Основы совершенствования землеройно-мелиоративных машин (26.09.2011)

Автор: Ревин Юрий Григорьевич

Результаты статистического анализа неровностей поверхности рисовых чеков. Практика планировки поверхности рисовых чеков для получения ровной поверхности показывает, что технологии и технические средства выравнивания еще далеки от совершенства. Одной из причин такого положения является отсутствие точной и полномасштабной информации о микронеровностях поверхности чеков. Наиболее объемной и точной основой оценки этих неровностей можно считать систему, базирующуюся на основе представления поверхности в виде набора высотных отметок как случайных величин, объединенных в один массив данных. Тогда, по аналогии с понятием «случайная функция», поверхность чека можно представить как «случайную поверхность».

Характеристики микрорельефа рисовых чеков свидетельствуют о значительном разнообразии структур и параметров неровностей. В настоящее время при планировке поверхности чеков не учитывают особенности неровностей, используя типизированные технологии и стандартные средства механизации работ.

Для эффективного осуществления планировки поверхностей чеков необходимо иметь информацию о самых важных параметрах неровностей, под которыми подразумеваются наиболее часто встречающиеся их длины и амплитуды.

Оба упомянутых параметра сами случайны, причем если длина (или по аналогии с колебательными процессами – период) мало изменчива, то отклонения неровностей по высоте можно оценить как довольно разбросанные. Для целесообразной и обоснованной оценки этих параметров могут быть использованы, как уже отмечалось, методы теории случайных функций.

Поверхность, относительно которой даны отметки, является горизонтальной плоскостью, соответствующей отметке нулевых работ.

К очень важным статистикам, позволяющим осуществить конкретные оценки параметров случайных поверхностей, следует отнести корреляционную характеристику, которую можно назвать, по аналогии с подобной характеристикой для продольных или поперечных профилей сельско-хозяйственных полей, корреляционной поверхностью К(r, p).

Эмпирическая корреляционная поверхность может быть оценена по формуле (7.44):

(7.44)

где n1, n2 – число строк и столбцов матрицы Z; r, p – смещение отсчетов при определении корреляционной поверхности по строкам и столбцам соответственно; D – дисперсия высотных неровностей чека, представленной матрицей Z.

Более точные данные о параметрах микронеровностей можно получить при помощи дополнительной математической статистики – спектральной плотности поверхности. Спектральная плотность микрорельефа поверхности чека как случайной поверхности может быть подсчитана по формуле:

(7.45)

где n3 и n4 – число строк и столбцов соответственно матрицы корреляционной поверхности микрорельефа чека; Kx,y – эмпирическая корреляционная поверхность чека; (x, (y –волновые частоты неровностей по осям X и Y соответственно, м-1; ? - шаг отсчета при определении спектральной плотности. Шаг отсчета равен длине стороны квадратной сетки, используемой при съемке высотных координат неровностей чека (? = 20 м).

На рисунке 7.20 приведен график спектральной плотности чека, построенной в соответствии с формулой 7.45.

По оси Х (число отсчетов от 0 до 13) и по оси У (число отсчетов от 0 до 6) откладываются номера квадратов кратные шагу (. Пики графика дают возможность сделать вывод, причем вывод совершенно определенный, о большем или меньшем процентном составе неровностей по длине. При этом длину неровностей можно оценить по следующим формулам:

(7.46)

где Tx, Тy – длины неровностей по оси X (это, как правило, по длинной стороне чека) и по оси У (как правило, по короткой стороне чека) соответственно, м; Хi, Yj - значения координат спектральной плотности, соответствующие ее пикам по оси Х или У соответственно.

Доля дисперсии, приходящейся на какую либо конкретную по длине неровность DTi,j, может быть подсчитана по формуле:

(7.47)

где 2·(Х,2·(У – диапазоны полосы пропускания для соответствующего пика спектральной плотности поверхности чека. Обыкновенно (Х = (У ( 1; SX,Y матрица спектральной плотности.

Таблица 7.5 Обобщение статистических данных по неровностям

поверхностей чеков по длинной их стороне.

Дисперсия неровностей D, см2 / Среднеквадратическое отклонение s, см Доля дисперсии, приходящаяся на неровности длиной, %

Более 120 м около 40 м около 20 м около 10 м

9,5… 33,0 / 3,1… 5,8 18,5… 30,4 13,4… 30,6 23,6… 41,2 14,3… 32,8

Анализ большинства чеков, они имеют в плане форму прямоугольника с соотношением сторон примерно 2:1. Средние величины процентного соотношения неровностей с разными длинами получаются следующими: доля дисперсии высотных неровностей, приходящаяся на длины 120 м и более, равна 24 %, для неровностей с длинами около 40 м – 22 %, для неровностей с длинами около 20 м – 31 %, для неровностей с длинами около 10 м – 23 % (см. табл. 7.5).

Формирование концепции усовершенствованной планировочной машины. При проектировании любого планировщика оценивают не только его технологические возможности по эффективному выравниванию неровностей, но и по тяговым показателям, производительности и т. д.

Рис. 7.24. Схема к расчету объема срезаемого грунта.

Y1(x) – исходная поверхность срезки; Y2(x) – поверхность после срезки

Указанные показатели во многом зависят от среднего объема призмы волочения, колебаний ее объема, соблюдения такого требования как положительный баланс грунта в ковше. На рисунке 7.24 показана схема формирования призмы волочения при срезке. Объем грунта V (заштрихованная поверхность), который должен поместиться перед отвалом бездонного ковша планировщика, находится по формуле:

Рис.7.25. Графики амплитудно-частотных характеристик

A1(w) - неавтоматизированного планировщика,

AA(w) - автоматизированного планировщика

На рисунке 7.25 представлены графики АЧХ для неавтоматизированного (A1(w)) и автоматизированного (AA(w)) планировщиков.

Анализ графиков, представленных на рисунке 7.25 показывает, что автоматизированный планировщик значительно более эффективно выравнивает неровности с волновой частотой от 0,05 до 1,0 м-1. При больших значениях ? процесс планировки для автоматизированного и неавтоматизированного планировщиков примерно одинаков.

Рисунок 7.26 дает возможность сделать вывод о значительном возрастании объема срезаемого грунта при работе автоматизированного планировщика на длинных неровностях (кривая П1). При изменении длины неровности в пределах от 10 м до 100 м объем срезаемого грунта увеличивается от 1 м3 до 11 м3.

Рис. 7.26.- Зависимость объема срезаемого грунта от длины полуволны неровности

Для тех же длин неровностей при работе неавтоматизированного планировщика объем срезаемого грунта возрастает до 2 м3 , начиная с 1 м3, а потом уменьшается до 1,4 м3 (кривая П2). При выравнивании неровностей длиной 30…40 м и более автоматизированным планировщиком, объем призмы волочения грунта которого не должен превышать 3…4 м3, объективно будет иметь место переполнение ковша. При работе неавтоматизированного планировщика переполнения ковша практически не происходит.

Амплитуда колебаний объема призмы волочения грунта для неавтоматизированного планировщика при выравнивании неровностей, 50% которых имеет длину 60 м и более, составляет 0,7 м3. Для автоматизированного планировщика эта цифра примерно равна 4 м3.

Таким образом, неавтоматизированный планировщик практически не выравнивает длинные неровности (более 60 м). Автоматизированный планировщик обеспечивает выравнивание длинных неровностей. Однако при этом периодически происходит переполнение грунтом ковша, что требует применения дополнительно другой машины, скрепера например. Объективно возникает необходимость создания планировочной машины со свойствами скрепера и классического планировщика одновременно, то есть машины, со своего рода, универсальными воэможностями.

Усовершенствованный планировщик должен работать в соответствующих условиях как скрепер или как обычный планировщик. При необходимости перемещения грунта, срезанного в местах микровозвышений на большие расстояния, предлагаемый планировщик должен функционировать в скреперном режиме, то есть перемещать грунт в закрытом и приподнятом над планируемой поверхностью ковше, на колесах, и разравнивать его в местах подсыпки с необходимым качеством. При равномерном распределении неровностей по площади чека целесообразней всего использовать так называемую сплошную планировку, когда планирующая машина перемещает срезанный на микровозвышениях грунт в места подсыпки как призму волочения. Неравномерное распределение объемов срезаемого и насыпаемого грунта определяется, в частности, большей или меньшей степенью наличия в структуре длинных неровностей (более 60 м).


загрузка...