Оптимальные параметры агрегатов

Наибольшая эффективность применения подвижного агрегата в заданном сочетании внешних производствен­ных условий, как известно, достигается при определен­ных значениях его параметров:

- мощности энергетиче­ской установки,

- массы агрегата,

- ширины захвата.

Предпосылка высокой производительности мобиль­ного агрегата — соответствие его параметров, прежде всего ширины захвата, производственным условиям при­менения.

Зависимость между основными показателями внешних произ­водственных условий:

- физико-механические свойства обрабатывае­мого материала;

- основания, по которому перемещается агрегат,

- уклон местности,

- размеры обрабатываемых полей

 и основными па­раметрами агрегата:

- ширина захвата,

- масса,

- энергонасыщенность,

- кинематическая характеристика

 выражается следующим образом

                                         (6)

Или, принимая во внимание, что G = N/N_у,

где В_опт — оптимальная ширина захвата агрегата, м;

ψ — коэффи­циент сопротивления передвижению трактора

ψ = (f ·Cosα±Sinα) (α — угол наклона);

G — масса трактора, кг; L — длина гона, м; К_х — кинематическая характеристика агрегата, определяемая отно­шением средней длины холостого хода L_х. приходящейся на один рабочий ход l, к ширине В: К_х = L_х/В; N — мощность двигателя, кВт; N_у — энергонасыщенность трактора (N_у = N/G), кВт/кг; К_пр — приведенное удельное тяговое сопротивление машин (Н/м), опреде­ляемое зависимостью

                               (7)

Здесь R — тяговое сопротивление прицепной части агрегата, Н;

N_вом — мощность, реализуемая через ВОМ, кВт; η_вом — к.п.д. вала отбора мощности (0,94...0,96); η_мг — к.п.д. силовой передачи трактора; V— скорость поступательного движения агрегата, км/ч.

В таблице 3 приведены В_опт для основ­ных агрегатов при различной длине гона.

Таблица 3.

Агрегаты	Ширина захвата агрегата, м, при длине гоиа, м
	100	200	400	600	1000 и более
Пахотные	1,05	1,05... 1,40	1,40.. .1,75	1,75...2,10	2,8...3,5
Лущильные	5	5	10	15	20
Культиваторные	3...4	4	6	8...9	12...16
Бороновальные	9	12	18...21	24...30	36...42
Посевные	3,6	7,2	10,8	10,8...14,4	18,0...21,6
Жатвенные	4,9	4,9...6,0	6,0...9,6	12	14
Сенокосные	2	4	6	8	10...12

Увеличение ширины захвата агрегата сопровождает­ся уменьшением коэффициента его эксплуатационной надежности.

График изменения производительности агрегата в функции числа п машин в агрегате (рис. 5) показыва­ет, что при заданных значениях коэффициента эксплуа­тационной надежности наибольшая производительность достигается при определен­ном числе машин в аг­регате.

Опыт показывает, что чем стабильнее свойст­ва почвы, хлебной массы и др., тем выше эксплуатаци­онная надежность машин, а следовательно, и возмож­ности эффективного приме­нения широкозахватных аг­регатов.

Скорость агрегата должна устанавливаться с учетом качества работы.

Во многих случаях ·скорость (км/ч), определяемая энер­гонасыщенностью агрегата

                                   (8)

не может быть реализована вследствие агротехнологических или физиологических ограничений.

 

Так, энергонасыщенный тракторный агрегат (Т-150, плуг ПЛН-4-35) при вспашке на глубину 20 см почвы с удельным сопротивлением К_о = 0.06 МПа и степени загрузки двигателя ξ_д = 0,9 мог бы развить скорость

              V = (3,6-10³· 110·0,9·0,65) /(10⁶·0,06·0,2·1,4)≈13,8 км/ч.

Однако допустимая скорость по качественным по­казателям работы плуга составляет 9 км/ч. При уста­новке скоростных корпусов ПЛЖ-31 тот же агрегат мог бы работать со скоростью 12 км/ч.

Установленные в результате многочисленных исследо­ваний закономерности изменения:

- тяговых сопротивлений,

- сопротивлений передвижению,

- буксования и потребной мощности по скорости,

- показателей массы агрегата по ширине захвата,

- использо­вания сменного времени по ширине захвата и скорости движения дают возможность находить оптимальное соче­тание, между параметрами и режимами работы агрега­тов. Определяющий критерий, совокупности факторов, действующих при функционировании подвижного агрегата, — приведенные издержки на еди­ницу площади.

Как показали уточ­няющие исследования В. В. Кацыгина и др, при определении ра­циональных параметров и состава агрегата необ­ходимо учитывать ве­роятностный характер внешней нагрузки Р_кр = R, характеризуемый значением среднего квад­ратического отклонения G/R сопротивления.

Соот­ветственно изменяется и оптимальная тяговая мощность (рис. 6).

Та­ким образом, при опре­делении оптимальных режимов работы машинно-тракторных агрегатов необхо­димо рассматривать тяговое сопротивление R и тяго­вую мощность N_КР как случайные величины.

Рисунок 6. Изменение оптимальных значений тягового усилия Р_КР, скорости V и тяговой мощности N_кр в зависимости от среднего квадратического отклонения тя­гового сопротивления G_R.

 

Общие закономерности изменения эффективности агрегатов при выполнении производственных процессов наиболее целесооб­разно устанавливать методом математического моделирования.

Сущность метода состоит в:

- выделении структурных и функцио­нальных элементов процесса,

- установлении связей между ними,

- нахождении потоков информации,

- разработке соответствующего алгоритма, воспроизводящего формализованный производственный процесс при изменяющихся параметрах машин и различных схемах и условиях его выполнения в произвольные моменты времени при определенных ограничениях.

При формализации необходимо учитывать такие факторы:

- интервалы времени, определяющие длительность протекания раз­личных состояний процесса,

- кинематические режимы движения,

- энергетические режимы функционирования,

- естественно-производ­ственные условия протекания процесса,

- режимы занятости обслу­живающего персонала и звеньев комплекса технических средств,

- надежность последних и периодичность отказов,

- качество выпол­няемых процессов.

Результаты исследо­ваний показывают, что на процессах с удельны­ми сопротивлениями свы­ше 10 кН/м оптимальные по минимуму приведен­ных затрат скоростные режимы агрегатов нахо­дятся в пределах 6... 9,5 км/ч.

На процессах с удельными сопротивле­ниями 0,5...2,5 кН/м оптимальные по минимуму приведен­ных затрат скоростные режимы агрегатов нахо­дятся в пределах 8... 16 км/ч; на уборочных процессах без переработки убираемой массы (жатки, косил­ки) — в пределах 11..15 км/ч; на распредели­тельных процессах (раз­брасыватели, опыливате­ли) 5...20 км/ч; на убо­рочных процессах с переработкой массы (комбайны) в пределах 3...12 км/ч; на тракторных транспортных работах 10,..23 км/ч.

Указанные скоростные режимы во многих случаях при существующих технологических процессах и соответ­ствующих конструктивных решениях сельскохозяйствен­ных машин не могут быть реализованы и ограничиваются качественными показателями технологического процесса (уборка картофеля,), а также современным со­стоянием поверхности полей (микрорельеф, вызывающий недопустимые уровни вибраций); для транспортных процессов скорости ограничиваются прежде всего со­стоянием дорожных условий.

Потребные мощности тракторов зависят от внешних производственных условий (прежде всего от физико-ме­ханических свойств почвы, обрабатываемых сельскохо­зяйственных материалов и размеров полей) и от комп­лекса выполняемых процессов.

При отклонении тяговых и скоростных режимов от оптимальных значений резко снижается экономичность агрегатов. Если минимум эксплуатационных затрат С_пр для трактора типа Т-150 на вспашке составляет 30 руб/га и достигается при ширине захвата В около 2,5 м и ско­рости движения ν = 2,5 м/с, то при ширине захвата 2 м и скорости 2 м/с затраты возрастают до 46 руб., т. е, более чем в 1,5 раза.

Для эффективного агрегатирования перспективных тракторов, учитывая ограничения по сцеплению и по ши­рине захвата, особенно для Нечерноземной зоны, широ­кое применение должны получить комбинированные аг­регаты, в том числе с приводом машин от вала отбора мощности.

Следует указать, что в производственных условиях мощные тракторы очень часто не дают ожидаемого эф­фекта по производительности и экономичности, в особен­ности на работах с уд. сопротивлением до 2,5 кН/м.

Массовые наблюдения за работой тракторов К-700 и К-701 на основном комплексе полевых работ (снегоза­держание, вспашка, предпосевная обработка, боронова­ние, посев) показали, что производительность при исполь­зовании трактора К-701 по сравнению с производитель­ностью трактора К-700 выше в среднем только на 14 %, а по тяговым возможностям должна быть выше на 28 %.

Тракторы  К-701, К-700 имеют повышенный расход, топлива на эталонный гектар, соответственно 12,3 и 13,9 кг/у.э.га, что выше средних значений по стране (9,2...кг/у.э.га) на 30...40 %. Это обусловлено тем, что не выдерживается оптимальная загрузка при агрегатирова­нии из-за недостатка прицепных машин и отчасти сцепок (на бороновании). При таких показателях экономич­ности, когда на каждом гектаре перерасходуется по 3,7 кг топлива, и при 2500 у. э. га средней годовой нара­ботки каждый трактор К-701 бесполезно перерасходует за год эксплуатации около 92,5 т топлива. Это недопусти­мое расточительство в расходе энергетических ресур­сов!

Серьезное внимание должно быть обращено на систе­мно-экономически обоснованное прогнозирование пара­метров перспективных энергетических средств для сельскохозяйственного производства. При этом надо учитывать взаимообусловленность всех элементов про­изводства:

- технических средств,

- людей, обслуживающих машины,

- внешних условий (среды).

 Длина гонов оказывает значительное влияние на про­изводительность агрегатов, а также на экономические по­казатели их применения.

Более мощные тракторы более интенсивно снижают производительность по мере умень­шения длины гонов.

По исследованиям, проведенным в условиях Нечерноземной зоны, трактор К-701 целесооб­разно использовать на вспашке при длине гонов более 400 м.

Дальнейшее повышение экономической эффективности мобильных энергетических и технологических средств требует по многим процессам :

- изыскания новых, более прогрессивных (интенсивных) рабочих технологических процессов и соответствующих конструктивных решений по рабочим механизмам машин;

-тдальнейшего совершен­ствования ходовых систем;

- повышения уровня комфорта на рабочем месте водителя;

- дальнейшего повышения уровня технологической доводки машин и на этой основе значительного повышения эксплуатационной надежности мобильных агрегатов.

Нельзя упускать из виду и необ­ходимость совершенствования внещних производствен­ных условий (прежде всего укрупнения мелкоконтур­ных массивов, совершенствования микропрофиля полей и дорожных покрытий), поскольку их несоответствие параметрам перспективной техники не позволяет реализо­вать заложенные в последней прогрессивные тенденции.

Скоростные режимы агрегатов

Скорость движения — один из основных факторов, определяющих:

- качество технологического процесса,

- про­изводительность и

- экономичность работы подвижных агрегатов.

Скорость движения зависит от частоты враще­ния и радиуса колеса движителя, а также величины бук­сования.

Действительный радиус перекатывания колес с пнев­матической шиной зависит от нагрузки на колесо, внут­реннего давления в шине и плотности почвы:

r_к = r_o·λ,                                                    (9)

где r_o  — радиус ненагруженного колеса, м; λ — коэффициент, учи­тывающий деформацию шины под воздействием нормальной нагруз­ки и растягивающих шину усилий, зависящий от внутреннего дав­ления;

- для шин пониженного давления (Р_в<0,15 МПа) λ = 0,90... 0,94;

- для шин повышенного давления λ = 0,93...0,98.

Фактическая частота вращения коленчатого вала двигателя зависит от коэффициента загрузки двигателя.

В пределах регуляторной ветви частота вращения с уве­личением нагрузки снижается незначительно, но с пере­ходом на внешнюю ветвь резко падает.

 Если на каждый процент изменения крутящего момента от номинала на регуляторной ветви частота падает на 0,08...0,09 %, то при переходе на режим перегрузок (внешняя ветвь) на каждый процент увеличения крутящего момента от но­минала частота вращения коленчатого вала падает на 4….4,5 %.

Очевидно, работа с перегрузкой будет сопро­вождаться резким снижением скорости и соответствую­щим падением производительности. Поэтому в произ­водственных условиях необходимо следить за скоростным режимом двигателя и допускать лишь кратковременно работу с перегрузкой.

Повышение скоростного режима двигателя целесооб­разно и в тех случаях, когда тяговая нагрузка ограничи­вается условиями сцепления.

Если скорость движения ограничивается особенностя­ми выполняемого технологического процесса или дру­гими условиями работы, то при недогрузке трактора на применяемой передаче целесообразно переходить на высшую передачу с одновременным понижением скоростного режима двигателя до

                                            (10)             

где V' — требуемая скорость движения, км/ч; ω_е — номинальная ча­стота вращения кол. вала двигателя; V_ω — скорость движе­ния на высшей передаче при номинальной частоте вращения колен­чатого вала двигателя, км/ч.

Снижение скорости вследствие буксования, как ука­зывалось, может достигать для колесных тракторов 30... 40 %, для гусеничных 15...20 %.

Эти резервы могут быть использованы для повышения производительности агре­гатов при условии применения приемов против буксо­вания. К ним прежде всего относятся  рациональная тя­говая нагрузка и

 применение устройств, увеличивающих упорную поверхность почвозацепов:

- накладные почвозацепы,

- полугусеничный ход,

- увеличение сцепного веса балластом и

- умелое использование механических и гид­равлических догружателей ведущих колес.

Каждому данному сопротивлению прицепной части агрегата К (кН/м) соответствует определенное значение тяговой мощности трактора N_кр, в свою очередь, опредеяющей производительность W_Ч агрегата (га/ч):

                                           (11)

Исходя из этого с учетом изменения удельного сопро­тивления по скорости V может быть построена потенциальная эксплуатационная характеристика агре­гата (рис. 7), пользуясь которой можно выбирать его параметры по критерию максимума производительности.

Рисунок 7. Потенциальная эксплуатационная характеристика пахотного агрегата на базе трактора К-701 (агрофон – стерня).

Так как при удельном сопротивлении почвы К_о = 0,05 МПа, глубине вспашки а = 0,22 м и удельном сопротив­лении плуга К =1000 К₀·а = 11 кН/м максимум произво­дительности W_{ч max} = 4,3 га/ч достигается для трактора К-701 при скорости около V = 9 км/ч и ширине захвата около В ≈4,6 м.

Повышение скоростей движения машинных агрегатов, однако, имеет ограничения:

- технические,

- агротехнологическпе,

- физиологические и

- экономические.

Техническиеограничения обусловлены влиянием в основном трех факторов:

- изменением энергоемкости процессов;

- изменением кинематических показателей аг­регата;.

- изменением надежности и безотказности работа­ющего агрегата.

С увеличением скорости сопротивление машин растет, а тяговые возможности трактора ограничены мощностью двигателя (рис. 8).

 

Рисунок 8. Совмещенная тяговая ха­рактеристика трактора К-700 и плу­а ПН-8-35 (удельное сопротивле­ние почвы К_о = 0,05 МПа; глубина вспашки а = 20...22 см): R — тяговое сопротивление плуга; Р - тяговое усилие трактора.

В данном случае на вспашке трак­тор К-700 может работать на скоростных режимах II-4 и III-2 (римская, цифра — скоростной режим двигателя, арабская — передача трактора) на скорости 9,5...11 км/ч.

При увеличении скорости ухудшаются кинематиче­ские показатели и динамическая устойчивость агрегата:

- увеличиваются радиус поворота,

- то же длина траектории пово­рота,

- возрастает необходимая ширина поворотной полосы,

- возникает опасность опрокиды­вания.

Повышение скорости движения, особенно по неровной и плотной поверхности, сопровождается усилением коле­баний и вибраций, что вызывает:

- поломки напряженных деталей - (особенно рам), ослабление креплений;

- снижение надежности и безотказности агре­гата.

Изменение коэффициента эксплуатационной надеж­ности агрегата К_эпа в зависимости от скорости движе­ния приведено в таблице 4,

Таблица 4.

Вид работы	Средние значения  Кэпа при скорости движения, км/ч
	До 5	5…9	9…15
Вспашка	0,95	0,93	-
Культивация сплошная	0,92	0,87	0,83
Боронование	0,89	0,85	0,76
Посев	0,82	0,77	0,71
Кошение в валки	0,85	0,81	0,74
Подбор и обмолот валков	0,75	0,68	-

Агротехнологические ограничения обусловлены влия­нием скорости движения агрегата на качество выполне­ния технологического процесса.

При наличных физико­механических свойствах обрабатываемого материала наи­лучшее качество обработки достигается в определенных пределах скоростного режима.

Это характерно для всех технологических процессов, хотя для некоторых из них диапазон скоростных режимов, приемлемых по качеству работы, более широк (обработка почвы дисковыми ору­диями, кошение хлеба в валки), а для других более узок (посадка картофеля и др.).

Если по разным показателям качества выполнения работы есть свои оптимальные значения скорости, то, учитывая зна­чимость отдельных показателей, устанавливают пределы технологически наиболее приемлемого скоростного режима.

Качество выполнения технологиче­ского процесса вносит свои ограничения в возможности изменения скоростных ре­жимов. Для большинства современных сельскохозяйственных машин верхний «технологический порог» скорости находится в пределах 7...9 км/ч

Для скорост­ных машин он достигает 12...15 км/ч (скоростные бороны, сеялки, косилки, жатки и др.). Скорости дви­жения, в пределах которых -обеспечивается требуемое качество работы машин (верхний предел соответствует более благоприятным условиям), показаны в таблице 5.

 

 

Таблица 5.

Вид работ	Скорости движения, км/ч
	нескоростных	скорстных
Вспашка	4...7	8...12
Лущение дисковыми лущильниками	7….12	7….12
Лущение лемешными лущильниками	5...7	8...10
Безотвальная обработка почвы плоскорезами-глубокорыхлителями	7…10	7….10
То же, культиваторами-плоскорезами	8…12	8….12
Снегозадержание	8…12	8…12
Обработка почвы дисковыми боронами	7…9	7….9
Боронование зяби и пара	6...8	10...12
Шлейфование	5…7	5….7
Культивация подрезающими лапами	5...8	9...15
Культивация пружинными лапами	6...6,5	-
Каткование	7…12	7...12
Внесение удобрений туковыми сеялк.	6...10	8...12
Внесение органических удобрений разбра-сывателями	6…12	6…12
Посев зерновых и зернобобовых культур зерновыми сеялками	7…10	10…15
Посадка картофеля	4...7	7…9
Ротационное мотыжение всходов	10... 12	10... 12
Междурядная культивация кукурузы и подсолнечника первая	7…10	7…10
То же, вторая и последующие	8…10	8….10
Рыхление междурядий	7…10	7...10
Окучивание картофеля	5…7	5….7
Кошение трав на сено	5...7	8...14
Уборка трав на зеленый корм с измел.	6…8	6….8
Косьба зерновых рядковыми жатками в валки (тракторами)	7...10	8...15
То же, комбайнами	6...8	. —
Подбор валков комбайнами	4…8	4...8
Прямое комбайнирование	3…8	3...8
Уборка кукурузы, подсолнечника на силос силосоуборочным комбайном	4...8	8...12
Уборка картофеля копателем	4...8	. —.
Уборка картофеля комбайном	1,5….5	—

Если состав агрегата не обеспечивает полной загруз­ки двигателя по мощности, а повышение скорости огра­ничивается качеством работы, следует переходить на частичный режим, уменьшая подачу топлива и частоту вращения коленчатого вала. Экономия топлива, дости­гаемая применением такого режима, может составлять до 8 %.

В каждом отдельном случае скоростной режим ра­боты должен быть уточнен с учетом:

- физико-механиче­ских свойств почвы,

- состояния поверхности передвиже­ния,

- фаз развития культур,

- влажности растений и дру­гих факторов, оказывающих влияние на качество ра­боты,

Физиологические ограничения скорости обуслов­лены ухудшением условий труда с увеличением скорости, особенно на машинах, не приспособленных для работы на повышенных скоростях.

С повышением скорости движения агрегата неров­ности поверхности поля создают колебания его частей. Это вызывает встряхивание, создает ускорения, превы­шающие допустимые нормы (0,18g в среднеквадрати­ческих величинах) (рис.9).

Рисунок 9. Изменение ускоре­ний g заднего моста, трак­тора МТЗ в зависимости от скорости движения V: М_п — поперечная междурядная обработка кукурузы (диспер­сия неровностей D = 16 см); с_п — движение но стерне по­перек пахоты (D = 10 см); С_в — движение по стерне (D = 5 см), ; Р_к – зона резонансных колебаний.

Увеличивается запылен­ность воздуха, которая даже в закрытой кабине в 30...40 раз превышает допустимую норму (4...6 мг/м³).

Напря­женное внимание и наблюдение за участком поля, на­ходящимся впереди трактора, в сочетании с усиленной мускульной работой, затрачиваемой на управление трактором, увеличивают утомляемость водителя. Все это при определенных значениях скорости ведет к сни­жению производительности труда.

Этот «физиологический порог» скорости при совре­менном состоянии неровностей поля, конструкции си­дений и органов управления находится в пределах от 7 до 12 км/ч, в зависимости от вида выполняемых тех­нологических процессов.

Он может быть значительно повышен соответствую­щими конструктивными и организационно-производст­венными мероприятиями.

Экономические ограничения скорости обусловлены изменением энергозатрат на выполнение процесса, экс­плуатационной надежности машин в составе агрегата, а также некоторым ухудшением использования смен­ного времени (рис. 10). Все эти факторы вызывают за­медленный рост производительности с повышением ско­рости движения.

 Рисунок 10. Изменение коэффи­циента использования вре­мени τ в зависимости от скорости движения V (трак­тор Т-28ХЗ, культиватор КРН-4,2): I, 2 и 3 — длина гона соответ­ственно - 1000 м, 500 и 200 м.

Прямые эксплуатационные издержки на единицу выполнения работы от­ражают влияние энергозатрат, использование вре­мени и производительность труда при работе агре­гата.

Энергозатраты с повышением скорости могут быть стабилизированы правильным выбором конструктивных параметров рабочих органов (рис. 11).

 Риcунок 11. Изменение удель­ного сопротивления К_о в зависимости от скорости V и конструктивных парамет­ров корпусов плуга: 1 — серийные культурные кор­пуса (угол лемеха к дну бо­розды γ = 30°); 2 — полувиптовые корпуса (γ = 25°); 3 —скоростные ПС1-А (γ = 23°)'; 4 — скоростные ПС1-Б (γ = 23°).

 Изменение эксплуатационной надежности машин, вызываемое в основном ослабле­нием креплений и другими неполадками, связанными со скоростью движения, ведет к снижению коэффициента использования времени τ, на значение которого влияет увеличение радиуса поворота агре­гата с повышением скорости.

Прямые эксплуатационные издержки на единицу вы­полненной работы обратно пропорциональны производи­тельности агрегата.

Поэтому их изменение в функции от скорости имеет характер вогнутой кривой с выраженным минимумом, соответствующим оптимальному значению скорости дви­жения (рис. 12).

Определение оптимальной скорости по прямым экс­плуатационным издержкам на единицу площади (руб/га) не учитывает влияние скорости на качествен­ные показатели процессов, которые сказываются на урожайности.

Более исчерпывающим критерием опре­деления оптимальной скорости могут быть прямые экс­плуатационные издержки на единицу продукции (руб/ц), Однако следует иметь в виду, что скорости на урожай­ность влияют на всех процессах и невозможно выделить влияние скорости отдельного процесса.

При выборе скоростного режима работы агрегата необходимо учитывать все факторы, определяющие в совокупности наивыгоднейший диапазон скорости. В связи со все возрастающим оснащением сельскохозяй­ственного производства скоростной техникой неотлож­ной необходимостью являются мероприятия, обеспечи­вающие в эксплуатационных условиях реализацию воз­можностей скоростных машин.

Рисунок 12. Изменение прямых эксплуатационных издер­жек С_э.аг в зависимости от скорости движения V : В— вспашка, глубина 22 см (трактор, К-700,. плуг ПН-8-35); К — междурядная культива­ция кукурузы (трактор МТЗ, культиватор КРН-4,2); П — по­садка картофеля (трактор МТЗ, сажалка); Ку — убор­ка кукурузы на силос, урожай­ность 200 ц/га (трактор МТЗ, силосоуборочный ком­байн КС-1,8).

Неровность поверхности почвы — один из факторов, ограничивающих скорость движения на всех видах ра­бот и снижающих эффективность применения энергона­сыщенных скоростных машин. Неровности поверхности почвы, варьирующие от 2 до 16 см, создают при движе­нии агрегата колебания его частей. Это сказывается на равномерности глубины обработки при вспашке, культи­вации, бороновании, посеве (на высоте среза косилками и жатвенными машинами), ведет к увеличению потерь при работе уборочных машин и транспортных средств.

Встряхивания машин создают дополнительные на­пряжения в деталях, ослабляют крепления, вызывают поломки и аварии.

Колебания трактора и самоходных машин при отсут­ствии амортизирующих устройств усиливают напряжен­ность труда обслуживающего персонала и его утомляе­мость. Поэтому на данном этапе внедрения скоростной техники первостепенное значение имеют мероприятия, уменьшающие колебания частей агрегата.

Одно из агротехнических мероприятий — системати­ческая планировка полей, засыпка неровностей, тща­тельная предпосевная подготовка почвы, профилирова­ние полевых дорог. Достигаемое при - этом снижение неровностей до 3...4 см позволяет поднять эксплуатаци­онные скорости на 15...25 %.

Большое значение имеет использование самозатачи­вающихся рабочих деталей почвообрабатывающих ору­дий (лемехов, лап), так как их затупление:

- повышает тяговое сопротивление,

-  усиливает забивание,

- увеличи­вает простои,

- снижает производительность.

 Необходимо систематически и тщательно подтягивать крепления, особенно машин, только что введенных в эксплуатацию, следить за их регулировкой.

Следует широко применять автоматические механизмы, облегчающие процесс вождения и повышающие его точность.

Значительно большее внимание должно уделяться:

- совершенствованию сидений, амортизирующих уст­ройств,

- применению выравнивателей профиля,

- автома­тическому контролю качества и сигнализации на всех скоростных машинах.

Осуществление этого комплекса мероприятий позво­ляет поднять скорость агрегатов в производственных условиях не менее чем на 25...35 %, то есть перейти от средневзвешенных скоростей в пределах от 5...7 до 9…15 км/ч. Это даст соответствующий рост производи­тельности механизированного сельскохозяйственного труда.

 

34             5. Человек и машина

По мере усложнения техники, повышения скоростей движения, интенсификации выполняемых производст­венных процессов возрастает роль человека, управляю­щего любой машиной.

На современных машинно-тракторных сельскохозяйственных агрегатах, оборудованных полуав­томатическими приборами и системами контроля сигна­лизации и управления, участие человека в использова­нии техники приобретает опосредствованный характер. Его роль сводится к восприятию сигнала (информации) о текущем состоянии системы, обработке сигнала, формированию командного решения и выходного сигнала с учетом нагрузочных и скоростных режимов (рис.13). Непосредственное участие в производственном процессе с затратой мускульной энергии резко уменьшается или исключается вовсе.

При современных скоростных процессах водителю приходится выполнять не только связывание «входа» системы управления (например, информации о состоя­нии обрабатываемого материала) и «выхода» системы (необходимых действий для приведения системы в тре­буемое состояние), но также функции сервосистемы, работающей на уменьшение отклонения между вход­ными и выходными сигналами (например, поддержание постоянного расстояния между направляющим колесом трактора и рядком обрабатываемой культуры).

В зависимости от характера выполняемого производ­ственного процесса, характеристики машины и ее уп­равляющих механизмов, а также режимов работы води­тель при слежении за состоянием системы применяет один из следующих приемов:

- преследование (направле­ние управляемых колес трактора на определенном рас­стоянии от рядка пропашной культуры при междуряд­ной обработке);

- компенсацию (при работе бульдозера водитель,- восприняв внешний сигнал об уменьшении глубины резания грунта ножом отвала, компенсирует повышенную плотность грунта увеличением давления заглубления);

- упреждение (при работе самоходного комбайна комбайнер в предвидении боль­шого поступления и более влажной засоренной хлебной массы заранее, с необходимым опережением, увеличи­вает частоту вращения барабана или уменьшает скорость поступательного движения).

 

Рисунок 13. Модель системы человек-машина.

При быстрых изменениях в системе водитель не ус­певает своевременно реагировать и выполнять ответные действия на различные колебания. Например, при дви­жении трактора с большой ско­ростью водитель не успевает направлять машину по требуемой траектории при возникающих случайных от­клонениях направляющих колес, и траектория движения приобретает колебательный характер.

Особое значение при общей тенденции к интенсифи­кации процессов имеет так называемая пропускная спо­собность человека.

Поскольку информация о поведении системы поступает по каналам зрительной и слуховой системы человека, его пропускная способность опреде­ляется прежде всего функциональными возможностями зрения и слуха.

 Если скорость реагирования водителя на входные сигналы внешней информации меньше, чем требуемая по характеру выполняемого процесса, возни­кает дефицит времени, следствием чего могут быть про­пуски или отказы функционирования системы.

Например, при обработке пропашных культур води­тель направляет агрегат, ориентируясь по рядку обраба­тываемой культуры.

 На первоначальное обнаружение отклонения рядка,

-ясное видение его в результате адаптации глаза,

- оценку степени отклонения,

-тпринятие решения об ответном действии,

- осуществление воздействия на управляемые механизмы и на срабаты­вание самих механизмов в зависимости от индивидуаль­ных особенностей и навыков водителя, а также от кон­струкции и технического состояния механизмов управ­ления может уйти от 1,6 до 2,3 с.

Если первоначальное обнаружение объекта было на расстоянии 4 м от ис­полнительных рабочих органов (лап культиватора), то при скорости 6,9 км/ч (1,9 м/с) для опытного водителя не обнаруживается дефицита времени (1,6·1,9 = 3,07 м <4 м) и он успевает выполнить маневр, не допустив под­резания растений в выступающей части рядка.

Для не­опытного водителя пои той же скорости скажется не­хватка времени (2,3·1,9 = 4,4 м >4 м), что вызовет уничтожение растений.

Дефицит времени обнаружи­вается и для опытного водителя, если скорость посту­пательного движения агрегата превысит 9 км/ч (2,5 м/с). Таким образом, недостаток времени может стать фактором, ограничивающим производительность агрегата.

Нормальное и длительное функционирование сис­темы зависит от надежности ее элементов, в том числе и работы человека. Надежность работы человека — это его способность безотказно выполнять возложенные на него функции в заданных условиях в течение определенного времени.

В процессе работы на агрегате водитель восприни­мает огромное количество внешних сигналов:

- сильный шум,

- непрерывная, но переменная по параметрам виб­рация,

- высокая температура, особенно в летний период,

- запыленность и загазованность воздуха,

- напряженное внимание за состоянием непрерывно изменяющейся (в определенной степени) обрабатываемой среды, за пока­заниями приборов.

Неожиданно появляющиеся на этом фоне резкие отклонения в функционировании системы (например, стуки в двигателе, закипание воды в сис­теме охлаждения, поломки машин и др.), а также воз­никающие препятствия и опасные ситуации во внешней среде (ямы, деревья, обрывы и др.) создают перенапря­жения нервной системы водителя и в определенной сте­пени предопределяют длительность его надежной ра­боты.

По истечении определенного времени работы нор­мальные рабочие характеристики водителя изменяются, в его работе возникают запаздывания и пропуски реаги­рования на внешние сигналы, он чаще допускает ошиб­ки, менее внимательно следит за текущим состоянием и функционированием системы, падает его активная дея­тельность.

 Различная долговременность выносливости связана с выносливостью нервной системы к возбуди­тельному или тормозному процессу. Испытуемые со сла­бой нервной системой больше подвержены утомляю­щему действию сверхсильной стимуляции. Можно пред­положить, что они менее устойчивы и к другим дейст­виям факторов внешней среды.

Этот вопрос требует более глубокого изучения свойств нервной системы, что позволит разработать научно обоснованные тесты для отбора наиболее соответствующих кандидатов на про­фессию тракториста-машиниста.

Поток информации, поступающей к водителю в про­цессе функционирования системы в сложных условиях процессов (многомашинные комплексные агрегаты, не­однородность среды, высокие скорости движения и др.) может быть очень большим не только по частоте посту­пающих сигналов, но и по числу источников информа­ции, которые водитель должен использовать в работе. В этих условиях малоопытный водитель рассеивает вни­мание, при этом возникают, а по мере утомления уча­щаются случаи пропуска нужных сигналов и как след­ствие — нарушение нормального функционирования сис­темы с неизбежным снижением производительности или качества работы агрегата.

Опытный водитель не всегда реагирует на каждый поступающий сигнал. На основании накопленного опыта переработки информации он копит поток поступающих сигналов, сосредоточивая свое внимание на тех из них, переработка которых необходима для нормального действия системы.

При большом опыте опера­тора возрастание потока сигналов сопровождается из­менением не только темпов переработки информации, но и существенными изменениями стиля работы, например параллельной переработкой сигналов от двух и даже более источников.

Большое значение имеет адаптация человека по от­ношению к машине, когда тракторист-машинист, ком­байнер и другие механизаторы «чувствуют» машину по самым, казалось бы, неуловимым признакам, предвидят наступающие изменения в ее работе.

Адаптация при ее достаточно высоком уровне позволяет водителю подсо­знательно выполнять функции управления одновременно по двум и более источникам сигналов, не ослабляя при этом внимания к непрерывно поступающему их общему потоку.

 Опытный водитель может одновременно пере­ключать передачу, направлять агрегат по заданной тра­ектории и давать указания вспомогательному персоналу по изменениям в действиях машины.

Большой опыт водителя вырабатывает у него в ус­ловиях сложной ситуации состояние ожидания, вероят­ностную оценку наступления события по внешним сигна­лам поступившей информации.

Это свойство опытного оператора позволяет ему на основе вероятностной оцен­ки ситуации вырабатывать определенную стратегию по­ведения с вполне определенной взаимосвязанной и последовательной системой действий, которую он реали­зует во многих случаях даже не ожидая наступления предвидимого события.

Такой опыт создает наилучшие условия эффективного использования техни­ки. Долговременная выносливость человека при работе на машине, помимо его индивидуальных свойств, зави­сит от удобств на рабочем месте.

Производительность труда трактористов-машиниетов в определенной степени зависит от:

- позы водителя,

- удоб­ства расположения органов управления,

- числа рычагов и педалей,

- особенно от затрачиваемых усилий и час­тоты пользования ими.

Совершенствование сидений,

Их регулирование по росту,

Упрощение систем управления,

---

Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 2133; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!