автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Разработка системы управления движением гусеничного трактора

?го одх

- ь 133':

лнькоискии ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВЮМОЬИЛЫМ-/10РИЖ1ши Ю1ШЧ6ЖИИ УПИНЕУСИГЫ

УДК ЬЛ. И2

На нраиах рукописи

Н'ЫНК ЦИК ЮР МИХАИЛОВИЧ

РА^'АЫЛКА сиаеми' УНРАШЖЛИЯ ДШШНИЬН ГУСЬНИЧНОГО 1РАКГОСА

Специальность Ой.05.03 - автомобили и трактиры

Автореферат диссертации на соискание ученой стемёни кандидата технических наук

Харь ков

Работа выполнена на кафедре автотракторостроения Харьковского политехнического университета.

Научный руководитель:

- кандидат технических наук, профессор Рославцев A.B. Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Лебедев А. Т.

■ - кандидат технических наук,' доцент Шепеленко И. Г.

Ведущее предприятие: Харьковский тракторный завод.

Защита состоится 1994 г. в часов

на эасёдании специализированного совета К 068.12.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук Харьковского государственного автомобильно-дорожного техничекого университета по адресу:

31007В, г. Харьков, ул. Петровского, 25.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. •

Автореферат разослан ' . ".ЧГГ.УЛГП^. 1994 г

Ученый секретарь специализированного совета канд. техн. наук

Дощечкина И. В.

ОЬЩЛН ХЛНЛКГЬ.ГИС1ИКЛ ГЛЫПЫ

Актуальность темы. Совершенствование трак торов, как н лыОои другой техники, предопределяется необходимостью поьишенил производительности труда, снижения нат ериалыю-энергетичесмнх згират при выполнении работ в сельскохозяйственном производстве,обеспечении экологической совместимости с природой и т.д. Усилились требовании улучшения условий труда тракториста и управления работой MIA Последнее требование ужесточается в связи с расш,1[гнием функциональных возможностей машин, b перспективе, по мере насыщении хозяйств техникой и распространении новых форм организации

а*

производства следует ожидать, что эти требовании будут возрастать.

На примере гусеничного пахотного агрегатата установлено, что заметные доли психофизической нагрузки водители и затрат энергии двигателя относятся к поддержанию необходимой траектории движения. Усталость водителя приводит к снижению качества обработки почвы и производительности труда, разработка систем управлении движением гусеничных тракторов достаточно.важная и актуальная в настоящее время проблема.

Цель работы - снижение затрат энергии двигателя трактора и нагрузок на водителя при движении пахотного агрегата ' путем совершенствования системы его управлении, основанном на периодической, частичной или полной, компенсации увода МТА с помощь» задающего устройства, режим которого определяется водителем, исходя из условий эксплуатации.

Объект исследований - гусеничный трактор а составе пахотного агрегата, состоящего из трактора 1-150 и плуга ПЛН-5-35.

Научная новизна.

1. Разработан способ и методика предварительного формирования корректирующих управляющих воздействий на механизм поворота трактор* и предложена методика оценки качества управления движением гусеничного пахотного маыинно-тракторного агрегата. 4

3

2. Г'азрабчтзна натематичёская модель управляемого движения пахотного агрегата с учетом особенностей трансмиссии трактора и наличия эадатчика нормированных управляющих воздействий, корректирующих его урод.

3. Разработаны методика и аппаратура для определения нгмояянного буксооання гусеничных движителей при неустановившемся движении трактора

Практическая ценность. Разработанная методика расчета позволяет создавать и применять системы управления гусеничными тракторами с компенсацией постоянного увода. Такие устройства могут быть также составной частью систем автоматического вождения.

Реализация работы. Результаты исследований используются в разработках систем управления гусеничными тракторами ОГК ХТЗ.

Математическая модель используется в учебном процессе на кафедре автотракторостроения ХНУ.

НоЕие конструктивные элементы в системе управления гусеничным трактором защищены авторскими свидетельствами N 485022 и N 1063681

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, сотрудников и аспирантов ХПИ в период 1976 - 1991 г. : на Республиканском научно-техническом совещании "Повышение надежности и ресурса зубчатых передач в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении", проходившем 20-21 ноября ,1979г. в Харьковском Доме техники НТО;Республиканской научно-технической ксн»еренции"Проблемы конструирования и технологии производства сельскохозяйственных машин", проходившей в Кировоградском институте сельскохозяйственного машиностроения 22-24 декабря 1901 г. в г. Кировограде; Областном научно-техническом совещании"Повышение технического уровня зубчатых передач энергонасыщенных тракторов", состоявшемся 14-16 марта 1983 г. в Харьковском Доне техники НТО; Всесоюзных научно-технических коноеррмциях "Исследование и совершенствование тракторны| конструкции", проходившей с 30 мая по 1 июнп 1903 г. в НПО "ИАТИ"

1

Г. Москва, "Совершенствований: тракторных конструкции а уллоь", проводившейся в НПО "НЛТИ" 1-3 июня IVÖV г. и "Пути к средсть* автоматизации управления машинно- грант орнини агрега глми",

проводившейся в ЧФ "НЛ1И" 26-2Ö октября \9HÜ г. ь г. Челяоинске.

Публикации. По теме диссерт ацин опубликовано 11г не чат них работ, в ток числе два авторских свидетельства.

Объем работы. Диссертация сос гонт из воедеимя, чсг ирей г л*а, иаодов, списка литературы из 95 наименовании•и прил.\,*ении. Заботь изложена на 162 страницам, в том числе 110 страниц машинописного текста, 76 рисунков и фотографий, 6 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведем оозор м сделан анализ теоре гичесни* и экспериментальных исследовании по динамике движении гусеничных тракторов и МТА,а также рассмотрены имеюшиесн оценочные критерии по устойчивости движения и •управляемости. Эти вопросы нашли свое отражение в работах Аврамоьа В.П., Ьеккера И.Г., Ьонг Цш., Г енфель бейна С. II. , Говорущенко H.H.. f ольдина V.U., (рьдескула A.b.« Гуськова В.В., Гячева П.В. , Ьгоркина В.В., Забавникова Н. А. , Кацыгина В. В. , Коденко М.И., Коновалова В.ф., Краснень нова В Н., Кутькова f. Н. , Лебедева А. Г. , Литвинова A.C.. Ломака С. И. . Платонова В.ф., Рославцева A.B., Серебрякова И.Н., 1атарчуна Г.И.; фзробнна Я.L., Хачагурова А.А., Холодова А. Н. , Эллнс Л. Р.

Применяющиеся до настоящего времени органы управления механизмами поворота не унифнциров¿ни с эргономической точьи зрении и только относительно низкие скорости движения предотвратит большое число аварий и происшествии при переходе водителя с одной модели л рактора на другую.

Супест вующне органы управления в большинстве «онструмциД тракторов только снижают усилия, ьоэникающие при управлении механизмами поворота, не уменьшая их количества при рароте трак торой в составе агрегатов с асимметрии .он относительно продольной оси нагрузкой, количество управляющих воздействии водителя не снижается, а по мере возрастании рабочих скоростей чаогога их увеличивается.

')т о приводит к психофизической усталости водителя и снижению производитель ности и качества работы.

Разрабатываемые с середины 50-х годов системы автоматического вождения тракторов до настоящего времени не нашли широкого применения. Они существенно повышают стоимость трактора,не исключая присутствие в нем водителя.

Проведенный анализ приводит к задаче данной работы исследование управления гусеничного трактора с несимметричной нагрузкой, при движении его по требуемой траектории, с целью улучшения условий работы водтеля и снижения энергетических затрат двMraíeля путем применения задающих управляющих устройств.

Во второй главе обоснована и представлена м-тематическая модель

динанической системы "оператор-иашина-местность". Математическая модель движения трактора составлена с учетом традиционных допущений;

- движение агрегата происходит на горизонтальной плоскости;

- углы отклонения от прямолинейного направления движения невелики;

- полюс поворота трактора неподвижен и совпадает с его центром масс;

- боковое скольжение трактора отсутствует.

В,

Рис. 1., Схема движения трактора с плугом по поверхности поля.

Рассматривая движение трактора по поверхности поля (рис.1) как твердого тела, в центре масс которого расположено связанное с ним начало подвижной системы координат */ записаны уравнения

движения В неподвижных координатах ХОУ:

-mi+ P2-Pf/-Pf2-Procos ,/ЯП^ O, ¡' ~mt/+(P{<P2 -Pfi -Pf2~Prx)sm^- P7 <jCos<f>r О; и

П.<е~Мс~ О; и

гле

Hí "Ц-2

касательные силы тяги леиои и прав-.»« i учениц; сила тяги н4 крюке;

сипы сопротивления дьиАеи»н> липой и ира»г>Л гусениц; момент сопротивления м«.»вор.лу гракгора; момент инерции трак гора итносигь/и нерт и к л iil и о-л оси, проходящей через ценгр наос;

углоьое перенешенме гр&м »i ium.hí е »*ьио

вертикальной оси, проходящей через центр масс; масса трак гора;

угол приложении тигоьой нагру 3« и ч г ни«.'ni ель но продольной оси трактора; длина опорной лоыерхмости гусеницы; оаза трактор*;

расстояние- от центра масс i раю opd до точки приложении тагоаой нагрузки; £ - расстояние от точки приложен»* тягоьои нагрузки до ОСИ симметрии rpdKTOpi. Жесткость и масса элеменi ов трансмиссии гран тора ьлияит на динамику управления при периодическом включении не лани зное поворота. Лля учета этого составлена расчетная сиена силиьой передачи (рис. 2).

Зк

Рт I

Мс

Ъ

m ?

I

ВГР i

j¿ rJi а4 ел

Mt{

ci2

4

)Ms

Pe

y>s

Рис. 2 Нйсчь/нан с к ем а силойои передачи трактора при прямолинейной движении. \>

Н соответствии со схемой силовой уравнений Лягранжэ 2-го рода составлена'

передачи с использованием система уравнений авимения!

'А(%-С4в(Ч>ь-%)- ,6)

(Ф?Г = О;

^ - Ъ'/ы - я>*) -Ъз Ф=- ^;

-Сзб($в;-9>)-Ъб(9>3-Фс)=-М5

(7) (0)

где ' • ' ' ^¿Г ' ^С ' ПРивеДеннне к вапУ двигателя

чоменты инерции ерашакниикся'масс трансмиссии трактора; " жесткость и коэффициент демпфирования гасителя крутильных колебаний; 3 ' " жес гкость и коэффициент демпфирования валов КП;

С -.с 1 • ^ т" жесткости и коэффициенты демпфирования

об 45 36

полуосей и карданных валов трактора; У ' ' ^Рв' ~ повоРота эквивалентных

масс, принятые за обобщенные координаты; момент от газовых сил.двигателя; и " приведенные моменты от касательных сил тяги на

ведущих звездочках. При прямолинейном движении С^^ =1 и — С^

В виду того, что рассматривается работа трактора в составе пахотного агрегата, когда загрузка двигателя близка к максимальной, принята во внимание внешняя регуляторная характеристике двигателя. Характеристика была получена экспериментально, момент /V/ { кусочно аппроксимирован прямой и параболой.

Зависимость силы тягового сопротивления от скорости движения пахотного агрегата представлена параболой с наложением на нее пяти гаимоничесних составлпюших. Они являются основными составляющими

■ Р

случайного процесса колебаний нагрузки пахотного агрегата.

При рассмотрении лодворога силовым способом расчетная схема силовой передачи принята в соответствии с рис. 1, где момент представляет собой момент, передаваемым муфтой поворота

м£

Ьг

/ /

С-%2 С23

У, % 93

>7>

)Л/,

*

'ч

'Я*

Рис. 3. Расчетная схема сиповой передачи сфи подьорогь трактора.

Жесткость валопроеода СИ

ЗА

и коэффициентом демпфирования .

условно приняты равными

3 4

ОО

г3 4

В этом случае исключается ураьненне(й| и вводятся уравнении(3) и ПО), а также нарушается условие равенства угловых скоростей и

и О £

ускорений между массами и у

(9)

(10)

Связь между движителями трактора и его положением с учетом буксования описывается зависимостями в соответствии с рис. 4.

Рис. А. Поворот трактора, с' учетом буксования движителей.

' 9

(11) (1?,)

<1 К, - пгв)/00 X;

к; = + вТРХ2);

К = -Фв (Ртр-Вг^);

' Вг./Й /со, Пзъ) 100; + Вт„/2] /ал, Язв) {00;

(14)

(15) ( 16) (17)

де V 1 и V с7 - скорости движения левого к правого бортов трактора: 1С р ~ скорость центра масс трактора;

СаЭ£ и Сл?р ~ угловые скорости вращения ведущих звездочек;

^ и Зг\ ~ буксование левого и правого гусеничных движителей. Следовательно буксование можно записать как функцию

* = Уср).

В свою очередь буксование зависит от величины касательной силы тяги свижигелей. Ста зависимость' была определена экспериментально для трактора и аппрок- -<мнрована кусочно с помошьи прямой и параболы. Для каждой гусеницы величина буксования будет выражаться тон же зависимостью,но от удвоенного аргумента-если при подворотах ведущей остается только одна сторона трактора.Величина касательной силы тяги может быть найдена по величинр буксования помощью зависимостей;

Р^ — / 1,998 » 10~^ при ^1.603 У. (10)

п _ 2.6-11)-6-2в,8-Ю~806,39-$) (|ч)

Таким образом определена зависимость между величинами касательных сил тяги, линейных и угловых скоростей трактора, а также его ведущих „■нездочек. ^ О

Для решения сивмеснюн ¿истены лиф^среициа^ьни*. уравнении движения трактора в составе пакотнуго фг регата била разработана программа на языке F0N1KAN. Интегрирование, осушсс гнлилось метудом Рунге-Кутта 4-го порядка.

В третьей главе приведены регулы аты математического моделирования И анализа движения гусеничного трактора при асимметричной нагрузке с учетом подворотоь. Результатом моделирования является численное представление состояния системы во бремени. По численным значениям стр^ипнсь графики изменения основных механических величин, характеризук.имл как состояние элементов, так и системы в целом. Для определении состояния системы на печать выводились следующие величины:

- поперечная координата центра масс трактора;

- скорость поступательного движения центра масс трактора!

- величина крюковой нагрузки;

- моменты на ведущих звездочках, приведенные к коленчатому валу двигателя!

- приведенный момент передаваемый муфтой поворота;

ч.

. - текущее буксование гусеничных движителей;

- радиус кривизны траектории движения: угловая скорость вращения вала двигателя;

- угловые скорости вращения ведущих звездочек, приведенные к валу двигателя.

Средняя скорость движения трактора между подворотами составила

2,3...2,4 м/с. При этом происходит увод трактора по траектории

близкой к окружности с радиусом кривизны 200 м. Из этого следует,

а

что через 5,7 н пути или 2,3 с происходит смещение траектории от прямолинейного направления движения на 3 см.

Величина радиуса увода зависит от колебаний крюковой нагрузки, происходящих в диапазоне (22...44 нН). При номинальной крюковой нагру ке величина буксования составляет 2,3...5.Э И, причем

буксование правой гусеницы на О, 55. .. О, 65 У. выше буксования левой.

1 1

Разность буксопаний•происходит вследствие ряда причин, в том числе и из-зэ увеличения момента передаваемого правой ведущей звездочкой для преодоления повышенного сопротивления передвижению.возникающего поп праеой гусеницей. Это подтверждается приведенными крутящими моментами и ^^£ ' ког'да разница составляет примерно 10,8 Н»м, а

величина крутящих моментов находится в пределах 200... 250 Н«м. В трансмиссии трактора происходит сглаживание колебаний крюковой Нагрузки за счет значительной массы агрегата и упругости валов. Пики колебаний уменьшатся на II У.. Угловая скорость вала двигателя находится в пределах 213. .214 1/с, - что соответствует частоте ррэшения 2031...2044 об/мин. Следовательно двигатель работает на регуллторном участке характеристики и развивает мощность Юб. . . ...95 кВт. Это соответствует его загрузке на 96... 86 '/.

При подворотах скорость движения падает до 2,0...2,05 м/с, что составляет 87 V. от скорости при прямолинейном движении. Управляющие воздействия для подворотов трактора с одной стороны не должы существенно снижать призводительность агрегата, с другой осуществляться достаточно интенсивно и кратковременно, и не вызвать перегрева и разрушения фрикционных элементов механизма поворота. На практике в большинстве случаев осуществляется трапецоидальный закон изменении крутящего момента муфтой поворота. Этот закон имеет ниспадающую ветвь, характеризующую темп снижения передаваемого момента, горизонтальную часть - время , выполнения подворота и нарастающую ветвь, отражающую темп нарастания момента.

Анализ моделирования темпа выключения муфты поворота показал, что снижение крутящего момента должно быть достаточно интенсивным и составлять 4000...6000 Н»м/с.

Исследование влияния темпа ' включения муфты поворота на

характеристики движения агрегата проводились с помощью ряда линейных

зависимостей. В качестве критерия использовались экстремальные

значения величин работы буксования муфты поворота, средней скорости'

движения агрегата и пути пройденого на *»том участке. По величине

\2

работы буксования и средней скорости движения предпочтение, следует

отдать быстрому темпу включения муфгы поворота. Однако быстрой

включение муфты поворота приводит к увеличению углового ускорении

трактора вокруг вертикальной оси. Это приводит не только и

дискомфорту водителя, но и к. повышенным динамическим нагрузкам в

трансмиссии. В результате анализа выбран темп включения, равный

темпу выключения.

Анализ управляющих воздействий по степени выключении муфт

поворота проводился в интервале моментов от О до 200 Н»м.Критериями

являлись экстремальные значения буксовании фрнкцыошш* энемкнюв,

снижения средней скорости движения и буксования забегающей гусеницы

Закономерно, что минимальное падение средней скорости происходи г

J

при наименьшей степени.выключения муфты поворота.

Степень выключения муфты поворота существенно влияет на величину буксования забегающей гусеницы.Для исследуемых режимов при выключении муфты поворота максимум буксования увеличивался в 3.2 раза. Примерно в 3 раза уменьшается время выполнен« подворота,чтобы обеспечить необходимое изменение радиуса траектории движения трактора и ширины агротехнического коридора. При »том увеличивается угол поворота трактора, что сопряжено с повышением частоты выполнения подворотов, а значит с увеличением суммарных потерь.

Для трактора Т-150 оптимальным является крутящий момент, передаваемый мутой поворота при подвороте, ( величиной 50 Н»м. Этому моменту соответствует давление в бустере гидроподжимной нуты 0, 13НПа

Для формирования оптимизированных управляющих воздействий на механизм поворота было разработано несколько вариантов конструктивных исполнений устройств. Они основаны на формировании с помощью электронных устройств электрического управляющего сигнала;, электромагнит управлял давлением масла в гидросистеме механизма поворота. Для экспериментальной проверки был выбран вариант без изменения гидросистемы трактора В ней электрические сигналы

-13

ocvtiHM' гвлялн пкпч)')рмир мо t op - рр uj кт opeo, .которые механически розг.ейстпова пи на млэгнче клапаны плапногп сброса давления трактора.

Проведенные гичгскип исследования дают необходимый

материал для опреде прнн п режима работы предлагаемого устройства периодических нормированных упрянлпчзших воздействий на механики гтпорота трактора.

Четвертая гпапа посвящена экспериментальным исследованиям. В качестве обт.ент» исследования бы" выбран пахотный агрегат, состоящий ил трактора Т--150 п плуга ' ПЛН-5-35. Агрегат оборудованный кпиплгчсом измерительной аппаратуры, состоящем и? датчиков, усилительно-прообразующей аппаратуры, контрольно-коммутационного блока и регистратор:». Ллп исследования управления трактор был оборудппам устройством для воспроизведении периодических нормированных управляющих воздействий.

Это устройство состоит из двух электродвигателей с редукторами, которые по электрическому сигналу совершали один оборот выходного пала (как у привода стеклоочистителя). Кривошипы, установленные на выходных валах, с помощью г ибких тросиков связаны с рычагами клзпднот плавного сброса давления каждого борта механизма поворота трактора. Сигнал на включение электродвигателя поступал от электронного реле времени. Длительность пауты водитель регулировал с помощью потенциометра, установленного рядом, с рулевым колесом трактора. Включение устройства и выбор правого или левого исполнительного механизма осуществлялся с.помощью переключателя.

• Датчиком углового отклонения трактора, в процессе движения

по курсу, яплялся' гирополукомпас ГПК.-52. Датчик, угла поворота

рулевого колеса представляет собой проволочный потенциометр

установленный под колесом и включенный в мостовую измерительную

схему. Расстояние до борозды предыдущего прохода определялось с

помощью металлического щупа, связанного карданным шарниром с

кронштейном переднего бруса трак тора.Копир щупа находился в борозде

предыдущего прохода. Шуп соединен г потенциометром измерительного

11

моста. Путь регистрировался ив>-ь»мн ко пес ом, оборудованным мягнмтоэ пеитрмческнм патмин ом.

Для исследования взаимодействия гусеничного ППИЖИТеЛП с почвой разработай и изготовлен датчик • замера буксовании. Он пг^лстапляет собой зпедочку диаметром 300 ми,установленную на трак* гусеницы тлк, что «>е зубья находятся в почве не ни*» кроме ( грунтозанепоп, Звеадочка связана вапон с подвижным контактом ^лугового потенциомегрэ и им*»ет возможность вращаться относительно оси, спяз анной с кротч г* йном. Точность замера буксования маменлетел по гиперболическому закону и дл^ буксования в пределах 3. . . 5 У. погрешность состаавл«ет - 9. . . û У. от его значения.

Кру .и'.ие момент ч измерялись при помощи темзодатчиков. на к лееныч на полуоси трактора. С выхода мостов сигналы через амальгированные ртутние токосъемники подавались на усилитель ПАНЧ7м, Тяговое сопротивление опред*пплось по усилиям, действующим на лрисоединителъмы*» пальцы плуга с наклонными тенэоре.зисторями. Dee пропреем регистрировались с помощью шлейфового осциллографа К12-22.

Псе эк сперименты проводились nai поп л« в районе полигона Харьковского тракторного заоода. В ходе исследований осуществлялась пакета на глубину 27...30 см по стерне пшеницы, р*н и кукурузы.

При исследовании характеристик управляющих воздействий разных водителей не менялись настройки и регулировки приборов и оборудования. Пахота выполнялась в строгом соответствии с установленной технологией работ. Предварительно по вешкам прокладывалась .эталонная прямолинейная борозда.

Обработка осциллограмм осуществлялась с помощью преобразователя каротажных диаграмм Ф-001, а. затем проводилась обработка на цифровой вычислительной технике.

Статистические характеристики управляющих воздействий водителей определялись с привлечением нескольких человек разных возрастов и с г?»жа работн. Л л я удобства обработки и ориентации каждому из них был

присвоен порядковый номер.Водители 1, 2 и 4 имели значительный опыт

15

работы на тракторах Т-150 в агрегате с сельхозорудиямн - ста* 7.. И лет. Опыт водителей 5 и 6 составлял 0,3...2 года, а водитель 3 до испытаний на гусеничном тракторе не работал.

В результате проведенных .экспериментальных исследований полу,-чены данные, отражающие закономерности процесса управления движением.

Средняя длительность воздействий водителя на рулевое колесо составляет 1,25 с, а средняя длительность пауз - 1,43 с. Следовательно средний период обращений водители к органу управления составляет 2,7 с, а частота воздействий - 0,377 Гц.

Анализипун управляющие воздействия по времени воздействия -отмечается, что у водителей 2 и 4 оно минимально, т.е. у них выработался стереотип управления наиболее рациональный по затратам энергии. Качественные оценки отслеживания борозды у них также выше средних. Суммарное время пауз при прохождении гона одной и той ке длины на одной и той же передаче для этих водителей максимальное. Суммарное время пауз у водителя 6 также велико, но среднее квадратическое отклонение расстоянии до борозды у него максимальное, следовательно он старается тратить меньше энергии на управление за счет ухудшения качества отслеживания борозды. ,

Водители I и 5 находятся на втором месте по обеспеченному ими среднеквадратическому отклонению расстояния от гусеницы трактора до борозды,но у них большое относительное время воздействия. Показатели водителя 3 рассматривались как контрольные для неопытного водителя.

Следует отметить, что управляющие воздействия водителя 2 практически одинаковой длительности. Среднее квадратическое отклонение длительности его воздействий значительно меньше, чем у остальных (0,096 с). Среднее квадратическое отклонение пауз у этого водителя максимальное среди опытных трактористов. Далее по этим показателям следует водитель 4.Два других водителя- 1 и 5, наоборот больше варьируют длительностью воздействий чем длительностью пауз.

Для анализа управляющих воздействий по амплитуде была построена гистограмма ' углов отклонения рулевого колеса. По гистограмме

16

отмечены дне группы водителей, отличающихся временем сохранения рулевого колеса в нейтральной положении. Водители 2, 4 и 6 реже пользуются рулевым колесом, а водители 1, 3 и 5 более часто удерживают рулевое колеей п режиме регулирования. Упраляюшие воздействия первой группы водителй характеризуются большей интенсивностью и выполняются в течение более короткого времрни, водители гэторой группы совершают более продолжительные воздействия. Но с меньшей амплитудой.

Визуальное изучение осциллограмм управляющих воздействий первой группы водичелей показало, что они идентичны. Процесс управления второй группы водителей состоит в предварительных поисках угла поворота рулевого колеса, при котором трактор начинает реагировать на управляющее воздействие, а затем водитель в" течение некоторого времени осуществляет изменение курса на требуемую величину и при необходимости корректирует интенсивность подворота.

Анализируя эти два способа управления можно отдать предпочтение первому, который характеризуется минимальным временем управляющего воздействия при большой длительности пауз. Это, во-первых, снижает потери энергии водителя - утомляемость уменьшает расход энергии на управление HTA и, во-вторых, повышает среднюю скорость движения и соответственно - производительность агрегата.

Для подтверждения идентичности способов • управления указанных пар водителей (t, 5; 2, 4 и 3, б) был проведен корреляционный анализ осциллографических записей процесса управления. Оказалось, что автокорреляционные Функции'углов поворота рулевого колеса у соответствующих пар "водителей близки.

Следовательно, исходя из опыта работы, человек, как обучающаяся система,вырабатывает стереотипный отклик на повторяющиеся ситуации. Стереотипные управляющие водействия сравнительно легко моделируются н воспроизводятся различными исполнительными устройстнами,что и было реализовано в ходе экспериментальных работ.

Устройство осуществляло одинаковые управляющие воздействия на

17

механизм поворота левого борга трактора через заданные водителем равные промежутки Бремени, там самым снимая о водителя монотонную работу по компенсации увода агрегата.

Для определения влияния подворо юы агрегата на буксование Трактора был проведен ряд экспериментов с применением датчика буксования. Датчик буксования устанавливался на левой гусеничной цепи трактора и соединялся с измерительным комплексом длинным гибким кабелем, позволявшим осуществлять дьнжение трактора на 'длине опытного участка до 500 и.

Буксование забегающей гусеницы при подиоротах трактора . увеличивалось до I I У., в то время как в режиме прямолинейного движения оно было в пределах от 1,8% до 4,3/С. Многочисленные опыты, выполненные при подворотах трактора, показали увеличение буксования забегающей гусеницы до 3,5 раз. Это подтверждает расчетные значения, полученные математическим моделированием.

Смещение точки крепления навесного устройства влево от номинального положения приводит к перераспределению касательных сил тяги и соответственно увеличению буксования левого движителя(3,Д У.) . Смещение крепления навесного устройства вправо на 60 мм снижает буксование левой гусеницы (1,8 X).

На буксование движителей также влияет натяжение гусениц. При увеличении наряжения гусеничной цепи сглаживается эпюра удельного давления на почву, уменьшается работа на деформацию грунта и уменьшается величина буксования. Меняя натяжение гусеничных цепей, можно в определенной мере компенсировать уводы трактора в ту или другую сторону. Однако при черезмерном натяжении гусеничной цепи увеличиваются затраты мощности на перематывание и возрастает интенсивность износа элементов гусеничного обвода. Поэтому такой путь компенсации увода трактЪра признан не целесообразным.

Для реализации оптимальных управляющих воздействий на трактор

было установлено два электрических мсполшпельных не) низма, которые

воздействовали на клапаны плавного сброса давления гидроподжимных

18

муфт коротки передач Связь исполнительных м*?хлми1моэ с клапанами плавного гброса деления осуществлялась таким образом, что водитель в любой момент мог корректировать направлен«» движения с помошью штатных органов управления механизмами поворота. Для определения статистических характерце гик пауз между управпчотини воздействиями в кзбин?» было установлено две кнопки, с помсиью нот пых е^дитель НО" запускать исполнительные механизмы нормированных (автоматических) управляющих воздействий. При выполнении пахоты водитель, в случае необходимости осуществить подворот,нажимал на кнопку и исполнительный . механизм выполнял однократное нормированное воздействие иа механизм Поворота трактора.Таким образом осуществлялась коррекция траектории.

Обработка результатов эксперимента показала. что однократные управлявшие воздействия с помощью механизмов нормированных управляющих воздействий приводит к.повороту трактора на угол 2,5 градус?. Рремя управляющего воздействия составило 0,3 с, а среднее время пауз между ними- 2,6 с, т.е.. период процесса управления равен 3,1 с, а частота повторения 0,30 Гц. Среднее квадратическое отклонение времени пауз составило 1,8 с.

При необходимости значительной коррекции курса трактора водитель держал кнопку в нажатом положении длительное время;при этом осуществлялась серия управляющих воздейс гяий и, следователь но трактор ступенчато менял к урс. Минимальное время пауз между окончанием предыдущего • и чачалом последующего управляющего воздействий составило 0, 7 с. Это время необходимо водителю для оценки предыдущей коррекции;.. принятия решения на выполнение следующей и осуществления нажатия на кнопку.

Эксперимент подтвердил возможность управления трактором в

составе пяуотного эгрегата путем коррекции траектории движения

нормирспаиннни управ пнюшими воздействиями по командам води геля.

Такой способ управления исключает затраты физической энергии, но

информационная напряженность и нервная усталость снижаются мало, т. к.

я г. ригелю ир*»уг>ди1ся планировать яремя начаиа коррекции траектории

1Р

движения, как . и в обычном управлении. Но он освобожден - от планирования параметров воздействий, За счет чего возможно облегчение его напряженности.

Следующим этапом экспериментов били исследования работы исполнительных механизмов нормированных управляющих воздействий совместно с времязадающии устройством. Эксперименты проводились в следующем порядке: трактор с плугом устанавливался в начале гона, водитель начинал движение и устанавливал в первые его 20...30 м пути рукоятку потенциометра длительности пауз в положение,7 при котором компенсируется увод агрегата в целях поддержания траектории трактора в пределах требуемогв агротехнического коридора. При появлении каких либо нестационарных возмущений, которые приводят к изменении курса трактора (например, переезд через утрамбованную колею полевой дороги не под прямым углом, или необходимости изменения направления движения, вызванного конфигурацией поля и т.п.), водитель осуществлял коррекции с помощью рулевого колеса. Для выравнивания огрехов, появившихся в предыдущих проходах водитель мог варьировать в некоторых пределах длительностью пауз.

Обработка экспериментальных данных показала,что средний период воздействий водителя на рулевое колесо при отключенном устройстве составляет 3,6 с, а при включенном устройстве он увеличивается до 6, 1 с,. Следоват ельно частота обращения водителя к рулевому управлению снизилась в 1,7 раза. Спектральный анализ изменения курсового угла движения трактора показал,что при включенном устройстве выражено преобладание частот 0. 24. . . 0. 2^ Гц, которые соответствуют периоду 3,7...4,2 с. С этим-периодом генерировались управляющие воздействия. Ординаты начала кривых спектральной плотности, которые отражают присутствие бчень низких частот, соответствующих управляющим воздействиям водителя, имеют наиболее низкое значение для движения трактора с включенным устройством. Это подтверждает снижение количества управляющих воздействий водителя.

Сравнение гэксле,иментальных данных с результатами

20

математического моделирования движения трактора в составе пахотного агрегата подтверждает адекватность процессов модели динамической системы, процессам, происходящим в пахотном агрегате. Мри моделировании время между управляющими воздействиями составляло в среднем 4,2 с, а' в экспериментах - Л, Л с. В процессе настройки исполнительных механизмов нормированных управляющих воздействий длительность управляющих воздействии была доведена до О,ТЬ с, что соотвествует длительности иодеорота на модели.

0 приложениях представлены акты внедрения результатов исследований, текст расчетных программ на языке ЮН1КАЫ-4 и копим авторских свидетельств. . '

в ы н о а н

1. Исследования движения гусеничных тракторов в составе сельскохозяйственного агрегата показывают, что водитель для ■беспечемия требуемой траектории осушестляет в большинстве случаев, управляющие воздействия соответствующие типовым закономерностям, -охраняющие длительное время постоянными свои качественные и количественные показатели. Установлено, что опытные водители выполняют -трреотипные управляющие воздействия на рулевой механизм, средняя илительность которых для трактора 1-150 в агрегате с плугом ,'ШИ-З-ЗЗ составляет 0,68 с при среднеквадратичном отклонении 0,1 с.

В силу вышеизложенного становится возможным и целесообразным значительную долю этих воздействий осуществлять внесто водителя специальными устройствами. (Лдитель при ?том участвует в коррекции направления движения путем отдельных дополнительных воздействий органы управления только в исключительных случаях.

Это означает, что компенсировать увод агрегата можно с помощью ,'стройства, действие которого определяется водителем, исходя, из условий эксплуатации.

2. Анализ подобранной математической модели динамической

системы управляемого движения гусеничного , трактора, содержащей

дифференциальные уравнения, которые 'учитывают , нелинейности

21

отдельных элементов трактора и внешних возмущении, дает основание считать, что необходимо иметь',

- темп снижения момента муфт поворота - 4... о кН*м/с;

- темп нарастания крутящего момента на выходе из подворота -Ь кН*м/с; -

для обеспечения плавного подворота. нужно передать через управляемую муфту часть крутящего момента. равную дня трактора Т-150 - 60 кН*м.

11. При управлении движением гусеничного трактора, для снижение напряжености труда следует использовать устройство периодических нормированных управляющих воздействии. Это устройство целесообразно устанавливать на тракторах, оборудованных гидрофицированнымИ механизмами поворот а. Наиболее рационально примени гь

электроглдравлическ ую систему управления, обеспечивающую

достижение следующих параметров:

- угол подворота трактора вследствие однократного воздействия на органы управлении при выполнении пахотных работ - 0,а43 рад;

- длительность подворота - 0.6 с;

- минимальное давление в гидроподжнмной муфте при подвороIе ь пределах 10 '/. от- номинального.

4. Для получения достоверных экспериментальных данных необходимо было разраоотать, изготови ть и неноль зовать ь лабораторных и полевых условиях следующие оригинальные устроис гва, отвечающие известным требованиям:

- датчик для замера текущего буксования гусеничных двнжигелеи, погрешность которого в диапазоне измерения буксования . . э / составляет - 9. . , 6 У. от величины буксования ;

- датчик замера величины расстоянии от' кромкй гусеницы Дч> край борозды предыдущего прохода с чувствительностью 0,Ь см и средней погрешностью ! см;

- датчик для определения закона воздействия водителя на рулевое ко..есо; 22

- устройство, автоматически осущ°с тпямшее периодически" нормированные управляющие воздействия.

5. В результате экспериментальных исследований установлена высокая эффективность работы устройства периоакчрских нормировании,ч управляющих воздействий для выполнения подворотоо:

при работе в составе агрегата, для которого характерен односторонний увод (пахота), водитель воздействовал на органы управления направлением движения в 1,7 раза меньше, чем на обычном тракторе, в таком же соотношении снижается его физическая нагрузка;

- за счет исключения субъективного фактора - опыта водителя, а также уменьшения числа и исключения дополнител: ннх ошибочных и корректирующих подворотов повысилась скорость движения в составе пахотного агрегата на J...57., уменьшилось число огрехов, средняя скорость движения агрегата повысилась из-за того, что ослаблено влияние на частоту управляющих воздействий в течение рабочей смены.

6. Применение устройства периодических нормированных управлявших воздействий не требует заметных изменений конструкции рулевых и других механизмов трактора, не приводит к изменению параметров этих систем и режимов их работы, не требует приобретения водителем новых эксплуатационных навыков.

Конструкция усторойства периодических копированных управляющих воздействий отличается большой простотой, его установка на трактор может осуществляться в условиях сельских ремонтных предприятий.

7. Ожидаемый экономический э»»ект от внедрения результатов исследования составляет 88 рублей на один трактор в год [в ценах 1991 г).

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих

работах:.

1. Рославцев A.D., Третях В.М. Математическая модель движения гусеничного машинно-тракторного агрегата.- В сб.: Повышение надежности и ресурса зубчаты* передач в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении: Тезисы докладов научно-

23 .

технического совещания 20 - 21 ноября 1979 г.' г. Харьков 1979 г. С. 10 ,- И.

2. Рославцев А. В. . Третях U.M. Управляющие воздействия водителей гусеничного машинно-тракторного агрегата на пахотных работах.- Вести. Х«рьн. политехи. нн-та N 1ТЬ -Конструирование н исследование тракторов, вып. 4.-Харьков; В ища школа. Изд-ео при Харьк. ун-те, 1981, с. 7 - 10.

3. Рославцев A.B., Третяк В. М. , Ьеседин Е. А. Комплекс Измерительной аппаратуры для исследования параметров движения гусеничного машинно-тракторного агрегата. В сб.: Проблемы конструирования и технологии производства сельскохозяйственных машин (тезисы докладов республиканской научно-технической конференции) Г. Кировоград 190I г. С. 8 - 10.

4 . Рославцев A.B., Третяк В.М., Ьеседин Е. А. Ьуксование гусеничного трактора при управлении движением.- Вести. Харьк. ингта, 1902, N 18S.- Конструирование и исследование тракторов, вып. 5, с. 26 - 27.

5. Третяк В.И. Особенности расчета динамических нагрузок в трансмиссии гусеничного трактора при управлении движением. В сб.: Повышение технического уровня зубчатых прердач энергонасыщенных тракторов (тазнсы «окладов областного научно-технического совещании Н 16 марта IVÜi г) Харьков 1982 г. С. 176 - 177.

6. Третяк H.H.. Рославцев A.B. Исследование управляемости HTA на пахотных работай. В сб.; Исследования и совершенствование Тракторных конструкций.Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции 30 мая - 1 июня 19ВЗ г. НАТИ, г. Москва 19Ö3 г. О 1Ь.'

7. Третяк В.М. Метод улучшения управляемости гусеничных тракторов. Вестн. Харьк. политехи.- ин-та, 1УНЙ. N 222,-конструирование и исследование тркторов, вып. 6, с. 3V - 38,

В. Гурковский Е. Э. , Третяк В Н. Улучшение характеристик управляемости и устойчивости движении гусеничного MÍA при условно-прямолинейном движении ' В сб. :Совершенствование тракторных

24

конструкций и узлов (тезисы докладов Всесоюзной иаучмо-технической конференции t июня - 3 июня 1987 г. НАЧИ г. Москва 1987 г. С. 92.

9. Третям С.М. Некоторые результаты математического моделирования движения гусеничного пахотного агрегата. Вести. Харьк. политехи, ин-тл, 1938. N 254: Конструирование и исспедование тракторов. Вып. 7. С. 16 - 18.

10. Тр«тлк В.Н., Гослчвцев A.Ü. Исследование автоматизации процесса управления гусеничными тракторами при работе с несимметричной нагрузкой. В сб. : Пути и средства автоматизации управления машинно-тракторными агрегатами, предназначенными для ряботы в экстремальных условиях (тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции 25 - 27 октября 19(50) Чф НАТИ. г. Челябинск 1988. С. 19.

Изобретения по теме диссертации

П. A.C. N 485022. Устройство для управлениями механизмами поворота и тормозами гусеничной мантны с разделением потока ноюностн. ОгнП Г. Е, , Кяльченко" В. И. , Якименко И. А. , Камененв В. IT. , Скрыпник И. А. , Петрнкин А. Я. , Третяк В.М. Приор. от 06.06.73.

12. A.C. М 1063681. Устройство управления механизмами поворота и тормозами гусеничной машины с разделением потока мощности. АГщула С. Л., Кяльченко Б. и; , Каменев В. II., Третяк В.М.', И лоте мк о

H.H.", Кодеико H.H. Приор, от 27.12.Я2,

, . ' f}^