автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Выравнивание энергетического потока в электрифицированных энергонасыщенных мобильных сельскохозяйственных агрегатах на основе управляемых аккумулирующих устройств

7 09 9 Г

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

МУРАШОВА Вера Валериановна

УДК (¡21.311.1—83.631.372(043.3)

ВЫРАВНИВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТОКА В ЭЛЕКТРИФИЦИРОВАННЫХ ЭНЕРГОНАСЫЩЕННЫХ МОБИЛЬНЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ АГРЕГАТАХ НА ОСНОВЕ УПРАВЛЯЕМЫХ АККУМУЛИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ

Специальности: 05.20.02 — Электрификация сельскохозяйственного производства; 05.20.03 — Эксплуатация, восстановление и ремонт с.-х. техники

АВТОРЕФЕРАТ '

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук ;

ЛЕНИНГРАД

1990

Работа выполнена в Ленинградском ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственном институте.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Глухов И. В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Мусин А. М.; кандидат технических наук, доцент Скробач И. Ф.

Ведущая организация: Уральский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства.

Защита состоится 12 октября 1990 п в 12 час. 30 мин. на заседании Специализированного совета К 120.37.06 в Ленинградском ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственном институте по адрссу: 189620, Ленинград—Пушкин, Ленинградское шоссе, 2, ауд. 529.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЛСХИ.

Автореферат разослан 09 1990 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат технических наук, доцент

Ф. Д, Косоухов

| ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

.8.И. ие»»Х4туальность теми. Опыт эксплуатации мобильной энергона-юсеЩ^^]^ сельскохозяйственной техники показал, что с ростом - ьдинйчйой мощности тракторов возникло явление "убывающей эффективности", заключающееся в том, что повышение производительности отстает от прироста мощности двигателей тракторов. Недоиспользование мощности двигателя приводит не только к снижению производительности агрегата, но и к росту непроизводительного расхода топлива. Так, например, увеличение мощности трактора в 1,5...2 раза привело к повышению производительности лишь на 15...20%, а расход топлива увеличился в 1,8 раза. В значительной мере недоиспользование двигателя внутреннего сгорания (ДВС) связано с колебательным характером нагрузки.

Данная работа посвящена решению задачи повышения эффективности использования ДВС путем компенсации переменной составляющей нагрузки. Работа является составной частью научно-исследовательских работ на тему 42.51.00.84.—50.9480 "Разработка и экспериментальная проверка конструкции мобильного энерготехнологического средства на основе универсально-пропашного трактора класса 2". Работа выполнялась на кафедре "Электрические машины и электропривод" ЛСХИ.

Цель работы заключается в обосновании применения на мобильных энергонасыщенных агрегатах управляемых аккумулирующих устройств (УАУ), предназначенных для компенсации переменной составляющей нагрузки и выравнивания энергетического потока на ДВС, и разработке методики по определению энергоемкости и других параметров УАУ. Основным элементом УАУ является накопитель энергии. При цикличности движения агрегата по полю накопитель энергии УАУ способен запасать излишки энергии ДВС при движении'агрегата с недогрузкой и восполнять ее дефицит при повышении энергоемкости процесса. Воспринимая переменную со-; ставляющув энергетического потока, УАУ позволяет при сохранении энергетических потребностей технологического процесса сохранять загрузку ДВС на постоянном уровне, близком к номинальному.

Научная новизна работы заключается:

- в новой подходе к решению'задачи выравнивания энергетического потока ДВС;

- в исследовании потребных характеристик энергетической установки для реализации оптимальных технологических процессов на основе математического моделирования;

- в разработке методики по определению энергетических показателей УАУ.

Практическая ценность. Применение на мобильной энергонасыщенной технике УАУ позволит повысить эффективность использования ДВС, увеличить производительность агрегата и снизить удельный расход топлива, разработанная на вероятностных приемах оценки методика позволяет определить анергию, мощность, мощность потерь и массо-габаритные показатели УАУ. Выполненные по разработанной методике расчеты энергетических показателей УАУ с накопителями энергии в виде аккумуляторных кислотных батарей и маховиков с приводом от электрических машин показали возможность и целесообразность применения УАУ на сельскохозяйственной энергонасыщенной технике. Предложены схемы управляемых энергетических установок с УАУ, защищенные авторскими свидетельствами.

Реализация результатов. Разработана и внедрена методика определения энергетических показателей УАУ. Она применяется ' в НАТИ при разработке перспективной энергонасыщенной техники.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на научно-технических конференциях в ЛСХИ (г. Ленинград), ЧИМЭСХ (г. Челябинск) в период с 1960 по 1989 г.г., Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы электрификации, автоматизации и теплоснабжения сельскохозяйственного производства" 1985 г. (г. Смоленск).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6. печатных работ,-в том числе один научный отчет. Получено 2 авторских свидетельства.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести.глав, заюшчения. Общий объем диссертации ШГ страниц, из них ПО страниц текста, 10 таблиц, 37 рисун-, ков.

г

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дая анализ эффективности использования ЛВС на современной мобильной технике, выделены основные причины, ведуяне к недоиспользовании двигателя, к которым относятся колебательный характер нагрузки на валу ДВС и нелинейность его внегней характеристики. Колебания нагрузки на двигателе связаны с одрой стороны с особенностями технологического процесса, а с другой стороны - с характером переменных сил сопротивления движении агрргата.

Полное внравннвание энергетического потока ДВС возможно на основе нового предложенного подхода, в основе которого лежит применение на энергонасыщенных агрегатах УАУ и бесступенчатых транстмсснй.

В настояаен работе исследуется применение УАУ на энергонасыщенных агрегатах с электротрансмяссией двух классов -г уборочных н еяро козах ватных пропашных, у которых технологические реюты работу н конструктивные особенности предопределяют высокий уровень переменной составляющей нагрузки ДВС. Объектои исследования выбран самоходный зерноуборочный комбайн с характеристиками СК-5 "Нива" н широкозахватный пропашной агрегат 1ЕС-250 с веренговыы расположением движителей и нарнжрныи соедхненжеа сцепа технологических модулей с энергетический.

Зерноуборочный коибайн относятся к тем энергонасыщенным агрегатам, у которых оптимальный тех1-логический процесс определяет закон формирования поступательной скорости движения

ГУ

где К= ■ „ ; 3 - пропускная способность молотилки; В -

■

рабочий захват жатки; и*. - урожайность хлебной массы.

При таком резгые движения комбайна обеспечивается постоянство загрузки иологилки и следовательно" высокое качество обмолота зерна.

Еирокозахваттше пропапнне агрегаты относятся к энергонасыщенный агрегата! с постоянной скоростью передвижения, у которых характер л величина нагрузки на ДВС определяется не только Бпеш'.сля возмгзеявдчя, ко конструктивными особенное-

тяш агрегата. Сохранение геометрии движения таких агрегатов предусматривает перераспределение потоков энергии между движителями энергетического и технологических модулей, которое приводит к дополнительным затратам энергии и росту переменной составляющей нагрузки на ДВС.

Потребные характеристики энергетических установок при реализации оптимальных технологических процессов для рассматриваемых агрегатов в научных работах не исследовались. Также не рассматривались вопросы, связанные с определением энергетических характеристик УАУ.

В связи с этим в настоящей работе были поставлены следующие задачи:

- проанализировать возмущающие воздействия на электрифицированные зерноуборочный комбайн и широкозахватный пропашной агрегат и выделить из них основные, определяющие энергетические показатели УАУ;.

- определить потребные характеристики энергетической установки для реализации оптимальных технологических процессов рассматриваемых агрегатов;

- разработать схемы, энергетических установок с УАУ;

- разработать методику определения энергетических, показателей УАУ и проанализировать варианты практической ее реализации;

- определить экономическую целесообразность применения У.АУ на мобильной энергонасыщенной технике.

Во второй главе изложен анализ возмущающих воздействий на электрифицированные зерноуборочный комбайн и широкозахватный пропашной агрегат. Исходными данными для анализа возмущений, действующих на самоходный зерноуборочный комбайн, послужили реализации случайных процессов изменения макро- и микрорельефа полей Северо-Западной зоны РС4СР и физико-механических характеристик убираемой культуры. Анализ возмущений вы- . полнен методом математического моделирования. Модель построена на основе аналитических выражений, связывающих физико-механические свойства убираемой культуры и пропускной способности молотилки со скорость^ передвижения комбайна, мощностью молотильного аппарата и привода передвижения..

На вход модели подавались случайные процессы физико-механических параметров убираемой культуры.

Из анализа возмущений, действующих на комбайн, можно 4 ."■':'.

сделать следующие выводы:

- основными возмущениями, влияющими на загрузку ДВС, следует считать процесс изменения урожайности хлебной массы, в функции которой формируется скоростной режим комбайна, й процесс изменения макропрофиля. Математическое-ожидание скорости передвижения комбайна равно 1,66 м/с. Основная полоса пропускания спектральной плотности скорости передвижения находится в диапазоне О...0,95 Гц, основная частота равна 0,16 Гц. Основная частота изменения длины уклона макропрофиля равна 0,02 Гц;

- колебания мощности молотильного аппарата незначительны несмотря на значительные вариации физико-механических параметров убираемой культуры. Математическое ожидание мощности молотилки равно 22,9 кВт, дисперсия равна 7,7 кВт2, вариации мощности равны 0,12. Динамические режимы молотилки дополнительно сникают вариации мощности.

Анализ возмущений, действующих на широкозахватный пропашной агрегат, проводился на основе эксперимента в Одесском филиале НАТИ на опытном образце МЭС-250 с электротрансмиссией при культивации кукурузы.

В результате статистической обработки и анализа возмущений можно сделать следующие выводы:

- основными возмущениями, влияющими на загрузку ДВС, являются тяговые сопротивления и макропрофиль;

- основная полоса пропускания спектральных плотностей тяговых . сопротивлений в зависимости от скорости передвижения находится в диапазоне О...О,55 Гц. Рост скорости агрегата сопровождается "растягиванием" спектра частот и смещением к более высоким частотам. Основная частота изменения тягового сопротивления в зависимости от скорости движения агрегата лежит в диапазоне 0,16 ... 0,24 Гц. Основная частота длины уклона иакропрофиля равна 0,02 Гц.

. В работе процессы изменения скорости комбайна и тяговых сопротивлений названы высокочастотными процессами, а процесс1 изменения макропрофиля - низкочастотным.

Третья глава посвящена теоретико-экспериментальным исследованиям энергетики агрегатов с электротрансмяссией, целью которых является:

- исследование погребных характеристик энергетической установка для реализации оптимальных технологических процессов рас-

сматриваемых агрегатов;

- оценка энергетических показателей УАУ.

Энергетические показатели УАУ будут определяться переменной составляющей мощности и энергии ДВЗ. К осношыи энергетическим показателям УАУ относятся:

- энергия, которую должен принять, либо отдать УАУ в процессе работы агрегата; . ,

- мощность УАУ;

- мощность потерь УАУ.

В связи с теп, что основные возиуценка имеют существенно различные частоты, следовательно, юс влияние на энергети- . ческие показатели исследуемых агрегатов мозно рассматривать раздельно. Энергия УАУ будет зависеть от переменности составляющей низкочастотных возиуцений, так как высокочастотные процессы несут малую энергию. Ценность УАУ будет зав«сеть от переменной составляющей высокочастотных и низкочастотных воз- ' мущений и будет определяться суммой средаеквадратическжх отклонений мощности высокочастотного к низкочастотного процессов. Постоянные составляющее всех возмущения в сумме определяют мощность ЛВС.

Исследования энергетик« проводились на основе математического моделирования.

К низкочастотному процессу, определявшему энергию УАУ, относится случайный процесс изменения иакропрофнля

(2)

где Мс.р - масса агрегата; случаями процесс изме-

нения уклона, апп^рксиии^ованная корреляцювиая функция которого имеет вид Он е ; £ - случайная величина длины поверхности с постоянным уклоном. '

Вследствие цикличности движения агрегата по поло математическое ожидание уклона поля равно нулю. Отссда следует, что математическое ожидание энергии УАУ при дшженни агрегата по полю равно также нулю, а среднеквяд^аткччское откловенне энергии УАУ на поле длиной* Л определите« выражением

ь „/ = Щмщ ^-ЛАУ/^Т^ - .. о)

б

При начале движения по полю, то есть при входе в первый гон, агрегат может с равной вероятностью двигаться на уклон, при этом УАУ должно отдавать часть запасенной энергии, и под уклон, при этом УАУ должно воспринимать излишки энергии. ДВС. Начальный уровень запасенной энергии УАУ должен быть одинаковым, независимо от того, с какой точки макропрофиля агрегат, начинает движение, и не равнин нулю.-В предельном случае энергоемкость УАУ равна 12 (51/ .

Основным высокочастотным возмущением для комбайна является процесс изменения скорости передвижения. В этом режиме работы комбайн представляется одномассовой системой, описываемой уравнением движения

Г п ¿v

Аг = Гт.ср+™Л (4)

Мощность, развиваемая приводом передвижения будет

Р«л'*РтЯ*Рт.ф1Г+тГ-0- .(5).

где рт - сила тяги; /~т.ср- средняя сила тяги, эквивалентная сопротивлению передвижения; /Я - масса уборочной машины;

У - случайный процесс изменения скорости передвижения комбайна, корреляционная функция которого аппроксимируется зависимо с тью

кг(1) -- &зм (6)

В результате совместного решения уравнений (5) и (6) были получены выражения для среднеквадратического отклонения мощности привода передвижения для машин с достаточно малой шириной захвата * ■ .

6А/7 -- (огг ' (7)

и для машин с произвольной шириной захвата

. № = &Го/Рг%><- (^-оС2) 7 (8)

» я ■ ' -

среднеквадратическое отклонение "ооредненной" скорости передвижения агрегата.

Анализ выражения относительного среднеквадратического

отклонения мощности привода передвижения от ши~

" VРт.

рины захвата в показал, что рост ширины захвата до 10 м снижает вариации мощности привода передвижения до 0,3. При дальнейшем росте в влияние ширины захвата на вариации мощности становится незначительным.

Среднеквадратическое отклонение мощности ДВС, обусловленное низкочастотными возмущениями, определяется по выражению

^ор' --тср^Ш) ^ (9)

где (5^ - среднеквадратичеокое отклонение уклона.

Среднеквадратическое отклонение мощности ДВС, обусловленное несколькими процессами, определяется как сумма

(оР-- (о/' Бра ' сю)

Выражения (3) и (10) являются основой Для определения энергетических показателей УАУ для'электрифицированного зерноуборочного комбайна.

Для пропашного широкозахватного агрегата, представляющего собой сложную динамическую систему со сложным плоскопарай-лельным движением, исследования энергетических показателей ДВС проводились на основе математического моделирования на ЭВМ. •

•Расчетная схема сил, действующих на агрегат при плоскопараллельном движении относительно неподвижных координат, представлена на рис. I, а структурная схема математической., . модели - на рис. 2.

В блоке I (рис. 2) формируется поступательное движение .'. агрегата.вдоль оси X . В блоке 2 формируются касательные,,, силы тяги технологических модулей с учетом аппроксимированной кривой буксования и вращательное движение сцепа технологических модулей вокруг шарнира с учетом сил бокового увода. В блоке 3 описывается система автоматического управления, вклю-

чающая в себя датчик разности курсовых углов сС , регулятор и тиристорный преобразователь. В блоке ,1 и 6 описываются процессы, происходящие в тяговом электроприводе, технологических и энергетическом модулях.

Блок 5 соответствует уравнениям тягового генератора постоянного тока с независимым возбуждением. В блоке 7 описана динамика ДВС с учетом его внешней характеристики и регулятора частоты вращения.

Разработанная математическая модель была проверена на адекватность реальному широкозахватному пропашному агрегату. Эксперимент проводился по утвержденной ОФ НАТИ и ЛСХИ методи-'ке, целью которого является оценка энергетических показателей опытного образца широкозахватного пропашного агрегата с электротрансмиссией при культивации кукурузы.

Полученные результаты эксперимента сравнивались о аналогичными данными, полученными в результате моделирования. При этом на вход модели подавались массивы тяговых сопротивлений, полученных опытным путем, а массы элементов агрегата, моменты инерции движущихся частей, коэффициенты системы управления в модели взяты в соответствии с натурными измерениями, проведенными в НАТЙ и ЛСХИ на агрегате МЭС-250. В качестве сравнимых координат были выбраны токи технологических и энергетического модулей, скорость движения агрегата и разность курсовых углов сцепа технологических и энергетического модулей.

Эксперимент показал, что математическая модель производит реальные процессы с ошибкой не более 15%. Следовательно, можно сделать вывод, что модель позволяет выполнить энергетические исследования, результаты которых можно использовать для определения энергетических показателей УАУ.

Исследования эффективности использования ДВС на математической, модели выполнялись при условии'движения агрегата по ровному полю, в этом случае анализировалось влияние процесса изменения'тяговых сопротивлений на энергетические показатели ДВС, и отдельно рассматривался режим движения агрегата по полю с уклоном, при котором оценивалось влияние макропрофиля на энергетику двигателя. Исследования выполнялись для следующих режимов работы МЭС-250:

- режим I - прямолинейное движение агрегата с шарнирным соединением, сцепа технологических и энергетического модулей;

- режим 2 - прямолинейное движение агрегата с жестким соединением сцепа технологических и энергетического модулей. Этот режим позволяет исключить влияние работы системы автоматического управления тягой движителей сцепа технологических и энергетического модулей на загрузку ДВС. Сравнительный анализ энергетических показателей ДВС при работе агрегата в режимах

I и 2 позволит оценить дополнительные затраты энергии на '. управляемое движение шарнирНо-сочлененного сцепа технологи-' ческих модулей;

- режим 3 - прямолинейное движение агрегата с шарнирным сое- ' динением сцепа технологических и энергетического модулей и абсолютно жесткой регуляторной ветвью внешней характеристики ДВС. Такой-характеристикой может быть представлена совместная, работа ДВС и УАУ,' при которой ДВС работает с постоянной нагрузкой, соответствующей работе в одной точке внешней характеристики. Выделив из случайного, процесса нагрузки этой энер- ' гетической установки математическое ожидание, воспринимаемое ДВС, и переменную составляющую, которую должно воспринимать УАУ, можно определить энергетические показатели УАУ.

Программа составлялась на языке рь/.Г , Результаты моделирования сведены в табл. I, из шторой видно, что суммарное отклонение мощности ДВС ь Г7,2'кВт. Эта величи-

на определяет мощность УАУ. ■ .• .

В результате энергетических исследований были сделаны следующие выводы;

- переменная составляющая энергии ДВС определяется низкочастотными возмущениями;

- переменная составляющая мощности ДВС определяется как сумма мощностей, обусловленных высокочастотными и.низкочастотными возмущениями;

- для. рассматриваемых динамических систем низкочастотные процессы проходят на ДВС и воспринимаются им (табл. I). Энергия высокочастотных процессов на 34,6$ проходит на ДВС и воспринимается им, а.остальные 65,4$ Гасятся массами самого агрегата и электротрансмиссией;

, -.колебания сцепа технологических модулей пропашного агрегата вызывают, дополнительные затраты энергии от ДВС порядка 3% и .увеличение переменной, составляющей момента на его валу на 5$;

Таблица I

Результаты математического моделирования

Параметры Движение агрегата

по ровному полю но неровному полю

Р е ж и и ы

J а 3 I 3

m/hr , kli 9,0/10,2 9,В/10,2 9,8/10,2 12/12 12/12

6r'/6r , kH 1,9/2,27 1,9/2,27 1,9/2,27 I/I I/I

w/vr . % 19,4/22,2 19,4/22,2 19,4/22,2 8,3/8,3 8,3/8,3

мрг. кВт 95 92,3 96,9 95,1 101,7

ърдиц. кВт 6,9 6,3 8,9 7,8 6,3

VPfM. % 7,2 6,8 9,2 8,2 8,2

ММ^из. Н'М 413,3 393,6 414 431,3 435,5 .

Н'М 30 27,2 38,1 33,2 35,8

vh$us. % 7,2 6,9 9,2 7,7 8,2

MCDtju*. i/c 229,3 233,67 233,67 220,2 232,7

I/o 17 14,8 - 21,8 -

vgd^ui % 7,4 6,3 - 9,8 -

mv м/с 1.6 1.7 1.7 1,36 1,46'

6V м/с 0,2 0,134 '0,14 0,25 0,145

1/1/ % 12,5 7.8 6 18,4 9,6

' -.работа агрегата с жесткой внешней характеристикой ДВС ' . '(табл. I, режим 3), что соответствует совместной работе двигателя с УАУ, дает возможность увеличить поступательную скорость агрегата и его производительность на Ь,2% и снизить вариации скорости на 36%.

В четвертой главе приведены схемные решения энергетических установок с УАУ дли зерноуборочного комбайна и широкозахватного пропагшого агрегата с эл^ктротрансмйосней, защищенные авторскими свидетельствами-(рис. 3 и 4). В схемах УАУ представлено блоком Л,'.' (рис. 3) -л блоком AI (рис. ч). Обе схемы имеют дна конч-ура регулирования. Первый контур с регу-

ляторои АА (рис. 3) стабилизирует загрузку молотильного аппарата, воздействуя на регулятор напряжения АЗ тягового двига- . теля и в'соответствии с (I) изменяя скорость передвижения комбайна. В схеме рис. 4 первый контур с системой автоматического регулирования тягой электродвигателей стабилизирует курсовую устойчивость агрегата, воздействуя на регуляторы напряжения А2, АЗ, А4 тяговых электродвигателей. Второй контур в двух схемах стабилизирует загрузку дизель-генератора, воздействуя через регулятор А5 на режим работы УАУ.

В главе приведены теоретические исследования влияния ограничений по мощности и энергии УАУ на его энергетические показатели. Ограничения мощности и энергии УАУ при его заряде или разряде могут быть связаны с возможностями технической реализации УАУ или из условий целесообразного уровня компенсации колебаний мощности первичного двигателя. Например, для аккумуляторной батареи, используемой в качестве накопителя энергии в УАУ, мощность, идущая на заряд УАУ, ограничивается величиной допустимого зарядного тока, а для маховика - механической прочностью при достижении предельной скорости и эффективной отдачей энергии при уменьшении скорости.

Были получены выражения средней мощности и энергии, идущей на заряд и разряд без ограничений

г'$г <®

и с введением ограничений по зарядной или разрядной мощности и энергии

'рг&у-е-^ш'-фф] . >

где Р* - средняя мощность, идущая на заряд УАУ; й - ограничение мощности при заряде УАУ.

Аналогичные выражения получены при разряде УАУ, а также для энергии заряда и разряда УАУ, в которых "- ограничение мощности или энергии при разряде УАУ.

Анализ зависимости степени компенсации переменной составляющей мощности 6= — от относительного ограничения с р+(а*«>)

показал, что наличие ограничений мощности или энергии УАУ как снизу, так и сверху приводит к тому, что не,- . скомпенсированные колебания должны быть восприняты ДВС, Одна-12

ко уже при 2Г 7Л. ДВС должен будет принять колебания, несущие менее 2.0% энергии.

В главе выведены теоретические выражения для оценки мощности потерь и потерь энергии в УАУ при вероятностном характере энергетических процессов, протекаемых в нем, и с введением ограничений по зарядной, и разрядной мощности и энергии

(^и Щи и-

о-кфгё2*}* ^ ( 13)

Аналогичные выражения получены для мощности потерь при разряде УАУ и для потерь анергии при заряде и разряде УАУ. Суммарные потери в УАУ определяются как сумма потерь, обус- . довленных отдельными случайными процессами.

Полученные теоретические выражения в главе 3 и 4, анализ возмущений, выполненный в главе 2, и энергетические исследования, проведенные в главе 3, позволяют сформулировать методику определения энергетических показателей УАУ.

' В пятой главе приведена методика определения энергетических показателей УАУ, алгоритм которой приведен на рис. 5,.

По разработанной методике в качестве примера были выполнены расчеты энергетических и массо-габаритных показателей •для двух видов накопителей энергии УАУ ~ аккумуляторных кислотных батарей и маховиков с приводом от электрической машины. Расчеты сведены в табл. 2. Анализ выполненных расчетов позволяет сделать следующие выводы: .

- введение ограничений по зарядной и разрядной мощности и анергии ( й-^р и ) приводит к существенному снижению массо-габаритных показателей накопителей энергии;

- введение ограничений ( О-бр и ) приводит к тому, что из воех колебаний нагрузки, проходящих на ДВС, только.80% •будет восприниматься УАУ, а 20% пройдут на ДВС. Эти неском-пенсированные колебания снизят экономические показатели ДВС, но на незначительный процент. Так, например, для широкоза-. хватного пропашного агрегата при коэффициенте загрузки по моменту 0,95 и коэффициенте вариаций момента на валу ДВС, составляющем 20/6 от проходящих на ДВС вариаций, удельный расход топлива по сравнению с номинальным режимом работы.ДВС возрас-

13

тот на 0,8/5, а не на 3,8$ по сравнению с работой агрегата без УАУ;

- мощность потерь в аккумуляторном накопителе энергии УАУ незначительно увеличивает суммарные потери в электротрансмиссии, а маховиковый накопитель энергии УАУ снижает общий КПД электротрансмиссии на 7%.

Таблица 2

Параметры аккумуляторных и маховиковых УАУ

Параметры Комбайн Пропашной агрегат

бр /б^ ^ и' кДж 9.1 9.1 17,2 17,2

246.4 246,4 ■ 370 370

кДж 3,6 2,87 6,86 5,4

98,3 77, V 148,2 '

¡а 0) 8* ей к (в хэ Ш И рз 3 о о а (м н о см и я 2 « 11 Я ^ ^ Тип батареи 6СТ-182 6СТ-50 • 6СТ-82 - 6СТ-82 6СГ-162

'Масса, кг 1190 382,5 - 561

- 297 630

Мощность потерь, кВт 0.19 0,035 - . 0.6

0,006 0.1

мощность, потерь элект-рогранс.,кВт 19,2 19,035 26,9 27,5

19,0 19,0 26,9 27,0

КПД 0,7 0,7 0.717 0,71 0,72

0.7 0,7 0,717

Маховик Момент инерции, кГм' 80 ■ 40 120 60

Диаметр, м 0,93 0.14 0,8 1.0 0,88 0.13

высота, м 0.12 0,15

Масса, кг 741.8 470,5 919 616.7

Мощность потерь, кВт 3,5 2.1 6,7 Ь.9

Мощность потерь электротранс., кВт 22,5 21,9 33,6 31,8

КПД 0.65 0,67 ■• 0,645 0,665

В шестой главе выполнены технико-экономический расчет применения УАУ на зерноуборочном комбайне и широкозахватном пропашном агрегате, который показал:

- внедрение на уборочной и пропалной технике УАУ приводит к 14

повышению использования мощности ДВС в среднем на 6%, росту производительности комбайна на 10%, пропашного агрегата на 6,2% в снижению удельного расхода топлива для комбайна на 4,2%, для пропашного агрегата - на 9,7$; - годовой экономический эффект на один агрегат для комбайна составил 223 руб., для широкозахватного пропашного агрегата -120 руб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ развития мобильной сельскохозяйственной техника и поисковых научно-исследовательских работ показал, что необходимы новые подходы к решению задачи эффективного использования ДВС.

2. На энергонасыщенной сельскохозяйственной технике, такой как зерноуборочные комбайны и широкозахватные пропашные агрегата, с целью повиаения эффективности использования ДЮ целесообразно применять УА/.

3..Основными возмущениями, влияющими на энергетику ДВС, являются для зерноуборочного комбайна процессы изменения уро-5айности хлебной массы, в функции которой формируется скорост-1 ой режим комбайна, и накропрофиля; для пропашного широкоза-сватного агрегата - процессы изменения тяговых сопротивлений I накропрофиля. Для каждого агрегата из-за существенного раз-гачвя частотного сотава соответствующих возмущений их влияние га энергетику ДВС иожно рассматривать раздельно.

4. Экспериментальные исследования опытного образца широкозахватного пропашного агрегата ЫЭС-250 подтвердили, что раз->аботайная математическая модель производит реальные процессы

; ошибкой не более 15% и, следовательно, позволяет выполнять иергеткческие исследования, результаты которых можно исполь-овать для. определения энергетических показателей УАУ.

5. Предложены схемы энергетических установок с УАУ и лектротрансмассией зерноуборочного комбайна и широкоэахватно-о пропашного агрегата, защищенные авторскими свидетельствами.

' 6. Разработанная методика определения энергетических па-ааетрор и' мюсо-габзритшх покизатс-лей управляемого аккумули-ующего устройстп позволяет определить энергию, мощность, о^ность потерь л мдеоу УАУ с учетом-ширины захвата агрегата введения огргши'гл.'Ш по зпр^ной и разрядной мощности и иергии УАУ. •

7. Выполненные расчеты энергии, мощности, мощности потерь и массы УАУ с накопителями энергии в виде кислотных аккумуляторных батарей и маховика с приводом от двигателя постоянного тока показали возможность их применения для технической реализации УАУ на уборочной и пропашной технике. Для зерноуборочного комбайна масса УАУ составляет при накопителе энергии в виде аккумуляторных батарей - 382,5 кг, в виде маховика - 470,5 кг. Для широкозахватного пропашного агрегата масса УАУ составляет при накопителе энергии в виде аккумуляторных батарей - 561 кг, в виде маховика - 616,7 кг.

8. -Оборудование- энергонасыщенных агрегатов УАУ позволяет увеличить производительность комбайна на 10%, широкозахватного агрегата - на 6,2$, снизить удельный расход топлива у комбайна на 4,2^, для широкозахватного агрегата - на 3,7$.

9. Годовой экономический эффект от эксплуатации новых агрегатов составляет для зерноуборочного комбайна 223 руб. на один агрегат, для пропашного широкозахватного агрегата -120 руб. на один агрегат.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. Цупак В.В. К обоснованию параметров энергетической установки электрифицированных уборочных машин. - Научные труды ЛСХИ. Электрификация И автоматизация сельскохозяйственного производства, Л., 1980, т. 392. - С. 70...76.

2. Цупак А.В., Копылов Г.Н., Цупак В.В. Энергетические параметры буферной установки уборочных машин. - Научные труды ЛСХИ. Вопросы электрификации и автоматизации сельскохозяйственных процессов в растениеводстве. Л., 1982. - С. 32...38.

3. Цупак В.В., Копылов Г.Н. Энергетические и массо-габаритные показатели буферных энергетических устройств уборочных сельскохозяйственных машин. - Сборник научных трудов. Автоматизированный электро- и гидропривод широкозахватных сельскохозяйственных агрегатов. Л., 1985. - С. 53...63.'

4. Мурашова В.В. Математическая модель энергетического процесса загрузки ДВС широкозахватного пропашного агрегата. -Л.: Сборник научных трудов ЛСХИ. Методы и средства интенсификации мобильных и стационарных технологических процессов в . растениеводстве, 1988. -С. 19...28.

5. Цупак B.B. Обоснование способов управления тяговыми приводами пропашного технологического модуля МЭС, обеспечивающих минимум расхода энергии при заданных технологических режимах. Подраздел: применение буферного энергетического устройства в мобильной сельскохозяйственной технике. - Л.: Отчет по научно-исследовательской работе, 1986, Ji 0.86.0081951, те-Lia 5.2, раздел 3. ,

6. Копылов Г.Н., Цупак A.B., Цупак В.В. Метод определе-шя энергетических параметров буферного устройства электрифи-дированных уборочных машин. - Челябинск: Тезисы докладов на-гчно-методического совещания на тепу: "Электрификация мобиль-шх процессов в растениеводстве и животноводстве", 1983,

!. 76...77.

7. Иофинов С.А., Цупак A.B., Глебушкин И.Ф., Цупак В.В., 1риккер В.Г. Устройство для автоматического регулирования за-■рузки зерноуборочного комбайна. - Авторское свидетельство

S 554832, 1976 г.

6. Цупак A.B., Мурашова В.В., Иваницки'й В.Г., Ларионов .П. , Петров В.Ф. Транспортное средство сельскохозяйственного азначения. - Авторское свидетельство Л I530II4, 1989 г.

Рис.. I. Расчетная схема сил. •'

, /?"'- тяговые сопротивления культиваторов; Рк , Ру , Ркэ - касательные силы тяги ведущих колес агрегата; Рд' . Рд . Р/!у . Рху' ~ смли бокового увода.

Рис. 2. Структурная схема математической модели.

ИРтгр- суммарная сила сопротивления, перекатыванию колес агрегата; , ££ , X - момент, частота вращения и ток технологических и энергетического модулей; у - скважность ти-ристорных преобразователей; Мг , 1Уг - момент и напряжение генератора? Одиъ., Рдиъ- - частота вращения и мощность ДВС.

зерноуборочного комбайна с УАУ.

Рио, Функциональная схема энергетической, установки зерноуборочного комбайна с-УАУ.

|Входные возмущения |

\Идссо-го5ярт. дар |

Мю

/>еШ/>ы рт

Рис. 5. Алгоритм методики'определения энергетических токазателей .УАУ. . . •

. 'V. Г • "'