ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТИ ГРУНТОВ.
Главная страница.
Разное.
Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТИ ГРУНТОВ.

Геометрия поверхности грунтов оказывает большое влияние на динамические и тяговые качества, устойчивость и управляемость трактора. Поверхность грунта можно представить в виде поверхности с неровностями различной высоты и формы.
Рис. 1. Схема потери проходимости тракторных агрегатов
Если высота и форма неровностей поверхности грунта соизмеримы с размерами трактора или превышают их, то такую поверхность можно отнести к макропрофилю. Например, подъемы, уклоны, ложбины и холмы составляют макрорельеф поверхности.
Если высота и форма часто повторяющихся неровностей несоизмеримо меньше размеров трактора, то такую поверхность можно отнести к микропрофилю. Например, после вспашки даже исключительно ровного участка остаются продольные борозды, поперечный профиль которых образует более или менее правильную геометрическую форму. Аналогичный микропрофиль формируется при междурядной обработке и уборке пропашных культур, от следов колес комбайнов при уборке зерновых и т. д. Мелкие выбоины дороги, кочки и остатки пней целинной поверхности также можно отнести к микропрофилю.
Макропрофиль поверхности оказывает в основном влияние на проходимость, управляемость и устойчивость тракторного агрегата. Размеры и форма препятствий, вызывающих полную или неполную потерю проходимости машины, весьма разнообразны. Однако можно ограничиться рассмотрением только нескольких типов препятствий. Потеря проходимости может быть вызвана двумя причинами: зависанием машиннотракторного агрегата на препятствие вследствие недостаточного клиренса (рис. 1, а) и упором носовой части трактора в препятствие из-за недостаточного угла атаки (рис. 1, б). Оба случая могут быть при выпуклых или вогнутых профилях, образованных пересекающимися поверхностями.
Препятствие описывается полностью, если приведены все размеры профиля (рис. 2). Величины a, h и b обычно укладываются в очень широкий, но ограниченный ряд; сложная форма профиля (рис. 2) встречается редко, и это упрощает описание, препятствий. Формы препятствий с некоторыми допущениями сведены М. Г. Беккером к комбинации уступа и выступа, т. е. к канаве и насыпи (рис. 3). Дальнейшее упрощение препятствий, применяемое при исследованиях проходимости машин, сводится к представлению препятствий в виде прямоугольных канав и балок с размерами h и b.
Поперечная и продольная устойчивость агрегата на склоне определяется углами подъема и склона и будет рассмотрена более подробно в главе, посвященной устойчивости трактора.
Рис. 2. Схема препятствий сложной формы
Рис. 3. Соотношение между основными конфигурациями поверхностных неровностей:
1 — уступ; 2 - выступ; 3 - насыпь; 4 - канава
Следует отметить, что геометрию поверхности грунта с точки зрения проходимости и устойчивости необходимо увязывать с размерами агрегата.
Микропрофиль поверхности в виде часто повторяющихся неровностей вызывает колебательные процессы в агрегате, что приводит к ухудшению условий работы водителя, увеличению нагруженности деталей и узлов, снижению скорости движения, управляемости и устойчивости.
Как правило, неровности носят случайный характер. Даже такие неровности, как поливные борозды, междурядья, пахотные борозды и другие, которые образованы в результате взаимодействия грунта с рабочими органами, не имеют точных геометрических форм. Это происходит потому, что свойства грунтов на разных участках непостоянны, скорость обработки и характер взаимодействия рабочих органов с грунтом колеблются в некоторых пределах и, кроме того, оказывают влияние атмосферные осадки и др. Грунтовые дороги, стерня, проселочные дороги, микропрофиль которых образуется в результате воздействия случайных факторов, не имеют постоянных характеристик. На рис. 4 показан микропрофиль двухлетней залежи.
Для описания характеристик воздействий на тракторы в последнее время широко применяют вероятностные методы — теорию случайных величин и для более полной оценки — теорию случайных функций.
Рис, 4. Профилограмма почвы двухлетней залежи
Движение трактора по микропрофилю можно рассматривать как стационарный случайный процесс, который не зависит от того, начнет ли трактор движение по данному микропрофилю с определенной скоростью в настоящий момент или некоторое время, например, через 30 мин. Очевидно, колебательный процесс от этого не изменится. В этом случае стационарная случайная функция воздействия зависит от свойств микропрофиля грунта и скорости движения.
В прикладной теории вероятностей случайные величины характеризуются числовыми характеристиками: математическим ожиданием, дисперсией и моментами высших порядков. Математическое ожидание — функция времени, для каждого значения аргумента, равная математическому ожиданию случайной величины. Если дискретная случайная величина H имеет возможные значения h1, h2, ...hn с вероятностями P1, Р2,…Рn, математическое ожидание
Таким образом, математическое ожидание случайной величины представляет собой сумму произведений всех ее возможных значений на вероятность их появления.
Математическое ожидание непрерывной случайной величины определяется предельным переходом от суммарных дискретных значений к интегралу по всему интервалу значений случайной величины и записывается следующим образом
Дисперсия дискретной случайной величины D (Н) представляет собой произведение суммарных квадратов отклонений случайной величины от ее математического ожидания на вероятность их появления:
В теории случайных процессов для характеристики случайных функций пользуются статистическими характеристиками, которые являются не числами, а функциями, причем функциями неслучайными. Для стационарных случайных процессов такими характеристиками являются корреляционная функция и спектральная плотность (энергетический спектр).
Корреляционную функцию для каждого режима движения определяют по микропрофилю грунта. Эта функция является основной статистической характеристикой во временной области стационарного случайного процесса и отражает основные свойства воздействия: характер неровностей микропрофиля ,грунта (высоту, форму, длину) и скорость движения трактора. Корреляционная функция характеризует связь между ординатами случайной функции, смещенными друг относительно друга на время т. Для непрерывной случайной функции корреляционная функция записывается в следующей виде:
Если микропрофиль грунта представляет собой гармоническую функцию (например, синусоидальную или косинусоидальную), то корреляционная функция такого микропрофиля представляет собой гармоническую функцию той же частоты.
В этих случаях профиль поля или дороги в первом приближении можно представить изменяющимся по гармоническому закону:
Рис. 5. Корреляционные функции микропрофиля грунта
Рис. 6. Спектральная плотность случайного микропрофиля грунта случайного
При движении трактора с постоянной скоростью v абсцисса (путь) изменяется по закону х = vt, а возмущение, передаваемое от неровности на ходовую систему трактора, по закону
Поскольку характеристики неровностей не связаны со ско¬ростью движения трактора, для оценки их состава по длине ис-пользуют понятия путевой и циклической частоты.
Под циклической частотой понимают количество неровностей, расположенных на участке пути длиной 1 м: λ — 1/l.
Путевая частота связана с циклической соотношением: λ s = 2λπ = 2 π/l.
Путевую и циклическую частоты можно представить как частоты возмущений от неровностей пути при движении трактора со скоростью 1 м/с: путевую — в радианах в секунду, циклическую — в герцах.
Из рис. 5 видно, что корреляционная функция, выраженная кривой 1, характеризует случайную функцию без гармонических составляющих, так как значение R (т) непрерывно убывает с увеличением значений т и отсутствуют периодические колебания значений R (т). Кривая 2 также не имеет гармонических составляющих, но степень случайности процесса существенно выше, так как значения R (т) резко уменьшаются с увеличением значений т. Кривые 3 и 4 характеризуют процесс, в котором явно присутствуют гармонические составляющие. При этом кривая 3 описывает процесс с малой случайностью и высокой периодичностью, т. е. процесс, близкий к обычному гармоническому процессу. Кривая 4 описывает процесс со случайными и периодическими составляющими.
Построение корреляционной функции для отдельной реализации микропрофиля грунта приведено в работе.
Несмотря на большую универсальность и общность корреляционных функций как характеристик случайных процессов, в практических исследованиях также широкое применение находят спектральные характеристики, в частности, спектральная плотность.
Вид корреляционной функции зависит от структуры случайного процесса, а также от того, какие частоты и в каких соотношениях преобладают в его составе.
Спектральная плотность S (ω) характеризует непрерывный спектр имеющихся частот в данной случайной функции. Если спектральная плотность имеет резко выраженный один максимум (рис. 6), то данная случайная функция содержит в основном частоты, близкие к одной частоте, соответствующей максимуму функции. Если спектральная плотность является пологой, случайная функция содержит примерно в равной мере весь спектр частот.
Спектральная плотность и корреляционная функция связаны между собой; первая может быть выражена через вторую следующим образом:
Формулы называют также прямым и обратным преобразованием Фурье.
В практике применяется и другой способ аппроксимации неровностей пути, состоящий в определении плотности распределения длины, высоты неровностей и расстояния между их вершинами.
Если имеются данные лишь по одному фону, можно в качестве первого приближения использовать понятие относительной вредности сельскохозяйственного фона и определить данные для другого фона. Относительную вредность фона можно найти, если при данной скорости подсчитать отношение среднего квадратичного ускорения для любого фона к ускорению для фона, принятого за основной. Это отношение практически остается постоянным при различных скоростях движения. Поэтому среднее значение указанного отношения можно назвать показателем относительной вредности фона рп. Показатели относительной вредности фона рп следующие.
В качестве основного фона принята стерня озимой пшеницы в поперечном направлении относительно участка уборки. Для этого фона Рn = 1.
Если известно, среднее статистическое ускорение zm, то на сидении трактора при движении с некоторой скоростью по одному из фонов легко можно получить среднее квадратичное ускорение zn при движении с той же скоростью по другому фону:
Таким образом, геометрические свойства поверхности грунтов влияют на тяговые и динамические качества трактора. Макропрофиль поверхности оказывает влияние на проходимость, устойчивость и маневренность агрегата. Макропрофиль характеризуется размерами и формой препятствия. Микропрофиль поверхности вызывает колебательные процессы в агрегате, что приводит к ухудшению условий работы водителя, увеличению нагруженности деталей и узлов, снижению скорости движения. Микропрофиль описывается числовыми характеристиками, принятыми в теории вероятности (математическим ожиданием, дисперсией и моментами высоких порядков), а также статистическими характеристиками (корреляционная функция и спектральная плотность). Если имеются данные только по одному фону, в качестве первого приближения можно использовать коэффициент ри для определения интересующих величин по другим фонам.
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ.
КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУНТОВ И ИХ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.
СТРУКТУРА ПОЧВ.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ:
Сопротивление грунтов приложенным нагрузкам.
Сопротивление грунтов сжатию.
Сопротивление грунтов сдвигу.
Уплотнение почв.
Оценка уплотняемости почв.
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТИ ГРУНТОВ.
Copyright © 2010-19.08.2018 by Егор Барабаш. Все права защищены. Разрешается републикация материалов сайта в Интернете с обязательным указанием ссылки на сайт kalxoz.ru