Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Анализ состояния вопроса. Цель и задачи исследования 7
1.1. Использование тракторно-транспортных агрегатов в сельскохозяйственном производстве -
1.2 Динамика тракторно-транспортных агрегатов, эргономика и безопасность их движения ,л
1.3. Анализ существующих конструкций демпферно-сцепных устройств... 23
1.4. Цель и задачи исследования 29
Выводы из главы 1 30
Глава II. Математические модели динамической системы «Трактор- ДСУ-Прицеп » 31
2.1. Математическая модель технической системы «Трактор-ДСУ-Прицеп» 31
2.2. Математическая модель энергетической цепи динамической системы «Трактор-ДСУ-Прицеп»
Выводы из главы II 45
Глава III. Синтез рациональной системы автоматического управления демпферно-сцепным устройством .
3.1. Выбор критерия качества автоматического управления ДСУ 46
3.2. Разработка функциональной и структурной схем автоматического управления ДСУ
3.3. Синтез рациональной системы автоматического управления работой ДСУ 52
Выводы из главы III 60
Глава IV. Экспериментальные исследования и экономическая эффективность применения автоматических демпферно-сцепных устройств ...
4.1. Разработка конструкций автоматического ДСУ 61
4.2. Экспериментальные исследования 62
4.3. Экономическая эффективность применения автоматических ДСУ 69
Выводы из главы IV 77
Основные результаты и выводы диссертации 78
Литература 79
Приложения 86
- Использование тракторно-транспортных агрегатов в сельскохозяйственном производстве
- Математическая модель технической системы «Трактор-ДСУ-Прицеп»
- Выбор критерия качества автоматического управления ДСУ
- Разработка конструкций автоматического ДСУ
Введение к работе
Тракторно-транспортные агрегаты (ТТА) выполняют значительную долю механизированных работ в сельском хозяйстве. Высокие требования, предъявляемые сегодня к качеству и эффективности таких агрегатов, диктуют необходимость решения задачи повышения их технико-экономического уровня.
ТТА, как динамические системы, работают в сложных внешних условиях, носящих случайный характер (действия оператора, изменения макро- и микрорельефа почвы, её влажности и другие) и приводящих к нарушениям энергетического и эксплуатационного режимов. При этом возникновение динамических ударных нагрузок, перегрузок и недогрузок в работе дизельного двигателя ТТА, буксование его колёс приводят к перерасходу топлива, снижениям ресурса двигателя, производительности мобильного агрегата, а также безопасности работы оператора (механизатора).
Особую значимость это имеет при присоединении к тракторам различных прицепов посредством специальных тяговых демпферно-сцепных устройств (ДСУ). Их конструкция и демпфирующие свойства для разных типов тракторов и эксплуатационных характеристик прицепов оказывают существенное влияние на технико-экономические показатели ТТА в целом.
Кардинальным направлением улучшения условий труда оператора, повышения технико-экономического уровня мобильного агрегата является автоматизация его работы в целом, и базовых узлов, в частности. Известные ДСУ, как правило, не обеспечивают требуемых характеристик (которые могут быть получены с использованием средств автоматизации) и не дают существенного эффекта.
Современным эффективным инструментом модернизации и разработки новых ДСУ с автоматическим управлением является их компьютерное моделирование. Известные отечественные и зарубежные методы моделирования технических систем, подобных ТТА с ДСУ, как правило, узко специализированы и предоставляют пользователю возможность исследования и автоматизации лишь отдельных элементов или процессов функционирования машин. В программном же обеспечении вопросы разработки математических моделей объектов управления и таких систем автоматизации, как «Трактор -ДСУ - прицеп», изучены недостаточно.
Таким образом, разработка новых эффективно управляемых ДСУ на базе применения автоматических средств и компьютерного моделирования при минимальных его сроках и затратах является практически значимой и актуальной задачей.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка новых автоматически управляемых ДСУ на базе компьютерного моделирования, обеспечивающих повышение эффективности эксплуатации и в целом технико-экономического уровня ТТА.
Для достижения этой цели поставлены следующие задачи: - анализ существующих ДСУ ТТА;
разработка математической модели энергетической цепи динамической системы «Трактор - ДСУ - прицеп»;
создание математической модели работы технической системы «Трактор-ДСУ-прицеп» как объекта управления;
синтез системы автоматизации управления работой ДСУ ТТА;
разработка нового автоматического ДСУ и оценка экономической эффективности его применения.
Объект исследования. Техническая система «Трактор — ДСУ - прицеп».
Методическая база и методы исследования. Решение поставленных задач проведено на основе моделирования физических процессов (газо- и гидродинамических) с использованием дифференциальных уравнений, применения методов оптимизации, фильтрации, регрессионного, спектрального и системного анализа, программирования, теорий алгоритмов и автоматического управления. Разработанные теоретические положения проверены на имитационных и компьютерных моделях, а также на реальных объектах.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
- разработана математическая модель энергетической цепи динамической
системы «Трактор - ДСУ - прицеп»;
- разработана математическая модель системы «Трактор — ДСУ — прицеп»
как объекта управления;
- разработана математическая модель проведения синтеза системы
автоматизации управления работой демпферно-сцепного устройства.
Практическую ценность имеют следующие результаты исследования:
программное обеспечение работы технической системы «Трактор - ДСУ - прицеп» как объекта управления;
программное обеспечение для проведения энергетических расчетов динамической системы «Трактор - ДСУ - прицеп»;
система автоматизации управления работой ДСУ ТТА.
Реализация результатов исследования. В МГАУ им. В.П. Горячкина с участием автора была разработана техническая документация на макетный образец автоматического ДСУ, которая совместно с программным обеспечением и результатами настоящей работы передана в ОАО «ВИСХОМ» и институт механики и энергетики ФГОУ ВПО «МГУ им. Н.П.Огарёва».
В учебном процессе МГАУ им. В.П. Горячкина и РГАЗУ используются результаты исследования при изучении дисциплин «Тракторы и автомобили», «Автоматизация технологических процессов», «Основы инженерного творчества» и «Сельскохозяйственные машины».
Достоверность и обоснованность результатов исследования подтверждены математическим и компьютерным моделированием, а также экспериментальными исследованиями и испытаниями макетного образца автоматического ДСУ.
Апробация. Основные положения диссертации и результаты исследования доложены, обсуждены и одобрены на международной научно-практической конференции «Проблемы энергообеспечения и энергосбережения в АПК
Украины» (Харьков, 2001), международной конференции «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий» (Москва-Сочи, 2003), международной конференции «Системные проблемы надёжности, качества, информационных и электронных технологий (Инноватика-2004)» (Москва-Сочи, 2004), научной конференции профессорско-преподавательского состава МГАУ им. В.П. Горячкина (Москва, 2003).
Публикации. Основные положения диссертационной работы отражены в 7 научных публикациях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и приложения, изложена на 126 страницах, включая 31 рисунок и список литературы из 108 наименований.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
- математическая модель и программное обеспечение работы технической
системы «Трактор - ДСУ - прицеп» как объекта автоматического управления;
- математическая модель энергетической цепи динамической системы
«Трактор - ДСУ - прицеп»;
- программа синтеза рациональной системы автоматизации управления
работой демпферно-сцепных устройств;
- новое автоматическое демпферно - сцепное устройство.
Работа выполнена в МГАУ им, Горячкина в лериод с 2002г. по 2005г. на кафедре «Информационно - управляющие системы».
Использование тракторно-транспортных агрегатов в сельскохозяйственном производстве
Сельскохозяйственное производство требует перемещения больших количеств технологических и эксплуатационных материалов. По мере развития сельскохозяйственного производства роль транспорта неуклонно повышается. Так, например, доля затрат, связанных с транспортировкой грузов, составляет 25-40% от общей суммы затрат на производимую сельскохозяйственную продукцию [22-25].
Перевозки в сельском хозяйстве подразделяются на две основные группы: внутрихозяйственные, выполняемые на территории сельскохозяйственных предприятий, и осуществляемые за пределами территорий предприятий.
Внутрихозяйственные перевозки разделяются на технологические, связанные с обслуживанием производственных процессов в земледелии и животноводстве, и самостоятельные, выполняемые вне производственных процессов.
Внутрихозяйственные перевозки охватывают примерно 70% их объема и 30% грузооборота.
Для обеспечения внутрихозяйственных перевозки в сельском хозяйстве используются автомобили и тракторно-транспортные агрегаты (ТТА), обладающие высокими скоростными свойствами, которые наиболее полно реализуются на перевозках, выполняемых преимущественно по дорогам с твердым покрытием.
В настоящее время в сельском хозяйстве нашей страны около 15% всех грузов перевозится тракторным транспортом, при этом время использования тракторов на транспорте составляет 45-50%.[25]. Из анализа производственной деятельности сельскохозяйственных предприятий Саратовской, Пензенской и Тамбовской областей, можно сделать вывод, что основными тракторами, участвующими во внутрихозяйственных перевозках являются тракторы МТЗ-80\82 и К-701. Объем перевозок, осуществляемый этими марками тракторов в среднем составляет 55% (рис. 1.1).
Широкое применение находит тракторный транспорт и за рубежом. Так, объем перевозок таким транспортом в некоторых странах Западной Европы, таких как Польша, Чехия, Болгария, составляет 50-60% [25].
Высокого уровня достигло применение тракторных транспортных средств в Германии и Франции. На их долю приходится 75-80% перевозок сельскохозяйственных грузов. Также растет использование тракторного транспорта и в США. Участие тракторов в перевозках сельскохозяйственных грузов достигает 35% (рис. 1.2). В Италии основным сельскохозяйственным транспортным средством являются тракторные поезда с одним или несколькими прицепами.
Перспектива использования тракторно-транспортных агрегатов заключается в увеличении энергонасыщеиности колесных тракторов.
Высокая энергонасыщенносгь современных тракторов, оправданная необходимостью своевременного и высокопроизводительного выполнения увеличивающегося объема сельскохозяйственных работ не приводит к существенному росту эффективности транспортных операций. Широко используемые в сельском хозяйстве нашей страны энергонасыщенные тракторы МТЗ-80, МТЗ-82, Т-150К, К-701 в агрегате с различными прицепами недоиспользуют значительную часть своей мощности, в результате недостаточной грузовместимости, ограниченных тягово-сцепных и скоростных качеств, повышенной неравномерности сопротивления на передвижение.
На базе мощных тракторов создаются мобильные энергетические средства, способные реализовать энергию силовой установки через механические, гидравлические, электрические, пневматические и другие приводы. Проводятся попытки создания прицепного состава, облегчающего условия трогания с места транспортных агрегатов повышенной грузоподъемности.
Наиболее массовое распространение в нашей стране получили колесные тракторы «Беларусь» . Тракторы МТЗ-80 и МТЗ-82, обладающие высокими скоростными данными и оснащенные пневматической системой для торможения прицепов и светосигнальной аппаратурой.
Транспортные средства в сельскохозяйственном производстве подтверждены значительным колебаниям крюковой нагрузки и особенно, при движению по бездорожью. Их эксплуатация связана с большим количеством внутренних и внешних воздействий на основные функциональные узлы двигателя и трансмиссии, а также негативно отражаются на условиях труда оператора. [3, 5, 23-25, 65]
ТТА в реальных условиях эксплуатации работает на дорогах с переменным рельефом, волнистым профилем покрытия, на почвах с непостоянной твердостью и влажностью. При движении транспортных средств как в режиме разгона, так и в режиме установившегося движения, имеет место воздействия прицепа на тягач - процесс наката и отставания прицепа, который протекает постоянно при их эксплуатации. В результате этого между сцепными массами возникают переменные ударные нагрузки, передающиеся на тягач, что отрицательно влияет на работу движителей, трансмиссии, ухудшает динамические и эксплуатационные свойства техники, негативно отражается на условиях труда оператора. Чтобы снизить силу ударов между сцепными массами, оператор вынужден уменьшать скорость движения, что в свою очередь сказывается на снижении производительности и проходимости транспортного средства. Кроме того, наличие значительных всплесков уси лия на крюке тягача при ударах между сцепными массами приводит к росту неравномерности сопротивления передвижению как отдельных частей, так и всего транспортного средства [3, 4,9,10, 25].
Характер величины тягового усилия был рассмотрен в работе Горяч-кина В.П. [27], который установил переменный характер тягового усилия и предложил учитывать явление неустановившейся величины тягового усилия при конструировании сельскохозяйственных машин и орудий. Закин Л.Х. [37], утверждает, что при неумелом вождении или при работе в тяжелых дорожных условиях возникают значительные переменные нагрузки, влияющие на износ сцепных устройств автомобиля и прицепа, В последующих его работах, основываясь на большом экспериментальном материале исследований колебаний автомобильных прицепов, а также на результатах опытов с физической моделью прицепа, считал, что изучение кинематики и динамики автопоезда невозможно без учета горизонтальных и поперечных колебаний прицепов при прямолинейном движении тракторно-транспортных агрегатов (ТТА).
Математическая модель технической системы «Трактор-ДСУ-Прицеп»
С учётом [25] рассмотрим построение математических моделей, в частности, описания движения (торможения) ТТА как системы «Трактор - ДСУ -прицеп» с подсистемами «Трактор», «Прицеп» и «ДСУ» (рис. 2.1), первая из которых может быть (в предположении не учета горизонтальных составляющих реакций шин трактора и прицепа) представлена совокупностью следующих выражений: где тт, тп, т$ массы трактора, прицепа, ДСУ, кг; хт, хп - координаты трактора и прицепа, м; Pmi, Р,„ (Pni, Р„2) - силы сопротивления качению, передних и задних осей трактора (прицепа), Я; Mmi, (M„jy- тормозные моменты трактора (прицепа), Н м; t — текущее время, с; г,- (rj) - радиусы качения колеса трактора (прицепа), м; с і - коэффициент жёсткости резинового буфера ДСУ, Н/м\ hm, h№ h cy - вертикальная координата расположения центров тяжести трактора, прицепа и ДСУ,ЛІ; ДІ -величина деформации резинового буфера ДСУ, м; Аш\, AUQ (АШЗ, Аш4) - вертикальная деформация шин передних и задних колёс трактора (прицепа), м; N„i, Nnsf Nnj- реакции передней подвески трактора, передней и задней подвесок прицепа, Я; с „і (спз, сп4) - коэффициенты жёсткости передней подвески трактора (передней и задней подвесок прицепа), Н/м; fim, Д, - углы поворота подвесок трактора и прицепа, рад; mj,m2 - суммарные осевые массы не-деформируемых элементов ДСУ, кг; a(t) — временная функция демпфирования ДСУ, Нс/м; m,„i, тт2 (mnj, mnj) - массы, приходящиеся на передние и задние оси трактора (прицепа), кг; тз - условная масса движущихся частей ДСУ, кг; Мт, Мп - статические моменты подрессоренных масс трактора и прицепа, Н-м; єт,Еп- радиусы подрессоренных масс трактора и прицепа, м; а - уклон доро у ги, рад; g - ускорение свободного падения, м/с ; Nm{, Nm2 (N , N ) - реакции шин передних и задних колёс трактора (прицепа), Я; сш], сШ2 (сшз сш ) — коэффициенты жесткостей шин передних и задних колес трактора (прицепа), Н/м; k„i (k„3, к„4) - коэффициенты демпфирования передней подвески трактора, (передней и задней подвесок прицепа), Нс/м; кШ], кШ2 ( кшз, кш - коэффициенты демпфирования шин переднего и заднего колёс трактора (прицепа), Нс/м; А2 - величина перемещения гидроцилиндра ДСУ относительно его поршня, л ; Ап1 (Апз, Ап4} - деформации соответственно передней подвески трактора (передней и задней подвесок прицепа), м; zm, (zj) - координаты положения подрессоренных масс трактора (прицепа), м. При этом усилие Ркр на крюке трактора [25] будет равно PKp clAl a(t)A2, (2.18) где временная функция y(t) демпфирования ДСУ будет определяться выражением: km (t-f) «,)-о.- (h-VJ W -k (2Л9) кт -(t-Ґ) где а0 = d м d M у л cd коэффициент пропорциональности; vM /(nd ) вязкость масла, м2/с; / - общая длина дросселирующих отверстий, м; ум удельная масса масла, кг/м ; F — эффективные площади поршня и дроссели рующих отверстий, м ;кт - коэффициент пропорциональности, зависящий от условий движения ТТА; js — среднее относительное замедление звеньев ТТА; м уш- скорость перемещения штока, —; - время начала перемещения штока, с.
Разработанные математическая модель и программное обеспечение позволяют исследовать характер движения системы «Трактор-Д С У-Прицеп» как объекта управления, а также влияние работы ДСУ, отдельных его элементов на эксплуатационные режимы ТТА. Рис. 2.2. Фрагмент программы компьютерного моделирования работы технической системы «Трактор - ДСУ - Прицеп».
Разработана также математическая модель энергетической цепи (рис.2.3) динамической системы «Трактор - ДСУ - прицеп», которая включает: 1-е звено — трактор; 2-е звено - преобразователь (П) механической энергии трактора с двигателем внутреннего сгорания в энергию потока масла; 3-е звено - ДСУ пневмогидравлическое; 4-е звено - преобразователь (77) энергий потока газа и масла в механическое движение; 5-е звено - прицеп.
1. Разработаны математическая и компьютерная модели динамики работы системы «Трактор — ДСУ - прицеп», позволяющие аналитически определять структуру, вид и параметры передаточной функции такой системы как объекта автоматического управления.
2. Создано программное обеспечение для оценки структуры, вида и параметров передаточной функции динамической системы «Трактор - ДСУ — прицеп» как объекта автоматического управления.
3. Разработаны математическая и компьютерная модели энергетической цепи динамической системы «Трактор — ДСУ — прицеп», позволяющие оптимизировать параметры и режимы работы демпферно-сцепного устройства тракторно-транспортного агрегата.
4. Создано программное обеспечение для оптимизации энергетических режимов работы динамической системы «Трактор - ДСУ - прицеп».
5. Разработанные математические модели системы «Трактор — ДСУ — прицеп» позволили определить требования, предъявляемые к параметрам рациональной системы автоматического управления работой ДСУ.
Выбор критерия качества автоматического управления ДСУ
Основное назначение критерия качества управления — численная оценка качества управления и эффективность решения задачи управления. Выбор критерия управления обычно осуществляется в зависимости от характера решаемой задачи, имеющихся сведений об объекте управления, входных сигналах [98, 99].
К критериям управления предъявляются два общих требования: во-первых, он должен соответствовать поставленной задаче управления, т.е. служить действительной мерой успешности ее выполнения; во-вторых, он должен быть достаточно простым, чтобы можно было математически решить поставленную задачу.
Наиболее употребительным и простым критерием качества автоматического управления является средний квадрат ошибки системы. Поскольку выходной сигнал односвязной системы управления у(ї) обычно является случайным процессом, то ошибку системы є характеризуют в статистическом смысле. Наиболее простой статистической характеристикой такой ошибки является математическое ожидание, поэтому средний квадрат ошибки весьма часто используется на практике.
Средний квадрат ошибки М[є ] связан с дисперсией D и математическим ожиданием ошибки т соотношением М[є2] = Оє+тг, которое показывает, что он учитывает и чисто случайную составляющую (через Ds) и ее систематическую (среднюю) составляющую (через те ). Положительный корень из среднего квадрата ошибки называется средней квадратической ошибкой, которая имеет размерность выходного сигнала системы и поэтому при практических расчетах является более удобной характеристикой, чем средний квадрат ошибки. Система, обладающая минимальной средней квадратической ошибкой, называется оптимальной по минимуму средней квадратической ошибки. Критерий среднего квадрата ошибки обобщается на случай, когда сигнал ошибки управления является векторным . В этом случае из координат Єfc, к = 1, п вектора образуется скалярная случайная функция Я0б =! (3-1) называемая обобщенной ошибкой. Как видно из (3.1), она представляет собой сумму координат вектора , взятых со своими весовыми коэффициента ми Xk к = 1,л, значения которых выбираются, исходя из постановки задачи [98,99]. В качестве статистического критерия качества управления можно использовать математическое ожидание среднего квадрата обобщенной ошибки, т.е. Q = M[E26]. Данный скалярный критерий компактно выражается через вектор и вектор весовых коэффициентов % = \_Хъ Хъ І Хп\ в виле квадратичной формы Q = M[E26] = M (п уп T,Zkk xhh _U=1 ЛА=1 j = М[5сГГ5с] = хгМ[єєг]х. Критерий среднего квадрата ошибки (или средней квадратической ошибки) получил распространение благодаря тому, что он прост в математическом отношении и во многих практических задачах управления является удовлетворительной мерой успешности их решения. Однако в ряде задач управления этот критерий не соответствует их условиям, т.к. он придает большим и маловероятным ошибкам больший вес, чем малым ошибкам, т.е. большие ошибки оказываются более нежелательными, чем малые. Но в некоторых задачах одинаково нежелательны, т.е. равноценны по своему влиянию на успешность решения задачи управления все значения ошибок, превышающие определенный предел. Так, при управлении электрическим напряжением, даже кратковременное превышение им предельно допустимых максимальных значений крайне нежелательно, ввиду существующей опасности пробоя изоляции, выхода из строя микросхем и других элементов электрической аппаратуры. Поэтому критерий среднего квадрата ошибки далеко не всегда целесообразно использовать при решении ряда задач оптимального управления. Кроме того, в случае использования обобщенной ошибки (3.1) выбор значений весовых коэффициентов в значительной мере осуществляется субъективно, что также нежелательно, т.к. получаемые при этом «оптимальные» решения также субъективны. Таким образом, обоснованный выбор критериев качества управления в значительной мере способствует успешности решения поставленных задач и должен осуществляться исходя из цели управления. К тому же, цель управления должна иметь экономическое содержание, которое можно определить как минимизацию экономических потерь, связанных с отклонением управляемых параметров от их заданных значений. Ввиду того, что эти отклонения характеризуются величиной ошибки управления "(0 экономические потери при управлении технологическими объектами зависят от (t) [98, 99]. Рассмотрим подход выбора и обоснования критерия управления. Введем функцию /(є), значения которой соответствуют экономическим потерям в единицу времени, т.е., по существу, она определяет интенсивность экономических потерь. Тогда значения f(Q) определяют интен сивность экономических потерь при идеальном управлении технологическим объектом, когда = 0. Эти потери не связаны с управлением, а зависят, например, от правильности выбора заданного значения y3R и множества других факторов.
Однако непосредственно использовать критерий Э при управлении технологическими объектами оказывается весьма затруднительным, т.к. в большинстве случаев не удается определить зависимость /(є). Поэтому необходимо искать другие критерии, при оптимизации которых обеспечивается выполнение требования (3.3).
Чтобы определить критерии, обладающие указанным свойством, сделаем достаточно обоснованные допущения о виде функции f{s). Примем во внимание, что ввиду ограниченности экономических потерь при управлении любым технологическим объектом она может изменяться лишь в конечных пределах. В таком случае, даже при наличии у функции f(s) конечных скачков (разрывов первого рода), ее сколь угодно точно можно приблизить некоторой непрерывной функцией. Учтем также, что всегда существуют ограничения на пределы изменения величины , т.к. входной у3д (0 и выходной y{t) сигналы системы управления принимают конечные значения.
На основании условий (3.7) приходим к выводу, что задача оптимального управления технологическими объектами должна ставиться и решаться как задача многокритериальной оптимизации, т.к. в условиях оптимальности управления (3.7) используется не один, а несколько критериев (3.8). Однако, выполнить условия (3.7) на практике оказывается весьма затруднительным, хотя бы по причине требуемого для этого объема информации о статистических характеристиках ошибки управления s{t). Поэтому необходимо определить критерии, которые было бы проще контролировать в процессе управления, чем статистические моменты величины є{і).
Разработка конструкций автоматического ДСУ
Новое автоматическое ДСУ (рис.4Л) содержит корпус 1, в котором размещены перемещаемый шток 2 с поршнем 3, пневматические аккумуляторы 4, гидравлические трубопроводы 5 с электромагнитными клапанами 6, а также измерительные преобразователи 7 давления масла в обеих полостях гидроцилиндра. Выходы преобразователей 7 давления масла связаны со входами управляющего устройства (АЦП микроконтроллера), выходы которого посредством электрических усилителей подключены к обмоткам электромагнитных клапанов 6. Устройство работает следующим образом. При возникновении ударных силовых нагрузок на крюке трактора, происходит соответствующее перемещение поршня 3 силового гидроцилиндра 1, что вызовет в определённой его полости повышение (уменьшение) давления масла и соответствующее изменение уровня электрического сигнала с измерителя давления 7. Сигнал последнего сравнивается с заданным (уставным) в самом микроконтроллере. Сигнал ошибки (рассогласования), равный разности фактического и заданного уровней перемещения трактора (прицепа) по требуемому закону управления преобразуется, усиливается и подаётся на обмотки электромагнитных клапанов. Последние, в свою очередь, осуществляют в определённых комбинациях перекрытие масляных гидропроводов, изменяя таким образом величины сечения дросселирующих отверстий и соответственно степени демпфирования ДСУ. При значительных нагрузках увеличивается общее сечение дросселирующего отверстия, при малых нагрузках- уменьшается.
В качестве измерительного преобразователя давления выбрано устройство типа «Метран -55-ДМТ 334, внешний вид которого представлен на рис. 4.2.
В качестве микроконтроллера выбран микропроцессор типа AVR (ОЗУ = 1кВ; напряжение питания 1,8 ...5 В; температура - - 40...+85 град. С; 8 разрядов АЦП; язык - СИ или Ассемблер).
Для проведения экспериментальных исследований была разработана их программа и методика, в соответствии с которыми контролю подвергались следующие параметры ТТА: тяговое усилие, относительное перемещение трактора и прицепа, их действительные скорости движения, давления в шинах ТТА и полостях гидроцилиндра, расход топлива, время проведения эксперимента, крутящий момент и частота вращения коленчатого вала двигателя трактора. В качестве измерителя тягового усилия использовался динамометр марки ДПУ-1-0-2 (с усилием до 150 Н). Крутящий момент и частота вращения коленчатого вала двигателя измерялись прибором КРТД (связанным с регистрирующим прибором через токосъёмник). Давление в полостях гидроцилиндра контролировали измерительным преобразователем модели «Метран -55-ДМТ 334», а расход топлива контролировали (патент РФ № 1788441 от 1993 г.) по разности фактических давлений в топливном баке и протарированном вакуумметре. Скорость поступательного движения ТТА регистрировали Доплеров-ским прибором. Вся информация с измерительных устройств усиливалась и регистрировалась в специальном электронном приборе (рис. 4.3 ).
Для проверки предположения о степени влияния вертикальной и горизонтальной составляющих реакции давления в шинах ТТА на устойчивость ТТА, динамику его движения и величину продольных колебаний был разработан специальный измеритель (рис.4.4), контролирующий давление в шинах на ходу движения ТТА (патент РФ № 2189910 от 2002 г.). Устройство содержит зубчатые металлические диски 1, магниты 2, индукционные датчики 3 с под-магничиванием, соединенные через диоды 4 с времязадающими цепями. Преобразователи 6 «частота - напряжение» подключены к компаратору 8 с двумя пороговыми состояниями, имеющему обратную связь 9 для изменения уровня порога срабатывания компаратора 8. Коэффициенты передачи преобразователей 6 имеют плавную регулировку (за счет изменения величин резисторов 7) для компенсации разбаланса диаметров малого R[ и большого R2 радиусов колес. К выходу компаратора 8 подсоединены элементы световой (например, све-тодиоды) 10 и звуковой 11 сигнализаций.
Похожие диссертации на Автоматизация управления демпферно-сцепным устройством тракторно-транспортного агрегата
