Содержание к диссертации
Введение
Раздел I. СУЩНОСТЬ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ ....
1.1. Обзор существующих способов регулирования .
1.2. Анализ конструкций элементов системы позиционно-силового регулирования 12
1.3. Обзор работ по исследованию динамики пахотных агрегатов 22
1.4. Литературный анализ работы пахотных агрегатов при управлении режимами работ 27
I.4.I. Вопросы качества регулирования техно
логического процесса 31
1.5. Выводы. Задачи исследований 35
Раздел 2. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА С РЕГУЛЯТО РОМ ГЛУБИНЫ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ
2.1. Тракторный агрегат как объект управления . . 37
2.1.1. Продольное движение тракторного агрегата 41
2.1.2. Боковое движение тракторного агрегата 51
2.1.3. Оценка устойчивости движения тракторного агрегата 64
2.2. Чувствительность позиционно-силового регулирования к изменению технического состояния тракторного агрегата 65
2.3. Обоснование метода повышения качества технологического процесса с учетом совершенствования системы оценочных показателей и нормативов . 71
2.4. Выводы 76
Раздел 3. МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА 77
3.1. Математическое описание регулирования в эксплуатационных режимах 84
3.2.1. Моделирование на ЭВМ 92
3.2.2. Построение графиков качества технологического процесса пахотного агрегата 95
3.3. Повышение экономичности работы пахотного агрегата. Обеспечение запрограммированного качества регулированием положения рабочих ор
ганов почвообрабатывающих машин 95
3.3 . Прибор для определения качества технологического процесса пахотного агрега
та в рядовой эксплуатации 107
3.4. Выводы 109
Раздел 4. ПРОГРАМА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1. Цель исследований 111
4.2. Объект и средства исследований 112
4.3. Методика стендовых испытаний 122
4.3.1. Факторы, влияющие на процесс регулирования «диапазон варьирования факторов 126
4.3.2. Матрица полного факторного эксперимента, минимизация числа опытов :: 127
4.3.3. Симметричность, условие нормировки и ортогопальность рандомизированной матрицы
4.4. Методика лабораторно-полевых испытаний .... 130
4.5. Компоненты ошибки. Оценка точности прямых и
и коственных измерений 133
4.6. Выводы 135
Раздел 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ВЫВОДЫ
5.1. Зона работоспособности позиционно-силового регулятора с учетом качественного показателя . . 136
5.1.1. Диапазоны факторов, влияющих на качество работы 137
5.1.2. Проверка качества работы регулятора в эксплуатационных режимах 137
5.1.3. Оценка качества моделирования 148
5.2. Оценка влияния технического состояния регулятора на качество работы и производительность пахотного агрегата 149
Исследование рациональности применения метода повышения качества технологического процесса
5.3. Общие выводы 155
Список литературы J57
Приложение I. Расчет коэффициентов усиления и постоянных времени позиционно-силового регулирования 167
Приложение 2. Технические характеристики измерительной аппаратуры 170
Приложение 3. Статическая характеристика силового датчика Р-50 171
Приложение 4. Экономическая эффективность от внедрения устройства для регулирования положения рабочих органов почвообрабатывающих машин 172
Приложение 5. Авторские свидетельства заключения и факты внедрения в сельском хозяйстве результатов исследования 176
- Анализ конструкций элементов системы позиционно-силового регулирования
- Тракторный агрегат как объект управления
- Математическое описание регулирования в эксплуатационных режимах
- Факторы, влияющие на процесс регулирования «диапазон варьирования факторов
- Зона работоспособности позиционно-силового регулятора с учетом качественного показателя .
Анализ конструкций элементов системы позиционно-силового регулирования
Система позиционно-силового типа включает следующие элементы: позиционно-силовой регулятор, релейный элемент, силовой или позиционный датчики, переключатель или сумматор сигналов от датчиков при комбинированном регулировании, соединительную гидро-механи-ческую арматуру, исполнительный элемент в виде гидроцилиндра, входящего в комплект навесной системы трактора. Для обеспечения системы давлением используется промышленный образец гидронасоса. Регуляторы и релейные элементы более полно описаны в [30, 39] , откуда следует, что регулятор позиционно-силового типа обеспечивает независимое применение силового и позиционного способов регулирования (возможны их комбинации). По характеру регулирования силовая система является системой стабилизации с отрицательной обратной связью, где сигнал от датчика вычитается из сигнала настройки. Регулирование обычно осуществляется по усилию в верхней или нижних тягах навески. При подъёме в транспортное положение система работает как простой гидроподъёмник, а для разгрузки насоса в конце подъема могут быть использованы различные устройства [ЗІ, 37] . Позиционное регулирование выполняет функции стабилизации и слежения. В первом случае автоматически поддерживается заданное относительно остова трактора положение навесной системы, а во втором - навесная система следит за настроечной рукояткой. По характеру воздействия на объект регулирования регуляторы подразделяют на системы непрерывного, релейного и импульсного действия [12] . К системе непрерывного действия относятся, например, регулятор фирмы "David DZOWP" [98] , у которого взаимодействие между величинами на входе и выходе происходит непрерывно. Рассматриваемые регуляторы позиционно-силового типа являются релейными системами, то есть у них взаимодействие входа и выхода носит прерывистый характер. Принцип релейности вытекает из нижеследующего; в режиме позиционного слежения у регуляторов позиционно-силового типа возможно зависание основного золотника гидрораспределителя при его медленном перемещении, например, вследствие незначительных утечек жидкости в системе под действием нагрузки или небольшой скорости подъёма. Насос гидросистемы в этом случае может оказаться под нагрузкой несмотря на то, что процесс регулирования еще не начинался или уже окончился. Для устранения этого явления в регулятор вводят релейный элемент, который создавая какую-то зону нечувствительности четко включает или выключает насос при любой малой скорости перемещения золотника [32] .
Тракторный агрегат как объект управления
Современный трактор (рис.2,1 а) является сложной системой, в которой тепловая энергия двигателя многократно преобразовываясь в различные формы механической энергии (поступательно и вра-щательно движущихся узлов) в конечном итоге преобразуется в энергию деформации почвы.
Обычно на тракторный агрегат (рис.2,I б) воздействуют как управляемые входные переменные: LiXL (ч - передаточное число трансмиссии, О (і) - подача топлива в двигатель, К ( ) - передаточное число рулевого управления], так и неуправляемые тяговое сопротивление, С ( " ) - рельеф поля, F ( ) - ветровые нагрузки и т.д. В этом случае состояние тракторного агрегата наиболее полно может быть охарактеризовано тремя пространственными координатами: V ( ) - скоростью движения, У ( і ) - устойчивостью направления движения и Z ({ ) - глубиной хода рабочего органа. Параметры V (i ), Z ( ) в общем случае определяют производительность тракторного агрегата W ( -L ), расход топлива G ( і ) и качество технологического процесса ф( -i ). При возмущениях по скорости /]/ ( -L ), устойчивости движения J-n ( ъ ) и глубины хода рабочих органов /% ( -с ) тракторный агрегат как объект управления может быть описан системой дифференциальных уравнений вида:
В данной системе уравнений коэффициенты КLl ЯВЛЯЕТСЯ постоянными величинами, определяемыми параметрами и связями систем трактора и характеризующие при одноименных индексах КСІ свойства контура по одной управляющей координате, а при разноименных индексах - свойства связей различных по назначению систем. Б оператонной форме система уравнений (2.1) записывается в виде: где операторы KuJ il S+ і
Математическое описание регулирования в эксплуатационных режимах
Поскольку при решении системы с учетом технического состоя ния получились трансцендентные уравнения, моделирование будем производить с помощью электронно-вычислительной машины ЕС-Ї022. Программа написана на алгоритмическом языке PLJ версии 6.1, используется система ОС, версия б.І МFT. Язык, на котором на писана программа, является языком алгоритмическим высокого уров ня и является наиболее эффективным для решения такого типа за дач. [іЗ, 87] . Блок-схема программы показана на рис.3.5. Прог рамма начинает свою работу инициализацией рабочих полей и обну лением таблиц TAB и Д57 . Таблица TAB предусмотрена для хранения переменных: U/ - корней уравнения (при заданных ТА У ), ТА У и ЕЛ"А . Таблица PSI предусмотрена для хранения вычис ленных значений в зависимости от изменяющихся ТАУ ,ЕТА , &УТ. Блоки 3-12 решают транцендентное уравне ние методом последовательного присвоения переменной U/ от б до 9 с шагом 0,0001. Если при заданной U/ вычисленная величи на больше или равно нулю, или меньше или равно 0,0001, то значение и есть корнем уравнения. Изменяя величину ТАУ от 0,1 до Ї, с шагом 0.1 получаем ряд значений U/ , которые печа таются блоком 7. Далее присваиваются значения U/ и ТАУ табли це ТАВ. Блок ІЗ, а в программе процедура в ETAS , вычисляет значения ЕТА , в зависимости отнтабличных значений ТАУ и Блоки 15«..22 организуют четыре вложенные Во - группы, которые в зависимости от изменения ,просчитают значе ния переменной PSI , при всех комбинациях Игр , U/ &Уч Представленные ДО - группы являются циклическими программами. Выход с ДО - группы произойдет в тот момент, когда все переменные изменяют свои значения в соответствии с шагом своего изменения и достигнут предельных значений. Блок 23 организует также 4 вложенных ДО-группы для вычисления величины Hz? (принцип тот же, что описан выше), Если при вычислении J]g переменная принимает значение в пределах - 3 печатаются
По окончании работы ДО-группы программа заканчивает свою работу. Учитывая быстродействие EC-I022, выполнение программы продолжается 2-3 минуты (не учитывая трансляции и редактирования).
Графики 3.2.2. качества технологического процесса пахотного агрегата
По результатам моделирования построены графики изменения качества технологического процесса пахотного агрегата при управлении режимами работы. Поскольку на качество влияют много параметров графики строились циклично (всего три цикла) в зависимости от величины прилагаемой нагрузки,выражающейся амплитудой поступающего сигнала. В каждом цикле, пять подциклов в зависимости от О .Подцикл разбивался на периоды технического состояния, их три. В каждом периоде в функции и) строился график изменения ї и частоты автоколебаний(графики показаны на рис.3.б, 3.7, 3.8, 3.9).
Факторы, влияющие на процесс регулирования «диапазон варьирования факторов
Изучение литературных источников [20, 30, 88] ,практика эксплуатации дают возможность заключить на процесс позицион-но-силового регулирования могут влиять следующие факторы: кинематическая вязкость рабочей жидкости, перепад давления, величина перепада нагрузок на рабочие органы навесных агрегатов, частота приложения нагрузки, загрязненность рабочей жидкости, степень нечувствительности системы, величина утечек. Данные факторы являются результатом нарушения герметичности щелевого уплотнения, образуемого за счет перекрытия поясков гильзы и золотника, разделяющих напорную и сливную полости гидроцилиндра.
Для проведения эксперимента выбраны наиболее значительные факторы, вернее их совокупность, которые позволяют определить изменение и предельные границы работоспособности позиционно-сило-вого регулятора.
При выборе факторов учитывалось то,что каждый фактор не должен быть линейной комбинацией двух факторов, интервал между значениями факторов в соседних точках не должен быть больше ошибки, с которой этот фактор задают.
Кроме того, для упрощения расчетов достаточно точно учитывалось значения факторов. В исследуемом интервале изменения факторов дисперсии воспроизводимости были однородными.
В реальный эксперимент включены следующие факторы: температура рабочей жидкости; утечки в регуляторе; частота приложения нагрузки; амплитуда приложения нагрузки от рабочего органа (плуга) к регулятору.
За наблюдаемый параметр оптимизации (отклик) принимаем функцию работоспособности. Критериями оценки работоспособности по-зиционно-силового регулятора будут служить:
- промежуточный - герметичность щелевого уплотнения, образуемого за счёт перекрытия поясков гильзы и золотника, характеризующиеся утечками;
- основной - результирующие, с учетом воздействия комбинации набора основных факторов, перемещение штока гидроцилиндра навесной системы трактора МТЗ-80.
При выборе диапазона варьирования учитывалось, что интервалом варьирования факторов является некоторое число (свое для каждого фактора), прибавление которого к основному уровню дает верхний, а вычитание - нижний уровни фактора. Результаты варьирования показаны в табл. 4.1.
Зона работоспособности позиционно-силового регулятора с учетом качественного показателя
Под работоспособностью позиционно-силового регулятора будем понимать его способность выполнять заданные функции. Зона работоспособности с учетом качественных показателей, это когда определенные параметры сохраняют значения в пределах, установленных нормативно-технической документацией.Работоспособность в процессе эксплуатации изменяется: она снижается в период работы регулятора на полях с переменной плотностью почвы; остается неизменной в период консервации, не рабочем состоянии регулятора; восстанавливается при технических обслуживаниях и ремонтах.
Уровень работоспособности во многом зависит от квалификации, исполнительности, профессиональной ответственности и других качеств человека. Вследствие изменения условий эксплуатации, профессиональных качеств механизатора, ремонтно-обслуживающего персонала, начальных показателей качества системы регулирования, работоспособность и время достижения предельных состояний могут изменяться в широких пределах.
В процессе исследований учитывались факторы, которые не зависят друг от друга и являются следствием эксплуатации системы позиционно-силового регулирования. Поскольку технологический процесс вспашки с использованием позиционно-силового регулятора требует определенных профессиональных навыков и выполнение этого типа работ относится к высокому разряду мастерства; влияние квалификации механизатора на уровень качества выполняемых работ упускалось.
