автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Ресурсосберегающая технология работы дренажных машин с применением лазерных отражателей

од

на правах рукописи

Кожевникова Наталья Георгиевна

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТЫ ДРЕНАЖНЫХ МАШИН С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛАЗЕРНЫХ ОТРАЖАТЕЛЕЙ

Специальность 05. 20. 01 - Механизация сельскохозяйственного

производства

АТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1995

Работа выполнена в Московском государственном агроинженерном уни версктете имени В.П.Горячюша

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

академик Академии аграрного образования Казаков Владимир Степанович

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

академик РАСХН

Заслуженный деятель науки и техники

Российской Федерации Шуманов Борис Борисович

кандидат технических наук, профессор Ревин Юрий Григорьевич

Ведущая организация - институт Новгородинжпроект

Защита диссертации состоится 2 ОКГПЯЬрЯ 1995 г. в часоз на заседании диссертационного совета Д 120.12.02 Московского государственного агроинженерного университета имени В.П.Горячкина.,

' Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверен кой печатью, просим направлять по адресу: 127550, Москва, Тимиря зевская ул.,'58, МГАУ, Ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

: : . ' 30 (фш^Н-й

Автореферат разослан "_" сеиября 1995 г.

.Ученый секретарь .диссертационного совета кандидат, технических наук, доцент

ОБЩДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Введение

В Нечерноземной зоне Российской Федерации значительная часть ель переувлажнена - требуется проведения мелиоративных работ, ройство закрытых д£ен в сложных почвенно-климатических условиях ысокой производительностью представляет собой трудную и до нас-щего времени не полностью решенную техническую проблему. Сущест-щие технологии и технические средства не в полной мере устраняют ной труд при прокладке дрен. Так, при выполнении важнейшей тех-огической операции по обеспечению заданного уклона дрен при ис-ьзовании лазерных указателей, излучатель и источник питания (в е аккумуляторной батареи) переносят вручную с трассы на трассу.

приводит к простоям дренакной машины, повреждениям механизма учателя, что снижает производительность и технико-экономические азатели. Автором разработана ресурсосберегающая технология рабо-дренажных машин с применением лазерных отражателей, исследованию орих (в новых условиях функционирования этих машин) посвящена тоящая диссертация. Исследования выполнены по схеме:' "мелиора-ная сеть - дренажная машина - система задания проектного уклона н".

Цель и задачи исследований. Повысить эффективность работы дре-ных машин при использовании лазерных отражателей для задания ектного уклона дрен и глубины хода рабочего органа при различном рорельефе почвы. Для достижения поставленной цели необходимо ре-ь следующие задачи:

- повысить производительность дренажных машин при одновременном ращении затрат времени на установку и настройку лазерного указа-я на заданный уклон дрен;

- снизить затраты ручного труда на выполнение технологических раций,связанных с установкой и перебазировкой лазерного излучая с дрены на дрену;

- дать оценку точности укладки дрен по технологии работы дреной машины с применением лазерных отражателей.

Методика исследований. В соответствии с поставленными целями и ачами методикой предусматривалось проведение теоретических и периментальных исследований на основе системного подхода. Разра-аны блок-схема основных этапов исследований и методика математи-кого моделирования технологических процессов, осуществлен поиск емлемых вариантов систем задания уклона дрен на основании морфо-ического анализа. Использованы физические, математические методы

моделирования различных технологических процессов. Эксперимента! нис исследования'выполнялись на лабораторном стенде и в полевых V ловиях в -Тверской, области. Применялись современные средства измер ний и обработки экспериментальных данных на основе методов матек тической статистики. При теоретических исследованиях широко прик няли матричное исчисление, спектральный анализ работы дренажной к шины в дискретном режиме рабочих ходов и ПЭВМ.

Научная новизна диссертации:

1. Разработан . способ задания уклона дрен при работе дренажн машин с помощью•отраженных лучей, формируемых в горизонтальном се торе . лазерного излучения, и технические средства в виде лазерн отражателей.с возможностью изменения угла их наклона в горизонтал ной и вертикальной.плоскостях, которые устанавливают по месту пр соединения дрен к коллектору.

2. Составлена матричная' математическая модель производител ности дренажных:машин.при различных длинах дрен, междренных расст яний й •технологических/затрат времени в дискретном р'ежиме рабоч ходов г матрица единичных значений импульсов производительности.

Получены-формула-для определения производительности дрена ной ма|шн'ы в виде единичного импульса в режиме дискретных ходов, ' также ¡ спектральные и.фазовые' характеристики этих машин по технол гии работы с'лазерными отражателями.

4:. Установлено,'' что ■ профиль уложенной дрены по рекомендуем технологии имеет гармоническую составляющую амплитуды отклонений проектного значения с затуханием, определенную с помощью корреляц онного}анализа. Распределение,ошибок в пределах поля допуска подч няется,1 нормальному закону.'.

На защиту выносится:

-; Ресурсосберегающая технология работы дренажных машин с и пользованием разработанного способа создания опорных плоскостей д. . обеспечения проектного уклона дрен и'глубины хода рабочего органа применением лазерных отражатёлей, обеспечивающая повышение произв' дительности, сокращение затрат ручного труда;

•'•- Установленные в процессе теоретических и зкспериментальн! исследований ' (с использованием спектрального метода анализа) вак< номерности изменения производительности дренажной машины в дискре1 ном режиме рабочих ходов от основных параметров технологическо; процесса, включая':.-рабочую скорость, технологические затраты врем! ни, связанные с обеспечением;.проектного уклона дрен,, а также пар, метров! мелиоративной сети^ • . ;

Практическая ценность и реализация работы. Разработанная тех-логия обеспечивает повышение производительности дренажных машин, яжает затраты ручного труда, удельные энергоемкость и металлоем- . зть. Результаты исследований внедрены на объектах мелиорации в эрской области, Литовской Республике. Получен патент Российской церации на изобретение по материалам диссерации.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докрывались на конференциях молодых ученых Азово-Черноморского инс-гута механизации и электрификации сельского хозяйства 1993, Вели-дукского СХИ 1994, на кафедре гидравлики и гидравлических машин W им.В.П.Горячкина 1991 - 1994, на международной научной конфе-яции в Университете аграрных наук г.Гёдёллё (Венгрия) 1991, в эизводственной организации Тверьинжсельстрой 1992 - 1994. По ре-пьтатам исследований опубликовано 8 работ, составлены 3 методи-зких указания для студентов факультета механизации сельского хо-йства.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 ав, основных выводов и заключения по работе-, списка используемой герату'ры. Объем диссертации 128 стр. основного текста, 65 рисун-з и 25'таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. ПРИМЕНЯЕМЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ПРОКЛАДКИ ЗАКРЫТЫХ ДРЕН ПОД ЗАДАННЫЙ УКЛОН

Отечественной наукой разработаны технологические основы и тех-4еские средства для _ выполнения дренажных работ с активными yi /жными рабочими органами. Фундаментальные исследования в этой об-зти принадлежат А.Н.Костяков/ и В.П.Горячкину. Проблемы эффектив- , :ти закрытого дренажа , дренажной техники, конструкций рабочих ганов получили отражение в трудах С.Ф.Аверьянова, И.II.Айдарова, Ц.Брудастова, А.И.Голованова, В.С.Казакова, Б.С.Маслова, А.И.Му-нко, М.М.Панова, М.М. Осчюрпопа, В. Д.пакупа, П.П.Сурикова, Б.Б.Шу-гава и других отечественных и зарубежных ученых.

Основными техническими средствами для производства дренажных Зот являются дренажные машины,, с помощью которых устраилают :»ак-гые дрены и собиратели. Требования к точности укладки дрен высо-э: местные отклонения ±20 мм, отклонение осевой линии 0,05%. Точ-зт!> планового расположения дренажных линий ±1,0 м. Указанные, тре-вания обеспечивают современные дренажные машины, имеющие цепные -сребковые, ковшовые), плужные рабочие органы, и копирные систе-задания уклона дрен с лазерным указателем. В нашей стране за

.. ! 4

последние десятилетия широко применяли дренажные машины ти ЭТЦ-202А с цепным ковшовым рабочим органом (ширина 0,5 м) и ЭТЦ-1 со скребковыми рабочими органами (ширина 0,25 м). Эти машины име рабочие скорости около 300 и/ч, их применяют с высокой эффекти ностью.; при работе на тяжелых почвах. На легких почвах использу дренажные' машины типа МЦ-4 и МЦ-12 с плужным рабочим органом (шир на 200 мм)., с помощью которых укладывают дрены со скоростью 1Е м/ч.и'более. Поэтому прежние системы задания уклона дрен в виде и пирного троса оказались малопригодными для таких машин, т.к. они обеспечивали высокую.точность дренажных работ, требовались знач тельные затраты ручного труда.

.Применение лазерных указателей для задания проектного уклс дрен'.потребовало повышения уровня использования дренажных машу быстродействия, увеличения рабочих скоростей. При этом возрасла 12-15% производительность дренажных машин, снизились затраты руч'1-го труда на установку указателя уклона, точность прокладки дрен г высилась в 2-3 раза по сравнению с копирным тросом. Одновреме* возросли капиталовложения из-за сравнительно высокой стоимости з зерного,излучателя типа УКЛ-1, САУЛ-1, которые нашли широкое при». нени<з\на практике. В то же время обнаружились недостатки при рабе 'с лазерным' указателем типа УКЛ-1 (создает опорную веерообраз* плоскость излучения): простои дренажной машины в ожидании устапс ки ' указателя и его настройки по месту присоединения дрен к коллс тору', . .перебазировка УКЛ-1 вручную с аккумуляторной батареей (12 с'д'рену-:на дрену. Простоев по указанной причине можно избежать г задании круговой опорной плоскости с помощью вращающейся голо! лазерного излучателя САУЛ-1. Однако такой способ задания уклс дрен в настоящее время применим лишь для дрен с одинаковым уклоне На вращение головки излучателя требуется около 20-25% расходуем энергии/аккумуляторной батареи.

Автором выполнена группировка основных требований для разр ботки,высокоэффективной,технологии дренажных работ и дренажных к шин-в-эдде блок-схемы, исходя из требовдний мелиорации земель, т{ бований, к техническим средствам, а также производству работ. С у! том разработанных требований предложен новый способ задания уклс дрен а:;применением лазерных отражателей. Это изменило условия фу! циЬнйрования дренажных машин, что потребовало дальнейшего иауче} технологии их,работы в направлении энергосбережения, повышения щ изводйтельности, снижения затрат труда.

2. СТРУКТУРА ИССЛЕДОВАНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА РАБОТЫ ДРЕНАЖНЫХ МАШИН В ДИСКРЕТНОМ РЕЖИМЕ РАБОЧИХ ХОДОВ

Выполнен анализ работы дренажных машин в различных условиях акционирования с применением копирных и автономных систем задания лона дрен по материалам исследований В.И.Антонова, Д.Х.Бейлина, И.Баловнева, А.А.Викснэ, А.Н.Ефремова, Э.Н.Кузина, Ю.С.Козлова,' Е.Листопада, Ю.Г.Ревина, В.Г.Ясинецкого, ряда зарубежных ученых, также автора диссертации. Установлено, что копирные и комбиниро-шые системы задания уклона дрен получили наибольшее распространив. Рассмотрены условия функционирования дренажной машины с Разиными системами задания уклона дрен с учетом возмущающих воздейс-1ИЙ (в том числе от неровностей рельефа, изменения сил резания, а 1кже схем навески рабочего органа на базовую машину). Показано, ■о для ускорения выхода рабочего органа в заданное положение, и по-пления точности прокладки дрен используют различные схемы дов'орота «5очего органа с помощью гидроцилиндров , а также силы резания >трицательная обратная связь "почва-рабочий орган"). Доворот рабо-¡го органа усложняет конструкцию навески, ее гидравлические связи, ) обеспечивает необходимое быстродействие всего механизма измене-ш глубины хода рабочего органа.

На основании теоретических и экспериментальных исследований эедложен новый способ задания уклона дрен - с использованием ла-;рных отражателей (патент N 1779218 Российской Федерации), которые юполагают по месту присоединения дрен к коллектору. Никаких до-шштельных изменений в конструкции дренажной машины не требуется, > при этом существенно изменяются условия ее функционирования. Это этребовало проведения научных исследований, определения этапности, методики проведения экспериментов.

Разработана обобщенная (базовая) технология работы дренажных зшин с применением лазерных отражателей для обеспечения заданного слона дрен (рис.1). Отличительная особенность этой технологии закачается в том, что луч лазерного источника формируют в горизон-эльном секторе параллельно оси коллектора, а лазерные отражатели азмещают в этом секторе с угловым смещением относительно края это-э сектора. Фотоприемник отраженных сигналов лазерного луча, закупленный на маятниковой подвеске, монтируется на дренажной машине правой стороны от рабочего органа. Дренажная машина при этом ра-этает в режиме дискретных ходов с повышенной производительностью.

В основу изучения производительности дренажных машин с приме-энием лазерных отражателей положена циклограмма их работы. Полный

Установки! лазерного указателя в устье коллектора

Установка лазерных отража-толей:со. смещением в секторе? лазерного луча вдол^ коллектора

Задание .требуемого уклона лазерными- отражателями

.Установка фотоприемника 'отраженного луча в расчетное положение

Прокладка дрены...

Перемещение дренажной машины на следующую дрену

Установка фотоприемника отраженного луча в расчетное, положение

г i •

i____.

Прокладка дрены

Рис'. 1Технологии работ дренажной машины с применением лазерных отражателей (указатель уклона установлен в устье коллектора)

цикл работы совершается за время ^ (время цикла), которое включает в себя ^ = tp^• ъг+ 1раз+ 10+ где - время рабочего хода; - врем? на транспортные переезды; tpaэ- врем$ на разворот по месту присоединена дрены к коллектору; t3 - время заглубления рабочего органа; ^ - врем! ожидания настройки лазерного указателя; - время поворота дренажной машины при переезде на новую дрену, Производительность машины П за одм цикл равна П = 1/Ьц. Обозначим

Ър + 1раз+ + ^ + Ъп = ЕЬп, получим

Ур 1 Ур 1

п =

(1

1 + Е£пУр 1 + Ур(1о+ а)

где а = 1т + 1раз + tз + ур - рабочая скорость дренажной маши ны; 1 - длина дрены (коэффициент ис пользования рабочего времени машин: принят равным единице).

В общем виде производительноет за время одного цикла равна

Разработанна

П = - J . технология работ

О дренажной машины

1

с применением -лазерных отражателей исключает простои у коллектора = 0.' Исследована зависимость П = Г(Е^) производительности дре наг.най машины П от - затрат времени на выполнение вспомогательны операций.Е^. т.к. последние имеют большой удельный вес в общем бг лансе .времени работы машины. Как показывает анализ, по всех расс ■матриваемых случаях зависимость производительности П от затрат вре менидЕйп-имеет вид гиперболы, т.е. с увеличением Е^ производитель но'сть . П .заметно снижается. В то же время П при увеличении длта дрены;Д.и-'рабочей скорости ур растет с меньшей интенсивностью. • '-'• ;На крупных, мелиоративных объектах, когда количество дрен ■ проекте. Исчисляется сотнями и длина их различна, возникает проблеь

у .

:чета производительности дренажной машины на каждой дрене в ин-тале конкретно заданных (индексированных) дрен. В связи с этим ¡изводителыюсть дренажной машины представлена как сумма произво-:ельностей на каждой дрене - спектр производительности (табл.1).

' Таблица 1 Матрица производительности ¡ектр производительности дренажной дренажной машины на различных шины на различных по длине дренах дренах

¡ачения ЕЬП-праты времени 1 вспомогатель ге операции Номера дрен (циклов)

1 2 ... т

ЕЬпг П1 п2

Пт

*

П1 0 . . 0 г

0 П2 - . 0 - п

т

0 0 . . Пт

Согласно полученной матрице [ П Зт производительность дренаж^ 1 машины П «■ П1 +■ Пг +■ . •. + Пт есть сумма диагональных членов -;д матрицы

12УР 1тУр

(2)

1т + ЕЬпт

; т - число дрен (количество циклов, изменяющихся от 1 до ш).

Апробацию матричного метода проводили на примере дренажной маш Щ-12 по фактическим хрономегражным данным. Полученные резуль-гы позволили вскрыть новые аспекты работы этих машин, определить ри повышения их эффективной работы.

'С помощью данных хронометражных наблюдений проверена также зтоверность формулы автора для расчета'производительности дренаж-с машин (табл.2).

Таблица 2

изнительные данные по производительности дренажной машины, примере МД-12, м/ч

ур 1

1 + УрСЬо + ап)

По данным хронометража

Длина дрен 1° 100 м; Затраты труда 'ЕЪц = 5 мин; 509,9 г 769,4

Длина дрен 1= 150 м; Затраты труда ЕЪП = 7 мин; }46,4 \ , 787,2

Длина дрен 1= 200 м; Затраты труда = 9 мин; 366 822,7

П

■ 'Л .; ■ " 8

■ Как следует из приведенных данных расчетные значения произвс дитёлыюстй' близко совпадают с данными, полученными в результат хронометраюгых наблюдений. Ошибка вычислений составляет 5-7% (I эту величину фактические значения меньше расчетных,' влияет сопрс Тивление почвы). .

-При использовании формулы (1) для расчета производительное дренажной машины по технологии работы с лазерными отражателями ну; но '.учитывать коэффициент использования рабочего времени этой маш] ны,' который по данным хронометража равен 0,8-0,9 (наезд на камеш дозаправке маслом гидросистемы, обрыв дренажной трубы).

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЛАБОРАТОРНО-СТЕНДОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УКЛОНА ДРЕН С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛАЗЕРНЫХ ОТРАЖАТЕЛЕ!

В диссертации'приведены обоснованные автором технологическ: принципы..разработки системы обеспечения уклона дрен с применена лазерных.отражателей. В систему обеспечения уклона дрен входя1 светсивлучатель в виде лазерного указателя типа УКЛ-1 (веерообра пая опорная плоскость излучения), лазерные отражатели и исполн тельная • электрогидравлическая система дренажной машины. Лазерн: отражатель в виде зеркала с амальгамным покрытием монтируется штатив'-с механизмом наведения от УКЛ-1. Дальность действия излуч теля до. 800 м, угол развертки луча в плане один, градус, диапаз асщшшя'• уклона 0-2%. Проверку функционирования новой системы обе печения уклона дрен выполняли на лабораторном гидравлическом сте де,/показания'манометров для измерения давления и секундомеров фи сировалйсь на кинопленку.

На гидравлическом стенде исследованы частоты срабатывания си темы 'высотного положения рабочего органа при задании плоскости и лучения ..от УКЛ-1 и лазерного отражателя. Подъем, опускание рабоче органа вызывались действием эксцентрика с помощью гидроприво .(обороты, эксцентрика составляли: 10 оборотов за 41 секунду - мин малыше^.' максимальные - 10 оборотов за 34 секунды). Эти режимы м делировали: работу дренажной машины Щ-12 в полевых условиях. П минимальной частоте гидросистема устойчиво работала и обеспечива требуемую."'.' 'глубину хода рабочего органа. Однако при более высок частотах.масло в гидросистеме нагревалось и наблюдались ложные ср . батыв^ния, что.- снижало точность прокладки дрен. По результат стендовых-испытаний совместно с объединением "Тверьмелиорация" с комендовано '.установить на дренажной машине радиатор для охлажден масла.-/.'. '.-. ■•':■..;.'•..

Давление жидкости в гидросистеме при подъеме и опускании рабо->го органа в пределах поля допуска. Серия опытов по изменению глу-шы хода рабочего органа направлена на изучение давления жидкости I подъем и опускание в пределах поля допуска (рис.2). Как показы-га т. анализ полученных данных при опускании рабочего органа давле-ю жидкости в полоста слива уменьшается с 0,69 до 0,12 МПа. При 'ом давление в полости нагнетания изменяется от 0,88 до 1,1 МПа. >емя регулирования составляет 3-3,5 с, рабочий орган проходит путь ) мм от верхнего до нижнего положения. При подъеме рабочего органа тление жидкости в полости слива увеличивается до 0,5 МПа -Ра, а

МПа 1.0

ь

0.8 0.6 0.4

>

0.2

Р2(1

)

►

Рис.2. Давления жидкости в полости слива Ра(10 и нагнетания Рг(10 (опускание и подъём рабочего органа) в пределах поля допуска ±20 мм

0.55

2.05 3.55 4.55

6.05 7.05 —>

вление в полости нагнетания-Ро уменьшается до 0,88 МПа. Выполнен-е эксперименты показали, что во всех вариантах опыта, когда ис-льзовали лазерный излучатель УКЛ-1 с лазерным отражателем в виде ркала, перерегулирования не наблюдалось.

Измерения потребляемой мощности светоизлучателей. На лабора-рном стенде проведены сравнительные испытания светоизлучателя СА--1 с вращающейся головкой и УКЛ-1 с целью-определения потребляе-й электрической мощности аккумуляторных батарей (частота вращения ловки лазерного устройства составляет 100 оборотов за 50 секунд). пучены следующие результаты измерений, температура окружающего здуха 15°С, напряжение питания 12 В: Потребляемый ток, А эащение головки САУЛ-1 и излучение эащение головки САУЛ-1 без излучения злучение без ¿радения головки

Опыт N1 Опыт N2

1.37 1,38 '

0,22 . 0,25

1,00 ' 1,02

. Полученные данные показывает, что на вращение головки требуется. 2,64 - 3,0 Вт.. При понижении температуры воздуха до 10°С мощность" на .¡вращение головки увеличивается и составляет 3,6 - 4,2 Вт, около 20-25% от мощности на излучение. Применение' системы УКЛ-1 (вращение головки не требуется) с лазерными отражателями для задания' уклона дрен при работе дренажных машин экономит электроэнергии аккумуляторных батарей (и увеличивает сроки до подзарядки аккумуляторов); особенно в холодную погоду.

4; ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИ

РАБОТЫ ДРЕНАЖНЫХ МАШИН С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛАЗЕРНЫХ ОТРАЖАТЕЛЕЙ Прозерка теоретических положений, а также результатов лабораторных исследований проводилась на ' основе принципов инженерногс эксперимента в полевых натурных условиях в июне 1993 г. на производственном. объекте "Редкино" Тверской области. На этом объект* применяли дреноукладчик МД-12 с плужным рабочим органом при использовании . лазерного указателя УКЛ-1 и лазерных отражателей для задания уклона • дрен.. Выполненный хронометраж подтвердил теоретическук циклограмму работ дренажной машины. Так, переезд дреноукладчика с дрены-на:.дрену обеспечивается в среднем за 5 мин (длина дрет 100-120 м),.-; згуглубление рабочего органа в предварительно отрыты* шурф и '.его' установка - за 45 с, рабочая скорость машины равнг .ЯГЯОм/ч,-Для характеристики поверхности почвы проведены нивелироню через 2 м и.построены профили микрорельефа по трассе дрен. С помощью полученных данных найдены нормированная корреляционная функ-.ция'КпСи'п-).- Установлено по результатам нивелировок 10 дрен длижл '100-150м, что корреляционная функция микрорельефа почвы может имен

- О.ЗХ-,

вид- КпСГп) = е • соз(0,7 Хп) ,

где ' Тд '-. шаг разбиения.

;Функция Кп("Сп) затухающая с гармонической составляющей. Минимальная частота «шщ соответствует максимальной длине неровности микрорельефа почвы, т.е. Цп1п = 2Л /1нтах , (где 1н - длина неровностей),, я = 3,14. Максимальная.частота ^ах соответствуем минимальной 'длине неровности микрорельефа почвы. Наиболее чаете встречаемые .неровности 15 - 30 м, что больше базы дренажных машин.

■ Как. показали..' сравнительные полевые исследования и обработка результатов опытов, -точность укладки дрен с помощью лазерного указателя-. УКЛ-1- и'с применением лазерного отражателя такая же, как I ' при использовании только УКЛ-1 (фактически дренажная машина работает в том же' режиме,;• но с отраженным лучом лазера). По сравнению с

лирным тросом точность работ увеличилась в том и другом случае чти в 2 раза. Так " отклонения дрен после укладки составили в эднем ±22,5 мм для копирного троса и ±15,5 мм для лазерного отра-геля с,УКЛ-1, что соответствует требуемой точности работ ± 20 мм. а этом получены следующие результаты по производительности: при тользовании копирного троса - 90 - 100, а при использовании УКЛ-1 лазерного отражателя 130 - 135 и/ч, т.е. на 25-30 % больше, зизводигельносгь же МЦ-12 при работе с УКЛ-1 (со сменой позиции у кдой дрены) равна 120 - 125 м/ч, т.е. на 8-10% меньше,- чем л использовании лазерного отражателя. Показатели трудозатрат ставили: для копирного троса-15,2, а для лазерного отражателя с 1-1 - 5,1 чел.ч. Испытания лазерного отражателя в полевых услози-показали, что захват луча происходит без участия человека при /екании рабочего органа.

Оценка точности прокладки дрен с помощью дренажной машина -12 и лазерного отражателя, выполненная с помощью корреляционного Ш1за. Используя данные нивелировок, построены нормированные кор-шционные функции профиля дна дрены (дрену нивелировали через 2 м юмощью нивелира и щупа) и по методу наименьших квадратов подоб-ia нормированная корреляционная функция Кд (tfl), включающая в се-

-а Тд

периодическую составляющую Кд(тд) = охр ■ cos w тд> (3)

î хд - шаг разбиения; а - коэффициент корреляционной связи, 'ха-стеризующий затухание; w - коэффициент корреляционной связи, ха-стеризующий периодичность функции. Коэффициенты а и ш - зависят изным образом от длины преобладающих неровностей. Коэффициент о> зеделяет частоту наибольшей гармоники.

С помощью данных нивелировок построена также кривая распреде-шя отклонений дна дрены от среднего значения. Все отклонения, 'орые зафиксированы, лежат внутри поля допуска ±20 мм. Отклонения 'три этого поля распределяются по нормальному закону. При этом :симадьные значения (порядка 60% точек) укладываются в диапазоне мм симметрично относительно среднего значения. Около 30% значе-1 отклонений лежат в диапазоне ±(5-10) мм и только 10% отклонений гтри поля допуска лежат в диапазоне ±(15-20) мм,. Эта кривая покажет устойчивый характер работы Щ-12 при обеспечении проектного юна дрены с применением лазерных отражателей. Несмотря на узкое ie допуска ±20 мм основные значения по отклонениям лежат в преде-±15 мм, что позволяет рекомендовать новую .технологию в произ-

[CTBO.

: . 12

...'Для" определения, приемлемых значений параметров технологическ

го процесса'дренажных машин, основными из которых являются рабоч

'скорость, и затраты времени на выполнение вспомогательных операци

выполнен численный эксперимент с использованием хронометражных да

ных,.. полученных в полевых условиях на объекте испытаний. Изучаем

процесс"совершается циклами, причем в каждом цикле свои технолог

ческие параметры. Обобщенной структуры исследований можно до

тигнуть, используя метод разложения функции производительное

в ряд'Тейлора и изучать коэффициенты разложения (по первой или вт

рой.производной) с использованием матриц (где i - номера коллект

ро'в| j -.номера дрен). Приращение производительности ДП равно

. СП| j ' СП< j

ЛПи= -Av +•--AEtn .

3vu SEtnij

, В матричной форме после дифференцирования

. .■ ДПи = С АU1 AV - 1 EU1 ALtn . : ' . где Av, AEtn .- приращение соответствующих параметров технол гического-процесса работы дренажной машины.

Нулевое решение этого уравнения возможно, когда ДПп = 0 п различных значениях коэффициентов матриц [ Ajj] и ЕВ^З. В диссе тации подробно' исследованы значения этих коэффициентов при переме нчх длинах"дрен, . значениях AEtn> рабочей скорости vp и найдены приемлемые. значения .•

. Амплитудный и фазовый спектры производительности дренажно машины. -Для определения амплитудного, фазового спектров технолог ческого процесса работы дренажной машины составлены матрицы прои Еодительности liij при различных параметрах In, £tnu, что позвол ло. выполнить численный эксперимент с использованием хронометражн данных- работы этой машины в режиме дискретных ходов с применени лазерных отражателей. На рис.3 для примера приведена амплитуды характеристика - (амплитудный спектр) производительности Ап Ап2.-> ■'• , - Агцп на 'соответствующих номерах дрен.

-Амплитудный спектр Ап и. фазовый сдвиг фп определяются с п мощью тригонометрического ряда Фурье ■

;; • Ап = /ап2 + Ьп2 , Фп = атсь% ( Ьп/ап ).

где- ал, Ьп - коэффициенты разложения.'

Совокупность, ординат Ап и <]>п дают спектры производител ности ■ и;. фазового сдвига. Для рассматриваемого случая фазоЕ сдвиг .Фп'= ^ л / .2'. ' Автором подготовлена математическая база д

ЛЬ

Рис.3. Амплитудный спектр Ап производительности дренажной машины в режиме диск-'ретных ходов по тех-логии работы с лазерными отражателями на соответствующих номерах дрен л

О

t

i I ; I

о' ] i

р

Ani Апз

t

^пользования компьютерной программы "Спектры Фурье" для Windows S.0, версия 1.0, которую можно использовать для быстрой и точной )ценки 'данных, полученных, в конечном интервале времени (скорость, ¡атраты времени) или пространстве (параметры дрены).

5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ТЕХНОЛОГИИ РАБОТЫ ДРЕНАЖНЫХ МАШИН С

ПРИМЕНЕНИЕМ ЛАЗЕРНЫХ ОТРАЖАТЕЛЕЙ На основании выполненных'исследований разработаны рекомендации ю технология работы дренажных машин с применением лазерных отражателей, обеспечивающие ресурсосбережение, повышение производитель-юсти и снижение трудозатрат при соблюдении требований заданной •очности. Полностью исключаются простои дренажной машины по месту [рисоединения дрен к коллектору из-за необходимости настройки ла-(ерного указателя. Это достигается тем, что светоизлучатель типа 'КЛ-1 формирует в горизонтальном секторе веерообразный луч, а отражатели отражают этот луч на трассы дрен. Уклон дрены устанавливают юсредствам изменения угла наклона отражателей.

Лазерный указатель 1 с источником питания в виде аккумулятор-:ой батареи с помощью штатива устанавливают в устье коллектора 2. ;уч з' лазерного источника излучения формируют в горизонтальном сек-сре вдоль трассы коллектора, а лазерные отражатели 4 размещают в том секторе с угловым смещением относительно края этого сектора, отоприемник 5 отраженных сигналов лазерного луча устанавливаем на ренажной машине б (рис.4).

Электрические сигналы с фотоприемника поступают' на гидравли- ' ескую систему навески рабочего органа, обеспечивая заданные лучом азера глубину дрены' и ее уклон. Лазерные отражатели монтируют на

и

дренажная машина 6

фотоприемник 5

2

оси дрен

коллектор

1 светоизлучатель

лазерные отражатели

сектор излучения

Рис.4.

Схема

установи

лазерных

отражате

лей в

секторе

излучени

штативах-и имеют.устройства для горизонтирования по круглому уроЕ ню, а; требуемый уклон.луча лазера обеспечивается при помощи винт задани^ уклона и четырехразрядного десятичного счетчика с цилиндру ■ческим' уровнем.' Для' визуальной настройки отражателя на штатиз 'смонтирован оптический.даибор■ в виде нивелира'. Благодаря применен!1 лазерных■ отражателей, обеспечивается неизменное положение лазерног излучателя с источником ..питания.

Технология, установки.лазерных отражателей. Лазерные отражате! устанавливают по месту присоединения дрен к коллектору в 12-15 м с его оси, а источник:излучения УКЛ-1 - в устье коллектора. Техничес кая характеристика лазерного отражателя представлена в табл.3.

< ;'■ . •.' Таблица 3 Установку лазерных отрг

Техническая/характеристика лазерного

отражателя •• ; • .•.:.■.' ■. • жателей осуществляй

техник и рабочий пере

Размер зеркала, мм •'.'••• Масса зеркала' с пластиковой'.

осно.'юй, кг.';-- :'.-. ..•.•■. .—; Масса штатива, кг.-.:-' Масса з'адатчика с механизмом регулировки, кг '-.-■

началом движения дренал

ной машины по трассг

дрен. На одну дренажщ

машину;типа.МД-12 нужно;ймёть\4-6 лазерных отражателей в зависимое •ти от объемов'работ.' При установке лазерного отражателя необходим выполнить следующие-.опёрации: ''-..поставить штатив - 30-40 с; прикр« пить з9ркало'на'штатив'-'-30 .с;-.;; установить угол зеркала в плане I лимбу,- .30 с;-, установить ..угол'зеркала в продольной плоскости I

зрядному счетчику - 30 с. Всего' требуется 2-2,5 минуты на уставку лазерного отражателя по месту присоединения дрен к коллекто-. Данные получены в результате хронометражных наблюдений.

Перед началом работ на объекте производится кодировка парамет-з дренажной сети с помощью матриц. В этих матрицах номера строк . этветствуют номеру-коллектора m, а номера столбцов - номеру дрены (например, длины дрен [ 1 3mxn. междренные расстояния [ b ]mxn» юн дрены Г i Jmxn и

Для определения производительности МД-12 с лазерным отражате-и выполнены хронометражные наблюдения на объекте "Редкино" Тверс-\ области в июне 1993 г. Длины дрен преимущественно 100 - 120'м. едренные расстояния 10 - 20 м. Скорость транспортных переездов пины с дрены на дрену 4000 м/ч. Хронометражные данные показали здующее. Время на выгдубление рабочего органа tBur = 40 с, . время, эеезда машины прямым ходом на новую дрену tnep =1,77 мин, время г

разворот машины для подъезда к месту присоединения дрены к кол-<тору '1 мин. Время опускания рабочего органа до захвата лазерным jom t3ar = 20 с плюс 20 с на заякоривание пластмассовой трубы, зле чего начинался рабочий ход. Суммарные затраты времени с мо-!та выглубления рабочего органа до нач.зла рабочего хода составили зло 5 мин. На смену позиций"лазерного указателя УКЛ-1 (при работе 5 лазерного отражателя) требуется 7-8 мин. При этом дренажная мат при смене позиции с дрены на дрену готова к выполнению рабоче-хода через 5-6 мин. Таким образом, наблюдаются вынужденные прос-i машины 1-2 минуты на одну дрену. С помощью расчетных формул и шометражных данных установлено, что за 2 мин МД-12 может выпол-:ь дополнительный объем работ по укладке дрен. Tait, при 5 мин пемзования времени £tn производительность равна 650 м/ч, произвольность же МД-12 при экономии времени Etn на 2 мин равна ) м/ч, т.е. увеличилась на 60-65 м/ч. Сравнивая значения произвольности МД-12 при использовании лазерных отражателей, которые 'анавливают до начала работы машины, и•работу МД-12 с указателем 1-1 (переносят с трассы на трассу вручную) можно установить, что жзводительность дренажной машины по предлагаемому способу повы-¡тся на 8-10%. Для других вариантов, когда междренные расстояния :тавляют 30 и 40 м, эксномия по затратам времени при сокращении ютоев дренажной машины будет еще больше.

С учетом имеющегося оыта, автором разработаны технологические ' •мы работы дренажных мгцпин на примере дренажной машины МД-12 с [менением лазерных отражателей и указателя'уклона УКЛ-1. Рассчи-

таны и проверены- на- практике потребности в машинах, оборудовали и приспособлениях для-работы МД-12 с лазерными отражателями. Г сравнению с базовым 'вариантом работы МД-12 (с указателем уклок УКЛ-1) добавлены'лазерные, отражатели. Контроль глубины и уклон .дрены в процессе работы дренажной'машины осуществляется машинисте по световым сигналам. После прохода производится нивелирование улс женной дрены. Данные нивелировки заносятся в паспорт. Численное! бригады уменьшается•с 6 до 5 человек. Установку УКЛ-1 производя техник и .рабочий, ' они устанавливает лазерные отражатели по мест присоединения дрен с коллектором. Применение лазерных отражателе (штатив от УКЛ-1 с системой установки по уровню) повышает затрат на приобретение, дополнительного оборудования. Однако они окупаютс в течение 1,5 -- 2 месяцев.

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО РАБОТЕ

1. Исследованиями' установлено, что простои дренажных машин результате'периодической настройки и регулировки лазерного указат* ля уклона дрен по месту их. присоединения к коллектору существен] снижают производительность. - Применение лазерных отражателей в ви; зеркал с амальгамным- покрытием и механизма регулировки исключа* эти .простои и'сокращает затраты времени на выполнение операций те: нологического. процесса дренажных машин, создает новые условия ] функционирования.

2. Разработано теоретическое обоснование технологии рабо дренажных машин в дискретном режиме: получена формула (1) произв! дительности в виде единичного импульса; составлена матричная мат матическая.модель производительности машины по каждой дрене (2 спектры.-' рабочих- ходов с использованием компьютерных програ "Спектры Фурье". Расчеты, выполненные с применением этих формул методик', хорошо.согласуются с данными полевых исследований, ошиб расчетов не превышает 5-8%. Показано, что время, затрачиваемое выполнение'вспомогательных операций, существенно влияет на произв дительность дренажной, машины. Так, сокращение затрат времени 1,5~2-,0 мин увеличивает производительность МД-12 с плужным рабоч органом на 60-65 и/ч.

3: Выполненные лабораторные и полевые исследования в подсист . ме.:"дренажная .машина - система•задания уклона дрен" показали, ч исполнительная гидросистема в результате частого срабатывания (дл тельность импульса давления 1-2 с) по сигналам от указателя уклс й дросселирования для обеспечения хода рабочего органа в узком пс допуска--±¿0;мм может перегреваться, в результате появляются ложи

рабатывания. Рекомендована установка маслянных охладительных ради--Горов на дренажных машинах с плужными рабочими органами, что обес-ечивает требования, предъявляемые к точности выполнения технологи-еских операций.

. 4. С помощью корреляционного анализа данных нивелировок, уста-эвлено, что профиль дрены, аппроксимированный экспоненциальной ункцией (3) по методу наименьших квадратов, ' выполнен с затуханием имеет периодическую составляющую амплитуды отклонений от проект-ого значения. Определены коэффициенты затухания ос = 0,2-0,22, час-ота наибольшей гармоники ы = 0,31-0,33 рад/м. Отклонения оси дрены оставляют не более ±0,0003 при допустимом ±0,0005. Все отклонения нутри поля допуска распределяются по нормальному закону. При этом Э-65% значений укладываются в диапазоне ±5 мм; 25-30% лежат в диа-. азоне ±(5-10) мм и 10% отклонений - в диапазоне ±(15-20) мм, что, одтверждает высокую точность работ по разработанной технологии.

5. Результаты выполненных исследований позволили научно обос-овать и'рекомендовать в производство ресурсосберегающую технологию абогы дренажных машин на основе использования новой системы зада-ия проектного уклона дрен с применением лазерных отражателей. Ре-омендовано производить кодировку дрен, коллекторов и их', параметров помощью матриц (номера коллекторов - номера строк, номера дрен -омера столбцов) и определять производительность дренажной машины о следу соответствующей матрицы. Состав рабочей бригады уменьшен а одного человека по сравнению с базовым вариантом, производитель-ость же возросла на 8-10%. Не стало простоев дренажной машины у оллектора в ожидании настройки лазерного излучателя. Удельная нергоемкость и удельная металлоемкость (отношение мощности двига-еля, его массы к производительности машины,, соответственно) снизи-ись на 8-10%, что свидетельствует о ресурсосбережении новой техно-огии и сокращении трудозатрат.

По теме диссертации опубликованы -следующие работы

1. Гидроподъемник с дистанционным лазерным управлением. '- Ме-анизация и электрификация сельского хозяйства, 1991, N 1, с. 53 -5 (соавторы Казаков B.C., Капитанов Д.А.).

2. Исследование производительности кротодренажных орудий 'матичным методом. Сб.тр. МГАУ, 1994. (в печати)(соавтор Казаков B.C.)

3. Исследование производительности сельскохозяйственных и ме- • иоративных машин частотным методом//Тракторы и сельскохозяйствен-ые машины: Сб.тр. - М: МГАУ, 1993. - с.65-72".

: ' ■. . . v. .. ' . 7 ■ ■ ■ 18

4. Об исследований производительности мелиоративного дрено ладчика'частотным методом//Довышение показателей ресурсосбережен машинно-тракторных, агрегатов: Сб.тр. - М: МГЛУ, 1993. - с.111-11

5. Применение лазерных отражателей при бестраншейной уклад дренажных труб//Автоматика, .-/вычислительная техника и моделирован в сельском хозяйстве: Сб.ip.' - М.: МГАУ, 1993. - с.65-69.

6.. Управление гидравлическими машинами по лазеру/ Методичесн указания. -; М.: . МИЙСП, "1989,- 23 е.- (соавторы Казаков B.C., Лоб нец Н.Е., Цуканов В.К..);

7. Устройство для регулирования глубины хода кротодренажн орудий// Тез. докл. XXXI межвузовской научно-практической конфере ции "Наука и передовой.опыт в сельскохозяйственное производство учебный процесс"'. - Великие Луки: ВСХИ, 1994. - с. 124-125.

8. Патент N 1779218 (Российской Федерации). Способ создан маркерных," линий для управления дреноукладчиком//Московский инстм инженеров сельскохозяйственного производства; авт. изобр. Кожевь кова Н.Г.- и ,др.! у- Заявл». 14.01:91, N 4901903/15/ опубл. в Б.У 1992,. N 44. iv'^;:;':-^-Л-''V