автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Оптимизация энергетических режимов технологического модуля мобильного энергетического средства (МЭС)

САНКГ-ПЕТЕРБУРГСКИй ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Р Г 6 ОД

На правах рукописи

Бурень Олег Валентинович

ОПТИМИЗАЦИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МОДУЛЯ МОБИЛЬНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СРЕДСТВА (КЭС)

Специальность 05.20.02 - Электрификация сельскохозяйственного

произиодства

Автореферат

диссертации на соискание ученой ств.1„ кандидата технических наук

Санкт-Петербург

1994

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном аграрном университете.

Научный руководитель: кандидат технических наук,

доцэнт ЦЛ1ЛК A.B.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

КСВЧШ Сергей Александрович,

кандидат технических науи, доцент ГАРИОНОВ Константин Петрович.

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

Защита состоится 18 февраля 1994 г. в 14 чао.30 мин. на заседании специализированного совета Д 120.37,07 Санкт-Петер' бургского государственного аграрного университета по адресу: 189620, Санкт-Петербург, Пушкин.Академический пр.,23, ауд.529

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.

Автореферат разослан № января 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор техн. наук

т

Ф.Д.Косоухов

0ЕИ1ДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Повышение производительности и эффективности использования энергонасшцешюП мобильной сельскохозяйственной техники возможно в рамках тягово-энергетпческой концепции .

Экспериментальные исследования разработанного в ШО НАТЛ совместно с ЛСХИ мобильного энергетического средства (ЫЭС-250) пропагшого назначения .состоящего из рас пологенных в "шеренг:,'" энергетического модуля и сцепа двух технологических модуле:! с удвоенной аириной захвата показали,что при удовлетворительном выполнении агротехнических требований при двикешш в мегдуря-дье .агрегат имел сравнительно низкие энергетические показатели.

Изменения тягов сцепннх свойств агрегата и параметров электрической трансмиссии эмпирическим подбором привели к росту тя-гозого КПД агрегата.однако,отсутствие глубоких исследований энергетических процессов движения агрегата не позволило судить об оптимальности полученных результатов. В связи с этим,работа, направленные на синтез математических моделей энергетики движения агрегата и их всестороннее исследование .являются якзуалынми.

Настоящая работа посвящена повыпению энергетических показателей проппшых .широкозахватных агрегатов с "иеренговнм" расположением движителей и электрической трансмиссией на основе применения матеМатико-оптишзациошшх методов. Работа является составной частью паучно-исследоватбльских работ на те^:"Разработать и внедрить системы технических комплексов п технических средств.обеспечивавших устойчивость производственных процессов, высоки" уровень комплексной механизации и сникепие потерь в процессе производства, хранения и переработки продукции раотение-водствя в 1ГПЗ РСМСР". Работа выполнялась на кафедра "Электрические машины и электропривод СПГАУ.

Цель работы состоит в повшленип эффективности использования энергетических ресурсов агрегата путем определения оптимальных значошШ конструктивных параметров ходовой части модуля и обоснования способа регулирования тяговым электроприводом технологического модуля (М).

Научная новизна работ« заключается:

- в новом подходе к решению задачи по обоснованию оптимальных значений копструктившос параметров ходовой части. ИЛ на основе анализа стационарных и динамических режимов его движения:

- в разработке методики определения значений конструктивных

параметров ходовой чаоти и в обосновании способа регулирования тяговым электроприводом ТМ.обеспечивающих наивысшийКГЩ агрегата.

Практическая ценность. Разработаны рекомендации и выполнены расчеты значений конструктивных параметров ходовой части и обоснован способ регулирования тягойым электроприводом ТМ,обеспечивающие наивысший тяговый КПД в реяиме двияеняя широкозахватного пропашного агрегата МЭС-250. Установлено,что с целью сохранения высоких энергетических показателей агрегата,при смене рабочих орудий.следует изменять массу ТТЛ путем навешивания грузов на телексу ТМ, Регулмровать тяговый привод ТТЛ целесообразно по якорной цепи с побтоянным Магнитным потоком. . Реализация результатов. Разработанная методика определения оптимальных Значений конструктивных параме?роз ходовой части и обоснованный способ регулирования тяговым ¡электроприводом ТМ внедрены в НПО НАТИ, Методика применяется при проектировании перспективной энергонасыщенной техника. Рекомендации по уточнению конструктивных параметров ходовой части и способа регулирования приводом Ш приняты к реализаций на МЭ0-250.

Апробация работы. Резулыаш работы докладывались на научно-технических конференциях я ОПГАУ (г,0анк1~Петер(5ург), Всесоюзной научно-практиЧзокой конференции молодых ученых и специалистов -'Молодые ученые-и Научно-технйческий прогрёос в агропромышленном производстве" в 1990 у. ВШ (г.Москва) ,ЧШЭСХ в ХЭ91 г. .(г.Челябинск),

Публикации, По тема диссертаций опубликовано 4 печатных работы, отражающие ее ооновйре оодерканиз. •

Объем и с пук тура риосертагми. Диосергация состоит.-йэ введения, 6 глав, заключений. Общий объем дисоертации Г?5 страниц, из них 112 страниц текста, 21 таблица, 42 рисунка.

ООДВРЕАНИБ РАБОТЫ

В первой главе на основе анализа литературы определены основные пути повышения производительности машинно-тракторных агрегатов в растениеводства и выявлено,Что применяемые в настоящее время энергонасыщенные ^акторы используютоя недостаточно аффективно цри классическом способе компоновки. Агрераты,созданные на основе тягово-энерге тичэской концепции с "шеренговыгл1* расположением модулей,поэводяют порысить производительность за счет многократного увеличения ширины захвата И эффективность Использования энергетических ресурсов - за счет рациональной органи-

зации энергетических потоков.

В рамках тягово-знергстической концепции в НПО НАТИ и ЛСХН было создано мобильное энергетическое сродство МЭС-250.представляющее собой шарнирно-сочлененный агрегат с шеренгошм расположением ведущих осе Л энергетического модуля и сцепа двух технологических модулей,соединенных между собой балкой. Для привода ведущих осой модулей применены тяговые двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. Модули снабнены навесными устройствами для агрегатирования с сельскохозяйстзен-iun.ni орудиями. Тяговосцепной расчет агрегата шл выполнен по классическое методу расчета,в основу которого пологен стационарный рсяим движения и стандартные расчстпые ускорения.

Проводсшше лабораторно-полевио испытания МЭС-250 выявили, что агрегат удовлетворительно, выполняет агротехнические требования двигаясь в междурядье при сравнительно низком уровне внешних возмущений. Значительнее внешние воздействия приводили к нарушению взаимного расположения модулей п делали его дальнейшее движение невозможным. Энергетические показатели агрегата оказались сравнительно низкими.Анализ показал.что конструктивнее параметра ходовой часта и способ регулирования тлгов:1м приводом та не соответствовали требования:.! рекпмов движения агрегата. Такой результат явился следствием расчстгахх ошибок,так как классический тяговый расчет не учитывал дополнптельшх пункций,возлагаемых на тяговый электропривод технологических модулей, связанных с сохранением взаимного расположения модулей в агрегате при изменении сопротивления орудий и маневрах па гопе.

Изг.Енеппс тягово-сцепшк свойств агрегата п способа регулирования тяговым электроприводом эмпирическим подбором ряда параметров в процессе испытаний (табл.1) позволило повысить показатели агрегата.однако при отсутствии математической модели энергетических процессов в агрегате п ее глубокого исследования невозможно сделать вывод об оптимальности выбранных параметров и способа регулирования.

Анализ основных современных направлений развития мобильной сельскохозяйственной техники показал,что вне зависимости от способа "поренговой"компоновки агрегата,режимы работы модулей, угтавление двияопием которых возложено на автоматическую систему управления (АСУ),имеют общие особенности.С целью формирования общего подхода к исследованию энергетики,была создана обобщенная модель мобильного агрегата.состоящего из модулей,соединенных между собой различного рода энергетическими и инфврма-

Таблица I

Результаты эмпирического подбора параметров ходовой части ТМ и способа регулирования тяговым приводом в сопоставлении о расчетными значениями

Значения показателей Варьируеше параметры Расчетные Атипические

Масса ТМ, тхм . кг

Передаточное отношение редуктора 1.рт . Параметры шин

Способ регулирования приводом ТМ

ционшши каналами. Основным элементом обобщенно!! модели является технологический модуль,выполняющий частично или полноотью тяговую функцию и функцию сохранения-взаимного расположения элементов агрегата. Проблемы.выявленные при экспериментальных исследованиях ПЭС-250.являются общими для агрегатов,состоящих из нескольких модулей.расположенных в "шеренгу" вдоль фронта навешиваемых орудий..

Варьируемыми параметрами при исследовании,не приводящими к принципиально^ изменении конструкции модуля,были приняты: масса ТМ, передаточное отношение редуктора и Момент инерции вращающихся частей привода. Управление тяговым приводом было принято по цепям якоря и обмотке возбуждения.

Для достижения поставленной в работе цели необходимо решить следующие задачи:

- обосновать значения массы.передаточного отношения редуктора и момента инерции вращающихся частей тягового привода ТМ, обеспечивающих наивысший тяговый КЦД агрегата;

- обосновать способ регулирования тяговым приводом ТМ,обеспечивающий требуемые реаиш двинейия при наилучших энергетических показателях;

- разработать методику определения оптимальных значений конструктивных параметров ходэвой части и способа регулирования тяговым приводом.всесторонне учитывающую рекиш движения технологического модуля с наивысшим КПД;

- разработать рекомендации по выбору оптимальных значений конструктивных параметров ТМ агрегата МЭС-250 с культиваторами КРН-5.6 и КРН-6.4.

Во второй главе изложен подход к исследованиям,их программа и методика. Вследствие общности функций и режимов движения аг-

1700 3000

32.7 17

13.6/12-38 15.5-38 Однозонное регу- Однозонное регулирование по цепи лирование по возбуждения якорной цепи

регатов с "теренговьгм" расположением модулей и различными способа™ их сочленения,к рассмотрению принят обобщенный технологический модуль,соединенннй с энергетическим модулем возможными энергетическими.механическими и информационными связями. Предметом исследования являются энергетические процессы движения технологического модуля с целью оптимизации тягового КПД агрегата посредством варьирования параметров ходовой системы модуля,мнящих на его тяговосцепнне свойства,и способа регулирования тяговым электроприводом.

Учитывая необходимость сопоставления результатов исследований с результатами,получаемыми по классическому методу тягового расчета,а тагао оценки правомерности вычленения ТТЛ из состава arpeгата,принята следующая программа исследований:

1. Оптимизация тягового КЦД агрегата по стационарному режиму.

2. Оптимизация тягового КПД модуля по стационарному режиму.

3. Оптимизация тягового КПД модуля по динамическому режиму.

4. Оптимизация тягового КПД агрегата по динамическому режиму.

Методом исследования принято математическое моделирование.В

пропзссе исследований определялись энергетические показатели, сравнение значений которых,при различи«: сочетаниях параметров модуля,позволяло найти их наилучшие значения,обеспечивающие ма-ксжАУТл- тягового КПД. Математические модели энергетшш разрабо-таш! на основе моделей поступательного движения агрегата в стационарном и динамическом режимах,адекватность которых доказана сравнением с результатами полевых испытаний МЭС.

Рассматриваемая задача относится к классу оптимизационных подач,где критерием оптимизации выбран максимум тягового КПД, кпк параметр, наиболее полно оценивающий эффективность использования энергетической установки агрегата.

Для po'voinm поставленной задачи бил составлен алгоритм, который в обобщенном виде можно описать следующим образом. Сначала определяются все возможные комбинации независимых варьируемых параметров и рассчитываются значения функции в каждом узле. Затем из всех напученных значений функции выбираются "лучшие" точки ,n которых функция приняла наибольшие значения. Далее из калдой"наилучш9й" точки методом Гаусса-Зейделя находилось максимальное значение функции и рассчитывались значения искомой функции при изменении варьируемых параметров около оптимальных значений. На основе данного .алгоритм! была создана программа "Gauss" для расчета на ЭВМ.

Правильность ролученных результатов теоретических исследований подтверждалась их сравнением с результатами полевых исследований.

В третьей главе исследуется энергетика стационарного режима движения агрегата по ровной горизонтальной поверхности. Расчетная схема сил .действующих на агрегат,представлена на рис.1. Математическое описание движения выполнено при ряде допущений.Тяговые сопротивления рабочих машин.условия качения и сцепления ведущих колес модулей приняты одинаковыми. Силы бокового увода ведущих колес и культиваторов не учитывались вследствие их малости при прямолинейном движении. При изменении веса модуля положение цантра масо ТМ принято неизменным. Ограничения на мощность первичного двигателя не накладывались. Принятые допущения определили следу шею систему уравнений:

Гэ= 2 Ящ1 й т (I)

йэм'&3-Ц^ Гэ (2)

(3)

(4)

(5)

(6)

ГКТ=0.5(Г0-ГКЭ) (7)

(8)

д • м- йтмнттм-*о.5ггш> тэ/2кт (9)

(10)

(II)

(12)

(13)

(ТА)

+ Мсэ (15)

(16)

1йэ-(мэ/(а&эяс»))Н/и+Свэ)) civ)

1Я1 = Мт/кФт (18)

1ат = Кьт(кФт/йьт)^СвТ (19)

нФ33 Мэ/хяэ (20)

и)э-1Г1рэ/(а„3(^- s3)) (2D

WT = D4pW(VH-M (22)

¥„=KtP3'(A)3+Ii3(R„^R89) (23)

"^*твкфт-(0т+1ятйят (24)

1г-1й9^а1Лтият/1ГЛз (25)

Et-V^IfR* (М)

Piui-Efli+МогЧрг-Wi <27)

Wg»Wgo + Ki9(M19-Ma) . (29)

fi,T«VI«*VIIT «30)

P2t»(Rt-^/2)V (3D

Час' 2RT-V/pflu, (32)

ЯыК!^ ■ ^

Уравнения решались метолом Гаусса. Распределение тятовнх усилий.между в общем случае механически связанными в единую систему модулями,находилось итерационным методом. Итерационный' процесс считался завершенным.при.условии,что выполняется заданное соотношение между напряжениями на якорных обмотках тяговых двигателей сМ и технологических модулей. . •■,

С целью наиболее пал ного учета.возможных режимов движения, задача определения конструктивных параметров.ходовой части и

(28)

обоснования способа регулирования тягового электропривода по критерию максимума КПД агрегата, била решена для движения агрегата с различны?,ш скоростями и навесными орудиями разной пи-рины захвата. Выбранные значе!шя скорости.и средней тяговой нагрузки соответствовали агротехническим требованиям при выполнении пропашных операций. Максвдуи тягового КПД находился по разработанной программе «Gauss«.

На основании проведенных исследований установлено,что гиперповерхность тягового КПД агрегата в заданном диапазоне варьирования параметров U.1 имеет один экстремум и найденное значение функции является наибольшим. Значения параметров ходовой части Ш и его электропривода,обеспечивающие максимум КПД, представлены в табл.2.

Таблица 2

• Результаты оптимизации тягового КПД агрегата ._в стационарном режиме____

Искомые характеристики

RT = 10 кН RT = 14 кН

V=I м/с IT=2 м/с TM м/с V=2 м/с

1675 1800 2588 2775

t 40 37 40 40

!' 1.58 1.65 1.60 1.65

112.4 206.5 II6.5 212.6

0.В77 0.448 0.389 0.458

0.457 0.496 0.467 0.504

Масса 1М ттм, к1-

Петедаточное, отношение редактора 1рт

Магнитный поток кФт, В

Напряжение на якорной обмотке ийт , В

КПД агрегата ^

КЦД модуля Г£мс

При заданной тяговой нагрузке изменение скорости агрегата ре приводит к сколь-дибо существенному изменению оптимальных значений конструктивных параметров ходовой части ИМ. Относительный коэффициент связи.представляющий собой относительное изменение параметра в долях относительного изменения скорости, составляет дяя массы - 0.07,дяя передаточного отношения -0.08. Опираясь на этот результат,обоснование способа регулирования тяговым приводом выполнено для усредненных значений массы и передаточного отношения редуктора. Математическое ожидание тягового сопротивления было принято 10 кН, а диапазон изменения ваят 3 ¿¿г, который составил +2000 Н.

В результате вычислений было установлено,что при наивысшем значении тягового КПД напряжение на якоре и поток двигателя должны изменяться линейно в функции тягового сопротивления.

При этом изменения магнитного потока в функции скорости и нагрузки весьма незначительны. Относительный коэффициент связи по скорости составил для Э.М-0.035, Tf.i-0.057 и по нагрузке для ЭМ-0.024, для Ш- 0.044. На основании полученного результата был сделан вывод о целесообразности применения в качестве тяговых двигателей электрических машин с независимым возбут.дештем, управляемых по цепи якоря. Применение обоснованного способа регулирования тяговым приводом приводит к относительному снижению оптимального КПД на 1.С# в принятом диапазоне изменения нагрузок.

В четвертой главе исследуется энергетика стационарного и динамического режима движения технологического модуля. В основу математической модели энергетических процессов движения технологического модуля положены принципы,описанные в главе 3. Механическая связь Ш с агрегатом представлена тяговой силой,постоянной по величине, действующей на модуль со стороны связующей балки. Задача обоснования оптимальных значений варьируемых параметров ходовой части и тягового привода по критерию максимума тягового КПД модуля была решена для тяговых нагрузок и скоростей, соответствующие режимам работы агрегата. Усилие,действующее на модуль со стороны агрегата,было определено в результате расчета модели энергетики стационарного режима движения агрегата при оптимальных значениях варьируемых параметров для каждого значения скорости и тяговой нагрузки. Результаты исследований представлены в табл.3.

Таблица 3

Результаты оптимизации тягового КПД модуля

__в стационарном режиме__

Показатели режима движения_

Искомые характеристики Кт = 10 кН_Ят = 14 кН

_ У=1 м/с V =2ы/о 1/=1м/с У=2мТс~

ГЛта, кг 1700 1775 2625 2800

I рт 48 35 56 43

кФт, Вс 1.49 1.66 1.57 1.71

1/ят, В 123.4 199.1 151.1 247.7

1^мс 0.459 0.494 0.476 0.507

На основании проверенных исследований было установлено,что полученные параметры ходовой части,соответствующие оптимуму тягового КПД, несколько отличаются по значениям от соответствующих параметров,полученных в главе 3. С целью оценки влияния этих отклонений на КПД агрегата в целом,был вычислен тяго-

вый КОД агрегата при условии,что параметры ТМ получены в результате оптимизации КПД ТМ. При тяговой нагрузке =10 кН, относительное изменение КПД агрегата составило 0.6...1.2/, , при

=14 кН - 1.2...2.4?. Эти результаты подтверждают правомерность поиска параметров ходовой чзсти на модели отдельно взятого модуля.

Модель стационарного режима движения модуля не учитывает особенностей движения модуля в составе агрегата,связанных с необходимостью сохранения взаимного расположения модулей в агрегате. С целью сохранения взаимного расположения модулей в агрегате,ТМ помимо реализации стационарной тяга, должен быть способен развивать необходимое динамическое тяговое усилие. Реализация дополнительной тяги требует коррекции тягово-сцеп-ных свойств модуля.

С целью уточнения параметров ходовой части технологического модуля, определяющих его наивысший КПД, была разработана модель энергетики модуля,с учетом изложенных особенностей движения. При составлении математической модели энергетики динамического режима движения ТМ, к допущениям,принятым при составлении модели стационарного режима движения агрегата (гл.3),добавлены следующие: опорная реакция ведущих и опорных колес но зависит от тягового со противления, деформация шин ведущих колес огсугстщет.

(36)

(34)

(35)

^■(^хЛе-^МГ,

(37)

(33)

т

о

(39)

т

(40)

в

т

т

Pm = f i FnT V dt (42)

T

о

i

Mco- WTdi (43)

0 T

dt (44)

о

PS=iVPnT*Ppr+P*r (45)

^мр,= Рат/Ри «б)

Исследования были проведены в такой последовательности.Сначала была решена оптимизационная задача при движении ТТЛ вдоль прямого рядка растений,при действии на модуль переменного тягового сопротивления. Затем было выявлено влияние кривизны рядка растений на энергетические показатели модуля при оптимальном сочетании конструктивных параметров ходовой части. Оптимизация энергетических показателей ТМ проводилась с помощью программы "gauss", в которую введена подпрограмма решения дифференциальных уравнений энергетики поступательного движения модуля.Результаты исследований представлены в табл.4.

Таблица 4

Результаты оптимизации тягового КПД

_модуля в динамическом режиме_

_Показатели режима движения

Искомые характеристики Ивт - 10 кН Мит = 14 кН _ V =1 м/с У=2 м/с V sIm/c 1Г=2м/с

тТИ1 кг

hpT 2

«вт - > кгчг

Чмд Чмс

На основании лроведенных исследований установлено,что по сравнению со стационарным режимом движения (табл.3),с целью снижения потерь на буксование,необходимо увеличить массу ТМ (рис.2,а) и снизить передаточное отношение редуктора. Общепринятый прием балластирования ТМ путем навешивания грузов на

8000 ЗЗОО 4200 4500

35 33 45 42

0 3 3 3

0.430 0.467 0.453 0.480

0.438 0.479 0.164 0.495

ведущие оси модуля приводит к увеличению момента инерции вращающихся частей и снижает энергетические показатели модуля (рис.2,6) вследствие роста потерь в электрических цепях двигателя .

Экспериментальные исследования показали,что условная линия, имитирующая рядок растений.имеет непрямолинейный характер. С целью упрощения рядок растений представлялся синусоидальной функцией с параметрами,близкими к реальным. Для определения влияния переменного характера тягового сопротивления и кривизны рядка растений на энергетические показатели модуля,исследовались следующие варианты:

1. Варьируются частота и амплитуда рядка растений. Тяговое сопротивление меняется по случайному закону.

2. [.'атематпческое отдание тягового сопротивления варьируется относительно базового,скорость движения модуля задала постоянной.

3. Варьируются частота и амплитуда тягового сопротивления. Скорость движения модуля задана постоянной.

Результаты исследования показали,что основные затраты энергии при регулирования тягового привода с целью движения с заданной скоростью идут lía компенсацию переменного характера тягового сопротивления рабочих машин. Следовательно,при обосновании оптимальных значений конструктивных параметров ходовой части ТМ, можно моделировать движение по прямой и не учитывать кривизну рядка растений.

В пятой главе исследуется энергетика динамического режима движения агрегата. Задача исследований включает проверку основных результатов моделирования энергетики режимов" движения модуля и сформулированных при этом выводов и рекомендаций по выбору конструктивных параметров ходовой части МЭС-250.

Математическая модель составлена для режиыа плоско-паралле-лъного движения агрегата по поли. Расчетная схема сил.действующих на агрегат при движении,представлена на рис.3. Математическая модель состоит из уравнений динамики поступательного движения агрегата вдоль осей ОХ и ОУ, вращательного движения сцепа технологических модулей относительно вертикального impimpa, динамики электрических цепей трансмиссии и уравнений потерь энергии в элементах агрегата. Обобщенная структурная схема математической модели агрегата представлена на рис.4. Моделирование выполнено при условии, что система управления идеально

сохраняет геометрии взаимного расположения модулей в агрегате. Обоснование оптимальных значений конструктивных параметров ТМ по критерию максимума тягового КДЦ агрегата было проведено при нагрузочных режимах и скоростях,соответствуй их реальным значения!,!. I,Максимум тягового КПД в динамическом режиме находился с помощью программы "GAUSS". Для расчета тягового КПД агрегата в динамическом режиме в состав программы "GAUSS" включена подпрограмм, действующая по следующему алгоритму. Первоначально рассчитывается модель энергетики стационарного режима движения агрегата и определяются начальные условия для динамического режима. Затем вычисляются значения тяговых сопротивлений левого и правого ТМ. Далее решаются уравнения динамики правого,левого ТМ и SM при идеальном управлении агрегатом,обеспечивающем равенство поступательных скоростей всех трех модулей. В заключение рассчитываются энергетические показатели агрегата. Результаты оптимизации тягового КПД агрегата представлены в табл.5

Таблица 5

Результаты оптимизации тягового КПД агрегата _в динамическом режиме_

_Показатели режима движения

Искомые характеристики Мат= 10 кН_ Мят = 14 кН

_'J=I м/с 1Г =2м/о Tbl м/с 1Ге2м/о

m

кг ' 2700 2900 4000 4300

42 39 43 40

кг-м2 3 3 3 3

0.348 0.412 0.375 0.421

0.413 0.439 0.436 0.461

ТМ

I рт

Зьт

1ад

Чил

Сравнительный анализ результатов показал,что параметры ТМ, полученные на модели динамики Ш (табл.4) отличаются от параметров ТМ,полученных на модели динамики агрегата (табл.5) на величину ошибки, не превышающую для массы ТТЛ +13Л%,передаточного отношения редуктора -16.7...+52. Для практической реализации, значение передаточного отношения редуктора при изменении скорости и нагрузочного режима может быть принято постоянным. При этом относительное снижение тягового КПД во всем диапазоне изменения скорости и нагрузки не превышает 2$. Таким образом получено подтверждение положений о необходимости определения оптимального значения массы ИД на динамической модели агрегата или модуля. Модель стационарного режима движения дает заниженные значения массы. С целью упрощения расчетов, значение

Ш1И можно находить по модели динамики ТМ.

Оценка эАктивности использования мощности первичного двигателя ЮС-250 проводилась сравнением установленной мощности с мощностью,необходимой для выполнения технологической операции при конструктивных параметрах ходовой части технологических модулей и обоснованном способе регулирования тяговым приводом, обеспечивающих наивысший тяговый КПД. Моделировался режим движения с М8Т =10 кН и скоростью V =1.3 м/с для которого экспериментально был определен коэффициент полезного действия агрегата. Сравнительные результаты представлены в табл.6.

Таблица 6

_Параметры агрегата и результаты моделирования_

Показатели реально- Результаты модели-Параметры го агрегата МЭО- ' рования ЫЭС-250-ь _8.4_УЖРН 8.4__

Мощность дизеля,кбт . 92.8 69.4

Тяговый КПД агрегата 0.28 0.38

Сравнение данных табл.6 показывает,что снижение потерь в агрегате позволяет уменьшить мощность,потребляемую агрегатом МЭС-250 на 25.2$, а абсолютное значение КПД агрегата увеличить на 105?. ■ .

В шестой главе выполнен *ехнико-экономический расчет использования в составе агрегата технологических модулей с оптимальными конструктивными параметрами и обоснованным способом регулирования тяговым электродвигателем. Расчеты показали, что аффект,полученпый за счет повышения производительности агрегата, составит 1642 рубДв ценах 1991 года).

основные швода

1. Тяговый расчет технологического модуля следует выполнять^ отличие от классических методов,на основе динамического режима,определяемого специфжой функциональных задач,возложенных на технологический модуль. Отличие значений масс,рассчитанных различными методами, составляет 46.2л.

2. Обоснован подход к исследованию эноргетичсских режимов технологического модуля,в котором модуль вычленяется из состава агрегата и рассматривается в обобщенном виде с заменой реальных связей соответствующими энергетическими,позволяющий упростить математическое описание иоследуемнх процессов.

3. Разработана методика определения значений конструктивных

параметров ходовой части модуля,обеспечивающих наивысшее зна-14

чоroi6 тягового КЦД модуля и,соответственно,агрегата.

4. Обоснован способ, регулирования тяговым приводом технологического модуля,при котором тяговое усилие формируется регулированием напряжения электродвигателя при постоянном магнитном потоке.

5. Определены значения конструктивных параметров ходовой части технологического модуля широкозахватного агрегата МЭС-250, позволяющие получить наивысший тяговый КПД агрегата. Изменение параметров ходовой части ТТЛ МЭС-250 в соответствии с предложенными рекомендациями увеличит КПД агрегата на 10%.

6. Балластирование технологического модуля при его агрегатировании с культиваторами различной ширины захвата рекомендуется проводить установкой дополнительных грузов на платформу модуля,а не на движители,как это принято в настоящее время.

7. Годовой экономический эффект от использования широкозахватного пропашного агрегата МЭС-250 с оптимальными значения?"* параметров ходовой части и обоснованным способом регулирования тяговым приводом Модуля составит 1642 руб.(в ценах 1991г.).

Основные положения .диссертации изложены в следующих работах:

1. Еуреяь О.В. Статика силового привода технологического модуля.- ЛОХИ: Тезисы докладов к конференции молодых ученых и студентов ЛСХИ "Вклад молодых ученых в развитие сельскохозяйственного производства", 1988,- Ö.НО.,.III-»

2. Бурень O.S. Обоснование способа регулирования тягового электропривода технологического модуля мобильного энергетического средства по критерии максимума КПД.- ЛСХИ: Тезиса докладов к конференции молодых ученых и студентов Л0ХИк 1990. -0.137.4.13В.

3. Петров В.Ф. .Бурень О.В. Обоснование способа регулирования тягового электропривода технологического модуля мобильного энергетического средства.- Сборник научных трудов ЛСХИ. Методы и. средства интенсификации технологических процессов

на базе'микроэлектроники. Л.,1990.- 0.37...63.

4. Цупак A.B..Бурень О.В. Исследование инвариантной к возмущению система управления технологическим модулем мобильного энергетического средства.- Сборник научных трудов ЛГАУ. Интенсификация технологических процессов в растениеводстве. Л., 1991.- С.66...70.

Рис.1 Расчетная схема сил.действующих на агрегат. I-корпус трактора- 2-ведущее колесо; 3-управляющее колесо; 4- балка; 5- рама; 6- редуктор; 7- рабочая малина; F4.Fj.Fj, Гц-опорные реакций кслес;,ГМТ -касательные силы тяги;

Рпэ «^пт - сш сопротивления перекатыванию; &э ,&1И-силы тяжести; Гэ ,Г6 - усилия, передаваемые через балку;йт - тяговое сопротивление рабочей машины

Рис.2 Зависимость тягового КПД ИД в стационарном и

динамическом режимах от массы и момента инерции

вращающихся частей привода

Рис.3 Расчетная схема сил, действующих на агрегат при I „ , , плоскопараллельном движении.

^Лт,^ - силы бокового увода; - тяговые

сопротивления

Рис.4 Структурная схема математической модели динамики

агрегата ^ ^