ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА

Єсіпов Олександр Вікторович

УДК 631.31-187

підвищення точності руху машинно-тракторного агрегату на міжрядній обробці просапних культур

Спеціальність 05.05.11 – "Машини і засоби механізації

сільськогосподарського виробництва"

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті сільського господарства

Науковий керівник: - доктор технічних наук, професор

Лебедєв Анатолій Тихонович

Харківський державний технічний університет сільського господарства, завідувач кафедрою "Трактори та автомобілі"

Офіційні опоненти: - доктор технічних наук, професор

Шабельник Борис Петрович

Харківський державний технічний університет сільського господарства, професор кафедри "Механізація тваринницьких ферм"

- кандидат технічних наук, доцент

Масюткін Євген Петрович

Таврійська державна агротехнічна академія, декан факультету енергетики сільськогосподарського виробництва

Провідна організація: - Національний науковий центр "Інститут механізації та електрифікації сільського господарства" Українська академія аграрних наук, (Київська область, с.м.т. Глеваха)

Захист відбудеться 29.06.2001року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.832.01 Харківського державного технічного університету сільського господарства за адресою:

61002, м. Харків-2, вул. Артема, 44.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці університету

Автореферат розісланий 29.05.2001р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради: Скобло Т.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Найбільш трудомісткою операцією при обробці цукрового буряка є догляд за посівами, що складається з операцій розпушування ґрунту в міжряддях і знищення бур'янів. Дана операція складає 40-50% усіх витрат праці виробництва цукрового буряка, що відповідає приблизно 100 чол·год/га і більше. Сучасні машинно-тракторні агрегати (МТА) рихлять ґрунт у міжряддях цукрового буряка з захисними зонами 18-20 см, обробляючи не більше 50% площі. Збільшення захисних зон приводить до підвищення витрат ручної праці на знищення з необроблених смуг бур'янів, наявність яких на посівах буряка знижує його врожайність або взагалі губить посіви.

Для підвищення якості виконання технологічних операцій з догляду за посівами цукрового буряка необхідно обробляти не менш 80% площі міжрядь, при припустимому до 3%, агротехнічними вимогами вирізанні культурних рослин. Це може бути досягнуто, в основному, за рахунок удосконалення системи автоводіння МТА, зокрема її корекції (напівавтоматичного керування) водієм щодо обробляюваного рядка посівів цукрового буряка. Така задача ще не досліджувалася. Розв'язання задачі досліджень щодо підвищення точності руху МТА за участю людини при міжрядній обробці посівів цукрового буряка є актуальною для механізації сільськогосподарського виробництва України.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження вирішуює задачу підвищення якості виконання технологічного процесу обробки цукрового буряка і спрямоване на реалізацію Державної програми "Виробництво технологічних комплексів машин і обладнання для агропромислового комплексу у 1998-2005 роки", розробленої згідно з постановою Кабінету міністрів України від 1 грудня 1997 року №1341 "Про розвиток сільськогосподарського машинобудування та забезпечення агропромислового комплексу конкурентноспроможною технікою" (розділ 3).

Мета та задачі дослідження. Метою дослідження є обґрунтування рекомендацій з підвищення точності руху МТА при міжрядній обробці посівів цукрового буряка при впливі людини на систему автоводіння.

Об'єкт дослідження: точність руху МТА при міжрядній обробці посівів цукрового буряка.

Предмет дослідження: підвищення ефективності сільськогосподарського агрегату при міжрядній обробці посівів цукрового буряка.

Для досягнення поставленої мети визначено такі задачі дослідження:

- обґрунтувати математичну модель точності руху МТА при різних видах корекції системи водіння;

- визначити раціональну структуру і параметри керування МТА при міжрядній обробці просапних культур;

- розробити модель діяльності людини при керуванні МТА;

- оцінити стійкість системи автоводіння при напівавтоматичному керуванні МТА;

- розробити методику оцінки точності руху МТА при міжрядній обробці посівів цукрового буряка при ручному, напівавтоматичному й автоматичному керуванні.

У процесі вирішення зазначених вище задач використовувалися методи теорії автоматичного керування і імовірного аналізу, що дозволили розробити математичні моделі, запропоновані в роботі.

Наукова новизна отриманих результатів

Найбільш значними положеннями наукової новизни є:

- математична модель оцінки точності руху МТА з системою автоводіння при короткочасній і тривалій корекції положення робочих органів культиватора щодо оброблюваного рядка цукрового буряка;

- отримані динамічні параметри системи і людини при напівавтоматичному керуванні МТА;

- оцінка області стійкості системи автоводіння при напівавтоматичному керуванні МТА;

- запропонована методика оцінки напруженості праці тракториста і точності руху МТА в міжряддях посівів цукрового буряка при різних видах корекції системи автоводіння;

- рекомендації з підвищення точності руху МТА в міжряддях посівів цукрового буряка при напівавтоматичному керуванні.

Практичне значення отриманих результатів:

- розроблено пропозиції щодо використання різних видів корекції системи автоводіння МТА при міжрядній обробці посівів цукрового буряка;

- надано практичні рекомендації з вибору схеми і параметрів коректора системи автоводіння МТА з різними моделями тракторів;

- запропоновано оптимальні конструкції коректорів системи автоводіння МТА з гусеничними і колісними тракторами.

Результати досліджень використовуються в УкрНДІСГОМі, ХТЗ і ХЗТСШ.

Особистий внесок здобувача. Автором розроблені методичні положення для всього комплексу теоретичних і експериментальних досліджень напівавтоматичного керування МТА при міжрядній обробці посівів цукрового буряка. Крім того, виконано:

- обгрунтування закономірності з оцінки точності руху МТА за участю людини при міжрядній обробці посівів цукрового буряка;

- розробку моделі діяльності людини при керуванні МТА;

- обгрунтовання критерію з оцінки стійкості руху МТА при напівавтоматичному керуванні;

- порівняльний аналіз з точності руху різних видів коректорів системи автоводіння для гусеничних і колісних тракторів.

Апробація результатів досліджень. Матеріали дисертаційної роботи доповідалися на міжнародному симпозіумі по сільгоспмашинобудуванню (м.Харків, УкрНДІСГОМі, 1994р), республіканській науково-технічній конференції "Розвиток тракторобудування України в 1999-2005рр" (м.Харків, 1998р.), науково-технічних радах ХТЗ і ХЗТСШ, наукових конференціях професорсько-викладацького складу, науковців і аспірантів ХДТУСГ (1998, 1999рр) , ХДПУ (1999р.)

Публікації. Основні положення дисертації опубліковано в шести друкованих працях спеціалізованих видань, у тому числі дві роботи самостійні.

Обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, основних висновків, списку використаної літератури із 63 найменувань. Загальний обсяг роботи 182 сторінки, в тому числі 147 сторінок основного тексту, 56 рисунків, 19 таблиць і додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність теми дисертації, її практична і наукова цінність, сформульована мета і визначені задачі роботи.

У першому розділі проведено аналіз літератури з оцінки точності руху тракторних агрегатів при міжрядній обробці просапних культур, який показав, що тема досліджень у даному напрямку актуальна для економіки України. Для підвищення якості виконання технічних операцій з догляду за посівами цукрового буряка необхідно підвищити точність і стабільність орієнтації культиватора в міжряддях незалежно від утоми механізатора й агрофону оброблюваного поля.

Результати досліджень, опублікованих у літературі, за темою стійкості руху тракторних агрегатів відносяться в основному до аналізу способів і засобів автоматизації міжрядної обробки просапних культур без оцінки впливу психофізичних характеристик людини на точність руху агрегату. У той же час, у ряді досліджень по системах керування показано, що для підвищення ефективності механічних систем необхідно досліджувати вплив людини на устаткування і вплив устаткування на людину. Така задача для тракторних агрегатів при міжрядній обробці просапних культур не ставилася дослідниками.

Таким чином, постановка і вирішення задачі досліджень у напрямку автоматизованих систем керування тракторним агрегатом за участю людини при міжрядній обробці просапних культур є новими для механізації сільськогосподарського виробництва України.

В другому розділі вирішується задача підвищення функціональної точності, при якій оцінюється відхилення робочих органів культиватора від рядка цукрового буряка. Цей параметр є найбільш інформативною ознакою якості виконання МТА міжрядної обробки, зокрема, цукрового буряка.

Підвищення стійкості руху МТА може бути досягнуто за рахунок застосування системи автоматичного керування (САК) сільськогосподарської машини, що за структурою може бути одноконтурною (при керуванні начіпкою) і двоконтурною (при керуванні колесами культиватора).

За експериментальними амплітудно-фазовими частотними характеристиками різних варіантів МТА оцінено величину зсуву і визначено запас стійкості системи. Доведено, що за точністю руху МТА з керованою начіпкою (одноконтурна САК) вигідно відрізняється від варіанту з керованими колесами. При зміні рельєфу місцевості і погіршенні погодних умов порушується стабільність орієнтації копіюючого елементу, відхилення якого від траєкторії оброблюваного рядка призводить до вирізання робочими органами культиватора посівів цукрового буряка. Точність руху МТА може бути підвищена за рахунок корекції (напівавтоматичне керування) водієм системи автоматичного керування.

Для оцінки точності руху МТА при міжрядній обробці цукрового буряка, що характеризується імовірністю виходу робочих органів за допустимі агротехнічні межі по захисній зоні, обґрунтовано математичну модель точності руху МТА при різних видах корекції САК.

Під час руху МТА із САК можлива короткочасна однократна корекція положення робочих органів культиватора щодо рядка цукрового буряка, викликана наїздом на перешкоду, відхиленнями прямолінійності рядка великої амплітуди з малою частотою і т.п. Для даного випадку оцінено точність САК, тобто якість функціонування при випадкових факторах, що викликають, короткочасну однократну дію.

Після вирішення даної задачі якість функціонування САК задовольняє агротехнічним вимогам на міжрядну обробку цукрового буряка, тобто САК збереже працездатність, якщо поперечне відхилення робочого органу культиватора (вихідний параметр Dz(t)) від номінального значення zк знаходиться в допустимій області

aЈDz(t)Јb, (1)

де a, b - межі області працездатності: a<0,b>0.

Для випадку короткочасного однократного впливу на САК при ручній корекції ймовірність виконання системою поставленої задачі (функція ефективності) визначається залежністю:

(2)

де Ф(Dz/t) - ймовірність виконання САК функціональної задачі в момент t; Dz - похибка функціонування САК; wt(a),wt(b) - відповідно щільності ймовірності нижньої і верхньої меж області працездатності.

Багаторазова короткочасна ручна корекція САК при міжрядній обробці просапних культур можлива за довжиною оброблюваного рядка цукрового буряка при сильній засміченості поля. Для вирішення даної задачі короткочасна корекція може застосовуватися послідовно n раз, у деякі моменти часу t1, t2,...,tn.

Ймовірність забезпечення точності руху МТА для даного випадку визначиться за формулою:

(3)

де Р(Dzn) - щільність імовірності корекції САК за пройденою відстанню МТА; Dzn0 - похибка корекції САК за пройденим МТА шляхом, значення якої в моменти t1,t2,...,tn взаємно незалежні; Dznt - інструментальна похибка пройденої відстані МТА.

Якщо при короткочасній багаторазовій ручній корекції САК не забезпечується точність руху МТА в міжряддях просапних культур, то необхідна корекція САК тривалого дискретного характеру дії.

Задача тривалої ручної корекції САК дискретного характеру дії вирішується в разі необхідності забезпечення заданої точності руху МТА при міжрядній обробці посівів цукрового буряка. Корекція тривалого характеру дії протягом оперативного часу застосування t змінює свій стан з імовірністю, близькою до одиниці. У цьому випадку ймовірність виконання задачі з точності руху МТА визначається за формулою:

(4)

де P(n) - ймовірність того, що число необхідних успішних застосувань ручної корекції САК дорівнює n.

Якщо тривалість ручної корекції САК здійснюється безупинно за довжиною обробляємої ділянки лану, то в цьому випадку вважається, що САК знаходиться в режимі ручного керування (безупинна корекція САК). Ручне керування МТА можливе при значній засміченості обробляємої ланки, відсутності борозни копіювання оброблюваного рядка і при несправності САК.

При ручному керуванні МТА похибка системи може бути описана випадковою функцією:

(5)

де n - випадкова величина, що приймає в загальному випадку значення від -Ґ до +Ґ; j(t) - детермінована функція часу.

Для даного випадку ймовірність виконання МТА задачі з точності руху визначається за формулою:

(6)

Для забезпечення необхідних впливів людини на САК МТА найбільш прийнятна система керування, що реалізує один вхід, а саме, відхилення копіра від напрямку рядка цукрового буряка. При цьому САК може бути виготовлена з уніфікованих блоків (електронних, гідравлічних і т.п.), вимоги до точності, функціонування яких визначаються на стадії проектування і підтримуються в експлуатації.

У третьому розділі вирішується задача підвищення динамічних властивостей МТА при напівавтоматичному керуванні робочими органами (сполучення автоматичного і ручного керування).

Оцінено динаміку системи керування робочими органами при ручному і напівавтоматичному керуванні, виконано аналіз рівня ергономічності при напівавтоматичному керуванні МТА.

Для МТА (рис.1), яка реалізує пропорційність відхилення ук робочих органів культиватора від впливу, що задає, ур (конфігурація рядка рослин), точність спостереження істотно залежить від динамічних параметрів САК і її ланок. При цьому необхідно враховувати, що зі зміною навантаження на виконавчому механізмі, наприклад, гідропідсилювачі, змінюються як динамічні, так і статичні характеристики САК.

Рис.1. Структурна схема системи керування МТА:

- передаточні функції відповідно датчика, електронного блоку, обмотки електромагнітів, гідроприводів; - передаточна функція МТА за узагальненими координатами; ут - відхилення робочого органа; bт - зміна курсового кута; D - зсув культиватора щодо подовжньої осі трактора; ур - вплив, що задає, (конфігурація рядка рослин); ук - відхилення робочих органів культиватора.

При напівавтоматичному керуванні МТА доцільно корекцію водієм робочих органів культиватора щодо трактора здійснювати через диференціальний механізм, що підсумовує впливи САК і водія. Для даного механізму зусилля, що розвивається вихідною ланкою САК з ручною корекцією, дорівнює сумі зусиль за узагальненими координатами системи (переміщення): рукоятки коректора, золотника гідропідсилювача, штока гідропідсилювача (рис.2).

Рис.2. Модель диференціального включення ручної корекції САК:

mр,mз,mг,mс - маси відповідно рухливих з'єднань коректора від диференціального механізму до золотника гідророзподільника, гідропідсилювача і приєднань до нього навантаження, рухливих частин САК; хр,хс,хз - переміщення відповідно рукоятки коректора, вихідної ланки САК, золотника гідропідсилювача; Кг, Кз, Кр - коефіцієнти підсилення відповідно гідропідсилювача, золотника керування і механізму ручного керування; уг - переміщення штока гідропідсилювача,; hp,hз - коефіцієнт в'язкого тертя відповідно механізму ручного керування і золотника гідропідсилювача.

При ручній корекції САК дії водія МТА оцінюються за трьома ступенями свободи : перша - зорова інформація, друга - ухвалення рішення про необхідність керування, третя - силовий вплив на систему керування.

У даному випадку рівняння завантаження водія МТА про сприйняття прямолінійності обробляємого рядка цукрового буряка й обробки даної інформації буде мати вигляд:

(7)

де - час, витрачений водієм на обробку первинної інформації, с; - зорова інформація про прямолінійність рядка цукрового буряка.

Для спрощення аналітичних досліджень моделі водія МТА замінимо рівняння (7) першими двома членами розкладання в дробовий ряд Пада:

(8)

Прийняті розрахунки водієм про необхідність корекції руху МТА описуються диференціальним рівнянням

(9)

де - коефіцієнт підсилення обчислювального апарата водія; , , , - постійні часу запізнювання.

Диференціальне рівняння силового впливу водія на систему керування має вид:

(10)

де hв - запізнювання в розвитку зусилля на системі керування, с; - коефіцієнт передачі силового впливу водія.

Рівняння (8), (9) і (10) покладено в основу структурної схеми водія МТА при його напівавтоматичному керуванні (рис.3).

Рис.3. Структурна схема моделі водія МТА.

При прямолінійному руху МТА динамічні параметри водія по сприйняттю й обробці інформації про прямолінійність рядка можуть бути прийняті рівними в=0,2с, а по запізнюванню в розвитку зусилля на керування - hв=0,1с. Параметри водія і hв не істотно змінюються при керуванні водієм МТА. Ланка обчислення рівнянь є змінюваною частиною моделі водія і її можна вважати послідовним коригувальним пристроєм, який включається у прямий ланцюг регулювання. Область постійних часу, відтворених водієм, залежить від сумарного запізнювання ( + hв) і розташовується в межах:

(11)

При допущенні ====0 динамічна модель водія, за вихідною координатою цпро записується у вигляді:

(12)

При запізнюванні силового впливу водія на систему керування від зорової інформації про необхідність корекції МТА, що знаходиться в межах 0,8...1,2с, водій пропускає частоти 2Гц (граничне значення не більш 5Гц).

При напівавтоматичному керуванні з тривалою корекцією САК умова гармонійного балансу не виконується, що свідчить про стійкість її роботи (рис.4).

При короткочасній однократній і багаторазовій ручній корекції САК стійкість системи оцінюється за перехідною характеристикою або аперіодичною ланкою другого порядку, або коливальною. Характер ланки визначається інертністю МТА і швидкодією ручної корекції (рис.5).

Рис.4. Логарифмічні характеристики САК:

An(щ),Фл(щ) - амплітудна і фазова частотні характеристики лінійної частини; 1/qn(А(щ), Фэ(щ) - зворотні амплітудна і фазова характеристики нелінійної частини.

Рис.5. Перехідні і частотні характеристики МТА при короткочасній однократній і багаторазовій корекції САК:

а - перехідна (МТА - аперіодична ланка); б - перехідна (МТА - коливальна ланка); в - амплітудно-фазова; г - логарифмічна амплітудно-частотна.

Параметри МТА (Т0, Т1), при яких зберігається стійкість руху, знаходяться за АФХ. При короткочасній однократній і багаторазовій корекції САК стійкість руху МТА зберігається, якщо відношення динамічних параметрів агрегату знаходиться в межах:

0,38< <0,71.

У четвертому розділі висвітлено програму і методику експериментальних досліджень.

Метою експериментальних досліджень є оцінка точності руху машинно-тракторного агрегату при міжрядній обробці посівів цукрового буряка при автоматичному і напівавтоматичному керуванні.

Експеріментальні дослідження передбачили:

- визначення динамічних параметрів МТА в складі тракторів Т-70С та ЮМЗ-6Л з культиватором КОЗР-5,4 при автоматичному і напівавтоматичному керуванні;

- визначення динамічних параметрів людини при керуванні МТА;

- оцінку параметрів середньоквадратичного відхилення МТА від рядків цукрового буряка при автоматичному і напівавтоматичному керуванні.

Методика експериментальних досліджень передбачає виконання робіт у лабораторних умовах з оцінки впливу навантаження начіпної системи на швидкодію системи автоводіння (САВ) і в польових умовах - стійкості руху МТА при автоматичному і напівавтоматичному керуванні.

Лабораторні дослідження передбачили:

- оцінку впливу завантаження начіпної системи трактора із САВ на швидкість зсуву начіпки і зміна сигналу помилки ;

- обґрунтування оптимального коефіцієнту зусилля САВ-1М.

Оцінку впливу навантаження начіпної системи на точність роботи САК виконано на лабораторній установці, що імітує навантажувальні режими роботи САВ-1М з начіпною системою трактора. Щоб оцінити вплив корекції САК на точність руху МТА, розроблено комплекс вимірювальних приладів і устаткування для оцінки динамічних параметрів в польових умовах.

Для оцінки різних варіантів коректування положення культиватора щодо тракторів Т-70С та ЮМЗ-6Л при міжрядній обробці посівів цукрового буряка розроблено і виготовлено автоматичний коректор, що забезпечує переміщення культиватора щодо трактора в поперечному напрямку (рис.6).

Рис.6.Схема автоматичного коректора культиватора відносно трактора:

1,2 – поздовжні тяги; 3 – направляюча; 4 – каретка; 5 –автозчіпка; 6 – гідроциліндр; 7,8 – ланцюги.

Для оцінки напруженості роботи тракториста, за якою визначаються його динамічні параметри, використані фізіологічні і психодіагностичні методи.

Оцінку точності руху МТА виконано за допомогою запрограмованого мікрокалькулятора, що реалізує обчислення дисперсії і середньоквадратичне відхилення через центральні і початкові моменти:

(13)

де D - дисперсія; М2 - центральний момент другого порядку; m1 і m2 – початкові моменти першого і другого порядку відповідно; xn - поточне значення відхилення; x=m1 - середньоарифметичне значення відхилення; N - кількість вимірів; - середньоквадратичне відхилення для нормального розподілу.

У п'ятому розділі приведено результати експериментальних досліджень з оцінки впливу навантаження начіпної системи трактора на функціонування САК, напруженості праці тракториста і точності руху МТА при різних напрямках коректування САК.

Аналіз функціональних параметрів САВ-1М при зміні навантаження начіпної системи трактора і коефіцієнта передачі дозволяє зробити такі висновки:

- завантаження начіпної системи трактора практично не впливає на швидкість зсуву начіпки і зміну сигналу помилки, хоча і спостерігається деяке зниження (1,5%) параметрів і з підвищенням Gн;

- точність обробки вхідного сигналу САВ-1М залежить від коефіцієнта передачі, істотно звужуючись з підвищенням K для кожного навантажувального режиму начіпки.

Для гідромеханічного варіанту САК при Gн=120 кг отримано: =12,76 мм/с, =26,77 мм/с, =4,5 мм. Це свідчить про зниження чутливості гідромеханічної САК до відпрацьовування вхідного сигналу.

Експериментами встановлено, що стомлюваність тракториста найбільшою мірою впливає на тривалість ухвалення рішення про необхідність керування МТА. У цьому випадку у відповідності з структурною схемою тракториста (див. рис. 3) його передаточна функція може бути апроксимована виразом

(14)

де ф1, t2 - час реакції, що характеризує затримку відповідної реакції на сприйнятий органами чуттів сигналу; К – коефіцієнт підсилення.

У таблиці наведено чисельні значення коефіцієнтів передаточної функції (14) при керуванні МТА (Р - ручне, Н - напівавтоматичне, А - автоматичне).

Таблиця

Динамічні параметри тракториста при керуванні МТА на міжрядній обробці посівів цукрового буряка

Режим керування 1/c 1/c б К

А Н Р 0,04 0,11 0,20 1,5 4,5 11,0 0,080 0,055 0,067 100 40 15

Встановлено, що тракторист здатний робити до двох відповідних реакцій за секунду при двох роздратуваннях, що визначає його смугу пропущення частотою порядку 0,5Гц. Таким чином, тракторист при напівавтоматичному керуванні може виконати в секунду два коректування напрямку руху МТА.

Результати експериментальних досліджень показали, що при напівавтоматичному керуванні тракторами ЮМЗ-6Л та Т-70С і короткочасному багаторазовому впливі на САВ-1М точність системи керування руху МТА має кращі показники в порівнянні з автоматичним керуванням і особливо ручним.

Для трактора ЮМЗ-6Л с культиватором КОЗР-5,4 кращі показники з точності системи керування має напівавтоматичне керування при швидкості руху V = 2,21м/с і настроюванні САВ-1М: коефіцієнт підсилення К=6, зворотний зв'язок ЗЗ-10. Даний режим роботи МТА характеризується дисперсією Dс = 1,638см2 і помилкою спостереження Dс = 3,838см. Для порівняння при ручному керуванні з даною швидкістю руху маємо Dс ,384см2 і Dс = 9,325см, а при автоматичному – Dс=1,898см2 і D с= ,230см.

Для трактора Т-70С с культиватором КОЗР-5,4 рекомендується також напівавтоматичне керування при швидкості руху V=1,56 м/с і настроюванні САВ-1М: К – 2, ЗЗ – 10. Для даного режиму руху МТА маємо Dс = 0,384 см2 і Dс = 1,90см. Для порівняння при ручному керуванні в разі такої швидкості руху маємо Dс = 1,547см2 і Dс = 3,749см, а при автоматичному - Dс = 1,246 см2 і Dс = 3,304 см.

На точність наведення, крім точності системи керування, також впливають такі параметри як величина відхилення сошника сівалки від її рами, розкид сходів цукрового буряка і величина відхилення робочих органів культиватора від його рами, критерієм якості є сумарна дисперсія всіх помилок, що складає:

D = Dсш + Dв + Dс + Dс.к. + Dр.о., (15)

де Dсш , Dв , Dс , Dс.к. , Dр.о. – дисперсія відповідно відхилення сошника сівалки від її рами, розкиду сходів, помилки САК, помилки від неточності знаходження копіром щілини, відхилення робочих органів культиватора. При автоматичному керуванні Dа = 4,57 см2, Да = 3 = 6,42см, а при напівавтоматичному керуванні Dн =3,70 см2, Дн=3 = 5,7 см.

Застосування напівавтоматичного керування в порівнянні з автоматичним дозволяє зменшити захисну зону на 1,6 см.

Таким чином, застосування напівавтоматичного керування напрямком руху агрегату при міжрядній обробці посівів цукрового буряка підвищує точність руху агрегату на 10-11%, що за результатами досліджень дає додатково 7,5...8,3 ц/га цукрового буряка при середній врожайності 359 ц/га і засміченості 115,5Ч104 шт/га. Впровадження напівавтоматичного керування МТА на міжрядній обробці посівів цукрового буряку дозволяе отримати годовий економічний ефект у сумі 8,428 гривень на один агрегат.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ І РЕКОМЕНДАЦІЇ

1.Аналіз виконаних досліджень з міжрядної обробки просапних культур показав, що постановка і вирішення задачі досліджень у напрямку автоматизованих систем керування тракторним агрегатом за участю людини при міжрядній обробці посівів цукрового буряка є новими для механізації сільськогосподарського виробництва України.

2.За функцією ефективності оцінено точність руху машинно-тракторного агрегату при міжрядній обробці посівів цукрового буряка, яка характеризується виходом робочих органів культиватора за допустимі агротехнічні межі по захисній зоні, при однократній і багаторазовій, тривалій дискретній і безупинній корекції (впливі) людини на систему автоводіння агрегату.

Визначено, що при корекції системи автоводіння забезпечується міжрядна обробка посівів цукрового буряка з захисними зонами 5,2...5,7см.

3.Для забезпечення необхідних корекцій системи автоводіння машинно-тракторного агрегату найбільш прийнятна система керування, що реалізує відхилення копіра від напрямку рядка цукрового буряка.

При описі вхідного параметра системи автоводіння за законом імовірності, що рівномірно змінюється, середньоквадратичні відхилення похибок функціональної точності руху агрегату більші початкового значення в 1,44 рази, а при описі вхідного параметра законом рівної імовірності – у 1,73 рази.

4.Для системи автоводіння машинно-тракторного агрегату, що реалізує пропорційність відхилення ук робочих органів культиватора від конфігурації рядка цукрового буряка ур, точність спостереження вихідного параметра за координатою ур істотно залежить від динамічних параметрів системи автоводіння і її ланок.

При напівавтоматичному керуванні з тривалою корекцією системи автоводіння умова стійкості роботи агрегату зберігається у всьому діапазоні зміни його динамічних параметрів. При короткочасній однократній і багаторазовій корекції системи автоводіння стійкість руху агрегату зберігається при відношенні динамічних параметрів агрегату, що характеризують його інерційність за швидкістю (Т1) і прискоренням (Т0), у межах

5. При ручній корекції системи автоводіння дії водія агрегату оцінюється трьома ступенями свободи: перша – зорова інформація, друга – ухвалення рішення про необхідність керування, третя – силовий вплив на систему керування.

При запізнюванні силового впливу водія на систему керування від зорової інформації про необхідність корекції напрямку руху агрегату, що знаходиться в межах 0,8…1,2с водій пропускає частоти 2Гц (граничне значення 5Гц). Тракторист на міжряднії обробці посівів цукрового буряка здатний робити до двох відповідних реакцій у секунду при двох роздратуваннях, що визначає смугу його пропущення 0,5Гц.

6.З точності і стійкості руху при міжрядній обробці посівів цукрового буряка кращі показники має машинно-тракторний агрегат у складі гусеничного трактора Т-70С з культиватором КОЗР-5,4 при напівавтоматичному керуванні, яке характеризується дисперсією Dс=0,384см2 і помилкою спостереження Dс=1,90см.

7.Застосування напівавтоматичного керування напрямком руху агрегату при міжрядній обробці посівів цукрового буряка у порівнянні з режимом автоводіння підвищує точність спостереження на 10…11%, що за результатами досліджень інституту цукрового буряківництва УААН дає додатково 7,5...8,3 ц/га цукрового буряка при середній врожайності 359 ц/га і засміченості 115,5Ч104 шт/га. Впровадження напівавтоматичного керування МТА на міжрядній обробці посівів цукрового буряку дозволяе отримати годовий економічний ефект у сумі 8,428 гривень на один агрегат.

8..Методику розробки коректорів систем автоводіння сільськогосподарської техніки впроваджено в Українському НДІ сільгоспмашинобудування, рекомендації з раціональної структури і параметрів напівавтоматичного керування орно-просапних тракторів типу ХТЗ-120 і ХТЗ-160 прийняті для впровадження на ВАТ "Харківський тракторний завод".

Основні положення дисертації опубліковано в таких роботах:

1.Антощенков В.Н., Бережецкий А.Е., Есипов А.В. Оценка надежности систем автовождения сельскохозяйственных агрегатов// Повышение надежности восстанавливаемых деталей машин: Сб.научн.тр.-Харьков.: ХГТУСХ.-1997.-с.27-29. (Участь у збиранні фактичного матріалу і аналізі результатів).

2.Есипов А.В. Полуавтоматическое управление сельскохозяйственным агрегатом// Вестник Харьковского политехнического университета, №11:Сб.научн.тр.-Харьков.:ХГПУ.-1998.- с.113-117.

3.Антощенков В.Н., Есипов А.В. Обоснование параметров тракторного агрегата с системой автовождения для междурядной обработки пропашных культур// Тракторная енергетика в растениеводстве: Сб.научн.тр.-Харьков.: ХГТУСХ.—1998.-с.198-206. (Участь у розробці алгоритмів і виконання розрахунків).

4. Антощенков В.Н., Есипов А.В. Обоснование точности вождения тракторного агрегата при междурядной обработке пропашных культур// Тракторная энергетика в растениеводстве: Сб.научн.тр.-Харьков.:ХГТУСХ.-1998.-с.206-210. (Участь у постановці задачі та розробці методик розрахунків).

5.Есипов А.В. Влияние износа гидромеханического рулевого управления на эргономические параметры управления трактором// Тракторная энергетика в растениеводстве: Сб.научн.тр.-Харьков.:ХГТУСХ.-2000.-с.37-47.

6.Антощенков В.Н., Есипов А.В. Синтез автоматического управления МТА при междурядной обработке// Тракторная энергетика в растениеводстве: Сб.научн.тр.-Харьков.:ХГТУСХ.-2000.-с140-143. (Участь у збиранні матеріалу, розробка алгоритмів і виконання розрахунків).

АНОТАЦІЯ

Єсіпов О.В. Підвищення точності руху машинно-тракторного агрегату на міжрядній обробці просапних культур. Рукопис на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.05.11 "Машини і засоби механізації сільськогосподарського виробництва". Харківський державний технічний університет сільського господарства. Харків, 2001.

Обгрунтовано рекомендації з підвищення точності руху МТА при міжрядній обробці посівов цукрового буряка при впливі людини на систему автоводіння.

Розроблено математичну модель МТА при міжрядній обробці посівів цукрового буряка при однократній і багаторазовій, тривалій і беззупинній корекції (впливі) людини на систему автоводіння.

Оцінено дії водія агрегату при ручній корекції системи автоводіння. Визначено, що тракторист при виконанні міжрядної обробки посівів цукрового буряка здатний робити до двох відповідних реакцій у секунду при двох роздратуваннях.

Виконано порівняльний аналіз точності і стійкості руху МТА при автоматичному і напіватоматичному керуванні, який показав, що застосування напівавтоматичного керування напрямком руху агрегату при міжрядній обробці посівів цукрового буряка в порівнянні з режимом автоводіння підвищує точність спостереження на 10-11%. Це за результатами досліджень інституту цукрового буряківництва УААН дає додатково 7,5...8,3 ц/га цукрового буряка при середній врожайності 359 ц/га і засміченості 115,5Ч104 шт/га. Впровадження напівавтоматичного керування МТА на міжрядній обробці посівів цукрового буряку дозволяе отримати годовий економічний ефект у сумі 8,428 гривень на один агрегат.

Ключові слова: машинно-тракторний агрегат (МТА); корекція; система автоводіння (САВ); автоматичне і напівавтоматичне керування; захисна зона.

АННОТАЦИЯ

Есипов А.В. Повышение точности движения машинно-тракторного агрегата на междурядной обработке пропашных культур. Рукопись на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.11 – “Машины и средства механизации сельскохозяйственного производства”. Харьковский государственный технический университет сельского хозяйства. Харьков, 2001.

Анализ выполненных исследований по междурядной обработке пропашных культур показал, что постановка и решение такой задачи в направлении автоматизированных систем управления тракторным агрегатом с участием человека является новыми для механизации сельскохозяйственного производства Украины.

По функции эффективности оценена точность движения машинно-тракторного агрегата при междурядной обработке посевов сахарной свеклы, характеризуемая выходом рабочих органов культиватора за допустимые агротехнические пределы по защитной зоне, при однократной и многократной, длительной дискретной и непрерывной коррекции (воздействие) человека на систему автовождения агрегата.

Получено, что при ручной коррекции системы автовождения обеспечивается междурядная обработка посевов сахарной свеклы с защитными зонами 5,2...5,7см.

Для обеспечения необходимых коррекций системы автовождения машинно-тракторного агрегата наиболее приемлема система управления, реализующая отклонение копира от направления рядка сахарной свеклы.

При описании входного параметра системы автовождения по закону равномерно изменяющейся вероятности среднеквадратические отклонения погрешностей функциональной точности движения агрегата больше начального значения в 1,44 раза, а при описании входного параметра законом равной вероятности – в 1,73 раза.

Для системы автовождения машинно-тракторного агрегата, реализующей пропорциональность отклонения ук рабочих органов культиватора от конфигурации рядка сахарной свеклы ур, точность слежения выходного параметра за координатой ур существенно зависит от динамических параметров системы автовождения и её звеньев.

При полуавтоматическом управлении с длительной коррекцией системы автовождения условие устойчивой работы агрегата сохраняется во всём диапазоне изменения его динамических параметров. При кратковременной однократной и многократной коррекции системы автовождения устойчивость движения агрегата сохраняется при отношении динамических параметров агрегата, характеризующих его инерционность по скорости (Т1) и ускорению (То), в пределах

При ручной коррекции системы автовождения действия водителя агрегата оценивается по трём степеням свободы: первая – зрительная информация, вторая – принятие решения о необходимости управления, третья – силовое воздействие на систему управления.

При запаздывании силового воздействия водителя на систему управления от зрительной информации о необходимости коррекции направления движения агрегата, находящимся в пределах 0,8…1,2с водитель пропускает частоты 2Гц (предельное значение 5Гц). Тракторист при выполнении междурядной обработки посевов сахарной свеклы способен совершать до двух ответных реакций в секунду при двух раздражениях, что определяет полосу его пропускания 0,5Гц.

По точности системы управления и устойчивости движения при междурядной обработке посевов сахарной свеклы лучшие показатели имеет машинно-тракторный агрегат в составе гусеничного трактора Т-70С с культиватором КОЗР-5,4 при полуавтоматическом управлении, характеризуемом дисперсией Dс=0,384см2 и ошибкой слежения Dс=1,90см.

Применение полуавтоматического управления направлением движения агрегата при междурядной обработке посевов сахарной свеклы в сравнении с режимом автовождения повышает точность слежения на 10…11%, что по результатам института сухарного буряководства УААН дает дополнительно 7,5…8,3 ц/га сахарной свеклы при средней урожайности 359 ц/га и засоренности 115,5Ч104 шт/га. Внедрение полуавтоматического управления МТА при междурядной обработке посевов сахарной свеклы позволяет получить годовой экономический эффект в сумме 8,428 гривень на один агрегат.

Методика разработки корректоров систем автовождения сельскохозяйственной техники внедрены в Украинском НИИ сельхозмашиностроения, рекомендации по рациональной структуре и параметрам полуавтоматического управления пахотно-пропашных тракторов типа ХТЗ-120 и ХТЗ-160 приняты для внедрения на ОАО "Харьковский тракторный завод".

Ключевые слова: машинно-тракторный агрегат (МТА); коррекция; система автовождения (САВ); автоматическое и полуавтоматическое управление; защитная зона.

Annotation

Esipov A.V. The increase of exactness of movement of the machine-tractor aggregate (МТА) at the international processing of sowing of crops.

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.05.11. – "Machines and facility for mechanization of agricultural manufacture." Kharkov state technical university of agriculture, Kharkov, 2001.

The recommendations for increase of exactness of movement of МТА at the international processing of sowing of sugar beet at influence of the man on system of auto driving are substantiated.

The mathematical model of exactness of movement of МТА at different kinds of correction of system of auto driving is substantiated.

The rational structure and parameters of management of МТА inter-row tilled crops is determined.

The model of the man activity at management of MTA is elaborated.

The stability of auto driving system at semi-automatic management of MTA is appreciated.

The experimental explorations are confirmed that use of semi-automatic management of direction movement of the aggregate at international processing of sowings of sugar-beet in the comparison with condition of auto driving on account of increase of exactness tracing allow to diminish of protection zone on 10-11% that as a results give extra 7.5…8.3 c/h of sugar-beet. The introduction of semi-automatic management of MTA at the inter-row processing of sowing of sugar beet allows receiving yearly economic effect in the sum 8.428 hrn. on one aggregate.

Key words: machine-tractor aggregate (MTA), the correction; the system of auto driving (SAD); automatic and semi-automatic management; protection zone.