Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса и задачи исследований... 13
1.1 Основные формы и параметры кроны плодовых деревьев 13
1.2 Эффективность использования механизированной обрезки плодовых насаждений 14
1.3 Основные размерные характеристики кроны и физико-механические свойства ветвей 18
1.4 Классификация и анализ устройств навесок машин для обрезки плодовых насаждений 22
1.5 Обоснование цели и задач исследований 42
ГЛАВА 2 Обоснование направлений теоретических исследований 45
2.1 Определение оптимальных параметров механизма подъема режу щих аппаратов навески комплекса машин для ухода за многолетними насаждениями 45
2.1.1 Определение значения угла основания навески комплекса машин для ухода за многолетними насаждениями 52
2.1.2 Определение координат узловых точек в нижнем положении навески комплекса машин для ухода за многолетними насаждениями 54
2.1.3 Определение координат узловых точек в среднем положении навески комплекса машин для ухода за многолетними насаждениями 55
2.1.4 Определение координат узловых точек в верхнем положении навески комплекса машин для ухода за многолетними насаждениями 58
2.2 Обоснование снижения колебаний режущих аппаратов 61
2.3 Использование компьютерной программы АРМ Win Machine для расчета навески комплекса машин для ухода за многолетними насаждениями 66
2.3.1 О программе АРМ Win Machine 66
2.3.2 Определение кинематических параметров навески комплекса машин для ухода за многолетними насаждениями в модуле АРМ Slider 61
2.3.3 Компьютерное проектирование навески комплекса машин для ухода за многолетними насаждениями в модуле АРМ Structure 3D 71
2.3.4 Проведение тензометрических испытаний навески комплекса машин для ухода за многолетними насаждениями в модуле АРМ Dynamics 75
2.3.5 Расчет демпферного устройства в модуле в АРМ Spring 79
2.3.5.1 Проектировочный расчет 79
2.3.5.2 Проверочный расчет 80
ГЛАВА 3 Экспериментальные исследования меха низма для гашения колебаний при вертикальной об резке плодовых деревьев 86
3.1 Экспериментальные исследования процесса обрезки плодовых деревьев с использованием демпферного устройства для гашения колебаний режущих брусьев контурного обрезчика 86
3.1.1 Методика определения оптимальных конструктивных параметров устройства для гашения колебаний режущих аппаратов машины для контурной обрезки плодовых насаждений 86
3.1.1.1 Планирование эксперимента 88
3.1.1.2 Кодирование факторов 89
3.1.1.3 Составление плана-матрицы эксперимента 90
3.1.1.4 Рандомизация опытов 90
3.1.2 Проведение эксперимента 91
3.1.2.1 План выполнения эксперимента 91
3.1.2.2 Результаты опытов 93
3.1.3 Анализ результатов эксперимента 94
3.1.3.1 Проверка воспроизводимости опытов 94
3.1.3.2 Расчет коэффициентов уравнения регрессии 96
3.1.3.3 Проверка адекватности уравнения регрессии 97
3.1.3.4 Оценка значимости коэффициентов регрессии 100
3.1.3.5 Уравнение регрессии с факторами в натуральном виде 101
3.1.4 Анализ уравнения регрессии 103
3.2 Гашение колебаний режущего бруса контурного обрезчика относительно трактора с течением времени 105
3.3 Экспериментальные исследования смещения режущего бруса контурного обрезчика относительно трактора с течением времени при использовании демпферного устройства для гашения колебания режущего бруса 108
3.3.1 Методика экспериментального исследования смещения режущего бруса контурного обрезчика относительно трактора с течением времени при использовании демпферного устройства для гашения его колебаний 108
3.3.2 Проверка теоретического закона смещения режущего бруса контурного обрезчика с течением времени 113
4 Технико-экономическое обоснование 117
4.1 Экономическая эффективность применения контурной обрезки плодовых насаждений 117
4.2 Экономическая оценка 118
Общие выводы 126
Список использованной литературы 128
Приложения 139
- Эффективность использования механизированной обрезки плодовых насаждений
- Основные размерные характеристики кроны и физико-механические свойства ветвей
- Определение оптимальных параметров механизма подъема режу щих аппаратов навески комплекса машин для ухода за многолетними насаждениями
- Методика определения оптимальных конструктивных параметров устройства для гашения колебаний режущих аппаратов машины для контурной обрезки плодовых насаждений
Введение к работе
Главная цель садоводства - получение устойчивых ежегодных урожаев плодов высокого качества при относительно низких затратах труда и средств, обеспечивающих высокий уровень рентабельности производства.
Получить высокий урожай плодов возможно лишь при использовании научно обоснованной системы ухода за плодовыми насаждениями. Одна из важнейших составляющих частей этой системы — обрезка деревьев [1].
Обрезка как фактор воздействия на плодовые культуры является довольно жестким, но эффективным приемом, который проводится с учетом состояния плодовых деревьев, их возраста, конструкций насаждений, габитуса кроны, наличия годичного прироста и схемы размещения растений, а также степени плодоношения насаждений [2].
Под механизированной контурной обрезкой следует понимать обрезку периферийной части кроны - всех ветвей и побегов в верхней части и с боковых сторон плодового дерева, проведенную машинами с различными режущими аппаратами по заранее определенному контуру.
Механизированная контурная обрезка способствует улучшению физиологического состояния деревьев, активизации их роста и уменьшения параметров кроны. Все это благоприятствует плодоношению, и создаются удобства для ухода за насаждениями и сбора урожая [3,4].
Механизация трудоемких процессов, к которым относится и обрезка деревьев, занимает важное место в увеличении производства плодов. На ее долю приходится 24,4% всех трудовых затрат [5].
Изучению технологического процесса обрезки посвящены работы В.В. Бычкова, А.А. Цымбала, А.П. Драганцева, Н.П. Донских, Л.А. Шомахова, А.Н. Фисенко, Н.М. Куренного, Р.П. Кудрявца, В.А. Павленко, П.Г. Шита, М.Д. Мокана, П.С. Гельдфандбейна, В.К. Кутейникова, Б.И. Пименова, Г.П. Варламова, В.М. Васюты и др.
Имеющиеся в настоящее время машины для контурной обрезки плодовых насаждений не нашли широкого применения, в виду их различных конструк тивных особенностей [6], одной из которых является - отсутствие устройства для гашения колебаний режущих аппаратов, что значительно снижает качество обрезки. Немаловажным фактом является и то, что одним из требований предъявляемым к современной сельскохозяйственной технике является ее многофункциональность, а именно возможность ее применения на других технологических операциях по уходу за многолетними насаждениями (наличие сменных рабочих органов).
Поэтому разработка машины по уходу за плодовыми насаждениями, которая выполняла бы не только обрезку плодовых насаждений с помощью режущих аппаратов оборудованных устройством для гашения их колебаний, но и другие операции в саду, используя в качестве сменных модулей: вильчатый подхват, грабельный захват, грузоподъемное устройство, ковш, бур и стряхива-тель и др., является актуальной задачей.
На современном уровне развития компьютерной техники существуют высокоэффективные программные комплексы для динамического и кинематического анализа механических систем. Использование подобных комплексов при создании и всестороннем анализе виртуальных компьютерных моделей разрабатываемого изделия на ранних стадиях проектирования, проверочного расчета и анализа работы уже спроектированных изделий позволяет дополнить, а в некоторых случаях и заменить натуральное производство и испытания созданных образцов компьютерным моделированием, избегая при этом значительных затрат времени и материальных средств. Поэтому применение подобных программных комплексов при решении проблем механизации садоводства также является современным инструментом научных исследований.
Научная новизна диссертационной работы состоит в:
- разработке классификации навесок машин для контурной обрезки плодовых насаждений;
- определении оптимальных параметров навески комплекса машин для ухода за многолетними насаждениями; - разработке уравнения смещения режущего бруса машины для контурной обрезки плодовых деревьев относительно энергетического средства с течением времени;
- использовании программного продукта «АРМ Win Machine», применительно к задачам садоводства;
- методике определения смещения режущего бруса машины для контур ной обрезки плодовых деревьев относительно энергетического средства с течением времени.
Практическую значимость работы составляют выполненные исследования в современном программном продукте для кинематического и динамического анализа механических систем «АРМ Win Machine», который впервые адаптирован для целей механизации садоводства, позволившие значительно сократить сроки разработки устройства для гашения колебания режущего аппарата контурного обрезчика и оптимизировать параметры предлагаемой универсальной навески. Использование полученных результатов исследований диссертационной работы позволит повысить качество обрезки плодовых деревьев, значительно расширить технологические возможности машины, увеличить сезонную загрузку агрегата по уходу за садами, а применение универсальной навески приведет к снижению трудовых затрат до 20%, в сравнении с применяемой технологией.
На защиту выносятся следующие положения:
- классификация навесок технических устройств для контурной обрезки плодовых насаждений;
- методика расчета оптимальных параметров звеньев навески комплекса машин для ухода за многолетними насаждениями;
- уравнение перемещения режущего бруса машины для контурной обрезки плодовых деревьев относительно трактора с течением времени;
- методика определения кинематических и динамических параметров навески машины для ухода за многолетними насаждениями, а также расчет ее демпферного устройства в среде программного продукта «АРМ Win Machine»; - методика исследования процесса обрезки плодовых деревьев с использованием демпферного устройства для гашения колебаний режущих брусьев контурного обрезчика;
- методика исследования процесса смещения режущего бруса контурного
обрезчика относительно трактора с течением времени при использовании демпферного устройства для гашения колебания режущего бруса, с использованием видеоаппаратуры с дальнейшей расшифровкой данных в «Pinnacle-500»;
- экономическая оценка применения разработанной навески комплекса машин по уходу за плодовыми насаждениями.
Данная тема является одной из составляющих задания 04.16.04.04. «Разработать технико-технологические ресурсосберегающие средства и комплексы машин для производства плодов, ягод и посадочного материала» государственный регистрационный № 01.200.1 18543, а также программы Союзного государства «Повышение эффективности производства и переработки плодоовощной продукции на основе прогрессивных технологий и техники на 2005-2007 г.г. » (постановление Совета Министров Союзного государства от 21.04.2005 г. № 18).
По результатам диссертационной работы получены:
- справка АО ГСКБ (г. Кишинев, Республика Молдова);
- справка Научно-технического центра АПМ (г. Королев, РФ);
- акт научно-производственного отдела ГНУ ВСТИСП Россельхозакаде мии (г. Москва, РФ).
Работа выполнена в отделе механизации Государственного научного учреждения Всероссийский селекционно-технологический институт садоводства и питомниководства Россельхозакадемии (ГНУ ВСТИСП Россельхозкадемии).
Эффективность использования механизированной обрезки плодовых насаждений
Форма кроны деревьев является одним из основополагающих компонентов конструкций насаждений плодовых деревьев. Р.П. Кудрявец [7] классифицирует кроны плодовых деревьев по следующим характерным признакам: по отношению к определенному этапу истории; по степени вмешательства в естественный характер роста; по габаритам; по абрису горизонтальной проекции; по высоте штамба; по наличию центрального проводника (лидера); по размещению проекции наибольшей плоскости кроны относительно поверхности почвы; по ориентации и виду центрального проводника; по размещению основных ветвей на центральном проводнике; по структуре и назначению ветвей в остове кроны; по ориентации основных ветвей в пространстве; по числу порядков ветвления основных ветвей; по продолжительности цикла смены обрастающих ветвей; по назначению и преимущественному использованию.
Наиболее приспособлены к механизированной контурной обрезке уплощенные кроны, считает А.Н. Фисенко [8]. По сравнению с полусферическими типами крон, уплощенные кроны обладают более высоким потенциалом продуктивности. Из сферических крон, наиболее приспособлены к машинной обрезке кустовидные и веретеновидные, с ветвями полускелетного типа. Хуже других приспособлена к такой обрезке разряжено - ярусная крона с большим набором скелетных ветвей различного порядка.
На основании многолетних наблюдений, с учетом тенденции в разработке новых машин для ухода за кроной, В.А. Павленко [9] отмечает, как наиболее перспективную - комбинированную (одноярусную) пальметту. Н.М. Куренной [10] предлагает изменить форму кроны и приспособить ее к машинной обрезке. Лучшими вариантами для машинной обрезки оказалась свободнорастущая пальметта. И.П. Майдан [11] рекомендовал для машинной обрезки загущенные, широкие и невысокие плоско — шаровидные кроны. П.В. Клочко и др. [12] отмечают, что плоские и полуплоские формы крон наиболее приспособлены к механизированной контурной обрезке. Размещение скелетных ветвей первого порядка должно быть поярусно или одиночное. Количество ярусов желательно иметь не более трех.
Правильно проведенное снижение высоты деревьев в садах на сильнорослых и среднерослых подвоях до 2,5-3,5м, с открытием центра кроны и ограничением их ширины до оптимальных размеров, обеспечивает более выровненное по годам плодоношение деревьев, способствует улучшению товарных качеств плодов, на 30 - 50% сокращает затраты ручного труда на обрезку в последующие годы. Кроме того, ограничение высоты деревьев до указанных пределов повышает эффективность химических обработок против вредителей и болезней, дает возможность использовать при уборке вибрационные машины [13].
Исходя из вышеизложенного, можно утверждать, что мнения по оптимальному параметру крон плодовых деревьев у различных исследователей различные. Для обеспечения наиболее благоприятных условий развития всех частей кроны и повышения производительности труда при уходе за кроной, ширина светового коридора должна равняться высоте, а ширина рабочего коридора -не менее 2,2 — 2,3 м. Для обеспечения свободного проезда техники, учитывая также данные об освещенности сада, высоту деревьев необходимо поддерживать на уровне 2,5 - Зм [14].
В комплексе мероприятий по уходу за плодовыми насаждениями обрезка занимает особое место. Не потому, что она относится к наиболее давним приемам, и до сих пор является одним из самым трудоемких процессов (если не проводить ее ежегодно) и самым сложным по технике исполнения мероприятием, а главным образом, по степени важности роли, которая отводится обрезке в общем комплексе агротехнических мероприятий по уходу за насаждениями. С помощью обрезки, кроне дерева придается требуемая форма, определяются ее объем и световой режим во всех ее частях [15].
П.Г. Шитт писал: "... главное, о чем надо заботиться, чтобы деревья не останавливались в росте. Это лучше всего достигается обрезкой..." [16].
При значительном удельном весе плодовых культур в структуре многолетних насаждений России и нехватке постоянных квалифицированных обрезчиков, применение механизированной обрезки приобретает исключительную актуальность, так как после ее применения возрастает производительность труда на обрезке вручную в насаждениях интенсивного типа с плоскими и малогабаритными кронами в 2,5 — 3 раза, а в садах традиционной системы посадки с крупногабаритными сферическими кронами — в 4 — 5 раз [2].
Решение задачи рационального применения механизированной обрезки плодовых насаждений сводится к изысканию новых способов и средств ее использования [17].
Обрезкой достигается равномерное распределение скелетных, промежуточных и обрастающих веток в кроне дерева, что обеспечивает более рациональное использование листьями дерева солнечного света. Обрезкой достигается также рациональное распределение поступающих через корневую систему питательных веществ именно в те части дерева, которые особенно необходимы для плодоношения. Обрезка, ограничивающая объем кроны, в значительной степени способствует смягчению периодичности плодоношения, причинами которой является перегрузка деревьев урожаем при недостаточном развитии листового аппарата и неблагоприятные климатические условия [18].
Выбор срока, вида, степени, способа обрезки в зависимости от возраста деревьев позволит экономически обеспечивать оправданный период эксплуатации сада с учетом получения высоких ежегодных урожаев плодов отличного качества.
Основные размерные характеристики кроны и физико-механические свойства ветвей
Разнообразие форм и размеров кроны, неопределенное расположение ветвей в кроне по толщине, длине и др. значительно усложняют работы по созданию машин для контурной обрезки плодовых насаждений.
В связи с этим размерные характеристики надземной части плодовых деревьев и физико-механические свойства их древесины, являющиеся одним из определяющих факторов для обоснования схемы машины для контурной обрезки кроны плодовых деревьев, габаритов и компоновки ее навески.
Вопросами изучения размерных характеристик надземной части плодовых деревьев и физико-механических свойств их древесины, применительно к обрезке кроны деревьев, занимались: Б.Н. Анзин [42], А.И. Тищенко [43], Х.А. Хачатрян [44], Н.П. Донских [45], В.Г. Кужеленко [46], З.А. Метлицкий [47], Н.В. Клемм [48], В.К. Кутейников [49], О.Э. Фрей [50] и др.
Используя труды вышеприведенных ученых, нами была составлена таблица 1, в которой приведены значения усредненных размерных характеристик крон яблонь. Величины показателей, как следует из таблицы 1, варьируются в широком диапазоне, в зависимости от схемы посадки деревьев, что накладывает определенные обязательства на конструкционные особенности навески машины.
Контурная обрезка плодовых деревьев обычно проводится в двух плоскостях - строго в горизонтальной и в вертикальной с углом отклонения от них в пределах 12-25.
В первом случае цель обрезки заключается в снижении высоты деревьев в существующих насаждениях и в сдерживании роста деревьев в определенных размерах в садах, вступающих в полное плодоношение. Во втором случае целью обрезки является сохранение светового коридора и свободного прохода для машин по уходу за садом и уборки урожая.
В связи с этим определенный интерес представляют размерные характеристики срезаемых ветвей в плоскостях боковой обрезки кроны и снижении кроны по высоте. В результате анализа работ вышеупомянутых ведущих ученых России установлено, что диаметр срезаемых ветвей в плоскости среза и их длина, как в плоскости боковой обрезки кроны, так и в плоскости снижении кроны по высоте для всех исследуемых культур варьируют в широких пределах. В таблице 2 приведены минимальные и максимальные значения указанных величин.
Влажность является важным показателем древесины. С изменением влажности меняются практически все ее физико-механические показатели. В соответствии с ГОСТ 16483.7-71 , в котором регламентируется аппаратура для проведения испытаний, подготовка образцов к испытанию, режимы сушки и измерений, а также обработка полученных данных, проводились работы по определению влажности плодовой древеОбъемная масса древесины представляет собой массу единицы объема и имеет большое практическое значение, так как определяется массу древесины и, кроме того, служит показателем качества древесины. Среднее значение объемной массы плодовой древесины составляет 0,893 г/см3.
Модуль упругости древесины является мерой ее жесткости. Среднее значение модуля упругости составляет 52x10 ГПа.
Твердостью называется сопротивляемость материала проникновению в него другого, не получающего остаточных деформаций твердого тела. С твердостью связывается сопротивление действию режущего инструмента. Опытные данные, обработанные общепринятыми методиками, по твердости плодовой древесины сведены в таблицу 4. сины, результаты которых приведены в таблице 3.
Результаты исследований размерных характеристик кроны и физико-механических свойств ветвей позволяют установить основные агротехнические и конструктивные требования к машине для контурной обрезки плодовых насаждений и в частности к ее навеске: 1. Машина должна обеспечивать снижение кроны в пределах от 2 до 4 метров по высоте и прорезать световой коридор шириной от 2 до 4 метров. 2. Машина должна обеспечить качественный срез ветвей диаметром до 80 мм включительно. 3. Мощность привода режущего аппарата должна быть достаточна для одновременной обрезки плодовой древесины с общей площадью 45 см2. 4. Ширина междурядья определяется, как толщина плодовой стены плюс ширина рабочего прохода и плюс 0,5 м на увеличение толщины стены за период от обрезки до обрезки. Таким образом, ширина междурядья в садах должна составлять 5-6 м.
Определение оптимальных параметров механизма подъема режу щих аппаратов навески комплекса машин для ухода за многолетними насаждениями
Определив значения А и. В, которые равны А = 0,074, а В = 1,558, определим дискриминант квадратного уравнения Dj = 0,0043, откуда vЦ = 0,0659. Тогда X] = 0,095, а Х2 = — 0,036. Значение xj не удовлетворяет условию, значитх =-0,036, тогдау= 1,555. Таким образом, координаты точки Мимеют вид: М(— 0,036; 1555).
Правильность, полученных размеров подтверждена при расчете кинематической схемы навески комплекса машин для ухода за многолетними насаждениями в программе АРМ Win Machine, модуль АРМ Slider (см. глава 2.3.2).
В результате нами получена кинематическая схема перемещения навески комплекса машин для ухода за многолетними насаждениями в трех положениях: нижнем, среднем и верхнем. Как видно из рисунка 30, поставленная задача, выполнена. Рисунок ЗО — Кинематическая схема перемещения элементов навески комплекса машин для ухода за многолетними насаждениями
При выполнении операции по обрезке плодовых насаждений, навеска машины совершает вынужденные колебания по следующим причинам: вибрация двигателя, колебания ветвей деревьев при обрезке и неровность междурядий.
Все вышеперечисленное приводит к несоответствию качеству работы машины агротехническим требованиям: поверхность среза должна быть глад кой, без задиров, расщеплений, а также без смятия коры и древесины; недолговечность работы дисковых пил.
Анализ работ различных ученых показал [78,88,89,90,91,92,93,94], что на качество среза наиболее существенное влияние оказывают неровность почвы в междурядьях сада. Вибрация двигателя, как и колебания ветвей при обрезке оказывают незначительное влияние на качество среза. В связи с вышеизложенным, при теоретическом исследовании смещения режущего аппарата относительно энергетического средства с течением времени, нами принято следующее допущение Ад = Ав = 0, (20) где Ад — амплитуда колебаний двигателя, м; Ав — амплитуда колебаний ветвей деревьев при обрезке, м.
Устранить влияние неровностей почвы на качество выполнения технологической операции по обрезке плодовых насаждений можно путем уменьшения колебаний режущего бруса относительно деревьев при движении машины по междурядью, например, используя виброизоляцию. Виброизоляция основана на разделении исходной системы на две части и соединении этих частей с помощью виброизолятора (Рис. 31). В данном случае изолируемым объектом является режущий брус, а источником возбуждения — колебания трактора [95,96,97].
Инструментально-экспертная CAD/CAE/PDM система АРМ Win Machine представляет собой энциклопедию по машиностроению, включающую инструменты и программы для автоматизированного расчета и проектирования деталей машин, механизмов, элементов конструкций и узлов.
АРМ Win Machine содержит современные, эффективные и надежные программы для расчета: 1) энергетических и кинематических параметров; 2) прочности, жесткости и устойчивости; 3) выносливости при переменных режимах нагружения; 4) вероятности, надежности и износостойкости; 5) динамических характеристик.
Кроме того, в АРМ Win Machine имеется набор инструментальных средств расчета и анализа. Эти средства, а также проектируемые детали, в зависимости от назначения разделены на подсистемы (модули), которые могут функционировать как в составе системы, так и самостоятельно. Система содержит открытые для пользователя реализованные в ней расчетные алгоритмы [100].
Данная работа предусматривает использование следующих ключевых модулей системы АРМ Win Machine: 1) модуль АРМ Slider; 2) модуль АРМ Dynamics; 3) модуль АРМ Structure 3D; 4) модуль АРМ Spring.
Для подтверждения данных, полученных при разработке теории оптимизации параметров механизма подъема навески режущих аппаратов, нами в модуле АРМ Slider разработана модель навески с новыми оптимальными параметрами. АРМ Slider - это система, предназначенная для расчета сложных многозвенных рычажных механизмов второго класса и визуализации движения их составляющих (звеньев, тел и кинематических пар).
Принцип работы модуля следующий. Производим построение схемы навески (Рис. 32) [100], используя параметры, полученные при разработке математической теории (Рис. 30): ОР = РК= 03 = 35 = 220 мм (основание навески); РМ= 32 = 1720 мм (тяга); ON = 01 = 1960 мм (стрела); MN= 21 = 400 мм (рычаг); OL = 04 = 1500 мм (тяга (связь)); KL = 45 = 1130 мм (гидроцилиндр); а = = 45 (угол наклона основания).
Далее запускаем расчет, в результате проведения которого мы получили траектории движения всех точек (Рис.33,34,35), а также получили карту результатов, предварительно задав начальную скорость ведущего звена 0 равную 6,7 с"1 (Рис.36).
В результате проведенного расчета мы получили следующие показатели для всех перемещающихся точек, в нашем случае это шарниры №1, №2, №4: 1) передаточные функции (Vqx, Vqy, Vq, Aqx, Aqy, Aq); 2) скорость относительно осей X и Y; 3) ускорение относительно осей X и Y; 4) перемещение относительно осей X и Y; 5) траектория (Рис. 37); 6) полная скорость; 7) полное ускорение; 8) угловые параметры (угловое перемещение, угловое ускорение); Все вышеприведенные показатели рассмотрены как относительно времени (с), так и угла (град).
Методика определения оптимальных конструктивных параметров устройства для гашения колебаний режущих аппаратов машины для контурной обрезки плодовых насаждений
Проанализировав процесс обрезки плодовых деревьев с демпферным устройством мы выявили ряд основных параметров влияющих на качество среза, а именно: неровность, влажность и структура почвы, состояние насаждений, культура (груша, слива, вишня, яблоня) и ее сортовые особенности, погодные условия (температура и влажность воздуха), состояние энергетического средства, качество заточки пил, тип рабочего органа и его частота вращения, скорость движения агрегата, наличие демпферного устройства (жесткость пружины). Для выявления параметров, существенно влияющих на качество среза, был проведен экспертный анализ вышеперечисленных факторов, в результате которого было выявлено три основных: жесткость пружины демпферного устройства - С, частота вращения дисковых пил - Ап и скорость движения агрегата — V, поэтому задачей экспериментального исследования является уточнение обозначенных параметров контурного обрезчика, обеспечивающих максимальную чистоту среза ветвей. Обоснование проведение эксперимента по исследованию процесса - обрезка приведено в приложении 4.
В соответствии с поставленной задачей программа экспериментальных исследований предусматривала определение зависимостей качества среза от скорости движения агрегата, от частоты вращения дисковых пил и от жесткости пружины демпферного устройства при различных режимах и условиях работы [105,106,107,108,109,110,111,112,113].
Для реализации задач и технологического обоснования указанных параметров устройства и изучения исследуемого процесса был разработан и изготовлен лабораторный образец устройства (Рис. 53).
Агрегат в основной комплектации (обрезчик) состоит из основных сборочных единиц: навески 1, рамы подъема 2, двух стрел 3, режущих аппаратов дискового типа для тяжелой обрезки 4, бруса переднего с двумя ползунами 5, гидросистемы 6, дисковых пил 7, демпферного устройства 8.
Работа осуществляется следующим образом. В начале гона, посредством гидроцилиндров режущие аппараты устанавливаются в рабочее положение, одновременно устанавливается ширина прорезаемого коридора. При включении вала отбора мощности трактора вращающий момент, через редуктор передается к гидронасосам. В свою очередь от гидронасосов поток масла под давлением поступает к гидромоторам. Гидромоторы через цепные передачи и звездочки приводят во вращение дисковые пилы. При движении агрегата дисковые пилы производят обрезку деревьев.
Конструкцией демпферного устройства предусмотрена возможность замены пружин с различными характеристиками (жесткость пружины - 20, 30 и 40 Н/м).
Для определения влияния указанных параметров на показатели качества выполнения технологического процесса был спланирован факторный эксперимент ПФЭЗ3.
На первом этапе планирования эксперимента необходимо задаться доверительной вероятностью (коэффициентом надежности) и числом повторностей в опытах, позволяющих оценить в дальнейшем надежность результатов измерений. Поскольку, в эксперименте необходимо определить достаточно точные параметры изучаемой закономерности, мы приняли доверительную вероятность а - 0,05. Минимальная рекомендуемая повторность опытов т0 — Ъ.
Для дальнейшего планирования воспользуемся математическим методом планирования эксперимента. При этом опытам предшествует глубокий анализ явления и выбор условий их проведения для решения поставленных задач с требуемой точностью. Благодаря использованию математического аппарата исследования проводятся при одновременном варьировании всех факторов, уровни которых принимаются по специальным расчетам, число опытов сводиться к минимуму, а после каждой серии опытов имеется возможность принимать обоснованные решения.
При математическом методе планирования планирование и проведение полного факторного эксперимента состоит из следующих основных этапов: - кодирование факторов; - составление плана-матрицы эксперимента; - рандомизация опытов; - реализация плана эксперимента; - проверка воспроизводимости опытов; - проверка адекватности уравнения регрессии; - оценка значимости коэффициентов регрессии.
Проведем кодирование факторов для перевода натуральных факторов в безразмерные величины с целью построения плана-матрицы эксперимента (Таблица 5). Связь между кодовыми xt и натуральными Xt значениями факторов устанавливается по формуле: хі=(Хі-ХІО)/ЛХі, где ХІ - натуральное значение і-го фактора; Хю - натуральное значение і-го фактора на нулевом уровне; ЛХІ - интервал варьирования і-го фактора. Нулевым называется основной уровень, занимающий центр интервала (среднее значение фактора).
