Испытания машин.
Организация проведения испытаний машин.
Испытание машин - это, по сути дела, разновидность экспериментального научного исследования, при котором изучают и оценивают новые или усовершенствованные машины без изменения их конструкционных параметров и в тех производственных условиях, для которых они созданы.
При проведенные испытаний машины нередко возникает необходимость установления более четкой связи и влияния их работы на закономерности изменения технологических и физических свойств материала, который обрабатывается машиной.
В методологии науки выделяют два уровня познания - эмпирический и теоретический.
К эмпирического уровню научного познания относят наблюдение и эксперимент, группирование и классификация, а также описание результатов эксперимента.
К теоретическому уровню относят построение и развитие научных гипотез и теорий, формулирование законов и выделения из них логических выводов.
Организация проведения испытаний - это определение логически взаимосвязанных этапов работ, которые подчиняются одной цели.
К ним относятся:
1) конкретизация темы испытаний;
2) разработка теоретических основ, и допущений;
3) изучение основных и несущественных факторов, которые влияют на объект исследования;
4) обоснование степени точности измерений и допустимых погрешностей;
5) определение методики исследований;
6) проведение эксперимента в естественных условиях;
7) анализ и обработка полученных результатов;
8) построение выводов и рекомендаций.
На основе проведенного общего деления испытаний на этапы, создается свой вариант, который наиболее отвечает конкретной цели и условиям их проведения.
Основой основ любого испытания являются экспериментальные исследования, на базе которых создается фундамент для непрерывного усовершенствования технического и технологического состояния с. х. техники и перехода их с одного уровня на более высокий и прогрессивный.
Эксперименту принадлежит главная роль среди способов получения информации о внутренних связях явлений в ходе выполнения машинного технологического процесса работы. Инженерные эксперименты и исследования характерны тем, что в них конкретные результаты могут быть получены в относительно короткие сроки и могут поддаваться проверке и анализу с точки зрения их эффективности.
Но, при организации проведения испытаний с. х. техники, необходимо учитывать особенности структуры и условий протекание рабочих процессов и их элементов, к основных особенностями которых могут быть отнесены их статистическая сущность и разнозависимость физической природы.
При разработке теоретических основ проведения эксперимента, которые предназначены для суждений о технологическом процессе работы машины, необходимо обосновать комплекс исходных показателей и учесть входные факторы, таких как наличие большого числа сложных взаимосвязанных, взаимодействующих, а в большей мере - неконтролируемых и неуправляемых переменных, которые по главной своей сути определяют протекания самого процесса.
При экспериментальном изучении учитывают такие особенности технологического процесса:
1) разрыв во времени между проведением эксперимента и получением результатов по причине значительной трудоемкости, ограниченности агротехнических сроков;
2) неповторяемости несходства экспериментов по причине непрерывного изменения условий окружающей среды;
3) трудоемкости и сложности организации экспериментального изучения машин в природных естественных условиях;
4) большого числа неконтролируемых и неуправляемых факторов, которые относятся к внешним природно-производственным условиям и к режимам работы, например, скорости движения, глубины хода рабочих органов и т. д.
Статистическая сущность рабочих процессов проявляется в формировании величин, которые характеризуют качество выполнения процесса, например, характеристикой качества распределения семя является интервал между ним и т. п.
Постановка эксперимента и их виды.
Постановка эксперимента может быть обусловлена следующими причинами:
1) необходимостью проверки теоретических выводов;
2) определение новых свойств объекта, процесса или явления;
3) демонстрацией явления;
Так как исследования в естественных условиях требуют больших затрат средств и времени, то очень часто подготовка эксперимента строится к принципу - от простой модели к сложной. По методам и результатам исследования эксперименты делятся на качественные и количественные, соответственно, при первых определяют показатели качества выполнение технологического процесса работы машины, а при проведении количественных - эксплуатационно-технологические показатели.
По структуре (способу проведения) эксперименты бывают в реальных условиях, модельные.
По степени действия факторов на процесс или явление - факторные и функциональные, соответственно в первых выявляются только существенные факторы, которые влияют на процесс, во вторых - функциональные зависимости между самыми существенными факторами.
В отличие от производственного рабочего процесса, который имеет стабильный характер, в исследовательской работе методы, приема, сами объекты исследований и их сроки творческой работы изменяются очень часто. Поэтому здесь необходим постоянный контроль материалов исследований, решений которые принимаются - собственных и общеизвестных в данное время. При организации экспериментальных исследований необходимо учитывать, что между эффективностью исследования и общим количеством сотрудников, которые заняты в нем, не имеет прямой зависимости.
Эффективность решения современных задач достигается использованием современных методов исследований и анализа полученных результатов, применением современных средств обработки фиксированных значений исследуемых параметров.
Для получения численных значений параметров, которые характеризуют тот или иной процесс или явление, то есть свойства объектов исследований, применяют различные измерительные средства, приборы и аппаратуру.
Как правило, экспериментальные испытания и исследования с. х. машин и агрегатов проводятся в природных полевых условиях с. х. предприятий, а также на специальных стендах, лабораторных установках, почвенных каналах, полигонах.
Поэтому необходимо учитывать разносторонность условий работы машины и придерживаться специфических требований к приборам и техническим средствам, которые применяются.
Программа и методика проведения эксперимента.
Важным документом, при проведении экспериментальных исследований является программа и методика. Программа научных исследований определяется задачами, которые определяют сущность проведенного данного испытания.
В программе должны быть отображены:
1) народнохозяйственное значение темы научных исследований;
2) современное состояние объекта исследований;
3) потребность производства в разработке данной проблемы;
4) тема и цель исследований;
5) теоретические и экспериментальные исследования;
6) необходимые технические средства для проведения исследований;
7) ожидаемые результаты и возможность практического их использования.
Методика эксперимента - это совокупность, или система способов, приемов, которые определяют порядок его подготовки режимы исследуемого объекта, последовательность определения и алгоритм обработки полученных данных.
Методика отвечает на вопрос: как, какими способами проводится эксперимент.
При планировании эксперимента неотъемлемым условием является составление рабочего плана, который представляет собой проект проведения исследований. От программы исследований отличается тем, что он более конкретизирован в части организационных вопросов.
В нем указываются исполнители и функции любого из них, сроки выполнения, формы отчетности, количество основных и контрольных опытов, описание хода проведения эксперимента и т. д.
Рабочий план - не самоцель, а средство для достижения поставленной цели исследований, поэтому при необходимости он может конкретизироваться.
Методы математического планирования эксперимента позволяют рассчитать координаты и количество экспериментальных точек в факторном пространстве таким образом, чтобы количество опытов, которые необходимые для построения математической модели, была минимальной, а самая модель имела бы заведомо заданные свойства.
Для обеспечения современного технического уровня и конкурентоспособности техники и технологий, которые разрабатываются и внедряются в производство.
Необходима их интенсификация в плане проведения патентных исследований на всех этапах выполнения этих научных работ.
Патентные исследования служит основой для правильного выбора направления, в котором необходимо вести поиск оригинальных решений научно-технических задач.
Порядок выполнения таких работ регламентированный в ДСТУ 33575-97, который заключается в определенные предмета поиска, стран для поиска информации, видов информационных источников, классификации предметов поиска, необходимой глубины поиска по странам и источникам информации и составление соответствующего документа в виде отчета о патентном поиске.
Основными, наиболее перспективными направлениями инженерных экспериментальных исследований в с. х. являются:
1) исследование технологии механизированных работ в аспекте их применения к зональным почвенно-климатическим условиям;
2) механико-технологические основы усовершенствования возделывания почв в аспекте сохранения и увеличения их плодородия;
3) теория и практика точного высева и заделки в почву семян;
4) применение научных положений системы точного земледелия в аспекте обоснования необходимой дозированной нормы внесения удобрений и средств защиты растений;
5) усовершенствование способов уборки с. х. культур с целью повышения производительности, качества работы, снижения энергоемкости и обеспечение хранения с. х. продукции;
6) построение расчетных математических моделей функционирования машинных агрегатов;
7) автоматическое регулирование и поддержание стабильности заданного технологического процесса.
Выбор схемы и числа испытаний.
В силу разнообразных особенностей внешних условий проведения испытаний и процессов работы машин, как правило, определяют три основных аспекта задач оценки технологических и производственных процессов при испытаниях:
1) исследование микрозакономерностей процессов при стабильных (стационарных) внешних условиях на протяжении небольших промежутков времени (минута, час);
2) установление микрозакономерностей процессов для типичных средних условий в пределах нескольких часов или рабочих изменений при влиянии большого количества неоднородностей на рабочий процесс;
3) определение усредненных мегахарактеристик на большом промежутке времени (декада, месяц, сезон) и прогнозирование параметров машин.
Исходя из структуры технологических и производственных процессов и объектов, рекомендуется различать три основных уровня их рассмотрения:
1) микроуровень, характерен для систем типа рабочий орган - материал обработки, механизм-машина в которых изучается взаимодействие рабочих органов с материалом обработки и внешней средой, взаимодействие механизмов и элементов оборудования;
2) макроуровень, характерен для систем, в которых в качестве подсистемы могут быть объекты микроуровня или их укрупненные объединения, типа машина - внешняя среда, комплекс машин - внешняя среда, ферма - внешняя среда и т. д.
3) мегауровень - для систем типа комплексы машин - внешняя среда, с. х. предприятие или объединение, которое действует в районе, зоне или регионе, эффективность которых определяется валовым производством и экономическими критериями.
Для микроуровня применяют разные технологические, кинематические, энергосиловые и другие подобные характеристики, при этом главным образом описывают динамические соотношения между входными и выходными величинами эксперимента. При оценке эффективности функционирования систем двух высших уровней качества используются такие критерии эффективности, как производительность, надежность машин, укрупнение технологических показателей качества, стоимости произведенной продукции и т. д.
Точность и надежность полученной при испытаниях информации зависит от однородности условий (одинаковых условий) проведения исследований, размером выбранных проб, числа измерений исследуемых величин и различных видов погрешностей, которые возникают при измерениях.
Структура и свойства внешних условий, а также техника эксперимента вводят серьезные ограничения на продолжительность эксперимента, допустимую размерность решаемых в одной серии опытов задач, величину и частоту отбора проб или расположение учетных площадей и возможную точность определение заданных показателей.
При планировании опытов необходимо учитывать естественные характеристики места и промежутка времени в которых проходят испытание.
Стационарные условия испытаний за ограниченные промежутки времени или на площадях, в силу изменения суточных приращений физических характеристик внешних факторов, можно наблюдать на протяжении 1-5 суток.
Поэтому, например, частота изменения выпадение осадков из-за действия температурного и других природных факторов должна учитываться при планировании и организации эксперимента для почвообрабатывающих и корнеуборочных машин.
Еще более жесткие условия ограничения предъявляются к суточным колебаниям параметров физического состояния среды и биологических масс на схему испытаний посевных, зерноуборочных машин и машин для заготовки кормов.
Наиболее рациональными вариантами организации экспериментов для трех типичных задач испытаний и исследований могут быть:
1) экстремальный эксперимент;
2) сравнительная оценка нескольких объектов в заранее установленных оптимальных режимах;
3) эксперимент для выявления механизма явлений.
Первый и второй варианты применяются: 1) для выбора и обоснования оптимальных параметров машин и их рабочих органов; 2) регулирования установленных режимов работы при лабораторных, лабораторно-полевых и эксплуатационных испытаниях; 3) для выявления предельных эксплуатационно-технологических возможностей машин; 4) выравнивании различных типов машин или механизированных технологических процессов.
При исследовании механизмов физических и других явлений изучаются зависимости входных и выходных сменных (факторов и параметров оптимизации) и раскрывается их физическая структура, то есть модель процесса.
Для всех этих вариантов с целью уменьшения влияния систематических погрешностей, которые вносятся неоднородностью условий проведения испытаний, необходима рандомизация порядка проведения эксперимента.
При испытаниях возможны неоднородности двух основных типов:
1) дискретные неоднородности, которые связанны с последовательной работой машины на полях, которые отличаются урожаем, типом и физическим состоянием почв и с. х. материалов, обработкой неоднородных партий материалов (семян, удобрений и т. д.);
2) непрерывные неоднородности, которые обусловлены рельефом поля, крупномасштабными неоднородностями почвы, распределением урожая, колебанием суточных температур и т. д.
Задание выбора структуры и планирование эксперимента значительно облегчается, если предварительно проведена априорная характеристика фактической информации о природно-производственных условиях работы машины.
Для устранения возможных влияний на результат эксперимента разности во времени его проведения рекомендуется применять случайную процедуру рандомизации по методу случайных чисел. Например, для выполнения плана полевого эксперимента типа ПФЕ 23 для уборочных машин из-за его трудоемкости целесообразно провести два блока экспериментов в 1-ой и 2-ой половине дня.
Число экспериментов можно сократить методом отсеивания несущественных факторов, проводя при этом отсеивающие эксперименты. Отсеивающие эксперименты рекомендуется проводить в виде случайных выборок из полного факторного эксперимента.
