Применение скреперов с автоматизированным управлением их рабочих органов по высоте при планировке орошаемых земель Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

расстояние от заднего колеса (задней точки опоры) до точки подвеса ЗРО, t = 0,4 м, ^ - расстояние от точки подвеса ЗРО до днообразующей его кромки, ^ = 0,6 м; t2 - расстояние от ДОК до опорной точки трубоукладчика, ^ = 0,3 м; d - расстояние от передней точки опоры гусеничного хода до центра давления d = 1,3 м; х - координата точки, колебания которой необходимо оценить, х = 2,6..4,0 м; Т - постоянная времени САР, Т = 0,2 с; т - суммарное время запаздывания САР, т = 0,1 с; Ку - коэффициент усиления САР Ку ^ 3с-1.

В результате расчетов получены следующие результаты:

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ ------------------------------

Ревин Ю.Г. — профессор, доктор технических наук, МГУП.

реди многочисленных задач по защите окружающей среды есть вопросы по мелиорации оросительных систем. В состав основных ее работ входят строи-

Стельство новых и переустройство действующих каналов и водоприемников, возведение и реконструкция гидротехнических сооружений, а также планировка орошаемых земель.

Устранение недостатков на действующих оросительных системах способствует повышению их продуктивности и обеспечению высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур.

Для экономии оросительной воды на рисовых системах рекомендуется повторно использовать сбросные воды для орошения, а также уменьшать потери воды на полях за счет поддержания точности спланированной поверхности. Точно спланированная поверхность на орошаемых землях позволяет бороться с сорняками и насекомыми-вредителями без применения ядохимикатов и гербицидов, то есть без загрязнения окружающей среды, что способствует выращиванию экологически чистой сельскохозяйственной продукции.

Требования, предъявляемые к точности планировки по СНиП составляют ±5см. Однако, повыше-

• для дреноукладчика типа ЭТЦ-165 при работе от базы Авых = ±16,5 см;

• от дна - Авых = ±11,3 см; при наличии САР ЗРО Авь1х = ±10,2 см; и Авых = ±3,5 см соответственно;

• для дреноукладчика типа ЭТЦ-2011 при работе от базы Авых = ±15,4 см;

• от дна Авых = ±9,8 см; при наличии САР ЗРО Авых = 8,6 см и Авых = ±2,2 см соответственно.

Подводя итог, можно с полным основанием утверждать, что предлагаемая математическая модель позволяет вполне адекватно оценивать точность его работы. Это дает возможность целенаправленно совершенствовать конструкцию дреноукладчика в целом и систем его составляющих.

ние точности планировки до ±3см способствует не только увеличению урожая в 1,5 раза и во столько же экономии поливной воды, но и снижению ежегодного прироста удельного объема земляных работ до 40%. Ранее проведенные исследования динамики деформации микрорельефов рисовых чеков доказали обратную зависимость прироста удельных земляных работ от точности спланированной поверхности орошаемых земель.

Высокая точность планировки достигается с применением лазерных систем автоматического регулирования (ЛСАР) высотным положением рабочих органов землеройных машин. В типовой комплект лазерного оборудования входят: лазерный передатчик, формирующий круговую лазерную опорную плоскость, фотоприемное и электрогидравлическое устройства, устанавливаемые на машину для управления высотного положения ее рабочего органа в процессе планировки.

Процесс выравнивания поверхности поля во многом определяется планирующей способностью планировщика. Для оценки планирующей способности рассмотрим модель мелиоративной машины с автоматизированным рабочим органом в качестве многомерной динамической системы с несколькими входами и одним выходом. При этом входные возмущающие воздействия Р непосредственно связаны с машиной, которая представлена в виде передаточной функции ПМ(Б), а входные задающие воздействия - с ЛСАР в виде функции ПА(Б) (рисунок).

Входными возмущающими воздействиями Р являются неровности неспланированной поверхности поля, с которыми осуществляется пассивных кон-

© В.А. Панкратов, 2002

УЛК 622.5

В.А. Панкратов

ПРИМЕНЕНИЕ СКРЕПЕРОВ С АВТОМАТИЗИРОВАННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ИХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПО ВЫСОТЕ ПРИ ПЛАНИРОВКЕ ОРОШАЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ

бания опорных колес в процессе движения по неровностям поверхности поля передаются на основную раму планировщика, которая вследствие жесткости своей конструкции преобразует их в колебания кромки ножа рабочего органа Ум.

Входным задающим воздействием О является круговая лазерная опорная плоскость. При помощи датчика - фотоприемника ЛСАР определяет смещение рабочего органа относительно проектной плоскости и устанавливает его заданное высотное положение УА в процессе планировки. В результате отработки двух смещений по высоте общим выходом У являются колебания кромки ножа рабочего органа, формирующие спланированную поверхность поля.

По теории автоматического регулирования общая передаточная функция планировщика представится в следующем виде:

ПМ (5)

П(5) =-

(1)

1 + ПА (8)

Таким образом, планирующая способность планировщика связывает неровности поля до прохода планировщика с неровностями спланированного поля, что определяет модель процесса выравнивания. Используя современную теорию процесса выравнивания различных поверхностей и выразив неровности поля через спектральную плотность, а планирующую способность через передаточную функцию модели планировщика с лазерной системой автоматики получаем следующую зависимость:

^(ю)ВЫХОД = ^(ю)ВХОД ■ |П (с° ■(2) где Б(ю)выхОд - спектральная плотность после прохода планировщика; Б(ю)вхОд - спектральная плотность до прохода планировщика; <в - является аналогом круговой частоты, и равна 2п/Т, где Т - характерная длина неровности выраженная в дм.

Полевые исследования процесса выравнивания проводились в Краснодарском крае и заключались в следующих поэтапных операциях:

• на основании проведенной вертикальной съемки рисового чека до планировки была рассчитана спектральная плотность до предстоящего прохода планировщика Бвход(ю);

• определялась теоретическая спектральная плотность после прохода машины с учетом передаточной функции по формуле 2 Б1выход(ю);

• после выравнивания поля проводилась вертикальная съемка чека и рассчитывалась практически

Рис. 1. Структурная схема планировщика, оснащенного ЛСАР: ПА(Б) - передаточная функция ЛСАР; Пм(Б) - передаточная функция планировщика; О -входные задающие воздействия; Р - входные возмущающие воздействия полученная спектральная плотность вдоль направления движения планировщика Б2выход(ю).

Исследования проводились с применением короткобазового планировщика и полуприцепного скрепера, оснащенных лазерным оборудованием. В обоих случаях была достигнута высокая точность спланированной поверхности.

Ежегодную эксплуатационную планировку в Краснодарском крае традиционно выполняют длиннобазовыми планировщиками, что не обеспечивает высокую точность выравнивания полей. Зависимость планирующей способности от конструктивных параметров такой машины позволяет в некоторых случаях копировать продолжительные неровности поля. Низкая маневренность длиннобазовой машины ведет к снижению качества планировки крайних полос и углов рисовых чеков. Поэтому эксплуатационную планировку рекомендовано проводить с применением короткобазовых автоматизированных планировщиков, которые к тому же менее металлоемки.

Строительная и капитальная планировка орошаемых земель проводится также с малой эффективностью. В результате несовершенства технологического процесса дорожает стоимость планировочных работ, что значительно снижает рентабельность выращивания риса. Сущность капитальной планировки состоит из трех последовательных технологических операций:

• срезка грунта с мест повышений под проектную плоскость;

• транспортировка срезанного грунта и отсыпка его в местах понижений;

• разравнивание грунта в местах понижений под проектную плоскость.

Технология планировки и ее эффективность определяются типом ведущей машины, ее техническими параметрами, от которых зависит состав вспомогательных землеройно-планировочных машин, необходимых для завершения полного цикла планировочных работ. В Краснодарском крае были проведены исследования различных технологий капитальной планировки рисовых чеков с применением трех разных ведущих автоматизированных машин: короткобазового планировщика, клин-планировщика и скрепера. Технология капитальной планировки рисовых чеков с применением автоматизированного короткобазового планировщика состояла из следующих операций:

• срезка грунта планировщиками в автоматическом режиме управления в местах повышений под проектную плоскость с отсыпкой грунта при наполнении ковша в земляные валы-бурты;

• срезка образованных валов-буртов, транспортировка и отсыпка грунта в места понижений скреперами;

• окончательная доводочная планировка короткобазовыми планировщиками в режиме автоматического управления за два-три прохода диагональноперекрестным способом.

Одним из недостатков такой технологии является то, что применение планировщиков требует прове-

дение предварительного рыхления и дискования грунта, что ведет к удорожанию стоимости планировки. При этом необходим состав вспомогательных машин для проведения раздельных технологических операций. Отсутствие дополнительного лазерного оборудования для автоматического управления ковшами скреперов снижает точность выравнивания поверхности поля. Достоинством технологии является высокая производительность скреперов, которые быстро наполняют ковш грунтом.

Технология капитальной планировки рисовых чеков с применением автоматизированного клин-планировщика состояла из следующих поэтапных операций:

• срезка грунта клин-планировщиком в автоматическом режиме управления в местах повышений под проектную плоскость с образованием насыпных валиков по краям отвала;

• срезка насыпных валиков, транспортировка и отсыпка грунта скреперами в местах понижений;

• окончательная доводочная планировка длиннобазовым планировщиком за два-три прохода диагонально-перекрестным способом.

Достоинством такой технологии является низкая энергоемкость процесса срезки повышений и высокая производительность клин-планировщика при создании насыпных валиков грунта. Недостатком является увеличенное время забора грунта скреперами. Скрепер движется по направлению насыпных валиков до наполнения ковша, что снижает его производительность.

Необходимость в проведении операций рыхления и дискования грунта, как в предыдущем случае, ведет к удорожанию стоимости планировочных работ. Для производства различных последовательных технологических операций необходим состав разных вспомогательных машин. При этом операцию по доводочной планировке рекомендуется проводить автоматизированным короткобазовым планировщиком, что способствует повышению качества выравниваемой поверхности поля.

Учитывая перечисленные недостатки двух предыдущих технологий разработана и исследована капитальная планировка с применением скреперов. Причем полуприцепные скреперы имеют более лучшую планирующую способность, чем прицепные вследствие удлиненной планировочной базы.

Технология капитальной планировки рисовых чеков с применением ведущих автоматизированных полуприцепных скреперов состояла из следующих технологических операций:

• срезка грунта в местах повышений под проектную плоскость в автоматическом режиме управления до наполнения ковша;

• транспортировка срезанного грунта в места понижений в закрытом ковше;

• отсыпка грунта в местах понижений под проектную плоскость в автоматическом режиме управления.

Технология капитальных планировочных работ с применением двух-трех автоматизированных полуприцепных скреперов является наиболее рациональной. Вследствие своей универсальности скреперы осуществляют все технологические операции без необходимости применения дополнительных машин. Срезка повышений и наполнение ковша грунтом осуществляется за один проход машины, что снижает уплотнение верхнего почвенного слоя грунта. Опорожнение ковша и разравнивание грунта также осуществляется за один проход, что уменьшает сумму энергоемкости двух различных процессов. Достоинством также такой технологии является то, что планировка может проводится по стерне без предварительных операций рыхления и дискования грунта, что значительно снижает стоимость работ. Проведенные исследования доказали, что при выравнивании поля достигается повышенная точность, в пределах ±3см, что не требует доводочной планировки.

Применение лазерного оборудования при выравнивании полей позволяет не только достигать повышенную точность планировки, но также применять более универсальные и доступные машины. Очевидно, что наличие в рисосеящих хозяйствах количества скреперов намного превышает по общей численности специализированных планировщиков.

Послойная срезка и отсыпка грунта с целью выравнивания поверхности применяется при строительстве и ремонте подъездных и объездных грунтовых дорог, на стадии окончательного заравнивания кавальеров с покрытием верхнего почвенного слоя грунта. Проведение капитальной планировки орошаемых земель с высокой точностью позволит снизить последующий ежегодный прирост удельного годового объема земляных работ. Это в свою очередь отразиться на снижении затрат на эксплуатационное выравнивание и позволит выдержать высокую точность спланированной поверхности полей.

Ежегодное проведение высокоточной эксплуатационной планировки рисовых чеков с применением автоматизированных короткобазовых планировщиков позволит значительно растянуть сроки проведения капитальных планировочных работ или полностью отказаться от их применения.

Исследования какой-либо землеройной строительной или мелиоративной машины, представленной в виде передаточной функции, опирающейся на основы теории автоматики, является, по мнению авторов, перспективным и актуальным направлением.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Панкратов Б.А. — аспирант, МГОУП.