учетом неоднородности войств почвы по горизонтали, характера ее разрушения, а также волнистости но-ерхности поля, по которому движется агрегат.

. Моделирующий алгоритм, воспроизводящий процесс эволюции функционирова-ия системы, позволяет получать сведения о состоянии процесса и оценивать взаим-ое влияние изменения различных параметров на характеристики системы. Установ-ено, что основное влияние на динамику системы оказывают жесткостные парамет-ы элементов привода фрезерных рабочих органов и время включения муфт сцепле-ия. Снижение коэффициента динамичности только за счет установки упругих муфт эставило 15-20%.

. Семантическое объединение этапов технического предложения и эскизного про-ктирования выявило его интегративный характер и позволило классифицировать онцептуалыюе конструирование как стадию формирования фундаментальной идеи ихнического решения и определения его основных параметров на объектном уров-е. Разработана модель концептуального конструирования, включающая процедуры нализа системы мелиорирования солонцовых почв и синтеза базового инварианта груктуры подпокровного агрегата и последующей его конструктивной эволюции утем магматического и имитационного моделирования, локальной оптимизации тементов конструкции и параллельного синтеза алгоритмов управления поднокров-ым агрегатом.

0. Предложена методология построения адаптивных подпокровных агрегатов, до-олняющая традиционные процессы проектирования процедурами концептуального энструирования, обеспечивающими целостность данных и строгую формализацию роектной документации на всех этапах жизненного цикла инновационного изделия итеративно объединяющая этапы анализа и конструирования инварианта архитек-/ры подпокровного агрегата. Методология реализована в проектном решении ком-инированного орудия для мелиорации солонцов (патент РФ №2248685). Получено ространство дискретных состояний подпокровного агрегата и описана траектория ереходов состояний в соответствии с событием, отражающем изменение качества, го необходимо и достаточно для реализации управления подпокровным агрегатом в стоматическом режиме.

1.Проведё1шые экспериментальные исследования спроектированного по концепту-тьной методологии комбинированного орудия для мелиорации солонцовых почв одтвердили его работоспособность и высокую эффективность. Конструктивные :обешюсти рациональных элементов орудия (плоскорез, подрезающий лемех, вухфрезерный рабочий орган безвального шпа) позволили снизить удельное сопро-явление перемещению орудия на 12-30% по сравнению с серийным фрезерователем »С-1,3, а также обеспечили его работу практически без залипания почвой и забива-ия растительными остатками (залипание и забивание - 0,6 кг) при качестве пере-ешивания генетических горизонтов - 85-90%, качестве крошения - 75-85%, и со-ранности стерни на поверхности поля до 90%. Возможность выполнения всех тсх-ологических операций за один проход предотвращает переуплотнение почвы и гижает загрязнение окружающей среды. Спроектированный агрегат наиболее полно

отвечает агротехническим, экологическим и экономическим требованиям к мелиорации солонцовых почв по агробиологическому методу.

12.Применение концептуальной методологии построения подпокровных агрегатов позволяет на 10-20% снизить затраты на производство новой мелиоративной техники за счет повышения объективности информационного проектирования и сокращения времени и объемов доводочных операций. Внедрение комбинированного орудия для основной обработки солонцовых почв (КОМС-80), созданного по разработанной методологии позволило получить экономический эффект, определяемый прибылью от реализации дополнительной сельхозпродукции и социальной и экологической эффективности, в сумме 3712 рублей на 1 га обработанной почвы, что составит для шести юго-восточных районов Ростовской области 89 млн. рублей.

Основные положения диссертации изложены в 53 научных работах, основными из которых являются опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Максимов В.П. Математическое моделирование рабочих процессов при мелиорировании солонцовых почв подпокровными фрезерователями. (Моногра-фия)/Максимов В.П. — Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦВШ, 2002. — 144 с.

2. Максимов В.П. Основные положения создания математической модели системы "Подпокровный фрезерователь - почвогрунт - тяговая машина"/ Максимов В.П.// Изв. вузов. Сев.-Кав.регион. Техн. науки. — 2001. — №1, — С. 43-48.

3. Максимов В.П. Удельная нагрузка на почвообрабатывающее орудие/ Максимов В.П.// Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. — 2002.—№4 — С. 74-76.

4. Максимов В.П. Эволюция системы мелиорирования солонцовых почв/ Максимов В.П.// Изв.вузов. Сев.-Кав. регион. Техн. науки. — 2005. — Приложение №1 — С. 134-137.

5. Максимов В.П. Имитационное моделирование нагруженности рабочих органов почвообрабатывающих агрегатов/ Максимов В.П., Буренков H.H.// Изв.вузов Сев.-Кавк. региона. Техн. науки. — 2002. — №3. — С. 73-76.

6. Максимов В.П. Влияние угла заточки ножа на тяговое сопротивление щелевателя/ Максимов В.П., Башняк И.М.// Научная мысль Кавказа. — Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ, 2002, Приложение №5. — С. 71-73.

7. Максимов В.П. Целевой анализ системы мелиорирования солонцовых почв/ Максимов В.П., Свечкарев В.П.// Изв. вузов. Сев.-Кав. регион. Техн. науки, 2003. — №3. — С.139.

8. Максимов В.П. Анализ системы мелиорирования солонцовых почв/ Максимов В.П., Свечкарев В.П.// Научная мысль Кавказа. Приложение. Спецвыпуск 2, 2003. — С.45-53.

9. Максимов В.П. Концептуальный анализ системы мелиорирования солонцовых почв/ Максимов В.П., Свечкарев В.П.// Изв. вузов. Сев.-Кав. регион. Техн. науки, 2005. — Приложение к №1. — С.2-7.

Ю.Максимов В.П. Концептуальное конструирование инновационных проектов подпокровных агрегатов/ Максимов В.П., Свечкарев B.II.// Изв.вузов Сев.-Кав. регион. Техн. науки. — 2005. — Приложение к №1. — С. 8-14. И.Максимов В.П. О компьютерной интерпретации UML-диаграмм/ Свечкарев В.П., Максимов В.П.// Изв. вузов Сев.-Кав. регион. Техн. науки, 2004. — №2. — С. 123.

2.Максимов В.П. Энергоемкость подпокровного фрезерования почвы/ Суслов Г.В., Максимов В.П.// Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 1998. — №12 — С.7-8.

3.А.с. 1155778 СССР. МКИ Е21 Fl3/00. Погрузочный орган бокового захвата/ В.П. Максимов, И.Ф. Рюмин. — 0публ.15.05.85, Бюл.№18.

4.Пат. 2047696 РФ. Щелеватель/ В.П. Максимов, В.П. Агапов. —Опубл. 10.11.95, Бюл.№31.

5.Пат. 2248685 РФ, МПК А01 В49/02. Комбинированное почвообрабатывающее орудие для основной обработки солонцовых почв/ В.П. Максимов (РФ), A.A. Ав-деенко (РФ), А.Н. Игошин (РФ) — Опубл. 27.03.05, Бюл. №9.

А также опубликованные в международных, всероссийских и региональных

борниках:

6.Максимов В.П. Математическое моделирование процесса взаимодействия фрезерного рабочего органа с почвой/ Максимов В.П.// Моделирование. Теория, методы и средства: Матер, межд. научн.-практ. конф. — Новочеркасск: УПЦ Набла, 2001, т.4,— С. 27-34.

7.Максимов В.П. Динамика агрегата "Трактор-подпокровный фрезерователь"/Максимов В.П., Тимонин В.Д.// Тр. VI межд. научп.-техн. конф., Т.П. — Ростов-на-Дону, 2001. — С. 81-89.

8.Максимов В.П. Моделирование нижней оценки нагрузки на криволинейные рабочие органы почвообрабатывающих машин/ Максимов В.П.// Моделирование. Теория, методы и средства: Матер. II межд. научн.-практ. конф./ ЮР-ГТУ(НПИ).— Новочеркаск: НПО Темп, 2002,— Т. 2.— С.10-14.

9.Максимов В.П. Реализация математической модели системы "Подпокровный фрезерователь - почвогрунт - тяговая машина"/ Максимов В.П., Авдеенко A.A.// Инновации в машиностроении: Сб. статей II Всерос. научн. конф. — Пенза, 2002. — С. 29-31.

0.Максимов В.П. Эффективность управления подпокровным фрезерованием при мелиорации солонцовых почв/ Максимов В.П.// Экологические аспекты эксплуатации гидромелиоративных систем и использования орошаемых земель: Всероссийская научн.-практ. копф. Т.2. — Новочеркасск, 1996. — С 86-91.

1.Максимов В.П. Экспериментальное исследование процесса перемешивания генетических горизонтов солонцовых почв фрезерными рабочими органами/ Максимов В.П.// Кадры и научно-технический прогресс в мелиорации: Матер. Всеро-сийской научн.-практ. конф. - Новочеркасск, 1997. — С. 251-252.

2.Максимов В.П. Оценка качества перемешивания генетических горизонтов при мелиорировании солонцеватых почв/ Максимов В.П.// Ресурсосберегающие, экологически безопасные технологии мелиорации, рекультивации и охраны земель: Матер. Межд. научн.-практ. конф. — Новочеркасск, 2004. — С. 126-134.

3.Максимов В.П. Аналитический метод оценки нагрузки на рабочие органы почвообрабатывающих машин/ Максимов В.П.// Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе: Сб.науч.тр. 1-ой Российской научн.-практ. конф. — Ставрополь, 2001.— С. 187-190.

1.Максимов В.П. Оценка адекватности компьютерной модели динамической системы "Подпокровный фрезерователь-почвогрунт-тяговая машина"/ Максимов В.П., Авдеенко A.A.// Физико-технические проблемы создания новых технологий в

АПК. П-я Российская научн.-практ. конф.: Сб. научи, тр. — Ставрополь, 2003. — С.220-223.

25.Максимов В.П. Объектно-целевая декомпозиция процесса мелиорирования солонцовых почв/ Максимов В.П.// Физико-технические проблемы создания новых технологий в АПК. И-я Российская научн.-практ. конф.: Сб. научи, тр. — Ставрополь, 2003. — С.462-466.

26. Максимов В.П. Влияние на сопротивление перемещению относительного скольжения почвы/ Максимов В.П.// Мелиорация и водное хозяйство: Матер, регион, научн.-практ. конф. Вып.1. Т.2. — Новочеркасск: НПО Темп. — С.52-55.

27.Максимов В.П. Синтез морфологической структуры подпокровного фрезеровате-ля с применением древовидных графов типа "И-ИЛИ"/ Максимов В.П., Игошин

A.Н.// Мелиорация и водное хозяйство: Матер, регион, научн.-практ. конф. Вып.2. Т.2. — Новочеркасск: НПО Темп, 2003. — С.49-53.

28. Максимов В.П. Математическая модель взаимодействия двухфрезерного исполнительного органа с почвой в режиме закрытой борозды/ Максимов В.П.// Мелиорация антропогенных ландшафтов: Межвузовский сборник. Т.Ю.Современные проблемы земледелия Ростовской области. — Новочеркасск, 2000. —С. 103-109.

29.Максимов В.П. Моделирование колебательности внешних возмущений при работе почвообрабатывающих машин как случайной функции/ Максимов

B.П.//Мелиорация антропогенных ландшафтов: Межвузовский сборник. Т.10. Современные проблемы земледелия Ростовской области, — Новочеркасск, 2000. —

C. 78-84.

30.Максимов В.П. Использование экстремальных принципов теории пластичности для верхней оценки нагрузки на фрезу, работающую под покровом/ Максимов

B.П.// Мелиорация антропогенных ландшафтов: Межвузовский сборник. Т. 15: Экологические аспекты природопользования. — Новочеркасск: НГМА, 2001. —

C.191-197.

Подписано в печать 17.01.2006 г. Объем 2,0 п.л. Формат 60x84 1/16 Заказ № 11 Тираж 100 экз.

Типография ФГОУ ВПО НГМА, 346428, г. Новочеркасск, ул. Пушкинская, 111

¿M&é/t 1

/ffsr I

»- 1 8 75 J1

i <

w

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Научные основы мелиорации солонцовых почв агробиологическим методом. Обобщение требований к его реализации.

1.2. Анализ известных конструкций мелиоративных орудий.

Ф Постановка задачи выбора базовой архитектуры.

1.2.1. Орудия с пассивными рабочими органами.

1.2.2. Орудия с активными рабочими органами.

1.3. Краткий анализ методов определения нагрузок на рабочие органы почвообрабатывающих машин. Постановка задачи.

1.3.1. Экспериментально-теоретический метод.

4 1.3.2. Аналитический метод.

1.4. Краткий анализ процессов перемещения почвы. Постановка задачи.

1.5. Краткий анализ моделей динамических систем технологических машин. Постановка задачи.

1.6. Формулировка проблемы и задачи исследования. 2. ЦЕЛЕВОЙ АНАЛИЗ СИСТЕМЫ МЕЛИОРИРОВАНИЯ ф СОЛОНЦОВЫХ ПОЧВ И СИНТЕЗ БАЗОВОЙ СТРУКТУРЫ

ПОДПОКРОВНОГО АГРЕГАТА.

2.1. Выбор метода анализа и конструирования базовой структуры.

2.2. Целевой анализ системы мелиорирования солонцовых почв. у 2.3. Методология концептуального анализа СМСП.

2.4. Эволюция системы мелиорирования солонцовых почв.

2.5. Матричное представление ЦМЬ-диаграмм классов для ' компьютерной обработки. Синтез базовой структуры подпокровного агрегата.

2.6. Выводы по главе.

• 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГРУЗОК. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТОДА ОЦЕНКИ НАГРУЗКИ НА РАБОЧИЕ ОРГАНЫ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ МАШИН.

3.1. Обобщение метода Кулона - Мора для определения нагрузок на фрезерный рабочий орган при положении оси его вращения в вертикальной плоскости.

3.1.1. Профиль рабочей поверхности ножа фрезы.

3.1.2. Характер движения рабочего органа.

3.1.3. Физико-механические свойства почвогрунта. Модель среды.

3.1.4. Модель взаимодействия.

3.1.5. Зависимость сил статического сопротивления, действующих на элемент рабочей поверхности от его положения.

3.1.6. Определение угла между плоскостью вращения рабочего органа и поверхностью почвы.

3.1.7. Определение момента статического сопротивления рабочего органа.

3.1.8. Силы, действующие на элемент ядра уплотнения при движении.

3.1.9. Определение момента динамического сопротивления перемещению рабочего органа.

3.2. Применение экстремальных принципов теории пластичности к оценке предельных нагрузок на рабочие ^ органы почвообрабатывающих машин. ф 3.2.1. Условия предельного состояния почвенной среды.

3.2.2. Формулировка теорем A.A. Гвоздева применительно к системе "рабочий орган-почва".

3.2.3. Определение нижней оценки нагрузки на рабочие органы.

• 3.2.4. Определение верхней оценки нагрузки на рабочие органы.

3.3. Оценка удельного сопротивления перемещению рабочего органа.

3.4. Выводы по главе.

4. КИНЕМАТИКА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПОЧВЫ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ.

4.1. Влияние на сопротивление перемещению относительного скольжения почвы по поверхности рабочего органа.

4.1.1. Модель взаимодействия.

4.1.2. Условие скольжения и его реализация для случаев прямолинейного и вращательного движений рабочего органа.

4.2. Теоретическое определение качества перемешивания генетических горизонтов.

4.2.1 Определение качества перемешивания по условию скольжение" - "залипание". щ 4.2.2. Оценка качества перемешивания посредством учета вновь образованных поверхностей контакта.

4.3. Выводы по главе.

5. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ "ПОДПОКРОВНЫЙ ФРЕЗЕРОВАТЕЛЬ - ПОЧВА - ТЯГОВАЯ МАШИНА".

5.1. Принятые допущения.

5.2. Математическая модель взаимодеиствия под покровом двухфрезерного рабочего органа.

5.3. Математическое моделирование подпокровного фрезерователя как динамической системы.

5.4. Определение основных функциональных зависимостей.

5.5. Моделирование колебательности внешних возмущений • при работе почвообрабатывающих машин случайной функцией.

5.6. Основы методологии проведения численного эксперимента.

5.7. Программное обеспечение численного эксперимента.

5.7.1. Разработка функциональных требований и выбор базового пакета.

5.7.2. Организация и логика программы.

5.8. Выбор управляемых факторов и планирование эксперимента.

5.9. Устойчивость системы и оценки показателей качества динамических процессов.

5.10. Анализ достоверности результатов имитационного моделирования.

5.11. Основные результаты численного эксперимента. Оценка влияния некоторых параметров фрезерователя на динамику.

5.11.1 Оценка влияния жесткости трансмиссии привода

Р фрез.

5.11.2 Оценка влияния параметров настройки сцепки на устойчивость орудия в продольно - вертикальной плоскости.

5.11.3 Оценка влияния скорости передвижения трактора.

5.11.4 Оценка колебательности нагрузки на валах фрез.

5.12. Выводы по главе. 6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧИХ ф ПРОЦЕССОВ ПОДПОКРОВНОГО АГРЕГАТА.

6.1. Цель и программа экспериментальных исследований.

6.2. Исследование влияния относительного скольжения почвы и вида профиля боковой поверхности рабочих органов на величину сопротивлений перемещению.

• 6.2.1. Активные рабочие органы ротационного типа.

6.2.2. Пассивные рабочие органы типа стойки.

6.3. Максимальная нагрузка на рабочие органы типа плоской подпорной стенки.

6.4. Исследование влияния конструктивных и кинематических параметров фрезерных рабочих органов на качество перемешивания.

6.4.1. Исследования на стационарном стенде.

6.4.2. Исследование экспериментальных рабочих органов.

6.5. Разработка способа оперативной оценки качества перемешивания и его экспериментальная проверка.

6.6. Экспериментальные исследования опытного образца комбинированного орудия.

6.6.1 Конструктивные особенности и техническая характеристика орудия.

6.6.2. Место, условия и методика исследований.

6.6.3. Основные результаты исследований.

9 6.7 Выводы по главе.

7. МЕТОДОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ АДАПТИВНЫХ ПОДПОКРОВНЫХ АГРЕГАТОВ.

7.1. Методологические основы концептуального конструирования.

7.2. Концептуальное конструирование инновационных проектов подпокровных агрегатов.

7.3. Формирование конструктивных решений агрегированных подпокровных агрегатов.

7.4. Построение обобщенных алгоритмов адаптации ПА,.

7.5 Выводы по главе.

8. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗРАБОТАННЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ.

8.1. Технико-экономическая эффективность мелиоративной обработки солонцовых почв комбинированным орудием.

8.2. Перспективы восстановления плодородия солонцовых почв Ростовской области.

Одним из основных резервов повышения продуктивности сельскохозяйственного производства в Северо-Кавказком регионе России является вовлечение в сельхозоборот солонцовых почв, которые занимают площадь более 4,2 млн. га. Эти почвы из-за своих неблагоприятных водно-физических и химических свойств имеют в естественном состоянии и при обычной вспашке весьма низкое плодородие, и встречаются, чаще всего, в виде пятен среди высококачественных черноземных и каштановых почв. Такое расположение затрудняет применение высокоиндустриальных технологий возделывания сельхозкультур, снижая не только среднюю урожайность, но и эффективность полевых работ за счёт вынужденного изменения в зоне пятен технологических схем обработки и переналадки оборудования. При этом снижается и ценность таких земель. Так, например, средний оценочный бал корковых солонцов каштановой зоны составляет 1-10, а расположенных с ним в комплексе каштановых почв 51-60.

Актуальность работы. Только в Ростовской области площадь малопригодных каштаново-солонцовых комплексов составляет около 1,7 млн.га, а крайне недостаточное количество выпадающих осадков, равнинная малооблесенная, склонная к дефляциям территория крайне усложняет ситуацию и выводит проблему создания соответствующих этим условиям технологий мелиорации и высокоэффективных орудий для их реализации в разряд главнейших.

Многочисленными исследованиями установлено, что для большинства типа солонцов наиболее рациональным способом мелиорации является агробиологический. Ведущая роль при этом принадлежит глубокой мелиоративной обработке, направленной на создание окультуренного пахотного и корнеобитаемого слоя с вовлечением в него гипса почвы из низле-жащих горизонтов, который заменяет химические мелиоранты вносимые извне. Для усиленного протекания реакций замещения необходимо тщательное крошение и перемешивание солонцового и карбонатного горизонтов. После такой обработки урожай сеяных трав увеличивается в 10-15 раз, а урожай зерновых возрастает на 3-5 ц с 1 га. Выполнить соответствующую обработку солонцов с наилучшим качеством возможно при применении подпокровных фрезерователей. За период 1980-90 годов это направление в почвообработке реализовано в конструкциях, разработанных ВНИ-ИПТИМЭСХом, ЮжНИИГиМом, Волгоградским СХИ, Донским СХИ, НИМИ, ЦНИИМЭСХом, ВИСХОМом и др. Испытания машин в производственных условиях показали высокую эффективность их применения. Однако, в силу известных причин последнего десятилетия, работы по совершенствованию и широкому внедрению подпокровных фрезерователей были приостановлены, а теоретические исследования свернуты. Сегодняшняя ситуация, в связи с вовлечения в рыночные отношения земель сельскохозяйственного назначения, востребовала предыдущий опыт и способствует дальнейшему развитию данного направления.

Однако существующие орудия и технологии не удовлетворяют в полной мере требованиям по важнейшим агротехническим, экономическим и экологическим показателям, при этом конструкции подпокровных фрезерователей весьма разнообразны, а оценки их эффективности сложны и достаточно противоречивы. Такое положение вызвано, прежде всего, разноплановым, несистемным подходом к решению проблемы, вследствие чего оказалась не востребована стадия технического предложения, не в полной мере использовались возможности математического и имитационного моделирования, а вопросы автоматизации управления режимом работы не рассматривались.

В этой связи построение технологий и агрегатов, обеспечивающих управляемое в заданном диапазоне динамических состояний, устойчивое и высокоэффективное функционирование системы мелиорирования солонцовых почв является важной и актуальной проблемой.

Работа выполнена по плану Межведомственной координационной программы фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития АПК РФ на 2000-2005 г.г., темы 04.01 "Разработать технологии и технические средства для агробиологического мелиорирования солонцовых почв" и 04.02 "Разработать математические модели технологических процессов подпокровного фрезерования почв" в соответствии с Федеральной целевой программой «Повышение плодородия почв России на 2002-2005 годы».

Цель работы - научное обоснование технологических и технических решений повышения эффективности использования солонцовых почв путем восстановления их плодородия на основе новых информационных технологий, анализа и синтеза базовых инвариантов подпокровных агрегатов, их математического и имитационного моделирования, локальной оптимизации воздействий на элементы конструкции и синтеза алгоритмов функционирования.

Предмет исследований. Закономерности функционирования технических средств в процессе мелиорирования солонцовых почв и режимы их локального воздействия на почву.

Объект исследований. Технологические процессы мелиорирования солонцовых почв на основе новых информационных технологий, орудия и алгоритмы их реализации.

Научная новизна. Разработана информационная модель системы мелиорирования солонцовых почв как совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих функциональной, статической и эволюционных структур. Синтезирован инвариант базовой структуры подпокровного агрегата реализующего глобальную цель.

Исследовано взаимодействие рабочих органов и окружающей их грунтовой среды. Построены нижние и верхние оценки нагрузки на рабочие органы различной формы. Получено аналитическое выражение коэффициента удельного сопротивления, базирующееся на глобальном критерии прочности - сцеплении.

Предложен метод оценки качества перемешивания посредством учета вновь образованных поверхностей контакта.

Разработаны математические модели системы "фреза-почва" и динамической системы "подпокровный фрезерователь-почва-тяговая машина". Предложена методология имитационного моделирования динамической системы с учетом колебательности внешней нагрузки, включающая реализующую компьютерную программу.

Разработана методология построения адаптивных подпокровных агрегатов, дополняющая традиционные процессы проектирования процедурами концептуального конструирования и позволяющая полностью реализовать достигнутый научный потенциал в конкретное техническое решение и алгоритм его автоматического управления.

Практическая значимость состоит в том, что совокупность теоретических и экспериментальных исследований, информационное обеспечение практических методов проектирования комбинированных орудий, алгоритмы функционирования и способ локальной оптимизации воздействий на элементы конструкций являются исходной базой знаний для современных систем САПР и САУ и могут быть использованы специалистами при создании новых и совершенствовании существующих технических средств для мелиорации солонцовых почв. Применение концептуальной методологии построения подпокровных агрегатов позволяет на 10-20% снизить затраты на производство новой мелиоративной техники за счет повышения объективности информационного проектирования и сокращения времени и объемов доводочных операций.

На основе созданной информационной технологии проектирования разработано, испытано и внедрено в Веселовском и Пролетарском районах Ростовской области комбинированное почвообрабатывающее орудие для мелиорации солонцов (патент РФ №2248685) с новыми высокоэффективными пассивными и активными рабочими органами, позволяющее совмещать различные операции технологического цикла и максимально соответствовать агротехническим, экономическим и экологическим требованиям на процессы восстановления плодородия солонцовых почв. Это позволило получить экономический эффект, определяемый прибылью от реализации дополнительной сельхозпродукции и социальной и экологической эффективности, в сумме 3712 рублей на 1 га обработанной почвы. Для шести юго-восточных районов Ростовской области экономический эффект составит 89 млн. рублей.

Основные результаты и положения, выносимые на защиту.

- обоснования технологий и технических схем подпокровных агрегатов для адаптивной мелиоративной обработки солонцовых почв;

- информационная модель системы мелиорирования солонцовых почв;

- алгоритмы устойчивого функционирования системы мелиорирования солонцовых почв и управления технологическими процессами;

- математическое описание процессов взаимодействия рабочих органов с почвенной средой и методы определения диапазона действующих нагрузок;

- математические модели элементов системы мелиорирования солонцовых почв: «фреза-почва», «подпокровный фрезерователь-почва-тяговая машина»;

- закономерности процесса перемешивания генетических горизонтов ротационными рабочими органами и способы его оценки;

- методология построения инновационных проектов адаптивных подпокровных агрегатов.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Технологические процессы и технические средства для мелиорации солонцовых почв не удовлетворяют требованиям агробиологического способа для земель каштановой и бурой полупустынной почвенных зон, площадь которых только в Северо-Кавказском регионе России составляет более 4 млн. га. Низкое качество мелиорирования современными агрегатами обусловлено в том числе фактором недостаточной информации о системе мелиорирования солонцовых почв и отсутствием современных технологий проектирования, регламентирующих согласование требований землепользователя, экологических, финансово-экономических и технологических ограничений. Повышение эффективности может быть достигнуто на базе информационных технологий, предусматривающих целевой анализ решения проблемы с учетом выбора и согласования разноплановых требований.

2. Адаптация технологических процессов подпокровных агрегатов к потребностям восстановления плодородия солонцовых почв достигается конструированием системы мелиорирования солонцовых почв в информационной среде, формируемой в рамках методологии объектно-ориентированного анализа путем дополнения соответствующими процедурами, правилами, конструкциями и концептами. Разработанная информационная модель системы мелиорирования солонцовых почв, как совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих диаграмм целевых классов, классов оборудования и функционально-целевых классов эволюционирующих в тернарную объектно-целевую диаграмму классов, позволяет форматировать взаимосвязи целей, инициируемых конкретными технологическими задачами, с элементами технологического оборудования. Учет экологических, финансово-экономических и технологических ограничений, накладываемых на систему, позволил формализовать инвариант базовой структуры подпокровного агрегата.

3. Установлено, что получение базы данных для современных систем автоматизированного проектирования новых и совершенствования существующих технических средств для мелиорации солонцовых почв в части нагрузок на рабочие органы возможно в двух направлениях:

- совершенствование традиционного метода предельного напряженного состояния среды;

- разработка новых методов, упрощающих математическое описание процесса и позволяющих определить аналитически диапазоны (режимы) локального воздействия и устойчивого функционирования технических средств в процессах восстановления солонцовых почв.

В соответствии с первым направлением предлагаемое концептуальное конструирование включает метод расчета момента сопротивления на работающей в несвязной среде фрезе с профилем рабочей поверхности по логарифмической спирали. Во втором случае на основе экстремальных принципов теории пластичности получены ограничительные режимы локального воздействия на почву, обеспечивающие устойчивое функционирование подпокровного агрегата.

4. Использование метода расчета нагрузок на рабочие органы позволило установить:

- в качестве рационального профиля рабочей поверхности пассивного рабочего органа типа стойки может быть принята полукубическая парабола Нейля;

- для рабочего органа ротационного типа - логарифмическая спираль; Параметры указанных кривых определяются физико-механическими свойствами почвы и материала рабочего органа. Снижение нагрузки составляет 1.11.4 раза.

5. Метод оценки качества перемешивания посредством учета вновь образованных поверхностей контакта позволяет получать количественную оценку в зависимости от основных конструктивных и режимных параметров рабочего органа и проводить сравнительную оценку различных конструкций на стадии проектирования. В частности, при нижней допустимой оценке качества перемешивания равной 9.6 однофрезерный рабочий орган имеет оценку 10.4, а двухфрезерный - 15.7.

6. Математическая модель системы «подпокровный фрезерователь-почва-тяговая машина» позволила решить ряд задач по определению рациональных режимных и конструктивных параметров подпокровного агрегата: диаметр фрез - 0.18 м, зона перекрытия - 0.06 м, зазор между фрезами - 0.045 м, отношение линейных скоростей фрез - 1.1-1.2.

7. Математическая модель подсистемы "фреза-почва" устанавливает взаимодействие под покровом двухфрезерного рабочего органа с учетом эволюции свойств почвы по глубине. Метод имитационного моделирования колебательности внешней нагрузки, определяет уровень нагрузок на рабочем органе с учетом неоднородности свойств почвы по горизонтали, характера ее разрушения, а также волнистости поверхности поля, по которому движется агрегат.

8. Моделирующий алгоритм, воспроизводящий процесс эволюции функционирования системы, позволяет получать сведения о состоянии процесса и оценивать взаимное влияние изменения различных параметров на характеристики системы. Установлено, что основное влияние на динамику системы оказывают жесткостные параметры элементов привода фрезерных рабочих органов и время включения муфт сцепления. Снижение коэффициента динамичности только за счет установки упругих муфт составило 15-20%.

9. Семантическое объединение этапов технического предложения и эскизного проектирования выявило его интегративный характер и позволило классифицировать концептуальное конструирование как стадию формирования фундаментальной идеи технического решения и определения его основных параметров на объектном уровне. Разработана модель концептуального конструирования, включающая процедуры анализа системы мелиорирования солонцовых почв и синтеза базового инварианта структуры подпокровного агрегата и последующей его конструктивной эволюции путем математического и имитационного моделирования, локальной оптимизации элементов конструкции и параллельного синтеза алгоритмов управления подпокровным агрегатом.

Ю.Предложена методология построения адаптивных подпокровных агрегатов, дополняющая традиционные процессы проектирования процедурами концептуального конструирования, обеспечивающими целостность данных и строгую формализацию проектной документации на всех этапах жизненного цикла инновационного изделия и итеративно объединяющая этапы анализа и конструирования инварианта архитектуры подпокровного агрегата. Методология реализована в проектном решении комбинированного орудия для мелиорации солонцов (патент РФ №2248685). Получено пространство дискретных состояний подпокровного агрегата и описана траектория переходов состояний в соответствии с событием, отражающем изменение качества, что необходимо и достаточно для реализации управления подпокровным агрегатом в автоматическом режиме.

11.Проведённые экспериментальные исследования спроектированного по концептуальной методологии комбинированного орудия для мелиорации солонцовых почв подтвердили его работоспособность и высокую эффективность. Конструктивные особенности рациональных элементов орудия (плоскорез, подрезающий лемех, двухфрезерный рабочий орган безвального типа) позволили снизить удельное сопротивление перемещению орудия на 12-30% по сравнению с серийным фрезерователем ФС-1,3, а также обеспечили его работу практически без залипания почвой и забивания растительными остатками (залипание и забивание - 0,6 кг) при качестве перемешивания генетических горизонтов - 85-90%, качестве крошения - 75-85%, и сохранности стерни на поверхности поля до 90%. Возможность выполнения всех технологических операций за один проход предотвращает переуплотнение почвы и снижает загрязнение окружающей среды. Спроектированный агрегат наиболее полно отвечает агротехническим, экологическим и экономическим требованиям к мелиорации солонцовых почв по агробиологическому методу.

12.Применение концептуальной методологии построения подпокровных агрегатов позволяет на 10-20% снизить затраты на производство новой мелиоративной техники за счет повышения объективности информационного проектирования и сокращения времени и объемов доводочных операций. Внедрение комбинированного орудия для основной обработки солонцовых почв (КОМС-8О), созданного по разработанной методологии позволило получить экономический эффект, определяемый прибылью от реализации дополнительной сельхозпродукции и социальной и экологической эффективности, в сумме 3712 рублей на 1 га обработанной почвы, что составит для шести юго-восточных районов Ростовской области 89 млн. рублей.

299

1. Абезгауз В.Д. Режущие органы машин фрезерного типа для разработки горных пород и руд. — М.: Машиностроение, 1965. — 280 с.

2. Авдеенко A.A., Максимов В.П. Математическое моделирование динамических систем на основе системы MATLAB 5.3.1// Агропромышленные машины и оборудование. Теория, конструкция, расчет: Сб.науч.тр. НГМА. — Новочеркасск: издательство НГМА, 2002. — С. 44-49.

3. Автоматизация поискового конструирования/ под ред. А.И. Половинки-на. — М.: Радио и связь, 1981. — 344 с.

4. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика: Основы моделирования и первичная обработка данных. — М.: Финансы и статистика, 1983. — 471 с.

5. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика: Исследование зависимостей: Справ, изд. — М.: Финансы и статистика, 1985. —487 с.

6. Амиров Ю.Д. Основы конструирования. Творчество. Стандартизация. Экономика. — М.: Изд-во стандартов, 1991. — 390 с.

7. Анилович В.Я., Водолажченко Ю.Т. Конструирование и расчет сельскохозяйственных тракторов: Справочник. — М.: Машиностроение, 1976. — 456 с.

8. Аристархов Г.Н. Расчет мощности фрезерных машин, предназначенных для укрепления грунтов вяжущими материалами//Строительное и дорожное машиностроение. — 1956. — №2.— С.5-8.

9. Бабков В.Ф., Безрук В.М. Основы грунтоведения и механики грунтов. — М.: Высшая школа, 1986.— 239 с.

10. Бабушкин В.М. Использование углекислоты отработанных газов для повышения плодородия солонцов// Повышение плодородия почв в Ростовской области: Сб. научн. тр. ВНИПТИМЭСХ — Зерноград, 1982. — С. 120-124.

11. Багандов Р.Б. Обоснование параметров и режима работы комбинированного подпокровного фрезерователя для основной обработки эродированных почв: Автореф. дис. канд.техн.наук. — Тбилиси, 1991. —20 с.

12. Баловнев В.И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин: Учебное пособие. — М.: Высшая школа, 1981. — 335 с.

13. Барский И.Б., Анилович В .Я., Кутьков Г.М. Динамика трактора. — М.: Машиностроение, 1973. — 280 с.

14. Башняк С.Е. Обоснование параметров дискователя комбинированной машины для предпосевной обработки почвы рисовых полей: Автореф. дис. канд.техн.наук. — Зерноград, 2000.— 23 с.

15. Бенькович Е.С., Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. Практическое проектирование динамических систем. — СПб.: БХВ-Петербург, 2002. — 464 с.

16. Беспамятнова Н.М. Механико-технологические основы синтеза исполнительных структур и агрегатов. Дисс. . докт. техн. наук. — Зерноград, 1994.

17. Беспамятнова Н.М. Научно-методические основы адаптации почвообрабатывающих и посевных машин. — Ростов-на-Дону: ООО «Терра», 2002.- 176 с.

18. Бихеле З.Н., Молдау Х.А., Росс Ю.К. Математическое моделирование транспирации и фотосинтеза растений при перостатике почвенной влаги. — JL: Гидрометеоиздат, 1980. — 160 с.

19. Богданов В.И. Исследование фрезерного рабочего органа комбинированного орудия для мелиоративной обработки солонцовых почв: Авто-реф.дис. канд.техн.наук. — Волгоград, 1980.—23 с.

20. Борисов В.Н. Исследование динамических характеристик и режимов работы почвообрабатывающих фрез: Автореф.дис. канд. техн. наук. — Киев, 1969. —27 с.

21. Бреслер Э., Макнил Б.Л., Картер Д.Л. Солончаки и солонцы. Принципы. Динамика. Моделирование: Пер. с англ. — Л.: Гидрометеоиздат, 1987. — 296 с.

22. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. 13-е изд., исправленное. — М.: Наука, Гл.ред.физ.-мат.лит., 1986. — 544 с.

23. Бусленко Н.П. Математическое моделирование производственных процессов. — М.: Наука, 1964. — 364 с.

24. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++: Пер. с англ. —М.: Бином, 1999. — 558 с.

25. Буч Г., Рамбо Д., Джекобсон А. Язык UML. Руководство пользователя: Пер. с англ. — М.: ДМК, 2000. — 432 с.

26. Быков В.П. Методика проектирования объектов новой техники: Учеб. пособие. — М.: Высшая школа, 1990. — 168 с.

27. Веденякин Г.В. Общая методика экспериментального исследования и обработки опытных данных. — М.: Колос, 1973. — 199 с.

28. Вейц В.Л., Кочура А.Е., Мартыненко А.М. Динамические расчеты приводов машин. — Л.: Машиностроение, 1971. — 352 с.

29. Вейц В.Л. Динамика машинных агрегатов. — Л.: Машиностроение, 1969.368 с.

30. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. — М.: Наука, 1969. — 576 с.

31. Ветров Ю.А., Баладинский В.Л. Машины для специальных земляных работ. — Киев: Вища школа, 1980. — 192 с.

32. Верняев О.В., Сокол H.A., Карапетьян А.Г. Рентгенографический метод оценки перемешивания слоев почвы// Тракторы и сельхозмашины. — 1969.— №7.— С.23-25.

33. Верняев О.В. Активные рабочие органы культиваторов. — М.: Машиностроение, 1983.— 80 с.

34. Водяник Г.М. Математическое моделирование технологических машин.

35. Новочеркасск: НГТУ, 1994. —256 с.

36. Волков Д.П. Динамика и прочность одноковшовых экскаваторов. — М.: Машиностроение, 1965. — 463 с.

37. Волков Д.П., Черкасов В.А. Динамика и прочность многоковшовых экскаваторов и отвалообразователей. — М.¡Машиностроение, 1969.— 408 с.

38. Волкова Г.Д. Концептуальное моделирование предметных задач в машиностроении: Учебн. пособие. — М.: МТТУ "Станкин", 2000 — 98 с.

39. Волкова В.Н., Денисов A.A. Основы теории систем и системного анализа: Учеб. для студентов вузов: Изд. 2-е, перераб. и доп. — СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999. —512 с.

40. Гаскаров Д.В. Интеллектуальные информационные системы. — М.: Высшая школа, 2003. — 431 с.

41. Гвоздев A.A. Определение величины разгружающей нагрузки для систем, претерпевающих пластические деформации. — М., JL: Изд-во АН СССР, 1938.—С. 19-30.

42. Гёльднер Г., Кубик С. Нелинейные системы управления: Пер. с нем. — М.: Мир, 1987. —368 с.

43. Геминтерн В.И., Каган Б.М. Методы оптимального проектирования. — М.: Энергия, 1980. — 208 с.

44. Голушкевич С.С. Статика предельных состояний грунтовых масс. — М.: Гостехиздат, 1957.— 288 с.

45. Гольштейн М.Н. Механические свойства грунтов. — М.: Стройиздат, 1979.—304 с.

46. Горбунов-Посадов М.И. Устойчивость фундаментов на песчаном основании. — М.: Гостехиздат, 1962.— 96 с.

47. Горбатов В.А. Фундаментальные основы дискретной математики. Информационная математика. — М.: Наука. Физматлит, 1999. — 514 с.

48. Горин М.А. Исследование роторного рабочего органа для прокладки дренажных траншей на повышенных скоростях резания: Авто-реф.дис.канд.техн.наук. — Минск, 1967. — 16 с.

49. Горский Б.Е. Динамическое совершенствование механических систем.

50. Киев: Тэхника, 1987. — 200 с.

51. Горячкин В.П. Собрание сочинений. Т. второй. — М.: Колос. 1965. — 459 с.

52. Гринчук И.М. Уравнение линии лезвия нового Г-образного ножа ВИК к фрезерным барабанам// Материалы НТС ВИСХОМ. Вып.27. — М., 1970.—с 28-36.

53. Гришин В.Н., Дятлов В.А., Милов Л.Т. Модели, алгоритмы и устройства идентификации сложных систем. — Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отделение, 1985. — 104 с.

54. Гячев Л.В. Теория лемешно-отвальной поверхности// Труды АЧИМСХ, выпуск 13. — Зерноград: Госгортехиздат, 1961.— 317 с.

55. Гячев Л.В. Динамика машинно-тракторных и автомобильных агрегатов.

56. Ростов-на-Дону: изд-во ИРУ, 1976. —192 с.

57. Далин А.Д., Павлов П.В. Ротационные грунтообрабатывающие и землеройные машины. — М.: Машгиз, 1950. — 258 с.

58. Джонс Дж. К. Методы проектирования: Пер. с англ. — М.: Мир, 1986. — 326 с.

59. Диксон Д. Проектирование систем: изобретательство, анализ, принятие решений/ Пер. с англ. — М.: Мир, 1969. — 440 с.

60. Дискретная математика для программистов/ под ред. Ф.А. Новикова. — СПб.: Питер, 2001. — 304 с.

61. Докукин А.В., Красников Ю.Д., Хургин З.Я. Статистическая динамика горных машин. — М.: Машиностроение, 1978. — 239 с.

62. Домбровский Н.Г. Экскаваторы. — М.: Машиностроение, 1969. — 318 с.

63. Домбровский Н.Г., Панкратов С.А. Землеройные машины. — М.: Машиностроение, 1961.— 652 с.

64. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. — М.: Колос, 1973. — 336 с.

65. Дьяков В. Mathcad 8/2000: специальный справочник — СПб: Питер,2000. —592 с.

66. Дьяконов В.П., Абраменкова И.В., Круглов B.B. MathLAB 5.3.1 с пакетами расширений. Под редакцией проф. В.П. Дьяконова. — М.: Нолидж,2001. —880 с.

67. Дыба В.П. Теоретические основы расчета гибких железобетонных фундаментов. — Деп. ВИНИТИ 08.12.99, №3648-В99 (4,8п.л.).

68. Дыба В.П. Оценки несущей способности системы "фундамент-грунтовое основание" и оптимизация проектных решений: Автореф. дис.докт. техн.наук. — Москва, 2000.— 48 с.

69. Завалишин Ф.С., Манцев М.Г. Методы исследований по механизации сельскохозяйственного производства. — М.: Колос, 1982. — 231 с.

70. Зайдельман Ф.Р. Мелиорация почв. — М.: Изд-во МГУ, 1987. — 304 с.

71. Зарецкий Ю.К. Лекции по современной механике грунтов. — Ростов-на-Дону: Изд-во Рост, ун-та, 1989.— 608 с.

72. Зеленин А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами. — М.: Машиностроение, 1968. — 376 с.

73. Зеленин А.Н., Баловнев В.И., Керов И.П. Машины для земляных работ. — М.: Машиностроение, 1975.-494 с.

74. Зоткин В.А. Выбор и обоснование параметров подпокровного фрезеро-вателя применительно к обработке солонцовых почв: Автореф. дис. канд.техн.наук. — Новочеркасск, 1988. —22 с.

75. Зубчанинов В.Г. Основы теории упругости и пластичности. — М.: Высшая школа, 1990.— 368 с.

76. Интенсивные технологии повышения плодородия мелиорируемых земель на Северном Кавказе/ Бабушкин В.Н., Лысенко И.И. и др. — Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского ун-та, 1990. — 144 с.

77. Ицкович И.И. Контроль производства с помощью вычислительных машин. — М.: Энергия, 1975. 342 с.

78. Калашников В.В. Операции моделирования сложных систем. — М.: Знание, 1982. —64 с.

79. Каменярж Я.А. Предельный анализ пластических тел и конструкций. — М.: Наука, 1997.—512 с.

80. Канарев Ф.М. Ротационные почвообрабатывающие машины и орудия. — М.: Машиностроение, 1983.— 140 с.

81. Капустян В.М., Махотенко Ю.А. Конструктору о конструировании атомной техники// Системно-морфологический подход в конструировании. — М.: Атомиздат, 1981. — 190 с.

82. Карасев А.И. Теория вероятностей и математическая статистика. — М.: Статистика, 1970. — 344 с.

83. Каращук И.М. Освоение солонцов в Сибири. — М.: Россельхозиздат, 1982. —99 с.

84. Кельтон В., Лоу А. Имитационное моделирование. Классика. СБ. — СПб.: Питер, 2004. — 847 с.

85. Кириллов В.В. Механико-технологические основы обработки солонцовых почв роторными машинами в светло-каштановой подзоне Нижнего Поволжья: Автореф. дис. докт. техн. наук. — Тбилиси, 1979. — 39 с.

86. Кирюшин В.И. Солонцы и их мелиорация. — Алма-Ата: Кайнар, 1975. — 175 с.

87. Клейн Г.К. Строительная механика сыпучих тел. — М.: Стройиздат, 1977.—256 с.

88. Козловский М.З. Динамика машин.—Л.: Машиностроение, 1989.—292 с.

89. Колесников A.A. Синергетическая теория управления. — М.: Энерго-атомиздат, 1994. — 343 с.

90. Колчин Н.И. Механика машин. Т.2.—Л.: Машиностроение, 1972.—456 с.

91. Колчин В.П., Овсянников М.В., Стрекалов А.Ф., Сумароков C.B. Управление жизненным циклом продукции.— М.: Анахарсис, 2002. — 352 с.

92. Комаров М.С. Динамика грузоподъемных машин. — М.: Машгиз, 1962.267 с.

93. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров) — М.: Наука, 1978. — 832 с.

94. Корячко В.П., Курейчик В.М., Норенков И.П. Теоретические основы САПР. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 400 с.

95. Ксеневич И.П., Гуськов В.В. Тракторы. Проектирование, конструирование и расчет: Учеб. для вузов.— М.: Машиностроение, 1991. — 544 с.

96. Кудинов В.А. Динамика станков.—М.: Машиностроение, 1967.—357 с.

97. Лаврухин В.А. Механико-технологические основы проектирования развертывающихся лемешно-отвальных поверхностей. — Ростов-на-Дону: ООО «Терра», 2002. — 200 с.

98. Ладан Е.П. Исследование комбинированного мелиоративного орудия для основной обработки солонцовых почв: Автореф.дис. канд. техн. наук.1. Ставрополь, 1975. — 25 с.

99. Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений, а также Хроника событий в Волшебных странах: Учебник. — М.: Логос, 2000. — 296 с.

100. Липкович Э.И. Аналитические основы систем машин. — Ростов-на-Дону: Кн. изд-во, 1983. 112 с.

101. Листопад Г.Е., Шаршак В.К., Сконодобов В.В. Мелиоративные орудия для устройства временной оросительной сети. — М.: Агропромиздат, 1986.— 128 с.

102. Лобанов В.М., Чешев A.C. и др. Состояние и использование земельного фонда Ростовской области. — Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦВШ, 1997.232 с.

103. Лурье А.И. Аналитическая механика. — М.: Физматгиз, 1961. — 824 с.

104. Лурье А.Б. Динамика регулирования навесных сельскохозяйственных агрегатов. — Л.: Колос, 1967. — 262 с.

105. Лурье А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов.1. М.: Колос, 1981. —382 с.

106. Лурье A.B., Громбичевский A.A. Расчет и конструирование сельскохозяйственных машин. — Л.: Машиностроение, 1977. — 528 с.

107. Львов Е.Д. Теория трактора. — М.: Машгиз, 1960. — 252 с.

108. Максимов В.П., Рюмин И.Ф., Данилов П.В. Определение момента динамического сопротивления перемещению исполнительного органа ротор-но-гребкового типа.—Деп. ЦНИИТЭИ тяжмаш 26.05.86, №1675 тн.—7 с.

109. Максимов В.П. Определение рационального профиля направляющей кривой щелевателя// Повышение эффективности использования и экономической защищенности мелиоративных систем: Тез.докл. меж-вуз.конф. — Новочеркасск, 1991, — С. 120.

110. Максимов В.П. Определение рационального профиля фрезерного ножа каналокопателя// Повышение эффективности использования и экономической защищенности мелиоративных систем: Тез.докл. межвуз.конф. — Новочеркасск, 1991, — С. 121.

111. Ш.Максимов В.П., Катаев Г.Н. Синтез морфологической структуры подпокровного фрезерователя// Проблемы мелиорации и экономики юга России: Тез. научн. конф. — Новочеркасск: НИМИ, 1993. — С. 99.

112. Максимов В.П., Катаев Г.Н. Энергетический анализ подпокровного фре-зерователя по критериям эффективности// Комплексное использование и охрана водных ресурсов: Тез. докл. регион, научн.-практ. конф. — Новочеркасск, 1995. —С.126-127.

113. Максимов В.П., Балаклеев В.Н. Системы управления параметрами экспериментального стенда// Агропромышленные машины и оборудование. Теория, конструкция, расчет: Сб. науч. тр. НГМА. — Новочеркасск: изд-во НГМА, 1996. — С. 38-40.

114. Максимов В.П. Применение методов механики грунтов для определения верхней оценки коэффициента удельного сопротивления почвы// Тез. докладов отделения Земледелие и лесное хозяйство РАСХН: Новочеркасск, 1999 —С. 20-21.

115. Максимов В.П., Катаев Г.Н. Синтез подпокровного фрезерователя как объекта управления качеством мелиорирования солонцовых почв// Тез. докл. отд. "Земледелие, мелиорация и лесное хозяйство" РАСХН. — Новочеркасск: НГМА, 1999. — С.20-21.

116. Максимов В.П. К вопросу о форме бокового профиля стойки почвообрабатывающего орудия// Агропромышленные машины и оборудование. Теория, конструкция, расчет: Сб.науч.тр.НГМА. — Новочеркасск: Изд-во НГМА, 2000, — С. 19-22.

117. Максимов В.П. Анализ работы подпокровного фрезерователя с точки зрения качества перемешивания генетических горизонтов// Матер, научн.-практ. конф. — Новочеркасск: изд-во НГМА, 2001. — С. 24-25.

118. Максимов В.П. Математическое моделирование процесса взаимодействия фрезерного рабочего органа с почвой// Моделирование. Теория, методы и средства: Матер, межд. научн.-практ. конф. — Новочеркасск: УПЦ Набла, 2001, т.4.— С. 27-34.

119. Максимов В.П. Основные положения создания математической модели системы "Подпокровный фрезерователь почвогрунт - тяговая маши-на'7/Изв. вузов. Сев.-Кав.регион. Техн. науки.— 2001.— №1, — С. 43-48.

120. Максимов В.П., Тимонин В. Д. Динамика агрегата "Трактор-подпокровный фрезерователь"// Тр. VI межд. научн.-техн. конф., Т.Н. — Ростов-на-Дону, 2001. — С. 81-89.

121. Максимов В.П., Башняк И.М. Влияние угла заточки ножа на тяговое сопротивление щелевателя// Научная мысль Кавказа. — Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦ ВШ, 2002, Приложение №5. — С. 71-73.

122. Максимов В.П. Удельная нагрузка на почвообрабатывающее орудие// Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. — 2002.—№4 — С. 74-76.

123. Максимов В.П., Авдеенко A.A. Реализация математической модели системы "Подпокровный фрезерователь почвогрунт - тяговая машина"// Инновации в машиностроении: Сб. статей II Всерос. научн. конф. — Пенза, 2002. —С. 29-31.

124. Максимов В.П. Моделирование нижней оценки нагрузки на криволинейные рабочие органы почвообрабатывающих машин// Моделирование. Теория, методы и средства: Матер. II межд. научн.-практ. конф./ ЮР-ГТУ(НПИ).— Новочеркаск: НПО Темп, 2002.— Т. 2.— С.10-14.

125. Максимов В.П. Математическое моделирование рабочих процессов при мелиорировании солонцовых почв подпокровными фрезерователями. — Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦВШ, 2002. — 144 с.

126. Максимов В.П., Буренков H.H. Имитационное моделирование нагру-женности рабочих органов почвообрабатывающих агрегатов//Изв.вузов Сев.-Кавк. региона. Техн. науки. — 2002. — №3. — С. 73-76.

127. Максимов В.П. Влияние на сопротивление перемещению относительного скольжения почвы// Мелиорация и водное хозяйство: Матер, регион, научн.-практ. конф. Вып.1. Т.2. — Новочеркасск: НПО Темп. — С.52-55.

128. Максимов В.П. Объектно-целевая декомпозиция процесса мелиорирования солонцовых почв// Физико-техн. проблемы создания новых технологий в АПК. П-я Российская научн.-практ. конф.: Сб. научн. тр. — Ставрополь, 2003. — С.462-466.

129. Максимов В.П., Свечкарев В.П. Анализ системы мелиорирования солонцовых почв// Научная мысль Кавказа. Приложение. Спецвыпуск 2, 2003.1. С.45-53.

130. Максимов В.П., Свечкарев В.П. Целевой анализ системы мелиорирования солонцовых почв// Изв. вузов. Сев.-Кав. регион. Техн. науки, 2003.3. —с.139.

131. Максимов В.П., Игошин А.Н. Объектно-ориентированная методология и анализ технологий// Совершенствование рабочих органов машин, технологии и организация производственных работ в АПК: Межвуз. научн.-практ. семинар. — Новочеркасск, 2003. — С.40-41.

132. Максимов В.П., Мулеев Д.Р. Экспериментальная проверка принципа оперативной оценки качества перемешивания// Агропромышленные машины и оборудование. Теория, конструкции, расчет: Сб. научн. тр. НГМА. — Новочеркасск: Изд-во НГМА, 2004. — С.48-56.

133. Максимов В.П., Игошин А.Н. Экспериментальное исследование влияния формы рабочего органа типа стойки на сопротивление перемещению//

134. Агропромышленные машины и оборудование. Теория, конструкции, расчет: Сб. научн. тр. НГМА. — Новочеркасск: Изд-во НГМА, 2004. — С.56-60.

135. Максимов В.П., Авдеенко A.A., Игошин А.Н. Некоторые подходы в исследовании нелинейных моделей динамических систем// Агропромышленные машины и оборудование. Теория, конструкции, расчет: Сб. научн. тр. НГМА. — Новочеркасск: Изд-во НГМА, 2004. — С.67-70.

136. Максимов В.П. Эволюция системы мелиорирования солонцовых почв// Изв.вузов. Сев.-Кав. регион. Техн. науки. — 2005. — Приложение №1 — С. 134-137.

137. Максимов В.П., Свечкарев В.П. Концептуальный анализ системы мелиорирования солонцовых почв// Изв. вузов. Сев.-Кав. регион. Техн. науки, 2005. — Приложение к №1. — С.2-7.

138. Максимов В.П., Свечкарев В.П. Концептуальное конструирование инновационных проектов подпокровных агргатов// Изв.вузов Сев.-Кав. регион. Техн. науки. — 2005. — Приложение к №1. — С. 8-14.

139. Маслов Б.С., Минаев И.В., Губер К.В. Справочник по мелиорации. — М.: Росагропромиздат, 1989. — 384 с.

140. Матяшин Ю.И., Гринчук И.М., Егоров Г.М. Расчет и проектирование ротационных почвообрабатывающих машин. — М.: ВО Агропромиздат, 1988. — 176 с.

141. Мацяшек Лешек А. Анализ требований и проектирование систем. Разработка информационных систем с использованием UML.: Пер. с англ. — М.: Изд. дом "Вильяме", 2002. — 432 с.

142. Машины для обработки солонцовых почв. Программа и методы исследований: Методические рекомендации СибИМЭ/ Сибирский ин-т механ. и электрифик. сел. хоз-ва; Сост. Кулебякин П.Г., Ягупов М.К., Пыльник П.А. — Новосибирск, 1977. — 68 с.

143. Мащенский A.A. Исследование процесса резания переувлажненных грунтов быстроходными фрезерными рабочими органами// Строительные и дорожные машины. Мелиоративные машины. — М., Вып.2,— С. 13-24.

144. Мащенский A.A. Энергонасыщенные машины в мелиорации. — Минск: Наука и техника, 1985. —288 с.

145. Мелуа P.A., Кивер В.Ф. Действие уплотнения// Земледелие, 1985. — №2.1. С.29-31.

146. Мерцалов Н.И. Избранные труды. — М.: Машгиз, 1950. — 361 с.

147. Минкин М.Б., Бабушкин В.М., Садименко П.А. Солонцы юго-востока Ростовской области. — Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского ун-та, 1980.272 с.

148. Миронченко С.Ф., Полуэктов Е.В. Мелиоративные и почвенные способы обработки почв юго-востока Ростовской области. — Ростов-на-Дону, 1999. —75 с.

149. Мушик Э., Мюллер П. Методы принятия технических решений: Пер. с нем. —М.: Мир, 1990. — 160 с.

150. Мэтьюз Джон Г., Финк Куртис Д. Численные методы. Использование MathLAB, 3-е издание: Пер. с англ. — М.: Издательский дом "Вильяме", 2001.—720 с.

151. Мюллер И. Эвристические методы в инженерных разработках: Пер с нем. — М.: Радио и связь, 1984. — 144 с.

152. Найфе А. Введение в методы возмущения. — М.: Мир, 1984. — 532 с.

153. Орлов Д.С. Химия почв: Учебник.— М.:Из-во Моск. ун-та, 1985.—376 с.

154. Основания зданий и сооружений: СНиП 2.02.01-83.— М., 1985.— 40 с.

155. Пак К.П. Солонцы СССР и пути повышения их плодородия. — М.: Колос, 1975. —384 с.

156. Панов И.М., Кузнецов Ю.А. Ротационные почвообрабатывающие машины и орудия. — М.: ЦИНТИAM, 1963.— 176 с.

157. Половинкин А.И. Основы инженерного творчества: Учеб. пособие. — М.: Машиностроение, 1988. — 368 с.

158. Плюснин И.И., Голованов А.И. Мелиоративное почвоведение — М.: Колос, 1983. —318 с.

159. Полтавцев И.С. Фрезерные каналокопатели. — Киев: Машгиз, 1954. — 132с.

160. Попов Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления. — М.: Наука, 1979. — 256 с.

161. Построение современных систем автоматизированного проектирования/ под ред. К.Д. Жука. — Киев: Наукова думка, 1983. — 273 с.

162. Прагер В., Ходж Ф.Г. Теория идеально пластических тел. — М.: ИЛ, 1956.—398 с.

163. Пугачев B.C. Теория случайных функций.— М.:Физматгиз,1962.— 883 с.

164. Пугачев B.C., Спицын И.Н. Теория стохастических систем: Учеб. пособие — М.: Логос, 2000. — 1000 с.

165. Работнов Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. 2-е изд. — М.: Наука, 1988.—712 с.

166. Рамбо Дж., Якобсон Л., Буч Г. UML: специальный справочник. — СПб.: Питер, 2002. — 656 с.

167. Резание грунтов// Н.Д. Аверин, А.Д. Далин, Н.Г. Домбровский и др. — М.: Изд-во АН СССР, 1951. — 158 с.

168. Ривин Е.И. Динамика привода станков. — М.: Машиностроение, 1966.204 с.

169. Румшинский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента.1. М.: Наука, 1971. — 192 с.

170. Савочкин В.А., Дмитриев A.A. Статистическая динамика транспортных и тяговых гусеничных машин. — М.: Машиностроение, 1993. — 320 с.

171. Самарский A.A., Михайлов А.П. Математическое моделирование: Идеи. Методы. Примеры. — М.: Физматиздат, 2001. — 320 с.

172. Свечкарев В.П., Ершенко Е.В. Объектно-целевая декомпозиция системы управления технологическим процессом дозирования// Изв. вузов. Сев.-Кав. регион. Техн. науки, 2001. — №3.— С.6-8.

173. Свечкарев В.П. Методология анализа автоматизированных технологических систем в объектной среде / Изв. вузов. Сев.-Кав. регион. Техн. науки, 2002. — №2. — С.3-7.

174. Свечкарев В.П. Концептуальное конструирование интегрированных технологических систем: информационный подход. — Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦВШ, 2003. — 252 с.

175. Свечкарев В.П., Максимов В.П. О компьютерной интерпретации UML-диаграмм// Изв. вузов Сев.-Кав. регион. Техн. науки, 2004. — №2. — С.123.

176. Синеоков Г.Н., Панов И.М. Теория и расчет почвообрабатывающих машин. — М.: Машиностроение, 1977. — 328 с.

177. Сконодобов В.В., Тарасов В.В. Критерии качества перемешивания горизонтов солонцовых почв// Проблемы диагностики и мелиорации солонцов: Сб. научн.тр. — Новочеркасск, 1983.— С. 161-167.

178. Скотников В.А., Мащенский A.A., Солонский A.C. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. — М.: Агропромиздат, 1986. — 386 с.

179. Снитко Н.К. Статическое и динамическое давление грунтов и расчет подпорных стенок. — М.: Госстройиздат,1963.— 241 с.

180. Соболь М.М. Метод Монте-Карло. — М.: Наука. 1978. — 292 с.

181. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. — М.: Высшая школа, 1988. —319 с.

182. Соколов Н.П. Введение в теорию многомерных матриц. — Киев: Науко-ва думка, 1977. — 300 с.

183. Соколовский В.В. Статика сыпучей среды. 3-е изд. — М: Гостехиздат, i960.—243 с.

184. Солопов С.Г., Мурашов M.B. и др. Торфяные машины. — М.: Высшая школа, 1962.— 354 с.

185. Справочник по теории автоматического управления/ под ред. A.A. Кра-совского. — М.: Наука, 1987. — 712 с.

186. Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками: Пер. с польского под ред. проф. Щупакова И.Н. — JL: Химия, 1975. 116 с.

187. Суслов Г.В., Максимов В.П. Энергоемкость подпокровного фрезерования почвы// Механизация и электрификация сельского хозяйства. — 1998. —№12.—С.7-8.

188. Тарасик В.П. Математическое моделирование технических систем: Учебник для ВУЗов. — Минск: Дизайн ПРО, 1977. — 640 с.

189. Тескер Е.И., Шеховцов В.В., Зленко C.B. Моделирование динамической системы силовой передачи гусеничной машины//Тр. VI межд. научн.-техн. конф., Т.П. — Ростов-на-Дону, 2001. — С. 117-124.

190. Технология по мелиорации и возделыванию сельскохозяйственных культур на солонцовых почвах Северного Кавказа. Рекомендации// Кол. авторов/ Центр научно-технической информации, пропаганды и рекламы: Москва, 1990.— 55 с.

191. Тихонов В.И. Выбросы случайных процессов.— М.:Наука, 1970.— 392 с.

192. Трудоношин В.А., Пивоварова Н.В. Математические модели технических объектов. — М.: Высшая школа, 1986. — 160 с.

193. Фаронов В.В. Турбо Паскаль. В 3-х кн. — М.: МВТУ, 1992.

194. Федоров Д.И. Рабочие органы землеройных машин. — М: Машиностроение, 1989.-368 с.

195. Фишберн С. Теория полезности для принятия решений: Пер. с англ. — М.: Наука, 1978. —352 с.

196. Фрейденталь А., Гейрингер X. Математические теории неупругой сплошной среды. Пер. с англ. — М.: Гос. изд-во физико-математической литературы, 1962.— 432 с.

197. Холодов A.M. Основы динамики землеройно-транспортных машин. — М.: Машиностроение, 1968. — 156 с.

198. Цукуров А.Н. Агрофизические основы защиты черноземов от воздействия опорно-ходовой части сельскохозяйственных машин: Автореф. дис. докт. техн. наук. — Ростов-на-Дону, 1998. — 50 с.

199. Цытович H.A. Механика грунтов. 3-е изд., доп. — М.: Высшая школа, 1979.—272 с.

200. Черемисинов O.A. Исследование основных параметров рабочих органов отвально-фрезерной машины для мелиорации солонцов: Автореф.дис. канд. техн. наук. — Целиноград, 1973. — 21 с.

201. Чус A.B., Данченко В.А. Основы технического творчества: Учеб. пособие. — Киев-Донецк: Вища школа, 1983. — 184 с.

202. Шаршак В.К. Подпокровные фрезерователи. Рекомендации к проектированию рабочих органов. — Новочеркасск: ЮЖНИИГиМ, 1975. —73 с.

203. Шаршак В.К. Разработка механико-технологических основ проектирования мелиоративных плужных рабочих органов (применительно к условиям закрытой борозды): Автореф. Дис. докт. техн. наук. — Ереван,1981.—46 с.

204. Шаршак В.К., Сконодобов В.В. Подпокровные фрезерователи для мелиорирования солонцовых почв. — Ростов-на-Дону: Изд-во Ростовского университета, 1986.— 104 с.

205. Шаршак В.К., Суслов Г.В. Мелиоративные почвообрабатывающие орудия.— Новочеркасск: НИМИ, 1993.— 131 с.

206. Шек В.М. Объектно-ориентированное моделирование горнопромышленных систем: Учеб. пособие. — М.: изд-во МГГУ, 2000. — 304 с.

207. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем: искусство и наука. — М.: Мир, 1978. —418 с.

208. Шипилев М.А. Влияние уплотнения почвы на урожай// Земледелие,1982. —№11. —С.17-19.

209. Шлеер С., Меллор С. Объектно-ориентированный анализ: моделирование мира в состояниях: Пер. с англ. — Киев: Диалектика, 1993. — 240 с.

210. Шушкевич В.А. Основы электротензометрии. — Минск: Наука и техника, 1975. —351 с.

211. Ягупов М.К., Березин J1.B., Минкин М.Б. и др. Механизация мелиоративной обработки солонцовых почв. — Новосибирск, 1978.— 50 с.

212. Яцук Е.П. и др. Ротационные почвообрабатывающие машины. — М.: Машиностроение, 1971.— 256 с.

213. Balci, О.: Verification, Validation and Testing, in Handbook of Simulation, J. Banks, ed., John Willy, New York, 1998.

214. Bowden, R.O.: The Spectrum of Simulation Software, JJE Solution, 30: 4446, 1998.

215. Bowser, W.E., Cairns, R.R. Some effects of deep plowing a solonetz soil: Can.J.Soil Sci.,№47, 1967. —P.239-244.

216. Cairns R.R. Effect of solonetz soil horizon mixing on alfalfa growth: Can.J.Soil Sci.,№50, 1970. — P.367-371.

217. Jacobson, J., Christerson, M., Johnson, P., Overgaard, G.: Object-oriented Software Engineering. Workingham, 1992.

218. Krogman, K.K., MacKay, D.C.: Horizon mixing in solonetzic and associated soils: effect of drought stressed barely and wheat, in Canadian Journal of Soil Science, 1980. —№4. —P. 721-729.

219. Montgomery, D.C.: Desing and Analysis of Experiments, 4th ed., John Willy, New York, 1997.

220. A.c. 244217 СССР. МКИ 84d 3/78. Фреза отвального типа для подводной разработки грунтов/ С.П. Огородников, В.Б. Сладков и др. — Опубл. 14.05.69, Бюл.№17.

221. А.с. 340364 СССР. МКИ А01 В9/00. Плуг/ И.М. Панов, В.Ф. Горбов и др. — Опубл. 16.06.72, Бюл.№ 18.

222. А.с. 353665 СССР. МКИ А01 В79/00. Способ обработки почвы/ Ф.А. Миронченко, В.П. Плетнев. — Опубл. 09.10.72. Бюл.№30.

223. A.c. 470259 СССР. МКИ А01 В13/10. Орудие для основной обработки солонцовых почв МКИ А01 В49/02/ Н.П. Заватский, В.Х. Беллер. — Опубл.02.03.73, Бюл.№19.

224. A.c. 442759 СССР. МКИ А01 В49/02. Рабочий орган для обработки почв, подверженных водной эрозии/ В.К. Шаршак, A.A. Зоткин и др. — Опубл. 11.10.74, Бюл.№34.

225. A.c. 442760 СССР. МКИ А01 В49/02. Комбинированное почвообрабатывающее орудие/ В.К. Шаршак, H.H. Москвичев и др. — Опубл. 11.10.74, Бюл.№34.

226. A.c. 506339 СССР. МКИ А01 В35/20. Рабочий орган почвообрабатывающей фрезы/ JI.B. Гячев, В.К. Шаршак. — Опубл.ЗО.ОЗ.76, Бюл.№10.

227. A.c. 735201 СССР. МКИ А01 ВЗЗ/02. Почвообрабатывающий рабочий орган/ И.И. Морозов, A.B. Камышев и др. — Опубл.02.04.80, Бюл.№19.

228. A.c. 735202 СССР. МКИ А01 ВЗЗ/00. Рабочий орган почвообрабатывающей машины/ В.П. Плетнев, Ф.А. Миронченко и др. — 0публ.25.04.80, Бюл.№19.

229. A.c. 843790 СССР. МКИ А01 ВЗЗ/02. Почвообрабатывающая фреза/ Л.Э. Попов, Э.Н. Попов и др. — 0публ.03.06.81, Бюл.№25.

230. A.c. 843791 СССР. МКИ А01 ВЗЗ/02. Почвообрабатывающее орудие/ И.И. Плотников. — Опубл. 17.06.81, Бюл.№25.

231. A.c. 1024023 СССР. МКИ А01 ВЗЗ/02. Почвообрабатывающее орудие/ Р.И. Башметов, Н. Мамаджанов, A.A. Ахметов. — Опубл. 29.01.82. Бюл.№3.

232. A.c. 940664 СССР. МКИ А01 В17/00. Плуг/ Ф.М. Канарев, Е.И. Труби-лин, A.B. Туровский. — Опубл. 10.12.82, Бюл.№25.

233. A.c. 940665 СССР. МКИ А01 ВЗЗ/16. Почвообрабатывающая фреза/ О.С. Марченко, В.В. Бычков и др. — 0публ.20.07.82, Бюл.№25.

234. A.c. 940668 СССР. МКИ А01 В39/16. Почвообрабатывающая фреза/ Б.Г. Волков, Х.И. Икраимов и др. — 0публ.20.07.82, Бюл.№25.

235. A.c. 971129 СССР. МКИ А01 ВЗЗ/02. Почвообрабатывающая широкозахватная фреза / В.И. Воробьев, В.Я. Иванов и др. — Опубл.22.12.82, Бюл.№41.

236. A.c. 971131 СССР. МКИ А01 ВЗЗ/06. Почвообрабатывающая фреза/ С.А. Инаекян, В.М. Панов. — 0публ.02.07.82, Бюл.№41.

237. A.c. 971132 СССР. МКИ А01 ВЗЗ/10. Рабочий орган появообрабаты-вающей фрезы/ В.И. Воробьев, В.Я. Иванов и др. — Опубл.03.11.82, Бюл.№41.

238. A.c. 982549 СССР. МКИ А01 В13/08. Плуг для ярусной обработки солонцовых почв. МКИ А01 В49/02/ Н.Р. Валов, O.A. Черемсинов. — Опубл.ОЗ. 12.82, Бюл.№47.

239. A.c. 990097 СССР. МКИ А01 ВЗЗ/02. Почвообрабатывающий рабочий орган/ Р.И. Байметов, A.A. Ахметов и др. — Опубл.24.01.83, Бюл.№3.

240. A.c. 1380634 СССР. МКИ А01 В49/02. Почвообрабатывающее орудие/ В.В. Плутенко, А.Г. Кондратьев. — Опубл. 15.03.88, Бюл.№10.

241. A.c. 1155778 СССР. МКИ Е21 F13/00. Погрузочный орган бокового захвата/ В.П. Максимов, И.Ф. Рюмин. — Опубл. 15.05.85, Бюл.№18.

242. Патент 2050079 РФ. Плужный каналокопатель/ В.К. Шаршак, Г.В. Суслов, В.П. Максимов, А.Ф. Апальков. — 0публ.20.12.95, Бюл.№35.

243. Патент 2047696 РФ. Щелеватель/ В.П. Максимов, В.П. Агапов. — Опубл. 10.11.95, Бюл.№31.

244. Пат. 2248685 РФ, МПК А01 В49/02. Комбинированное почвообрабатывающее орудие для основной обработки солонцовых почв/ В.П. Максимов (РФ), A.A. Авдеенко (РФ), А.Н. Игошин (РФ) — Опубл. 27.03.05, Бюл. №9