автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Теория и методы повышения эффективности технологии и средств возделывания и уборки розовой герани с учетом вероятностной природы условий их функционирования

цго'зз?-

" САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

на правах рукописи АХУНОВ Тахир Имяминович

УДК 631.31/35:СЗЗ.в1£

теория и методы повышения эффективности технологии и средств механизации возделывания и уборки розовой герани с учетом вероятностной

природы условий их шщионирорадия

Специальность: Ой.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат

диссертации на соискание^ ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург-Пушкин 1992

Работа выполнена в Таджикском ордена Знак Почета сельскохозяйственном институте в 1976-1991 годах.

Официальные оппоненты.

Ведущее предприятие

доктор технических наук, професоор Д.М.ДОИТРИЕВ,

доктор технических наук, Профессор Е.И.ДАВИД СОН,

доктор технических наук, профессор К.Н.МУРАДОВ

Среднеазиатский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства (САИМЭ)

Защита состоится 26 марта 1992 года в 14 час.30 мин. на заседании специализированного совета Д 120.37,,04 в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете по адресу: 189620, Санкт-Петербург - Пушкин, Академический проспект, д.23, ауд.719,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан ¿Ъе(ре/Луш года

Ученый секретарь специализированного совета кавд.техн.Наук, доцвнт

'.В.СОМИНИЧ

: У.

»'. .liEiü

■ !'

I. ^ !j ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

сертац^^уольнооть проблемы. Герань - эфиромасличная культура, возделквемая в Таджикистане» Грузии и Армении. Гераниевое масло является одним из эфирных продуктов, широко применяемое в парфюмерно-косметической, формацевтической промышленности, и служит выгодным предметом экспорта. Она входит в рецептуру более 300 парфюмерно-косметических изделий.

Экономическая эффективность возделывания данной культуры подтверждается большим спросом на гераниевое масло на внутреннем и мировом рынке. Уровень рентабельности производства розовой герани составляет 35...51$. Для сравнения мозкно отметить, что гектар посевной площади хлопка за счет реализации продукции оценивается 8,5..10,0 тысячи рублей, а герани -при средней урояайности 30...35 т/га, соотве^ственноЗО...35 тысяч.

Современное состояние производства гераниевого масла не удовлетворяет растущие потребности народного хозяйства, причиной этого является отсутствие рациональной и аффективной технологии ее возделывания.

Вопросы исследований физико-механических свойств растения герани, разработки и исследования конструкций машин для возделывания и уборки изложены в работах Иванова В.В., Коча-ряна К.С., Кочаряна Х.Л., Резникова Л.Р., Садуллобекова Д., Сафармамадова Т., Трейвас А.Б., Хачатряна Х.А., Щвец A.B., Шукурова A.B.

Устойчивость движения агрегатов в междурядиях, обоснование параметров и режимов работы культиваторных агрегатов отражены в трудах Василенко П.М., Дэвидсона Е.И., Дмитриева A.M., Зайцева A.M., Иргашева Х.А., Иофинова А.П., Киртбая Ю.К., Курбанова Ш.М., Нагорского И.С., Садуллобекова Д., Фортуна В.И., Хачатряна Х.А., Хакимова JI.K., Чудакова А.Н.

Проблемам расчета технологических процессов сельскохозяйственных культур, выбору и обоснован:™ допусков и критерий эффективности поавященн публгкации Агеева Л.Е., Давидсона Б Л., Завалииина Ф.С., Иофинова С.А., Кацыгина A.B., Киртбая Ю.К., Колесник Ф.И., Лурье Л.Б., Мурадова К.Н., Саакяна Д.Н.

Современное состояние исследований, проблемы методики постановки экспериментов и обработка их результататов освещены в трудах Валге АЛ!., Василенко П.М., Веденякина Г.В., Давидсона Е.И.., Дмитриева A.M., Еникеева В.Г., Иофинова O.A.,

' I

Иофинова А.П., Кацыгина В.В., Лурье Л.Б,, Любимова В.И., Мельникова C.B., Нагорского И.О., Погорелою Л.В., Рослякова В,П., Шаповалова В.Д.

Резкое отличие роэовой герани по агробиологическим свойотвам от других с.-х.культур и жесткие требования на степень возможных механически воздействии при ее возделывании и уборке обусловливают необходимость проведения соответствующих исследований в области установления оценок статистических характеристик условий функционирования технических средотв, операций поточного производства, разработки специальной уборочной машины, позволяющих повысить сбор урожая с единицы площади и качество конечного продукта за счет эффективного использования агрегатов технологического комплекса.

Таким образом, равработка теории и методов повышения еффективнооти технологичеоких процессов возделывания и убор-кн розовой герани, условий функционирования технических средств о учетом их вероятноотной природы о ооблюдешшм критериев качества предопределяет актуальность и большую народнохозяйственную вначимооть данной проблемы<

Предлагаемый в работе подход к решению проблемы, основной методологической новизной которого является исследование поточного проивводотва вовделывания И уборки розовой герани в тесной вааимоовяви о вероятноотной природой условий функционирования технических средств о соблюдением критериев качества! не имеет себе аналогов я отвечает современным требованиям научного подхода в области механизации сельскохозяйственного производства.

Работа Выполнялась в 1975...1991 годах В содружестве с НПО "Эфиромасло" г.Симферополя, совхоэами-эаводаш "Эфиронос", "Герань" и Пахтаабадской 80С республики Таджикистан.

Целью исследований является повышение эффективности ■технологии возделывания и уборки розовой герани и средств механизации трудоемких процессов s поточном производстве с учетом вероятностной природы агробиологических свойств растений й условий функционирования агрегатов.

Объектом исследования выбрани наиболее трудоемкие технологические процессы производства розовой герани - посадка, междурядная обработка и уборка, а также -технические средства, их реализации.

Научная новизна полученных результатов исследований со-

стоит в разработке следующих технологических и технических решений!

. - модель поточной технологии производства розовой герани и методология оценки качества бе функционирования!

- закономерности и обобщенные статистические характеристики факторов условий (функционирования технически средств

о учетом их вероятностной Природа!

- статистические модели оценки сроков начал й продолжительности технологических операций поточней технологии о учетом их веростностиой природы, плиявдта на состояние конечной продукции; .

- система оценочных технологических допуоков и критерии эффективности поточного производства розовой герани|

- математические модели к численные методы оптимизации параметров агрегатов, их идентификация о цельг исследования имитационных динамических моделей оценки качества функционирования в соответствии с требованиями агротеХначесюпс Допусков на выполнение операций} •

- системный подход к разработке, исследовании й внедрении экспериментальной геранеуборочной машины.

Методы исследований основываются на Использовании теории вероятностей, подобий, йт&тййтйчэокой динамики и теории математического моделирования технологических Процессоз о 4-х. машин.

При исследований агробиологических овойств растений герани и условий ее возделывании Использовались известные Метода проведения экспериментов й статистической обработки их результатов. .

Экспериментальная часть работы выполнялась на лабораторных установках и промышленных образцах машин о применением соврмеиной измерительной аппаратуры. ..

Использовались методы Планирования многофакторных экспериментов, результаты исследований обрабатывались на ЭВМ ЕС

И1ВМРС/ХТ.

Практическая ценность работы состоит:

- в разработке эффективной технологии производства розовой герани и классификации Необходимых для ее реализации приемов механизации трудоемких процессов;

- в моделях поточной технологии производства розовой герани, обеспечивающей проведегаге анализа и расчет» процессов

3 •

на основе критерия качества на их выполнение;

- в разработке методов расчета повышения эффективности технологических процессов и параметров агрегатов;

- в имитационных моделях с.-х. агрегатов для оценки качества выполнения технологических операций с учетом вероятностной природы условий их работу и допускового контроля;

- в рекомендациях по повышению эффективности технологии воэделшзания розовой герани и средств механизации ее трудоемких процессов.

Реализация розудътатов исследований. Результаты исследований реализованы в качестве практических рекомендаций по повышению ©фиктивности технологии и средств механизации возделывания трудоемок процессов производства розовой герани в оовхозах-ваводах "Эфиронос" и "Герань" Таджикистана.

На основе материалов исследований ГОКБ НПО "Эфирмасло" г.Симферополя разработало геранеуборочнуга машину МГУ-1, которая в 1983 году прошла приемочные испытания и рекомендована £ производство.

Методы раочета технологичеоких процеосов и параметров агрегатов производства розовой герани используются студентами при выполнении куроових и дипломник проектов а слушателями ФПН специальности механизация сельскохозяйственных процесоов. •

Публикации по результатам исследований. По теме диссертации опубликовано 33 научные работы,в том числе одна брошюра, одно авторское свидетельство на конструкцию геране-уборочной г.ешшнц, вшолнен один депонированный научный отчет. Общий объем публикаций составляет 15 п.л.

Структура и объем яисоертадаи. Диссертация состоит из введения и семи глав, заключения» общих выводов, стека литературы и приложений. Основная часть диссертации содержит 320 страниц машинописного текста» 112 рисунков и 53 таблицы, список литературы состоит из 251 наименования, из них 10 иностранных изданий. Приложения содержат таблицы, документы по испытанию и внедрению Технических средств, 9 графиков с ебщим объемом 35 страниц.

• 4

СОДЕРЖАНИИ РАБОТЫ I. Состояние проблем!. Задачи исследования.

Анализ предшествующего периода эфиро-масличной промышленности СССР показывает, что потребность в сырье эфироносов перерабатывающей промышленности не была удовлетворена ни в один год любой пятилетки. Так, например, в 1980 году было переработано 219,8 тыс.тонн сырья при потребности 277 тыс. тонн, т.е. потребность была удовлетворена всего на 79$.

Причин недостаточного уровня сырья эфиромасличной отрасли довольно много, но основными являются низкий уровень механизации трудоемких процессов их возделывания, отсутствие эффективной технологии производства и работоспособности уборочной техники.

Одним из основных требований технологии возделывания розовой герани является ее поточность, которая до настоящего времени не систематизирована и отсутствуют рекомендации по повышению эффективности цикличного производства,учитывам-цие условия функционирования механизированных средств.Отсутствуют исследования параметров агрегатов технологической линии производства розовой герани, разработки единых агротехнических требований и принятых на основе критериев контроля качества, нет работоспособной уборочной машины. Многолетние исследования и области механизации уборки розовой герани, проведенные сотрудниками Всесоюзного научно-исследовательского института эфиро-масличных культур (ВНИИЭМК) г.Симферополя положительных результатов не дали.

Особые агробиологические свойства растений розовой герани, высокие требования к использованию механизмов при ее возделывании и уборке определили проведение специальных исследований и опытно-конструкторских разработок в этом направлении. Отмеченное обусловило необходимость решения следующих задач!

1. Обосновать эффективную технологии возделывания розовой герани,состав и средства технической оснащенности для ее реализации.

2. Разработать модели функционирования поточного производства с учетом критериев эффективности технологии в целом и ее составляющих в отдельности.

3. Провести статистический анатоз сроков начала и продолжительности технологических операций, их оценку в системе поточного производства с учетом влияния вероятностной природы

факторов фенологических и природно-клиштнческих явлений.

4, Обосновать агротехнические требования на качество выполнения технологических операций, рабочих процессов агрегатов и критерий эффективности поточного производства розовой герани,

5, формализовать и систематизировать факторы функционирования технических средств, разработать их структурно-классификационную схему, провести анализ и оценку вероятностно' статистических характеристик агробиологических свойств растения герани и уоловдй работы агрегатов.

6, Разработать информационные модели технических средств производства розовой герани, провести их идентификацию и оценку отатиотических характеристик входных и выходных процес-

• сов на основе критерия качества технологической линии.

• 7. Исследовать и обосновать параметры и режимы работы агрегатов для механизации трудоемких процеооов возделывания розовой герани в реальных условиях (эксплуатации,

8. Провести лабораторно-полввыв наследования.(.шин и их 'испытания в производственных уолошяос, обобщить и реализовать результаты, определить их уехцико-вкономичесКую эффективность.

Методологический подход к решению проблемы основывался на анализа состояния мехшшеацип трудоемких процессов возделывания а уборки розовой герани, моделирования технологической линии 1 установлении оценок статистических характеристик факторов условий функционирования, Идентификации технических оредотв, определении юс параметров во взаимосвязи с обрабатываешь ими материалами,'

Стратегия (алгоритм) решвния проблемы основывается на использовании современных методов исследовшшй и обработке результатов експераментов,

г. МОДЕЛЬ МЦЙОШРОВАШ ТЕХНОЛОШЕСКОГО ПРОЦЕССА ВОЗДЕЛЫВАНИЯ И УБОРКИ ГЕРАНИ И КШЕРЙИ ЭМЯКПШ-НОСТИ'ЕЁ ПРОИЗВОДСТВА

Производство сырья - зелених растений герани связано с выполнением ряда взаимосвязанных мевду собой технологических операций, объединяющих единой задачей получения мак-си?,®льной урожайности культуры с единицы площади при минимальных потерях зеленых кустоз.

6

В этой связи технологический расчет производственных процессов необходимо проводить п следующей последовательности;, постановка проблемы -— построение информационной технологической модели-*» математическая формализация задачи -«- выделение и обозначение функции цели и уравнений

ограничений-: подготовка, обобщение и статистический

анализ информации -»-выбор методов решения--- анализ

результатов и принятия решения о их реализации.

Информационная модель исследуемой системы на рис Л.

приведена

и

Ж

XI.

XI.

И 1 г ч, ч 1 иг.

*

\л/

А.

ж

Ей

А'г>

в

РисЛ. Информационная модель функционирования технологии производства герани

Функциональная связь между входными и выходными процессами может быть представлена в вида

КгМ.Ш.

где Е !,•••>б.) - неуправляемые факторы (природно-кли-

матические условия); И - управляемые фак-

торы (установочные параметры агрегатов поточного производства); X (*/>•** Х() - входные возмущочип (характеристики обрабатываемой среды); М (К, К/) - Показатель качества поточного производства (сохранность растений на , единице площади, высота среза куста режущим аппаратом и Т.д.) £. - характеристики потерь.

Условием оптимального функционирования поточной технологии производства герани является

при ,

где Ц^р - прогнозируемая урожайность или густота растений на единица площади, ц/га, кг/; и9 - фактическая урожайность полей, ц/га;

- су1.1марние потери растений в виде высыхания после посадки, повреждения корней при культивации, потерь зеленой массы герани при уборке, %. Условиями нормального функционирования системы будут

Е^и'гЛ, К**ПК».и, ^

где - оптимально-допустимые значения критерий

качества технологического потока производства герани. Данные условия предполагают выполнение всех операций с соблюдением агротехнических требований, принятых допусков о учетом рациональных сроков их проведения и качества рабочих процессов с минимальными потерями зеленых растений герани (урожая). На рис.2 приведена структурная схема агротехнических требований к процессам возделывания и уборки герани.

Анализ технологии возделывания герани показывает, что основные потери растения зависят}при посадке - от глубины заделки черенков; культивации - отклонения растония от оси рядка и прямолинейности борозд; уборке - профиля поверхности междурядий» отклонения растений от оои рядка.

В этих операциях определяющим параметром является размер черенков^ корневой системы И высота срезаемой части кустов перед уборкой,

Ото положение позволяет заключить! что процессами, влияющими на качество выполнения механизированных операций, являются траектории растений, рядков и конфигурация гребней, определяемые в продольно-горизонтальной и вертикальной плоскостях в направлении движения мобильных агрегатов. Поэтому при оценке работы мобильных агрегатов необходимо рассматривать процессы в двухплосКостноЙ системе: горизонтальной -траектории растений и рядков, вертикальной - профили междурядий и гребней.

Информационные модели технологических процессов, зависящих от характера Входных ( ^ ) и Выходных ( Ус ) параметров условий функционирования технологий Производства герани,приведены на рис.3.

О

Вертикальная плоскость:

у/

Горизонтальная плоскость»

Рис.З. Модели технологии производства герани в система последовательного выполнения операций.

В моделях приняты следующие обозначения! рп(2)~ продольная твердость почвы; ¿л(£) ~ профиль междурядий; ~ продольная влажность почвы; густота растений .на I м длины рядка$ - конфигурация редка; - факторы условий функционирования мобильных агрегатов; £в,£к,£/- потери растений после каждой операции (при уборке срезанными и несреэанНыми)} ¿V, Ец , ~ установочные. параметры агрегатов; отклон8ни0 растений от оси рядка.

3. ВЕРОЯТНОСТНО-СТАТИСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ УСЛОВИЙ ПРОИЗВОДСТВА ГЕРАНИ, ОБОСНОВАНИЕ ДОПУСКОВ НА ВЫПОЛНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ

Качество работы мобильных сельскохозяйственных агрегатов во многом определяется изменчивостью условий их функционирования. Основные факторы условий Производства герани можно разделить на три группы! природно-климатические, к которым относятся фенологические явления, определяющие сроки начала и Продолжительности технологических операций и свойства полей (плотность, твердость и влажность почвы продольной поверхности поля); физико-механические Свойства возделываемой культуры и агротехнояогиЧеские, сформированные в результате воздействия агрегатов на объект обработки (глубина заделки черенков, схема размещения растений На гребня*, 10

конфигурация рядкоп, размеры защитной зоны и профиль поверхности междурядий и гребней и т.д.). На формирование густоты растений герани существенное влияние оказывают неуправ ляемые факторы - фенологические явления, определяющие срони начала и продолжительности проведения технологических операций, влияющие на выбор параметров и режимов работы агрегатов и качества конечной продукции (пыход масла с тонны зеленой массы).

Как следует из статистического анализа, сроки начала и продолжительности операций коррелируэтея с фенологическими характеристиками и являются случайными величинами; распределенными по нормальному закону с параметрами и .

В такой постановке возможно установление сроков начала технологических операций с вероятность/а

гдо Ь - случайная величина, характеризующая начало операции; и С^г) - плотность функции нормального распределения случайной величины в заданных интервалах у^у и уИ1 .

При симметричном отклонении + относительно

вероятность Рц ее начало в интервале + у!/^ определяется как

(4)

где ) ~ Функция распределения случайной величины £ ;

- среднее квадратическое отклонение ~Ь .

Функционирование с.-х.агрегатов необходимо рассматривать как его реакцию на внешние воздействия (агробиологические свойства растений и почвенной среды) (входные переменные), а в качестве выходных переменных - совокупность показателей, определяющих качество работы мобильных агрегатов.

С этих позиций основными внешними воздействиями являются: размерные характеристики корневой системы в периоды культиваций и надземной части растений герани; схема размещения кустов на поверхности гребней (шаг растений и ее отклонение от оси рядка^; плотность растений на I м длиня рядка (урожайность); конфигурация рядков (прямолинейность, форма и глубина борозд); профиль поверхности междурядий.

При работе геранеуборочной машины особое внимание заслуживает подача растительной массы в единицу времени $р(Ь)

как входное возмущение. При постоянной скорости агрегата равномерность подачи зеленой массы обусловливается равномерностью распределения растений по длине рядка.

Прогнозируемая урожайность розовой герани на участке площадью Q. выражается формулой

Uv - ^Г ffp (ef-Ae) M ^. *>) de> °Ч < ^

где S - потребляемая площадь питания герани}

6 - ширина междурядий; tf - шаг растений;

- отклонение растений от оси рядка; зависимость массы кустов от è \

плотность распределения двумерной случайной величины.

Функция изменения плотности растений выражается зависимостью

цл (6)

где f}e ~ изменение количества сорняков по длине рядка;

WftWc- влажность растений и сорняков.

В качестве выходных переменных приняты потери растений (несрезанных и срезанных, но неподобранных), колебания высоты главного стебля куста герани.

Качество работы мобильных агрегатов производства герани определяется системой оценочных показателей технологических процессов.

Профессор Киртбая Ю.К. рекомендует оценочные показатели работы агрегатов выбирать с учетом сроков и продолжительности проведений технологических операций.

Критерием оценки исследуемой технологии может 'служить величина допуска на потери растений (урожая) с единицы пло-щадй. На рис,4 представлен способ установления допуска по качественным показателям технологических операций.

На графике через ù IL показано снижение сбора урожая герани в зависимости от сроков выполнения работ, a U-/(t) -урожайность в зависимости от сроков проведения операций, y(i)- плотность распределения сроков посадки черенков.

Реализация данного метода на оценке технологии производства герани дала возможность получить математические зависимости густоты растений от количества технологических оиера-12

IV ^ Срока

Рис.4. Способ установления допуска по качественным показателям.

П К, К! «с3 Уц К9

Рис.5. Формирование густота растений в зависимости от количества операций.

ций (рис.5). Из графика видно, что при существующей технологии из-за недостаточной эффективности процессов механизированной посадки, междурядной обработки, а также отсутствия технического средства для уборки наблюдаются большие потери зеленых растений герани с I га.

Теоретическая кривая функции густоты растений (составленная по арротехничооким требованиям) описывается функцией ви-

•да У*я 36,944 ехр(-о.олвх),

где X - число технологических операций, а эксперименталь -ная У*т58,714 ехр(-0,ОЭ9Х) (В)

. Такое описание оценочных характеристик позволяет корректировать критерии эффективности технологии путем установления количества механизированных операций и повышения их качества за счет проведения операций в сроки и с соблюдением агротехнических требований.

Оценка технологии производства герани в последовательном выполнении процессов производится из положения, что допуск А у предшествующей опер^ии^ как правило, должен быть больше допуска ¿И^ , т.о. Ду} .. ,.где ¿у -

допуск на текущее значение выходного процесса на конкретной операции, причем Ау , где Л - допуск входного процесса; - режим работы агрегатов. В данном цикле при нормальном распределении процессов должно соблюдено условие О, I • •.) "Ол • где Ц, -дисперсии процессов. _

Вероятность РА сохранения допуска йу выходных процессов в поточной технологии устанавливается следующим образом л) ш т

Данное условие может быть рассмотрено отдельно для оценки работы агрегатов в вертикальной и Горизонтальной плоскостях движения.

3. ЧЕОРгЖЧКСКОЕ ОБОСНОВАНИЙ ЗАЩИТНОЙ ЗОНЫ ПРИ МЕЖДУРЯДНОЙ ОБРАБОТКЕ ГЕРАНИ

Основных технологическим показателем процесса междурядной обработки герани является степснь повреждения корневой и надземной части, определяемой размером защитной зоны.

Величина защитной зоны герани с учетом формы и развития растения определяется из выражения

С= Ар + ЬР0 + Хч+ х3 , (10)

гп,о &/> - отклонение растений от оси рядка;

Ар0 - отклонение рабочих органов от заданной траектории;

- боковая деформация почвы (15...30 мм);

- размер, учитывающий форму корневой системы герани.

Л

ЙО.=

ток e(AjR)-0.5Ar,+2*S(L, 2 Lt)/L ,1 лил CMRf-f) f (П)

где Arf - отклонение трактора от заданной траектории;

R - радиус кривизны отклонения траектории агрегата;

AS - зазор в шарнирах крепления рабочих органов, А 3 = 0,5 мм;

!-)L),Ll,Li -конструктивные размеры подвески рабочих органов; / - величина прогиба штанги.

С точки зрения особенности корневой системы растений герани представляет интерес Хщ » При комбинациях параметров:

f?н, - радиус шара корня; Vu - объем шара; т - процент срезанной части объема шара; fly - глубина установки крайних рабочих органов, величина Хц определяется из выражения

Ху = /,уоо > ojWRa*о.т^-отт * о.оььош а» - (JZ) - аонйи/ т - 0,0/efr9rrt+0.0/8 - 0,025 ь**о.оозт*

Уравнение получено на основе планирования эксперимента по ротатабельному плану Бокса.

Проведена вероятностная оценка сохранения размеров защитной зоны с учетом траекторий растений и крайних рабочих органов агрегата.

4. МОДЕЛИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГЕРАНЛГКОРОЧНОЯ МАШИН Геранеуборочная малина представляет собой сложную управляемую систему, информационная подель которой представляется следующим образом (рис.б

г МО.

Игта, &6

¥

V/,

еа)

У1

к

Рис .6 . Информационная! модель технологического процесса геранеуборочной машин.

В качество нсодимых возмущений рассматриваются: профиль междурядий 2.п (¿) , конфигурация рядка , отклонения

растений от оси рядка + ДрО;), высота главного стебля куста Аст(4) , плотность рядков , а выходшсс - высота среза куста ('О и потери растений гера1Ш £■(Ь) .

Управляемые входные воздействия характеризуются установочными параметрами машины: высота установкиН„, угол установки сС„ и частота вращения Ин ножа, угол наклона к горизонту приемной части /&пт и кинематический режим работы ЯЛг подающего транспортера.

Дчя упрощения исследования информационная модель представлена в виде одномерных линейных динамических моделей в двух плоскостях движения агрегата (рис.7 )

Рис.7 . Одномерные модели геранеуборочной мамины: а - вертикальной плоскости; б - горизонтальной плоскости.

5. ВЫБОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ И ОБОСНОВАНИЙ ПАРАМЕТРОВ ГйРЛНЕУБОРОЧПОЙ МАШИНЫ

На основании разработанного системного подхода к совершенствованию конструкций сельскохозяйственных машин обоснована технологическая схема геранеуборочной мошишд (рис.7) Машина состоит из двух стеблеподьешикоп I, режущего аппарата 2, подающего транспортера 3, выгрузного транспортера 4, опорно-копирующих колес, механизмов привода и навески, рада. Привод рабочих органов от ВОН трактора, ширина захвата 0,6 или 0,7 м.

Процесс работы машины происходит следующим образом. При движении агрегата стеблеподъемники поднимают полегшие ветви кустов и, формируя пучок, и направляют его в рабочую щель волнообразных подающих транспортеров. В этот же момент производится срез режущим аппаратом главного стебля. Подающий транспортер направляет кусты на выгрузное устройство, которое производит вцгрузку массы на рядом идущее транспортное средство.

На первом этапе планированием эксперимента проверена правильность принятой технологической схемы, типа рабочих органов и их рационального сочетания. В дальнейшем с помощью методов регрессионного анализа определены предельные значения параметров и режимов работы экспериментальной геранеуборочной машины.

Опытные данные обработаны на ЭЦВМ в лаборатории моделирования технологических процессов с.-х.производства НПО "Нечерноэемагромаш" (г.Санкт-Петербург, Пушкин).

В результате обработки данных эксперимента получена следующая математическая модель

У(£)=5, 745+ 0. WtL + 0.439fi„ + it0m* +

+0,635tia + 0,Wfe!r 0,*35dS- (13) - о, MjBer ti, - a toejB„ cL„ - 0, Шки Лщ

Данное уравнение регрессии исследовано на экстремум с постановкой задачи минимизации выходного фактора (потерь зеленых растений), т.е.

!/(£)= f(Uk. Ал-, )-■*■ mi"- (14)

при 4,0

Данному условию соответстк/ет следующие рациональные расчетные параметры машины, определенные по методу наискорейшего градиентного спуски: Уолт = 2,87,%; Х/^ = 2,5 км/ч; Д,г= 20°; ¿„ = 15°; А, = 3,0 см.

Оценка динамических характеристик экспериментальной ге-ранеуборочной машины было выполнено с использованием уравнения Лаграниа второго рода в размерной форме и определения операторов (передаточных функций) безразмерной (временной) форме.

В общем виде уравнение движения объектов имеет вид (рис.8).

Рис.8 Расчетная схема геранеуборочной машины. 18

4 (дТ) сЩ_Пг

где - время; 7; - кинетическая энергия агрегата; р - обобщенная координата, определяющая положение

мкпинн в любой момент времени ее движения; Оа - обобщенная сила, равная (¡¿а- Рк~ИРСОя/>г где Рх - касательная сила тяги трактора;

£рСОйр- суммарная сила сопротивления движению агрегата, состоящая из сил сопротивления перекатывания трактора, жатки, стеблелодъемников и срезу растений (главного стебля). Кинетическая энергия агрегата состоит из кинетической энергии трактора и навесной машины Ти1 (П„1, где (П/,1 - массы отдельных частей машины (ножа, подающего и

выгрузного транспортеров

(16)

- абсолютные скорости центра масс каждой части машины. Уравнение продольного дпичения агрегата с известными .. упрощениями имеет вид:

Ма1т + сагт + СВуЧ>а£(г')С + с*?+Се¥ г,п*£(г'),}

где Сд, ¿^ .^^■^{¡рбобщенныв коэффициенты жесткости трактора; 2/, - профиль поверхности поля над задними колесами трактора; - момент инерции относительно оси J . Двухмерная модель машины оценивается обобщенными координатами :

Алинейные, вертикальные колебания центра масс и л^Вп&У продольно-угловые колебания агрегата. Обобщенные координаты определяются из уравнений

(5) Ч/„ (5) 4- ($) /I (*) ; |

С точки зрения динамики процессов, важны их передаточные функции, определяющие реакции агрегатов как динамических систем на различные воздействия.

Передаточные функции определяются соотношениями:

Ж, (8) * ; 2т (б)/Й (З) Л (18)

V*. (в), У ($)/2„ (2); Шь)а Р(5)/Й($1]

49

В видо дробно-рациональных функций выражения ( 18 ) будут

(19'|

а на скоростях движения агрегата до 10 км/ч могут быть упрощены

= гг. . (20)

^57^577

6. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Экспериментальные исследования проводились с основном в соответствии с действующими ГОСТами, ОСТами и общепринятыми методиками. При проведении исследований использовались серийные отечественные приборы и оборудования.

В результате проведенные исследований в течение 1978... 1983 гг. были полу юны первичные информации характеристик условий функционирования, агрегатов, агробиологических и размерных показателей растения герани, а также постоянные времени передаточной функции технологических операций (посадки, междурядной обработки и уборки) производства герани вида ( 20 ). В таблицах I, 2, 3, 4 приведены результаты обработки экспериментальных данных.

Таблица I

Статистические характеристики физико-механических свойств растения герани

I

Характеристики, размерность 171 6

Ширина куста, см 96,5 18,9 20,2 1,0

Высота куста, см 52,6 9,6 18,3 1,9

Толщина главного стебля 15,8 • 3,5 21,9 1.7

Диаметр куста при поднятых боковых ьетвях, си 44,5 8,1 18,3 2,1

Вес куста, кг 1,5 0,4 26,4 2,5

Оценка работы средств механизации технологического процесса возделывания герани с позиций сохранения допуска на отклонение рабочих органов в плоскости по направлению движения агрегата проводится в системе последовательного выполнения операций с использованием приемов динамического статистического моделирования.

20

Таблица 2

Статистические характеристики процессов геранеубороч-ной машины при (/а = I м/с

Процессы,

Характеристики

размерность т 6 у, У. А, С* 14,1

Бходткыэ:

, см 3,23 1,20 37,53 1,94 2,16 3,0

ЬгИ) , см 16,57 3,24 21,35 2,48 3,18 3,5

Ьст(4) , см 6,54 2,11 20,24 1,43 2,64 4,0

, см 4,25 2,53 28,60 1,56 2,47 4,0

д/*), кг/м 2,04 0,87 17,27 3,52 4,78 2,5

Выходные:

ЬсрО), см 3,45 1,53 31,50 1,37 1,86 3,7

ев), % 3,68 2,38 28,60 3,48 4,55 3,5

Таблица 3

Значение коэффициентов передаточной функции процессов производства герани

Операции

Модели

Коэффициенты

ггтпг

Т,

I*

Посадка

Культивация

Сборка

А, «К

шу

М)

0,34 0,63

0,57

1,96

0,65

0,68

0,56 0,67

0,18

0,81

0,12

0,16

0,73 1,00

0,82

0,16

0,08

'0,71

На рис.9 приведена структурная схема технологических операций посадки, культивации и уборки герани.

Рис..9. Структурная схема технологических операций производства герани.

Результаты моделирования приведет? в табл.4

Таблица 4

Оценка вероятности сохранения допусков процессов производства герани

Операции, агрегаты,-скорости движения, м/с

Оценки

агротехнический допуск Л

дисперсии вероятность сохранения ¡0 допуска

Посадка

Т-70С или МТЗ-80+ + СКНБ-4; =0,5... 0,7 м/с

Отклонение растений от оси рядка, см

+5,0

2,34

0,86

Междурядная обработка

Т-28Х4 + НРХ-4; . = 2,38 м/с;

Конфигурация ряда, см

(изменение згцитнои зоны) ¿3,0 1,81 0,81

Уборка

МТЗ-80 + МПГ-1; = 1,0 м/с;

Высока среза, см ¿2,0 1,53 0,73

Потери растений, % +5,0 1,40 0,75

Для оценки качественных показателей (потери растений и кондинсионность сырья) экспериментальной геранеуборочной машины М1У-1 проведены ее эксплуатационные исследования.

Результаты исследований приведены на рис.10.

Анализ графиков позволяет заключить, что оптимальная скорость агрегата, обеспечивающая наиболее благоприятные качественные показатели (£< Ъ%, Кс< 3,5%, 0,26

га/ч), находится в пределах 3,5...4,2 км/ч. Результаты испытаний геранеуборочной машины приведена в табл.5.

Машина МГУ-1 в 1983 Году приемочными испытаниями ВАПО "Союзэфирмаслопрома" рекомендована в производство.

в настоящее время обеспечен выпуск промышленного варианта машины машиностроительным заводом НПО "Эфирмасло".

Таблица 5

Результаты испытаний геранеуборочной машины (усрзднен-нне, по результатам испытаний 1981, 1982, 1983 годов)

Показатели машины

Размерность

Границы характеристик

Фактическая урожайность полей т/га 28,50..,46,3

Рабочая скорость машины км/ч 2,43... 4,26 Производительность в час

сменного времени га/ч 0,18,,, 0,27

Полнота сбора сырья % 96,42,..97,64 Потери сырья:

- срезанными растениями % 1,58,.. 2,96

- несрезанными растениями % 0,62,,» 1,15 Качество убранного сырья? %

Кондиционное сырье % У6,30,4,97,65

Одревесневшая масса % 0,65,,» 1,14

Сорняки % 0,95.., 1,16

Почва % 0,60.., 1,24

V*

*аА

ОД

0/& 003

% "

Ке

3

1

А Я < /А

/ф« | А \

\

А ш

г 1 .._. Л иг \

5,0 4? 8,9 4,0 45 Га, кйД % --

Рис.10.Зависимость качественных показателей МГУ-1 от ее скорости.

основные вывода

1. Математическая модель поточной технологии возделывания сельскохозяйственных культур (на примерз розовой герани) в задачах оценки качества функционирования должна рассматриваться кок многопараметрическая вероятностная система, а их эффективность должна устанавливаться критериями допускового контроля качества - густоты формирования растений на вдини-це площади.

2. Основными составляющими вектора условий функционирования производства герани являются характеристики природно-климатических явлений и фенологических фаз растений, определяющие сроки и продолжительность механизированных операций

в производственном потоке ее возделывания.

3. Сроки начала и продолжительности технологических операций как случайные величины подчиняются закону нормального распределения. Наиболее благоприятными сроками начала являются (в днях с начала года >: посадки - 96.. .НО; культивации - 102...ПО. уборки - 260...270. Продолжительность уборки должна составлять не более 15...20 дней (период максимального выхода эфирного масла с единицы зеленой массы).

4. Оценка качества поточной технологии возделывания и уборки герани должна проводиться с позиций формирования и сохранения количества кустов на единице площади, что в конечном счете влияер на количество и качество получаемой конечной продукции.

5. Систематизация факторов условий функционирования агрегатов, сбор информации с учетом их вероятностной природы позволили сформировать базу данных о культуре герани и условиях ее производства.

Установлено, что характеристики агробиологических свойств растений распределяются по нормальному закону в интервале: ширина куста - 92.5...100.0 см; высота куста - 50,5...55,О 'см; толщина главного стебля - 14.5...17,4 см; высота срезаемой части куста - 5,6..,7.4 см; масса куста - 1,35... 1,50 кг.

6. Установлены оценки статистических характеристик вход-нух возмущений мобильных агрегатов: профиля междурядий Е„-

24

П -- 3,23 см; 6 = íl,20 см; et = 1,94 с"1; ß = 2,16 с"1; ¿0, = 3,0 с-''"; пысоти срезаемой части куста герани fllT-rri = = 6,54; 6 i = 2,11 см; сС = 1,43 c_i ; ß = 2,47 с""1;

Od = 4,0 с-*; отклонения растений от оси рядка Л^»- № = =.- 5,6 см; б =s2,53 см; об = 1,56 с"1; ß = 4,0 о"1;

С0а= 2,47 с-1; густота кустоц на I м длины рядка - til = = 2,04 к7м; б1 -¿0,87 кг/м; c¿ = 3,52 сß = 4,78 о-1, й)0 = 2,53 с"1.

7. Оценку качества работы мобильных сельскохозяйственных агрегатов в поточной технологии наиболее эффективно осуществлять путем установления агротехнических допусков на текущее значение выходного технологического процесса и вероятности выходных показателей агрегатов в рамках установленного поля допуска потока.

При этом величина допусков устанавливается по плотности распределения случайных процессов (урожайности, высоты сре- . за и др.) во взаимосвязи с потерями зеленых растений герани.

8. Методология системного подхода к разработке, исследованию и внедрению геранеуборочной машины в производство с учетом вероятностной природы условий функционирования на основе требования критерия эффективности может быть принята

за основу при проектировании технических средств возделывания сельскохозяйственных культур.

9. Разработанная геранеуборочная машина 1ЛГУ-1 (A.C.

№ II343831 ведомственными испытаниями рекомендована в производство со следующими параметрами и режимами рабочих орга-HOBi C¿„= 10...15°; hté= 2,5...3,5 CMt Я„г = 1,25,,Л,Ь5> ßnt = 20...25°} П„ = 900..ЛООО мин"1} £&= 3,5...4,2 км/ч.

Установлено, что в результата использования машины затраты труда снижаются на 65f>, при этом ее производительность за час чистой работы составляет 0,22...0¿26 Га, потери зеленых растений - 2,5.i.3,7%,

10. Рекомендованная технология, реализуемая На оптимальных параметрах средств механизации процессов возделывания и уборки розовой герани обеспечивает повышение эффективности ее производства за счет сохранения количества растений Ца единице площади (шт/м^) и уменьшения потерь При уборке.Предложен метод оценки качества технологических процессов в системе последовательного выполнения операций по эмпирической зави-

2 3

симооти мевду формованием густоты растений и количеством, качеством приемов возделывания.

II. Экономический эффект от внедрения технологии и использования разработанной геранеуборочной машин, обеспечивает увеличение выхода продукции о единицы площади на 10...16$, что поаволяет получить дополнительной конечной продукции 0,3 ...0,6 кг гераниевого масла с I га.

Ровультаты проведенных исследований полностью подтвердили правомерность вынесенных на зшциту научных положений по обоснованию технических и технологических решений, внедрение которых позволило внести значительный -вклад в ускорение научно-технического прогресса - повышение эффективности технологии производства розовой герани и агрегатов их реализации.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Ахунов Т.И., Садуллобеков. К вопросу мездурядиой обработки герани //Тез.матер.респ.конф.мол.ученых. - Душанбе, 1976, 0.20...22.

2. Лхунов Т.И., Мухиддинов К., Курамбаев К. Методика планирования эксперимента и обработки результатов //Тез. матер.респ.конф.мол.ученых. - Душанбе, 1976, с.18.,.20.

3; Лхунов ТЛ1., Сафармамадов Т. Исследование технологического процесса посадки герани в условиях Тада.ССР //Тез. докл.конф.препод.ТСШ. - Душанбе, 1977, С.14...15.

4. Лхунов Т.И.', Садуллобеков Д. Выбор рабочих органов при междурядной обработке герани //Тез.дом.конф.препод.ТСХИ. -Душанбе, 1977, с.15...17.

5. Машины в гераниевом поле (на тада.языке) /Лхунов Т.И., Тешаев С., Шукуров Л.В. - Душанбе, Ирфои, 1978, 91 с.

6. Лхунов Т.И., Сафармамадов Т. Как улучшить работу рассадопосадочной машины //Сельское хозяйство Таджикистана. -1978, й 4, с.12...16.

7. Ахунов Т.Н., Сафармамадов Т. Использование планирования эксперимента при исследовании рассадопосадочной машини //Известия АН Тада.ССР. - 1979, № 3. с.37...45.

8. Ахунов Т.И., Сафармамадов Т. Статистический анализ работы рассадопосадочной машины //Тр.ТСХИ. Вопросы механизации. - Душанбе, 1979. т.22, с.21...26.

. 9. Ахунов Т.И., Шукуров Л.В. Результаты испытаний одио-26

рядной геранеуборочной машины //Тр.ТСХИ. Вопроси механизации. -Душанбе, 1982, т.43, с.25...30.

10. Ахунов Т.И., Теиаев С.Т., Шукуров A.D. Результаты испытаний 2-х рядной героиеуборочиоН машгаш //Тр.ТСХИ. Вопроси механизацгш. -Душанбе, 1982, т.43, с.40...43.

11. Ахунов Т.И., Юлдашев Р.З. Теребильный аппарат .для неглостебельннх культур //Тр. ТОМ. Вопроси мехшшзации сельского хозяйства. -Душанбе, 1984, т.45, C.43...46.

12. Ахунов Т.Н., Сгалуллобеков. Усовершенствование технологии междурядной обработки герани //Tp.TCXII. Вопросы мехаии-зации сельского хозяйства. - Душанбе, 1984, т.45, с.4?...50.

13. Технологическая линия для нарезки черенков герани Л}1Г-10 /Ахунов Т.Н., Caöcail В.Д., Евков А.Д. - Информационный листок ТадапсЛШИНТИ. - 1984, },' 227-84 , 3 о.

14. Авторское свидетельство W II39383. Подрезающий аппарат, к машине для уборки пропашных культур /Ахуиоп Т.Н., Шу- . куров A.B. и др.

15. Ахунов Т.Н., Шукуров A.B. Результаты эксплуатационных испытаний Г.П7-1 /Сб.науч.тр.ТСХИ Вопросы эксплуатации и ремонта сельскохозяйственной техники. - Душанбе, 1989, о. 121...125.

IG. Ахунов Т.И., Шукуров A.B. Герань убирает машина // Агропромышленный комплекс Таджикистана. - 1989, Я 9, с. 15...17.

17. Ахунов Т.И., Шукуров A.B. Машина для yöopiai герани МГУ—I Дроспект. - Душанбе, Донки, 1989, с.З.

18. Ахунов Т.Н., Попов В.Ф. Методические указшшя по выполнению дпшгомннх проектов по СХМ/ТСХИ. - Душанбе, 1988, с.28.

19. Научный отчет ТСШ за 1980...1985 гг. Инв.й 02860, 083216 /Ахунов Т.И., Теиаев С.Т. и др. - Душанбе, 1985, 81 с.

20. Геранеуборочнач машина /Ахунов Т.Н., Шукуров А.В,-Тада.ИНТЙ, 3 с.

21. Ахунов Т.Н., Шукуров A.B. Механизированная уборка герани //Достанете науки и техники АПК - № Э, с.37.

'22. Ахунов Т.П., Шукуров A.B. Анализ условий возделывания розовой герани и некоторые ее физико-механические свойст-. ва //Тр.отдела охраны природы АН Тадж.ССР. - Душанбе, 1991, с.15...18.

23. Ахунов Т.И., Тимофеев Н.И. Исследование влияния неко-

27

торых факторов на усилие резания стеблей герани /Тр.отдела охраны природы АН Тадж.ССР. - Душанбе, 1991, с.19...24.

24. Ахунов Т.И., Тимофеев Н.И. Анализ действия параметров геранеуборочной малшны на потери зеленой массы // Тр.отдела охраны природы АН Тадж.ССР. - Душанбе, 1991,

о•2о•••29«

25. Ахунов Т.Н. Механизированная уборка герани в условиях Тадж.ССР /Материалы выездного заседания секции "Сокращение затрат ручного труда в сельском хозяйстве!! - Душанбе, 8-9.08.1990, 4 с.

26. Ахунов Т.Н. Оценка качества работы агрегатов для производства розовой герани в системе последовательно выполняемых операций //Тезисы докладов юбилейной конференции Тадж.СХИ. - Душанбе, 1991, с.129...131.

27. Ахунов Т.Н., Еникеев В.Г. Моделирование поточной технологии возделывания с.-х.культур на примере розовой герани. //Тезисы докладов конференции проф.препод.состава ТСХИ - Душанбе, 1991, с.133...135.

28. Ахунов Т.И. Анализ параметров геранеуборочной машины и их оптимизация //Сб.научных трудов ТС>И. Вопросы механизации с.-х.производства, эксплуатации и ремонта машин. -Душанбе, 1991, с.3.,.8.

29. Ахунов Т.И., Ыукуров A.B. Механизация уборки гера' ни и перспективы создания самоходной геранеуборочной машины // Сб.научных трудов ТСХИ. Вопросы механизации с.-х. производства, эксплуатации и ремонта машин. - Душанбе, 1991, с.58...64.

30. Ахунов Т.И. Статистическая оптимизация параметров геранеуборочной машины. //Сб.научных трудов ТСХИ. Вопросы механизации сельского хозяйства. - Душанбе, 1991, с.15... 19.

31. Ахунов Т.И., Шукуров A.B. Некоторые проблемы совер-шествования конструкций геранеуборочной машины //Сб.научных трудов ТСХИ. Вопросы механизации сельского хозяйства.-Душанбе, 1991, с.20...24.

32. Ахунов Т.И. Оценка качественных показателей технологических процессов уборки герани. Информационный листок ЦНТИ, Таджикинти. - 1992, с.З.