Разработка технологического процесса планировки рисовых чеков с применением многофункциональной планировочной машины

Рассмотрим кривую тягового сопротивления. Вершины кривых на всех трех графиках равноудалены друг от друга со смещением не более 0,4… 0,7с. Следовательно, полупериод кривой от минимального значения к максимальному соответствует моменту срезки грунта. Следующий полупериод от максимума к минимуму - разгрузке.

Рисунок 17. Сравнительные результаты теоретических исследований и экспериментальных данных при выравнивании неровностей с различной амплитудой и зависимость изменения осредненного тягового усилия от пройденного пути 1 - теоретический объем призмы волочения; 2 - тяговое усилие; 3 - осредненное тяговое усилие. Параметры неровностей: а - L=9м h=5см; б - L=9м h=8см в - L=9м h=12см

При анализе графиков становится заметно, что в первом графике максимальный объем призмы волочения на 0,9… 1,1 опережает максимальное тяговое усилие по течению эксперимента. Во втором случае опережение составляет 1,0… 1,7с. Это происходит из-за того, что передний край призмы волочения на 35… 40 см опережает режущую кромку рабочего органа. В тот момент, когда режущая кромка достигает конца неровности и теоретический объем должен достигнуть своего возможного максимума, тяговое усилие уже начинает снижаться. Это происходит вследствие того, что опережающая движение РО призма уже начинает заполнять неровность, и объем грунта в ковше сокращается, снижая тяговое усилие.

На третьем графике результат совмещения кривых значительно отличается. На первой неровности опережение составляет 0,7… 0,9с, на второй 0,4… 0,6с. При движении модели по третьей неровности максимальный объем призмы волочения совпадает по времени с максимальным тяговым сопротивлением.

Такое смещение происходит по причине того, что при данном характере неровностей после срезки первого же возвышения ковш наполняется практически полностью, грунт значительно уплотняется (как это было показано в первом опыте). Далее, в момент разгрузки низменность начинает заполняться из передней верхней части призмы, таким образом, что общая площадь пятна контакта призмы с поверхностью грунта остается практически неизменной. Объем же призмы волочения пополняется грунтом, который срезается отстающей режущей кромкой.

Из первого графика в рисунке 17. можно сделать вывод, что на следующий год после проведения капитальной планировки, когда максимальная величина неровностей не превышает 5см. возможно использование базовых машин третьего тягового класса.

Для проверки работоспособности системы автоматического управления был проведен комплекс лабораторных и полевых испытаний.

При проведении лабораторных и полевых исследовательских испытаний использовались 4 комплекта оборудования:

Комплект оборудования № 1 в составе: лазерный передатчик L - 600 (LP - 30) с круговым вращением луча, опытный образец лазерно-программной системы автоматического управления (далее ЛП САУ), электрозолотник и источник питания

Комплект оборудования № 2 в составе: лазерный передатчик, автомобиль, опытный образец ЛП САУ и датчик пути

Комплект оборудования № 3 в составе: лазерный передатчик, экспериментальная модель скрепера-планировщика СП-1Э, опытный образец ЛП САУ, автомобиль.

Комплект оборудования № 4 в составе: лазерный передатчик, трактор К-701, серийный образец планировщика ПАУ-2, опытный образец ЛП САУ с датчиком пути.

В результате проведенных лабораторных испытаний с использованием комплекта оборудования № 1 и измерительных приборов и инструмента проверены и определены следующие технические характеристики лазерно-программной системы автоматического управления (ЛП САУ): угол обзора лазерного приемника, диапазон перемещения штока электромачты, напряжение питания и напряжение выходного сигнала на электрозолотник, потребляемая мощность, масса и габариты.

Полевыми исследовательскими испытаниями ЛП САУ с комплектом № 2 определялись зона нечувствительности лазерного приемника, радиус действия, интервал и погрешность измерения пройденного пути, рабочие скорости в режиме съемки. В качестве лазерных передатчиков использовались модели L - 600 и LP - 30С.

Рабочие скорости движения в режимах съемки и планировки, а также точность съемки и планировки определялись при установке ЛП САУ на планировщик ПАУ - 2 (комплект № 4).

Интервал измерения пройденного пути и погрешности измерения высотных отметок и вычисления проектной отметки ЛП САУ оценивались по результатам замеров, проведенных с применением комплекта № 3.

Число срабатываний электрогидросистемы и температура масла в гидросистеме определялись при полевых испытаниях гидроблока ГБ - У, установленного на планировщике ПАУ - 2 с трактором К - 701 и на скрепере ДЗ - 87 с трактором Т - 150.

Как видно из представленных данных в таблице 4 погрешность измерения высотных отметок при 4 проходах ЛП САУ колеблется от 0 до ± 3 см (0 - 3,4 %) и в среднем составляет ±1,5 см (1,1 %), а в сравнении с нивелировкой эта погрешность изменяется в пределах 0-4 см (0 - 2,4 %), а в среднем ±1,5 см (1 %), т.е. наблюдается близкая сходимость результатов замеров.

Таблица 4 - Результаты полевых определения погрешности измерений высотных отметок ЛП САУ

В пятой главе описывается процесс разработки комплексного технологического процесса съемки, проектирования, планировки рисовых чеков и контроля точности спланированной поверхности.

Таблица 6 - Сводная таблица результатов анализа поверхности чеков

Вертикальная съемка автонивелиром АН-1, проводимая перед капитальной планировкой, не лишена ряда отдельных недостатков. С целью сокращения времени и трудозатрат на подготовительные работы по вертикальной съемке необходимо совместить операции съемки и проектирования на одной землеройно-планировочной машине и разработать новый способ съемки, который реализуется при установке на машину лазерно-программной системы автоматического управления (ЛП САУ). Она обеспечивает поочередно режимы съемки и проектирования.

Для определения оптимального маршрута съемки были исследованы различные варианты, которые сравнивались со схемой типовой съемки, проводимой по квадратам через 20 м. Критерием оптимальности служит минимальное расхождение между вычисленной проектной отметкой исследуемого маршрута и эталонной проектной отметки типовой схемы съемки. Наиболее близкими к оптимальному маршруту экспресс съемки оказались диагональная и перекрестная схемы (рисунок 18).

Проведенный анализ 27 картограммах показал, что длина диагональной траектории съемки составляет 38,4 % от эталонной длины, длина перекрестной - 39,6 %, а расхождения проектных отметок - соответственно 0,8 и 0,4 см.

Рассматриваемые схемы вертикальной съемки представлены на рисунке 18. Результаты сопоставления маршрутов движения машины при проведении экспресс съемки на чеке

200х280 м, площадью 5,6 га сведены в таблицу 6. Анализ различных картограмм показывает, что наилучшая сходимость результатов экспресс съемки с ее типовой схемой наблюдается при перекрестном маршруте (в) движения машины, который пересекает большинство неровностей чека с длиной 40-80 м. Среднее отклонение проектных отметок на обработанных чеках находятся в пределах 0,4 см (0,3 %).

Лазерно-программная система управления (ЛП САУ) снабжается вычислительным устройством для проектирования планировочных работ. На этот способ и устройство планировки орошаемых земель подана заявка на изобретение.

По окончанию расчетов ЛП САУ выдает проект планировочных работ в виде записи или схемы на дисплее пульта управления, где указаны вычисленные высотные отметки и месторасположения зон срезок, насыпей и зон нулевых работ. 

Рисунок 18 - Схемы вертикальной съемки: а - типовая съемка через 20 м, экспресс съемка: б - диагональная, в - перекрестная, С1,2 - первый и второй старт, Ф1,2- первый и второй финиш.

Рисунок 19 Схема месторасположений зон срезок I, насыпей II и зон нулевых работ III.

Предлагаемый способ и устройство для съемки и проектирования рисовых чеков позволяют составить проект планировки, сократить количество проходов по чеку за счет перекрестного оптимального маршрута движения, определить величины зон срезок и насыпей и зон нулевых работ и наметить рациональный маршрут планировки.

В шестой главе даются рекомендации по применению скрепера - планировщика с лазерно - программной системой автоматического управления и проведен расчет экономической эффективности применения скрепера - планировщика с ЛП-САУ

Скрепер-планировщик СП-1 предназначен для срезки, транспортировки и отсыпки грунта. При оснащении лазерной системой автоматического управления скрепер-планировщик СП-1А планирует поверхность земли под проектную плоскость с точностью ± 3 см. Лазерно-программная система автоматического управления обеспечивает проведение скрепером-планировщиком СП-1АН вертикальной съемки, проектирование, планировку рисовых чеков и контроль точности спланированной поверхности.

Скрепер-планировщик рассчитан на работу в различных по составу грунтах 1категории с влажностью не более 15 - 20 % при температуре окружающей среды в пределах от 0 до +50град.°С. Возможно использование машин с большей влажностью при условии отсутствия налипания грунта в ковше. Неровности планируемой поверхности при одном проходе машины не должны превышать 10 см. Допускается использование планировщика в 2 и более проходов, когда неровности поверхности превышают 10 см.

Скрепер-планировщик с ЛП САУ рекомендуется использовать при проведении выборочной и сплошной планировки ежегодно или периодически через 2 года, когда объемы земляных работ не выше 150 мі/га, а среднеквадратические отклонения неровностей чеков не более 4,2 см.

Комплексная технология состоит из непрерывной цепи последовательных и взаимосвязанных между собой на каждом чеке следующих технологических операций: экспресс съемка, проектирование планировочных работ, планировка, экспресс контроль точности спланированной поверхности и при необходимости исправительная планировка.

Рисунок 20. План экспресс съемки: а - лазерный передатчик, б - вешка, в - маршрут движения скрепера-планировщика с ЛП САУ при съемке, г - холостой переезд

После включения режима съемки («Запись») лазерный приемник поднимается автоматически до момента его пересечения с лазерной опорной плоскостью. Съемку проводят последовательно при движении скрепера-планировщика по перекрестному маршруту 1 - 2 - 3 и 4 - 5 - 6. Расстояние 3 - 4 проходят без съемки с выключенной автоматикой (рисунок 20).

В процессе движения скрепера-планировщика с системой ЛП САУ происходит накопление, запись и сохранение в памяти пульта управления данных о высотных отметках и пройденном пути. Эти данные, являющиеся проектом планировочных работ, просматривают в режиме чтения на дисплее пульта управления. Определяют рациональный маршрут движения скрепера-планировщика при планировке.

Планировка рисового чека производится сразу после завершения экспресс съемки без перестановки лазерного передатчика. На пульте управления устанавливается режим планировки. Пульт управления вычисляет высоту проектной отметки планировки по данным записанной съемки, после чего приемник автоматически выдвигается на расчетную величину.

Отчеты контролируются по цифровым показаниям на дисплее пульта управления. Центр приемника с помощью гидросистемы выводят на лазерную опорную плоскость, о чем свидетельствует команда «луч» на индикаторе пульта.

После этого скрепер-планировщик на рабочем ходу производит планировку, перемещаясь на чеке в режиме автоматического управления по выбранной технологической схеме движения.

Технологическая схема планировки определяется по среднеквадратическому отклонению у на пульте управления. Если у ? 3 см, то осуществляется сплошная планировка. При у > 3 проводится сначала выборочная, а затем сплошная планировка.

Выборочная планировка проводится в соответствии с намеченным маршрутом движения машины, когда грунт из мест срезок перевозится в места насыпей, а зоны нулевых работ не планируется. В начале работ грунт из зоны срезки с наибольшим отклонением от проектной плоскости вывозится в ближайшую зону насыпи. Если объем грунта в зоне срезки превышает объем грунта в зоне ближайшей отсыпки, то избыточный грунт вывозится в другую зону отсыпки. При недостатке объема грунта в зоне насыпи производится вывоз грунта из другой зоны срезки.

Сплошную планировку под проектную плоскость выполняют так же без перестановки лазерного передатчика параллельными полосами, примыкающими друг к другу. Сплошную планировку рекомендуется проводить по загонной схеме.

Экспресс контроль точности спланированной поверхности чека рекомендуется проводить сразу по окончанию планировки чека без перестановки лазерного передатчика скрепером-планировщиком с ЛП САУ при его движении из одного угла к противоположному углу чека в режиме съемки. После контрольного прохода в режиме чтения определяют высотные отклонения от проектной плоскости по показаниям на дисплее пульта управления. При обнаружении недопустимых отклонений (более 3 см) производится исправительная планировка на дефектных участках при помощи скрепера - планировщика с ЛП САУ.

Так же в этой главе были расчеты по определению технико-экономических показателей.

Экономический эффект от ежегодной планировки с применением скрепера планировщика, оснащенного лазерно-программной системой автоматического управления, составляет 2,8 тыс.руб/га в год при стоимости планировки 1293 губ./га за счет прибавки урожайности риса-сырца после проведения лазерной планировки (±3см).

Эффективность периодической планировки, проводимой через 2 года с применением автоматизированного скрепера-планировщика в 2,9 раза менее эффективна по сравнению с ежегодной планировкой, т.к. в этом случае за время эксплуатации рисовых чеков значительно деформируется поверхность и растут потери урожайности риса.

Ежегодная или периодическая планировка исключает необходимость в проведении дорогостоящей капитальной планировки, сопровождающейся значительными объемами земляных работ и высокой стоимостью при использовании как минимум двух различных типов землеройно-планировочных машин (планировщика и скрепера)

Общие выводы

1. Точность планировки рисовых чеков назначают в пределах ± 3 см, что обеспечивает максимальную урожайность риса и наибольшую экономию поливной воды. В настоящее время состояние поверхности рисовых систем не соответствует этим требованиям и почти 41 % рисовых чеков нуждаются в точной планировке. При этом хозяйства не дополучают около 26 % урожая риса и потребляют примерно на 33 % больше поливной воды.

2. Обзор и анализ применяемых землеройно-планировочных машин, лазерного оборудования и существующих технологий планировки рисовых чеков показал, что скреперы и длиннобазовые планировщики не обеспечивают требуемую точность планировки из-за отсутствия системы автоматического управления рабочим органом по высоте. Короткобазовые планировщики с лазерным управлением удовлетворяют требованиям к точности планировки. Однако они ограничены в применении из-за ряда присущих им недостатков и нуждаются в совершенствовании. Поэтому возникает необходимость в создании принципиально новой универсальной планировочной машины, сочетающей свойства скрепера и планировщика с бездонным ковшом. При оснащении разрабатываемой машины усовершенствованной лазерно-программной системы управления она может обеспечить многофункциональный режим съемки, проектирования и планировки рисовых чеков а также контроля точности спланированной поверхности.

3. На основе теоретических исследований построена трехмерная поверхность отображающая характер неровностей чека. Установлено, что обобщенной характеристикой, позволяющей взвешенно оценить степень неравномерности чека по высоте, можно считать дисперсию или среднеквадратическое отклонение. Результаты теоретических исследований подтверждают целесообразность создания универсального скрепера-планировщика, который эффективно можно использовать при проведении ежегодной и периодической планировки.

4. Исследования процесса формирования призмы волочения при работе планировщика подтвердили, что неавтоматизированный планировщик не может планировать длинные неровности. Автоматизированный планировщик обеспечивает их выравнивание с высокой точностью. Однако из-за периодического переполнения грунтом ковша требуется применение дополнительной машины-скрепера. Во избежание этого необходимо разработать универсальную планировочную машину со свойствами скрепера и планировщика, что согласуется с результатами теоретических исследований по анализу трехмерных поверхностей рисовых чеков.

5. На основании анализа преимуществ и недостатков существующих планировщиков, скреперов и статистических исследования была разработана концепция универсальной планировочной машины - скрепера-планировщика. Разработаны и изготовлены физические модели скрепера-планировщика. Проведенными лабораторными исследованиями физических моделей машины в грунтовом лотке выявлено, что при величине среднеквадратического отклонения до 3 см машина может выравнивать неровности длиной до 20-25 м за один проход. Процесс перемещения грунта скреперным методом в 6,5 раз менее энергоемкий по сравнению с перемещением грунта в бездонном ковше вследствие отсутствия трения грунта о грунт. Конструкция разработанной машины защищена патентом на полезную модель. Подготовлена заявка на изобретение усовершенствованного образца скрепера-планировщика.

6. По конструкторской документации, разработанной автором в соответствие с патентом, заводом Ставропольского края изготовлены опытные образцы скрепера-планировщика, которые успешно прошли заводские и приемо-сдаточные испытания, признаны годными для эксплуатации и переданы в хозяйства Краснодарского края для проведения планировки рисовых чеков.

7. Для сокращения времени на проведение типовой съемки рекомендуется новый способ, в котором выбран маршрут экспресс съемки. Наиболее оптимальной для маршрута экспресс съемки является перекрестная схема, которая пересекает большинство неровностей чека с длиной 40 - 120 м. Расхождения проектных отметок между перекрестной и типовой съемкой не превышали 0,4 см (0,3 %), а длина перекрестного маршрута составила 40 % от траектории типового маршрута съемки.

8. Для составления проекта планировочных работ разработан аналитический способ расчета высотных отметок и месторасположений зон срезок, насыпей и зон нулевых работ с помощью усовершенствованной лазерно-программной системы автоматического управления (ЛП САУ), что позволяет наметить рациональный маршрут передвижения машины до планировки. На новый способ съемки и проектирования подана заявка на изобретение.

9. При усовершенствовании лазерно-программной системы автоматического управления (ЛП САУ) дополнительно предложен режим проектирования с визуальным определением маршрутов движения и контроля точности спланированной поверхности, введены режим автоматической установки рабочего органа машины на вычисленную проектную отметку и режим автоматической планировки рисовых чеков, что позволяет проводить весь комплекс планировочных работ на одной машине

10. На основании выполненной работы разработаны рекомендации по применению скрепера- планировщика с усовершенствованной лазерно-программной системой автоматического управления (ЛП САУ). Разработана комплексная технология планировочных работ. 11. Результаты технико-экономических расчетов показывают, что стоимость ежегодной и периодической планировки с применением автоматизированного скрепера-планировщика в 1,48 -1,46 раза меньше стоимости капитальной планировки. Экономический эффект от применения скрепера-планировщика с ЛП САУ составляет 618 - 599 руб/га и 831-757 тыс.руб. в год соответственно на ежегодной и периодической планировке рисовых чеков. 

Основное содержание диссертации отражено в опубликованных работах

1. Антонов, Е.В Совершенствование рабочих процессов выполнения текущих планировочных работ при выравнивании с/х полей [текст] / Е.В. Антонов //М.:МГУП, 2004. - С. 254-258

2. Антонов, Е.В. Характеристики микрорельефа рисовых чеков и рекомендации по повышению эффективности планировочных работ [текст] / Е.В. Антонов, Ю.Г. Ревин // М.:МГУП, 2005. - С. 418 - 422

3. Антонов, Е.В. Повышение эффективности проведения текущей планировки на рисовых чеках [текст] / Е.В. Антонов // М.:МГУП, 2006. - С. 198-201

4. Антонов, Е.В. Комплексная технология планировки рисовых чеков с применением автоматизированного скрепера-планировщика [текст] / Е.В. Антонов // Мелиорация и водное хозяйство - 2008 №11.

Размещено на Allbest.ru