Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы и постановка задач исследования 9
1.1. Особенности работы мобильного сельскохозяйственного агрегата в условиях неустановившегося характера внешней нагрузки 9
1.2. Оценка потерь энергии при работе МСА с неустановившейся нагрузкой 14
1.3. Основные тенденции в развитии мобильных энергетических средств для фермерских хозяйств 20
1.4. Основные тенденции в развитии силовых передач сельскохозяйственных тракторов 24
1.5. Особенности тягово-динамического расчета гибридного тягово-транспортного средства 28
1.6. Методы анализа динамических систем 32
1.7. Цель и задачи исследования 42
2. Разработка математических моделей электротрансмиссий 44
2.1. С демпфирующим устройством между дизелем и синхронным генератором 44
2.2. Энергетическая цепь МЭМ на безе асинхронного электродвигателя с компенсирующей емкости в электрическом звене 53
2.3 Энергетическая цепь МЭМ на базе асинхронного электродвигателя с компенсирующей емкостью в электрическом звене 64
3 . Синтез рациональной системы передачи мощности МЭМ с электромеханической трансмиссией 74
3.1. Энергетическая цепь МЭМ в мобильном исполнении 74
3.2. Энергетическая цепь системы водоснабжения сельскохозяйственных объектов с мобильным энергетическим модулем 85
4. Методика и результаты экспериментальных исследований 97
4.1. Назначение экспериментальной установки и ее структурная схема 97
4.2. Характеристика устройств и агрегатов, входящих в экспериментальную установку 100
4.2.1. Дизель-генератор 100
4.2.2. Гидравлическая часть 102
4.2.3. Согласующее устройство 104
4.2.4. Плата аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования L-783
4.2.5. Преобразователь избыточного давления 107
4.2.6. Преобразователь расхода . 108
4.2.7. Преобразователь тока 109
4.2.8. Преобразователь крутящего момента 111
4.3. Комплекс «АКиУЭП» 112
4.4. Поверка измерительной аппаратуры 114
4.5. Экспериментальные исследования 118
4.5.1. Планирование эксперимента 118
4.5.2. Идентификация экспериментальных зависимостей и модели 118
4.6. Расчет технико-экономической эффективности от применения мобильного энергетического модуля
4.6.1. Общая методика расчета 128
4.6.2. Расчет экономической эффективности от применения демпфирующих устройств в электромеханической трансмиссии МЭМ на базе асинхронного электродвигателя 131
Заключение 134
Библиографический список 136
Приложения 147
- Особенности работы мобильного сельскохозяйственного агрегата в условиях неустановившегося характера внешней нагрузки
- Особенности тягово-динамического расчета гибридного тягово-транспортного средства
- С демпфирующим устройством между дизелем и синхронным генератором
- Энергетическая цепь системы водоснабжения сельскохозяйственных объектов с мобильным энергетическим модулем
Введение к работе
Успешное выполнение приоритетного национального проекта "Развитие АПК" во многом зависит от стимулирования малых форм хозяйствования, основу которых составляют крестьянские (фермерские) хозяйства (КФК). Одной из задач данной проблемы является пополнение их материально-технической базы мобильными энергетическими средствами (МЭС) с многофункциональными возможностями, способными адаптироваться к изменяющимся условиям производства сельскохозяйственной продукции. Усложнение условий их применения в поле, на транспортных работах, в теплицах, на фермах, для привода стационарных машин в широком диапазоне изменения скоростей и нагрузок предъявляют жесткие требования к надежности, ремонтопригодности, простоте эксплуатации, низкой стоимости МЭС в сочетании с их высокими энергетическими показателями.
Применяемые сегодня в КФХ МЭС с мощностью ДВС 15...30 кВт и комплексы машин, предназначенные для возделывания картофеля, овощей в защищенном и открытом грунте, а также других сельскохозяйственных культур, обслуживания мелких животноводческих ферм и заготовки некоторых видов кормов, во многом исчерпали свои возможности развития, недостаточно эффективны и не в полной мере отвечают требованиям сегодняшнего дня. Это обусловлено существенной величиной непроизводительных потерь энергии (до 20 %) из-за прохождения низкочастотных колебаний от нагрузки до двигателя через трансмиссию. Кроме того практика показывает, что использование тракторов типа ВТЗ-2032 в зерновых и кормовых севооборотах имеет загрузку в пределах 300 часов в течение года.
Как показывают исследования, проведенные ГНУ ВИМ из-за невысокой платежеспособности этой категории сельхозпроизводителей, развитие производства в КФХ следует ориентировать на технологические комплексы отечественных машин высокого технического уровня. Основу комплексов могут составлять тракторы, выпускаемые на ОАО "Владимирский моторно-тракторный завод". Кардинальным решением данной проблемы является оборудование таких тракторов электромеханическими трансмиссиями и превращением их в мобильные энергетические модули (МЭМ). МЭМ является более универсальным средством, он может осуществлять как многофункциональные мобильные операции, так и обеспечивать электроснабжение стационарных электроприводов насосов, калориферов, сварочных аппаратов, бетоносмесителей и т.п.
Принятая Концепция развития сельскохозяйственных энергетических средств предполагает развитие системы передачи силовых потоков и новых компоновочных схем. Для реализации данного направления с уменьшением потерь мощности компоновочные схемы должны быть увязаны с новыми "мягкими" трансмиссиями. Увеличение единичной мощности энергетического средства и применение блочно-модульных схем ведет к увеличению коэффициента загрузки, а следовательно к снижению ЭП. Вместе с тем применение бесступенчатых многопоточных трансмиссий ведет к снижению реактивных потерь за счет их наилучшего согласования. Однако применение йескольких силовых потоков может привести к увеличению ЭП из-за взаимного влияния каналов передачи мощности.
Эти резервы могут быть реализованы за счет широкого и быстрого внедрения в производство наукоемких технологий, техники и передового опыта. Задача экономии энергоресурсов выдвигает на передний план задачу создания энергосберегающей техники. Решение этих задач во многом зависит от эффективности работы отраслевой сельскохозяйственной науки, центров во внедрению новой техники и технологий. В процессе создания новой техники значительный удельный вес приходится на экспериментальные исследования по энергетической оценке. Они требуют огромных затрат времени и средств. Сокращение объемов экспериментальных исследований, а значит и сроков разработки новой техники, снижения приведенных затрат можно достичь применением методов математического моделирования, методов энергетического анализа, усовершенствованием методов проектирования. Это обусловлено, главным образом тем, что современный СХА представляет собой многопоточную энергетическую цепь, включающую звенья различной физической природы, связанных между собой обратными связями, оснащенными САР. В данной ситуации проблема видится в том, что в распоряжении специалистов нет универсальных инженерных методов расчета энергетических процессов, позволяющих на стадии проектирования СХА учитывать влияние динамических характеристик отдельных подсистем на его ЭП при колебательном характере нагрузки.
Таким образом на основе вышеизложенного можно выделить три аспекта, которые являются наиболее весомыми в технической политике современного отечественного машиностроения: повышение производительности СХА, и расширение их функциональных возможностей; экономия топливно-энергетических ресурсов; сокращение сроков разработки технических средств и снижение затрат на исследовательские работы.
В основе формирования темы диссертационной работы лежат следующие положения:
- низкая загрузка МЭС в условиях их работы в КФК (основную долю времени они используются на транспортных работах);
- переход к передачи мощности от двигателя к нагрузке по нескольким каналам с механической трансмиссией приведет к дополнительным потеря мощности до 20 %;
- в условиях неустановившейся внешней нагрузки СХА из-за колебаний силовой и кинематической составляющей мощности снижается і эффективная мощность ДВС, а соответственно производительность и затраты топлива;
Отсюда вытекает цель исследования: создание многофункционального, мобильного энергетического модуля с электромеханической трансмиссией для фермерских хозяйств, обеспечивающего повышение технико-экономического уровня сельскохозяйственных работ.
Сформулируем основные положения, которые лежат в основе теоретических разработок, направленных на решение поставленной цели. Основное влияние на величину потерь энергии при прохождении ее по силовому каналу оказывают низкочастотные колебания проходящие через трансмиссию. Разработана схема электромеханической трансмиссии для мобильного энергетического модуля с большим числом отборов мощности. В результате математического моделирования обоснованы основные параметры звеньев цепи по критериям быстродействия и демпфирования колебаний.
Диссертационная работа выполнена согласно программе развития АПК Республики Мордовия до 2010 года "Разработка методов и средств контроля энергопотребления сельскохозяйственных агрегатов" и плану научных исследований ГОУВПО "МГУ имени Н.П.Огарева".
Практическую ценность имеют следующие результаты работы: методика расчета кинематических и динамических параметров МЭМ; функциональная схемы МЭМ с электромеханической трансмиссией на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором;
многофункциональный МЭМ для фермерских хозяйств с электромеханической трансмиссией на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором; рекомендации по повышению энергетической эффективности СХА.
Новизна и промышленная применимость таких устройств подтверждена патентом на полезную модель.
Результаты исследований внедрены в учебный процесс ФГОУ ВПО «МГАУ имени В.П. Горячкина», института механики и энергетики ГОУ ВПО «МГУ имени Н. П. Огарева» при изучении дисциплин «Тракторы и автомобили», «Эксплуатация машинно-тракторного парка»; «Автоматизация технологических процессов», «Сельскохозяйственные машины», «Тепловые двигатели и нагнетатели», используются в Государственном унитарном предприятии РМ «Центр испытания и внедрения сельскохозяйственной техники и машинных технологий» (г. Саранск), ГНУ Мордовском НИИ сельского хозяйства, Министерстве сельского хозяйства и продовольствия Республики Мордовия при разработке новой техники.
На защиту выносятся следующие основные положения диссертации:
- математические модели МЭМ с электромеханической трансмиссией на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором;
- алгоритм синтеза МЭМ в составе транспортного и стационарного агрегатов.
- методика расчета кинематических и динамических параметров МЭМ;
- многофункциональный МЭМ для фермерских хозяйств с электромеханической трансмиссией на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.
Особенности работы мобильного сельскохозяйственного агрегата в условиях неустановившегося характера внешней нагрузки
Процесс работы мобильного сельскохозяйственного агрегата (МСА) может быть разделен на следующие основные моменты: трогание с места и разгон, установившееся движение, остановка.
Работа мобильного энергетического средства (МЭС) в составе МСА с тяговой нагрузкой при установившемся режиме занимает основное место в общем балансе времени его использования в условиях сельскохозяйствен ного производства. При этом момент сопротивления на ведущих колесах трактора Мвк определяется как сумма двух слагаемых где: М - составляющая момента сопротивления, определяемая крюковым усилием; составляющая момента сопротивления, определяемая сопротивлением перекатывания. В этом случае Мвк не остается постоянной, а непрерывно изменяется вследствие колебаний силы сопротивления перекатыванию трактора Р ив особенности из-за колебаний силы сопротивления Ркр. Наиболее тяжелым видом работы МЭС является работа на вспашке, когда двигатель его используется с наибольшим значением коэффициента загрузки К3. Из работ [6, 57, 69, 79] следует, что коэффициент сопротивления почвы меняется в широких пределах вследствие неоднородности почвы по своему составу, влажности и растительному покрову. Величина сечения пласта также подвержена изменениям из-за неровности поверхности поля и боковых колебаний сельскохозяйственной машины. К примеру, глубина па хоты может отклоняться на 15% и более от среднего значения. Что касается скорости поступательного движения агрегата 3, то она также непрерывно изменяется вследствие колебаний угловой скорости коленчатого вала двигателя, обуславливаемой колебаниями момента сопротивления на валу, колебаний коэффициента сцепления движителей трактора с почвой, буксования и др. При одновременном воздействии всех перечисленных факторов и совпадении знака и периода их действия колебания нагрузки на крюке трактора возрастают в значительной степени. Увеличение рабочих скоростей также приводит к увеличению амплитуд колебаний тягового сопротивления [79]. Осциллограммы записей силы и момента сопротивления при работе трактора с нагрузкой имеет колебательный характер с более или менее выраженной периодичностью и представляет сложную периодическую функцию пути, времени. Акад. В.П. Горячкин указывал [32] что, несмотря на сложность диаграммы, изображающей суммарное воздействие двух или нескольких источников колебаний, она имеет периодически повторяющиеся элементы, и основной задачей изучения диаграммы является разложение кривой на ее составляющие. Акад. ВАСХНИЛ В.Н. Болтинский [14] вводит допущение исходя из того, что теория приближенных вычислений позволяет вместо сложной функции рассматривать близкую к ней более простую зависимость. Анализируя действительную диаграмму силы сопротивления на крюке трактора, автор допускает возможным на отдельных участках диаграммы считать колебания силы сопротивления относительно некоторого значения Р имеющими синусоидальный характер с разными значениями амплитуд и периодов колебаний. Пользуясь данным положением, можно исследовать с достаточной для практических целей точностью влияние неустановившегося характера нагрузки на трактор в целом и на отдельные его системы. Для полной характеристики неустановившихся значений силы или момента сопротивления кроме установления закономерностей их изменения, важным является определение основных показателей рассматриваемого процесса. Используя ЭТОТ показатель при известном значении силы или момента, можно определить приращения, максимальные и минимальные текущие значения силы или крутящего момента. Следующим показателем, характеризующим неустановившуюся нагрузку принят "период Т изменения силы сопротивления. Очевидно, что значительные колебания силы сопротивления или момента с малым периодом при движении МСА, имеющего значительную массу, не могут оказать существенного влияния на условия работы его механизмов. Чем больше Т, тем больше длительность нарастания Рм, Мс и тем больше влияние этого нарастания на работу механизмов МЭС. В результате исследований, отраженных в работах [6, 14, 57], установлено, что сложная кривая колебаний момента сопротивления на валу двигателя представляет собой результат взаимодействия различных факторов и может быть разложена на отдельные составляющие с разными частотами колебаний. Для гусеничного трактора выделено пять составляющих таких колебании. В работе [6] для трактора ДТ-75 класса 3 т установлены следующие составляющие таких колебаний: - первая составляющая со степенью неравномерности на пахоте 8{ = 0,09 - 0,27 и периодом Т{ = 15 -18 с возникает в основном в результате изменений физико-механических свойств почвы, а также под влиянием макрорельефа, поля и нелинейности движения агрегата; - вторая составляющая (S2 =0,1-0,23 и Г2 = 0,8 - 2,2 с) является следствием влияния микрорельефа поля и особенностей технологического процесса данной сельскохозяйственной операции; - третья составляющая со степенью неравномерности S3 = 0,24 - 0,85 и периодом Тъ =0,12-0,17 с возникает от действия гусеничных движителей, неравномерности их хода; - четвертая составляющая {8А =0,18-0,58 и Т4 =0,03-0,031 с) обусловлена характером зацепления шестерен конечных передач трактора; - пятая составляющая (S5 = 0,11 -0,33 и Т5 = 0,006 -0,008 с) возникает в зацеплении зубьев шестерен центральной передачи. где Мс - среднее значение неустановившейся нагрузки на валу двигателя; Aj.-.A - амплитуды колебаний составляющих неустановившейся нагрузки; mv.ms - угловые частоты колебаний составляющих; pv..ps - порядок составляющих по отношению к первой составляющей. Наибольшее влияние на условия работы двигателя и в целом на тяговый процесс оказывают первая и вторая составляющие с частотами 0...2 Гц [27, 56, 42], вызывая соответствующе колебания угловой скорости вращения коленчатого вала и неравномерное движение трактора. Так, например, на пахоте амплитуда колебаний числа оборотов коленчатого вала под влияни-ем первой составляющей неустановившейся нагрузки Аи, =36-96 об/мин и под влиянием второй составляющей Ап2 =17-43 об/мин. Поэтому при исследовании влияния неустановившейся нагрузки на изменение энергетических и экономических показателей двигателя должны быть учтены именно низкочастотные колебания 0-2 Гц.
Особенности тягово-динамического расчета гибридного тягово-транспортного средства
Как известно, наибольшая экономичность работы теплового (дизельного, карбюраторного и т.д.) двигателя достигается только в том случае, когда двигатель работает при постоянной скорости вращения коленчатого вала в пределах максимального значения эффективной мощности и минимального расхода топлива. Однако, на практике в большинстве случаев при наличии механической ступенчатой передачи максимум мощности не используется. Это происходит из-за того, что изменения тягового сопротивления вызывают неустановившиеся режимы тракторного двигателя [57, 75]. Величина недогрузки трактора будет тем меньше, чем больше ступеней пе редач механической трансмиссии. Но это же обстоятельство приводит к дополнительным трудностям в управлении машиной, а в отдельных случаях -к снижению КПД трансмиссии.
Как показывают обследования условий работы тракториста, управляя обычным гусеничным трактором на пахоте, тракторист в течение часа делает 500 - 600 движений, при этом затрачивая значительные усилия [74]. Количество подобных движений на скоростном тракторе еще больше. Поэтому требования к упрощению управления трактором являются объективной необходимостью. Наиболее полное удовлетворение этого требования может быть достигнуто применением бесступенчатых передач. При бесступенчатой передаче загрузка теплового двигателя будет наиболее полной [60].
С целью определения эффективности применения бесступенчатых передач, проведено большое количество сравнительных испытаний различных по мощности тракторов. Испытания показали, что возможное увеличение производительности от применения бесступенчатых трансмиссий достигает 15 5% в зависимости от вида работ. Например, испытания уже первых образцов трактора ДЭТ-250 ЧТЗ с бесступенчатой электропередачей показали, что производительность его с бульдозером на грунтах первой и второй категорий по сравнению с С-100 выше в 3-4 раза, а на грунтах 3-й категории еще выше - в 4,5-5 раз [60].
Однако, в некоторых случаях при проведении расчетов получается, что выигрыш в производительности машинно-тракторного агрегата, который может быть получен при применении бесступенчатых передач, в значительной степени обесценивается относительно низким (по сравнению со ступенчатыми механическими передачами) КПД. Однако, эти представления во многом порождены общепринятыми приближенными методами расчета, в которых предполагаемая эффективность бесступенчатых передач устанавливается без учета действующих условий эксплуатации. Нельзя не согласиться, что заниженные результаты таких расчетов являются одной из причин, сдерживающих внедрение прогрессивных типов трансмиссий на тракторных и других самоходных машинах. Результаты уже первых испытаний тракторов с бесступенчатыми трансмиссиями в реальных условиях оказались неожиданными. На хозяйственных испытаниях, проведенных Британским институтом механизации сельского хозяйства в 1962 году, производительность трактора с гидрообъемной передачей по сравнению с серийной на уборке картофеля оказалась выше на 34%, хотя КПД в 1,28 раза ниже, чем КПД серийной. Аналогичные результаты получены при испытаниях машин с бесступенчатыми трансмиссиями и в СССР [46, 77]. Зарубежные фирмы, имеющие опыт эксплуатации самоходных машин с бесступенчатыми трансмиссиями, считают их применение экономически целесообразным уже при диапазоне изменения нагрузки более 28%. Увеличение использования мощности теплового двигателя при этом достигает 22% [88], что особенно важно при современной тенденции в тракторостроении к увеличению единичной мощности машин.
Таким образом, не подвергая сомнению обоснованность требований к повышению КПД бесступенчатых передач, следует считать, что существуют такие минимальные значения КПД, при которых получается большой выигрыш в производительности за счет полной загрузки первичного двигателя. С другой стороны следует отметить, что резко-переменные нагрузки, возникающие под влиянием изменения тягового сопротивления, особенно в машинах со ступенчатыми трансмиссиями, действуют на несущую и силовую системы и двигатель, вызывая при этом значительное снижение срока службы самоходных машин. Задача полного или частичного исключения вредного действия этих нагрузок, а, следовательно, и значительного увеличения срока службы машин, решается как совершенствованием существующих, так и созданием новых бесступенчатых трансмиссий.
Применение двигателей с постоянной мощностью полностью не решает всей проблемы по созданию экономичного и высокопроизводительного тракторного агрегата [88].
Перечисляя важнейшие технические проблемы в тракторостроении на ближайшее будущее, английский ученый Beck Niels в их числе называет «... дальнейшее совершенствование конструкций трансмиссий, в частности, увеличение числа ступеней, автоматизацию переключения передач и постепенный переход на автоматическую бесступенчатую трансмиссию». Советские ученые И.И. Артоболевский, А.А. Дубровский, А.С. Антонов, М.М. Запрягаев, В.Н. Попов, определяя перспективы совершенствования сельскохозяйственной техники, подчеркивают, что ступенчатые механические трансмиссии тракторов будут вытеснены в определенной мере гидродинамическими, гидростатическими, электрическими передачами, обеспечивающими бесступенчатое регулирование [6, 30, 49, 61]. Из сказанного следует, что наряду с повышением энергонасыщенности, скоростных качеств тракторов, ширины захвата сельскохозяйственных орудий, важным условием создания высокопроизводительной, экономичной и надежной самоходной техники является создание и внедрение в эксплуатацию бесступенчатых трансмиссий. Разработка прогрессивных бесступенчатых трансмиссий ведется в нескольких направлениях. Первое связано с разработкой гидродинамических передач, второе - гидростатических, третье - электрических (рис. 1.1.)."
С демпфирующим устройством между дизелем и синхронным генератором
Ряд работ имеет прикладное значение. Так, в работе [35] на основе теории механических цепей исследуются динамические свойства некоторых узлов машин-редукторов. Определены частотные характеристики механических систем, состоящих из двух, трех, четырех, пяти элементов. Показаны методы коррекции динамических характеристик систем, расчета механических фильтров, исследования передаточных функций. Освещены вопросы синтеза механических систем. Все теоретические выкладки и численные решения основаны на символическом методе.
Интересной представляется работа [85]. Она направлена на усовершенствование методов проектирования механических фильтров с пьезо электрическими, магнитострикционными преобразователями. В ней уточняются условия аналогичности динамических систем. Введено понятие сквозных и поперечных переменных. Причем, утверждается, что «сквозные переменные механической системы должны быть связанные со сквозными переменными электрической системы, а поперечные переменные механической системы с поперечными переменными электрической. Сквозной переменной называют величину, которая измеряется путем внесения измерительного прибора в разрыв цепи. Примером является сила и ток. Поперечной переменной называют переменную, которая измеряется путем подключения измерительного прибора к точке системы параллельно, без разрыва, следовательно, скорость и напряжение являются поперечными переменными. Кроме того, указывается, что для аналогичности необходимо, чтобы размерности скалярных произведений поперечных и сквозных переменных в обеих системах были одинаковыми. Приведенные уточнения значительно облегчают формирование эквивалентных схем замещения динамических систем. В дальнейшем, при написании настоящей работы, данные положения будут применяться.
Вопросам исследования моторно-трансмиссионных установок (МТУ) транспортных машин посвящена работа [83]. В ней даны основные понятия и определения, характеризующие динамические модели силовых передач. Большое внимание уделено вопросам формирования адекватных динамических моделей. Отмечается, что «адекватная динамическая модель должна удовлетворять двум основным требованиям: обеспечивать правильное качественное отображение динамических процессов и количественное описание этих процессов с принятой степенью точности». Под оптимальной адекватной динамической моделью понимается максимально простая модель, удовлетворяющая указанным двум требованиям адекватности. В работе дается понятие упруго-составных динамических моделей. Под упруго-составной динамической системой понимается система, состоящая из двух или более динамических подсистем, взаимодействующих через квазиупругие сое динения. Составные динамические системы позволяют при исследовании их динамики использовать характеристики подсистем. Часто динамические характеристики подсистем известны либо из справочной литературы, либо из эксперимента. Поэтому составную динамическую модель можно описать меньшим числом дифференциальных уравнений, следовательно, проще разработать алгоритм расчета на ЭЦВМ. Большое внимание уделено в работе важной, с нашей точки зрения, проблеме исследования динамических систем с источниками энергии с ограниченной мощностью. Такие системы особенно активно себя проявляют при низкочастотных колебаниях. В работе утверждается, что целесообразность учета ограниченной мощности источника энергии «чаще возникает при анализе нестационарных явлений в резонансных зонах, пускового скоростного диапазона двигателя и гораздо реже возникают при исследовании установившихся колебаний». Анализ же технологических процессов, выполняемых как на промышленных, так и на сельскохозяйственных машинно-тракторных агрегатах, говорит о том, что максимум спектральной плотности колебаний нагрузки приходится как раз на низкочастотную область. Поэтому можно говорить о целесообразности исследования динамических свойств силовых передач тракторов и для установившихся режимов. Работы [11, 90] в некоторой степени близки по содержанию только что рассмотренной работы [83]. Так, например, в работе [11] динамическая система рассматривается как совокупность типовых элементов, посредством которых можно синтезировать любую механическую или гидромеханическую передачу. В каждом таком элементе можно выделить группу звеньев, жестко связанных друг с другом. При анализе же динамических свойств передачи учитываются моменты инерции отдельных типовых элементов и упругие связи между ними. В работе [90] дана классификация процессов, происходящих в динамической системе. Высокочастотные колебания представляются связанными с отдельными механическими звеньями, составляющими через жесткие связи отдельный типовой элемент. Утверждается, что низкочастотные колебания возникают в системе типовых элементов и вызывают колебания скорости вращения валов. Общий недостаток всех рассмотренных выше теоретических работ заключается в том, что в них не раскрываются вовсе или раскрываются слабо вопросы исследования динамических свойств систем, составленных из компонентов различной физической природы (электрических, гидравлических, механических).
В целом по обзору аналитических методов исследования динамических свойств силовых передач можно сделать вывод, что область применения существующих методов ограничена одной конкретной физической природой (механической, гидравлической, электрической). Особенности передач каждой физической природы и связанные с ними особенности методов не позволяют использовать последние в качестве универсальных при обосновании рационального типа бесступенчатой передачи.
Энергетическая цепь системы водоснабжения сельскохозяйственных объектов с мобильным энергетическим модулем
Величина нерациональных потерь мощности при работу СХА может доходить до 50% при этом основную доля составляют реактивные потери (энергетический потенциал) значительная доля которых может быть реализована на выполнение полезной работы.
К основным показателям, характеризующим эффективность протекания энергетических процессов относят различные виды КПД (тяговый, эффективный и др.), коэффициенты использования мощности двигателя и тяговой мощности трактора; коэффициент мощности, оператор реактивности. Недостаточность учета с помощью КПД свойств агрегата лишь как преобразователя энергии без учета характеристик как ее потребителя вызывает стремление объединить КПД и Cos p в одном показателе. Однако объединение этих показателей нельзя признать удачным, так как у них разные определительные соотношения и, вообще говоря, физический смысл. Что касается COS H sin ср, то перенос их на механические цепи из электрических, где процессы гармонические без постоянной составляющей тока и напряжения, требует физической интерпретации.
Существующие оценки эффективности протекания энергетических процессов базируются на вероятностных, интегральных, частотных методах и сводятся в большей части к построению моделей одной физической природы.
Используемый теоретический аппарат оценок энергозатрат в СХА базируется главным образом на осредненных вероятностно-статистических характеристиках, не раскрывающих закономерности потерь мощности в динамических системах. В последнее время предпочтение отдается методам идентификации, позволяющим более точно приблизиться к реальному процессу, однако не четкая связь с параметрами реальных процессов ограничивает их применение.
Кардинальным направлением разработки методов энергетического анализа являются интегрально-вероятностные подходы с использованием методов идентификации и цепей. Использование метода цепей дает возможность построения изоморфных моделей и прогнозировать движение энергетических потоков различной физической природы с несколькими каналами. 3. Для согласования динамических подсистем МСА используют различные конструкции демпферов (гасителей) на коленчатом валу, маховике, раме, сцепном устройстве. Однако локальная установка демпферов без оценки их влияния на всю систему не дает существенного эффекта, а в отдельных случаев может привести к возникновению колебаний. Эта проблема требует дополнительных исследований, т. к. с увеличением числа потоков передачи мощности предпочтение будет отдаваться нежестким трансмиссиям. 4. Традиционные энергоконтролирующие системы, рекомендуемые для целей непрерывной эксплуатации уже не отвечают современным требованиям и должны перерасти в программные комплексы. 1.7. Цель и задачи исследования Проведенный анализ состояния вопроса позволил определить научную проблему исследования, которая состоит в обосновании и разработке методов и средств обеспечения в эксплуатации энергетической эффективности машинно-тракторных агрегатов за счет повышения технического уровня элементов энергетической части и совершенствования средств контроля за режимами работы двигателя МСА. Целью исследования является создание многофункционального мобильного энергетического модуля с электромеханической трансмиссией для фермерских хозяйств, обеспечивающего повышение технико-экономического уровня сельскохозяйственных работ. Для достижения этой цели поставлены следующие задачи: - анализ функциональных возможностей использования МЭС с электромеханическими трансмиссиями; - разработка, математических моделей энергетических цепей МЭМ с электромеханической трансмиссией на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором; - разработка методики расчета кинематических и динамических параметров МЭМ; - разработка функциональной схемы МЭМ с электромеханической трансмиссией на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором; - разработка, апробация и внедрение нового МЭМ с электромеханической трансмиссией на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором для фермерских хозяйств.
