CC BY
35
УДК 631.421+631.516 А.И. ПАНОВ
Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева
статистическая оценка качества работы ротационной машины для обработки почвы
В статье рассматриваются агротехнические показатели качества работы ротационных почвообрабатывающих машин. Используемые в настоящее время при испытаниях статистические оценки (средние значения, среднеквадратические отклонения и коэффициенты вариации) неадекватно отражают качество работы машин. Предлагается два дополнительных оценочных показателя: 1) длительность нахождения процесса в заданном интервале, 2) число выбросов процесса за заданный уровень в единицу времени. На основании статистической обработки данных проведенных испытаний определены оценки равномерности глубины обработки почвы машиной для фрезерования и вскапывания. Это позволило установить длительность нахождения глубины обработки почвы в заданных пределах, рассчитать процент брака в работе машины. Определены допустимые величины глубины обработки при заданном агротехническими требованиями уровне допуска, за пределы которого выбросы нежелательны. Согласно стандартным агротехническим требованиям, допуск на глубину обработки почвы ротационной машиной МПТ-1,2 составляет ±3...3,5 см. Результаты проведенных испытаний и расчеты показывают, что равномерность глубины обработки почвы полностью выдерживается в заданных пределах только на 40...76% обработанной площади. Среднее число выбросов за границы допуска составляет 0,6 с-1 при скорости машины до 0,6 м/с. При увеличении скорости машины в два раза число выбросов процесса глубины обработки за границы допуска также увеличивается вдвое. Описанная методика позволяет существенно улучшить оценку качества работы почвообрабатывающих машин.
Ключевые слова: ротационные почвообрабатывающие машины, агротехнические требования, испытания, статистическая оценка, показатели качества работы.
Повышение культуры земледелия и на этой основе рост урожайности сельскохозяйственных культур напрямую связаны с качеством выполнения полевых работ.
Некачественное проведение отдельных работ из всей технологии возделывания культуры сводит к минимуму эффект применения таких мероприятий повышения урожайности, как внесение удобрений, химическая защита растений и др. [1].
Нарушение требований к глубине, способам, срокам обработки почвы сопровождается усилением засоренности полей и посевов, а также развитием эрозионных процессов и снижением плодородия почв. Поэтому все технологические операции и процессы необходимо выполнять в строгом соответствии с агротехническими требованиями, регламентирующими к качество полевых работ.
Основными характеристиками показателей качества работы машинно-тракторных агрегатов (МТА) являются статистические оценки средних значений шх, дисперсий Бх или среднеквадратических отклонений стх, коэффициенты вариации V, корреляционные функции рх(т) и спектральные плотности
Sx(f) [2].
Однако перечисленные показатели сравнительной оценки работы сельскохозяйственных агрегатов недостаточны для решения задач статистической
динамики системы «Агрегат-внешняя среда». Для полной оценки качества работы машин и их технологической надежности должны быть установлены допустимые значения соответствующих оценок, т.е. к0 < \кдо1\, где к0 - числовая характеристика показателя качества работы МТА (к0 = { тх,ах, V}); \кдоп\ - допустимое абсолютное значение числовой характеристики качества работы МТА.
Под технологической надежностью машин и агрегатов понимается не только соблюдение величины агротехнического допуска на тот или иной показатель (например, глубины обработки, степени крошения почвы и т.п.), но и стабильность этого показателя - сохранение значения этого показателя в заданных пределах в течение длительного времени.
В качестве показателей технологической надежности работы агрегатов могут быть приняты такие характеристики [3]:
- относительная длительность нахождения ординат процесса в заданном интервале;
- число выбросов процесса за заданный уровень в единицу времени.
Данные характеристики определяются с использованием теории выбросов.
Пусть техническим заданием и агротехническими требованиями предусмотрен допуск ± Д на от-
клонение процесса от среднего значения (например, отклонение глубины обработки почвообрабатывающей машины Д = ± 2 см от установочной глубины).
На рисунке 1 показана реализация случайного процесса х(/). Полагаем, что процесс х(/) является стационарным и эргодическим. Зона ординат шириной |2Д| является зоной допуска, превышение которого процессом рассматривается как брак.
Р = 2Ф
ГД^
(1)
Д2
2лст„
(2)
Средняя продолжительность одного выхода за данный допуск ± Д равна
Гд^
2лст х 1 - 2Ф
1ст X у
О ехр
Г !
2ст 2
(3)
Рис. 1. Центрированная реализация случайного процесса хЦ)
Относительная длительность превышения уровня ±Д ординатами случайного процесса, или вероятность нахождения функции х(/) в заданных пределах |2Д|, равна
где Ф^) - функция Лапласа (интеграл вероятности).
Среднее число выбросов случайной функции за заданный уровень |2Д| в единицу времени равно
где а„ - среднеквадратическое отклонение скорости изменения процесса х(/).
Рассмотренные статистические показатели работы МТА позволяют решать две задачи. Первая (прямая) задача - определение длительности нахождения параметра (например, глубины обработки почвы) в заданных пределах, расчет процента брака. Вторая (обратная) задача - установление допустимых числовых характеристик процесса при заданном агротребованиями уровне допуска ± Д, за пределы которого выбросы нежелательны.
Рассмотрим данные испытаний тепличной почвообрабатывающей машины МПТ-1,2 [4]. В процессе обработки результатов испытаний были получены следующие данные по глубине хода машины в зависимости от поступательной скорости движения (табл. 1).
Согласно стандартным агротехническим требованиям допуск на глубину обработки МПТ-1,2 не должен превышать ± 10% от заданной глубины. Таким образом, при работе на вскапывании при заданной глубине а = 30 см допуск равен ДВ = ± 3 см. На фрезеровании при заданной глубине а = 35 см допуск составляет ДФ = ± 3,5 см.
Полагая случайный процесс изменения глубины обработки почвы машиной МПТ-1,2 стационарным с нормальным распределением, определим по формуле (1) вероятность нахождения функции а(/) в заданных пределах.
Расчетные значения Р приведены в последней строке таблицы 1, из которой следует, что вероятность выполнения допуска на вскапывании равна Р = 0,4...0,62. Таким образом, агротехнические требования по равномерности глубины обработки по-
Данные испытаний машины МПТ-1,2
Таблица 1
Показатели Вскапывание Фрезерование
Скорость движения, V, м/с 0,60 1,07 0,62 1,26 0,59 0,69 0,57 0,58
Глубина обработки:
тх, см 28,5 28,2 29,61 27,06 36,65 36,72 34,09 34,74
см 4,43 3,39 4,16 5,75 1,55 1,62 2,96 1,39
V, % 15,52 12,02 14,04 21,23 4,22 4,41 8,69 4,02
Г д! Р = 2Ф 1СТ X У 0,50 0,62 0,52 0,40 0,96 0,96 0,76 0,98
т. =
Д
чст X у
ст
V
п, =
е
Д
чвы были выдержаны в заданных пределах только на 40...62% обработанной площади. На фрезеровании машина МПТ-1,2 работала значительно устойчивее заданная глубина выдерживалась на 76...98% обработанной площади.
Для определения второго показателя - числа выбросов за пределы заданного допуска ±Д в единицу времени пД - построены графики нормированных корреляционных функций р (т) и спектральных плотностей s(/) глубины обработки (рис. 2). Кривые корреляционных функций аппроксимированы аналитически дифференцируемым выражением
Таблица 2
Значения коэффициентов а и в
р(т) = ст 2 е "
а
1 (cos Рт+"в sin Рт)'
(4)
где а и в - коэффициенты аппроксимации.
Рабочая скорость, V, м/с 0,60 0,62 1,07 1,26
а 2,406 3,609 5,563 5,802
в 3,782 6,785 9,845 10,289
Рис. 2. Нормированные корреляционные функции р (т) (а) и спектральные плотности sf (б) глубины обработки при различных скоростях движения машины:
1 - 0,6 м/с; 2 - 0,62 м/с; 3 - 1,07 м/с; 4 - 1,26 м/с
Значения коэффициентов а и р для соответствующих скоростей движения машины V приведены в таблице 2.
График зависимости числа выбросов пД глубины обработки в единицу времени за уровень допуска ДВ = ±3 см показан на рисунке 3.
Из графика следует, что среднее число выбросов в секунду на скорости до 0,6 м/с не превышает 0,6. С увеличением скорости в 2 раза число выбросов также увеличивается вдвое.
Для определения допустимых значений пД и тД по формуле (3) необходимо провести испытания
Рис. 3. Зависимость числа выбросов пД от скорости движения машины
МТА при работе в различных зональных условиях. Решение обратной задачи теории выбросов позволяет проанализировать причины выхода процесса за допуски и предложить технические решения повышения качества обработки почвы.
Библиографический список
1. Саакян Д.Н. Контроль качества механизированных работ в полеводстве. М.: Колос, 1973. 267 с.
2. Хайлис Г.А., Ковалев М.М. Исследования сельскохозяйственной техники и обработка опытных данных. М.: Колос, 1994. 169 с.
3. Баутин В.М., Селиванов В.Г., Панов А.И. Методические рекомендации по статистическим методам сбора, обработки и анализа экспериментальных данных при испытаниях с.-х. машин. М.: Информа-гротех, 1997. 137 с.
4. Панов А.И., Селиванов В.Г. Техника для обработки почвы в теплицах // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1997. № 3. С. 9.
Панов Андрей Иванович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Сельскохозяйственные машины», Институт механики и энергетики им. В.П. Горячкина ФГБОУ ВО «РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева»; 127550, г. Москва, ул. Тимирязевская, 49; тел.: +7 499-977-24-10 доб.286, +7(916) 849-20-36; e-mail: cxm.msau@yandex.ru.
statistical evaluation of quality of rotary tiller performance
A.I. PANOV
Russian State Agrarian University - MAA named after К.А. Timiryazev
The article deals with agronomic performance parameters of rotary tillers. The statistical evaluation parameters currently used in the tests (mean, standard deviation and coefficient of variation) do not adequately reflect the quality of the machine performance. To achieve more precision results, the author offers two additional parameters: 1) process duration at a given interval, 2) number of deviations the given process law per unit of time. Based on the statistical data of the tests there was defined the uniformity of the depth of rotary tillage. It becomes possible to establish the duration of tillage at the prescribed depth, and further calculate the percentage of defects of the machine quality performance. According to the agronomic standard, limits of the tillage depth forMPT-1,2 rotary machine is ±3...3,5 cm. The results of these tests and calculations show that the uniformity of the depth of tillage is fully sustained within the specified limits to only 40...76% of the tilled area. The average number of deviations for tolerance limits is 0,6 s-1 at the machine speed 0,6 m/s. To double the machine speed, the number of deviations is also doubled. The described method can improve the tillers performance quality.
Key words: rotary tillers, agricultural requirements, testing, statistical evaluation, work quality indicators.
References
1. Saakian D.N. Kontrol' kachestva mekhanizi-rovannykh rabot v polevodstve. M.: Kolos, 1973. 267 р.
2. Khailis G.A., Kovalev M.M. Issledovaniia sel'skokhoziaistvennoi tekhniki i obrabotka opytnykh dannykh. M.: Kolos, 1994. 169 р.
3. Bautin VM., Selivanov V.G., Panov A.I. Meto-dicheskie rekomendatsii po statisticheskim metodam sbora, obrabotki i analiza eksperimental' nykh dannykh pri ispytaniiakh s.-kh. mashin. M.: Informagrotekh, 1997. 137 р.
4. Panov A.I., Selivanov VG. Tekhnika dlia obrabotki pochvy v teplitsakh // Traktory i sel'sko-khoziai-stvennye mashiny. 1997. № 3. Р. 9.
Panov Andrei Ivanovich - PhD (Tech), Associate Professor, Russian State Agrarian University - Moscow Agricultural Academy named after K.A. Timiryazev; 127550, Moscow, Timiryazevskaya ul., 49; tel.: +7 499-977-24-10 (ext. 286); e-mail: cxm.msau@yandex.ru.
УДК 514.18:631.312.021.3/4
A.A. васьков, м.в. Степанов, к.а. краснящих
Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К.А. Тимирязева
построение цилиндрической лемешно-отвальной поверхности с применением сапр
В статье приводятся принципы проектирования кривых поверхностей, в данном случае - лемешно-отвальных цилиндрического типа, с помощью САПР. Рассматриваются способы задания поверхности в среде геометрического трехмерного моделирования Компас-3Б.
Компьютерное моделирование рабочих оборачивающих поверхностей - сложная задача, требующая фундаментальных знаний начертательной геометрии и, в частности, принципов графического построения развертываемых поверхностей. Используя эти принципы, можно разработать методику создания их трехмерной модели.
