автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование метода определения составляющих мощности мобильного сельскохозяйственного энергетического средства для цифровых измерителей

МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.П.ОГАРЕВА

На правах рукописи

СОЕЕР¡2Е15СТВОВ АННЕ МЕТОДА ОПРКДВЛЕННЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ МОЩНОСТИ МОБИЛЬНОГО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО СРЕДСТВА ДЛЯ ЦИФРОВЫХ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ

|.На примере трактора МТЗ-80)

Специальность 05.20.01-механиэация сельскохозяйственного

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание''^учен. ¡й степени чандида'" технических

наук

РГ6 од

1 з тон

ЛЕВЦЕВ АЛЕКСЕЯ ПАВЛОВИЧ

производства

Саранск-1995

гЗбиТЕ ВЫПОЛКёпа Б кОрДиЕС:Ким ГООУДЗрСТБЭКНим уНКЕЭрОИТе имени Н.П.Огарева на кафедре "Электрификация и автоматизация с производства".

К:чучный руководит-ль - доктор технических наук, професс

Ю.А.Вантвсов

Официальные оппоненты - заслуженный деятель науки и техн

РФ,доктор технических наук,профе сор Е.А.Лисунов;

кандидат технических наук, доцен А.П.Иншаков.

Ведущее предприятие - Владимирский филиал Всероссийско

научно-исследовательского инстит та инновационных проблем и ыарк тинга.

1ГСЯ » / " 1995 г. в/^

Защита состоится " <s " uns/fi 1995 г. в ' " ч.

на заседании диссертационного совета К-063.72.05 по присужден ученой степени кандидата технических наук при Мордовском гос дарственном университете им.Н.П.Огарева.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университет

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печать ¿jgfRciSvt направлять ученому секретарю диссертационного сове К--063.?2.05. по адресу: 4ГЮ904. г.Саранск, л.Ялта, ул.России ьая,5, ФШСХ.

„ян „ / „ ¿шг

Автореферат гаго^лан " " " К__içg^, г.

Ученый секретаре диссертационного совета - • /

канд. т- >.н. «аук. доцент ' ' М.К.Ьохк

1. онцдя хйр/хязкаякзд рдтта

1.1. Актуальность темы. Разработка и создание мобильных зельскохозяйстзенных энергетических средств (НСЭС) с коитролиру-яааеа энергетичесюыи пзрамэтрамл является основой для экергоре-:урсос6ерегаящих технологий в агропромызлеином производство.Для )еадивации этой важнейшей задачи необходимо иметь эффективна ио-:одн контроля ва протеканием энергетических процессов ' в динами-¡ескойусистеме МСЭС.- Эти вопросы требуют ускоренного ^решения для 'спешного внедрения в практику конструирования н испытания сель-гахозяйственнои техники специализированных измерительных систем.

Существующие в основном аналоговые приборные средтва и реа-изуеше ими алгоритш при динамической нагрузке дают -неадекватна значения, поскольку они рассчитаны только для случая устано-¡ИЕсэйся нагрузки. Поэтому совершенствование методов и средств щрэделения составлящих мощности НСЭС при динамической нагрузки гроц®ссоркиш измерителями является актуальной задачей.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с межведомс-венной программой НИР "Агрокомплекс" по теме N53/9А-92 "Разра-lOTiia метода и приборнбго средства'регистрации мощности и энергии, ельскохозяйственного мобильного агрегата".

• 1.2.Цель работы. Совершенствование методов и средств определения составляющих мощности МСЭС,для различных видов их испытаний.

1.3. Объект исследовании. -Цодейь определения составляющих оцчости при дакамичеейей нагрузке, обобщенная механическая цепь изеля Д-240Л, алгоритм» определения составляющих мощности для кфрошх измерителей, Еыбор оптимальных параметров дополнительной одэдагвоста, цифровые измерительные средства:

Д.4. Методика исследования.' В теоретических исследованиях ие-ользована теория механических цепей; методы математической' ста-истики.Регистрация, хранение и обработка экспериментальных дкн-L2X осуществлялась с помощью ПЭВМ - IBM PC/AT.Экспериментально следования проводились согласно ГОСТом и ОСТом.

1.5. Научная новизна. Новизна диссертационной работы заклю-зетсп в модели определения составляющих мощности в механических внамических системах с учетом колебательного характера нагрузки;

модели передачи силового воздействия газовых сил на: поршень п,

■

ривошипно-шатунном механизме, и методике исследования потерь яутри рабочего цикла; 'в алгоритме определения составляющих мощ-

кости на переходном процессе.свободного разгона; в алгоритме дл? непрерывной регистрации полной мощности с использованием в. механической цени ЦСЭС дополнительной податливости.

1.6. Практическая ценность работы. Усовершенствованная методика определения максимальной зффэктиянсй моерости по реактивно* мощности за цикл,>¿8 тодкка определения потерь внутри цикла, алгоритм непрерывной регистрации полкой ыоцности могут быть с достаточной для практика точностью приманены при испытаниях UC3C, диагностике; а такие для разработки 'процессорных измерителей для

. непрерывной регистра!?«!.Годовой экономический эффект от использования алгоритма оценки соетавлшскщпс мощности на переходном режиме свободного разгона за. счет снижения эксплуатационных расходов на 1 трактор составляет 76,5 т.руб.

Цакетнш образец процессорного измерительного средства ка базе 1Ш PC/AT и контроллера L-205 для ресурсных испытаний, новой техники, позволит получить годовой экономический эффокт за счет снижения эксплуатационных расходов ка 1 трактор в сумме 1Б01.6 т.руО.

1.7. Реализация результатов исследования. Разработанные алгоритмы определения составлявших мощности внедрены в ПЭ НАТИ для создания микропроцессорного измерительного средства с целью испытания тракторов.

1.8. Апробация. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов факультета механизации и электрификации сельского хозяйства ИГУ ш.НЛ.Огарева в 1Q80. ..1Q94 г.г.,на научно-технической конференции"Проблемы и прикладные воп росы физики" состоявшейся в г.Саранске (1993г.),на второй научно-методической конференции "Использование научно-технических достижений в демонстрационном'эксперименте и в постановке лабораторных практикумов",состоявшейся в г.Саранске (1994г.).

1.9.Публикации. Основные положения диссертации опубликованы 3 9 печатных работах. < ,

2.0. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введе-, ния, четырех глав, выводов , списка используемой литературы' и приложений. - Работа4изложеha иа 172 страницах машинописного текста, содержит 52 рисунка, 8 .таблиц,' библиографию из 125 наименований и 8 приложений. '

- 3 -ССДЕРВА1!Й2 РЛВОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш диссертации и сформированы основные положения, выносимые на. защиту.

В первой главе дан обаор научно-исследовательских работ, хзвящ/энных методам к их алгоритмам определения мопдаости МСЗС с ютом колебательного характера нагрузки. Анализ этих работ погашает, что при колебательном характере нагрузки, максимально »модная средняя мощгость не соответствует максимальной стендо->й мощности. Поэтому учет колебательного характера нагрузки в [горитыах оценки иокщости является эффективны приемом повышения эстоверности оценки мощности.Приведена классификация -пркОориих юдств и реализуемых ими ангоритмов по их надежности и дотовэр-юти.

Влиякиэ факторов, влишоязк на недоиспользование модности |учали: Л.Е.Агеев,В.Г.Волков, Ю.А.Вантвсов, С.А.Иофинов, В.А.Ее-[говскпй, Г.М.Нутъков.Ю.К.Киртбая.А.Б.Лурье, А. П. Савельев,В. Д. поз&лоз и др. Они установили, что при динамической нагрузке нэ-шспользовашга ыогцности связано, как с нарушением протекания ра-гчэго процесса, так и с фазовыми рассогласованиями в неханичес-Л дкнвмичоехой скстекэ дизеля.

Впервые иогцяость, необходимую для осуществления неравномер-го движения в иаханическон системе, была подразделена В.Д.Шзпо-ловим на шстквнул и неиспользуемую (пассивную), причем автор 1:ечаят, что на совершение полезной работы идет только активная щкость.

Более современный подход к проблеме составляющих мощности, ркулирующэй в сложных динамических системах с/х агрегатов, из-иен в работах Ю.А.Вантвсова.

Разработкам приборных средств определения мощности в динэми-ских режимах посвящены работы-.В. А.Аллилуева,М.М. Арановско-.В.Н.Волтинского, Х.З.Галдиулина ,В.П. Демидова,В. А.Змановско-, Ю.К.Клейна, И.Е.Либерова,В.М.Лившица,В.А.Чечета и др. Анализ следований показывает, что в основном используются приборные »детва косвенного измерения мощности, основным недостатком ко-рых является относительно -нигкая информативность. В последние ды делаются попытки разработки измерителей, мощности прямого йствия, причём наибольшее предпочтение пс надежности и точности

имеют бесконтактные системы,На кафедре электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства Мордовского государс-. твенного университета им.Н.П.Огарева под руководством-Ю.А. Вантв-сова разработана энергор?сурсоконтролирукщая систе-ма ЗРКС-1 трактора Т-25А и ЗРКС-2 трактора :МТЗ-80.Конструктивная схема первичного измерительного преобразователя крутящего момента трактора ЫТЗ-80 выполнена в вида составного маховика и двух индуктивных катушек, установленных на корпусе трактора.Подобного рода первичные измерительные преобразователи в сочетании с микропроцессорными измерителями могут создать благоприятные условия для дальней-вего их развития и внедрения.

Развитие микропроцессорной техники позволило специалистам СибИЫЭ и ОПКТБ СибШЗ разработать прибор местера-диагноста ИЗГЩ (индикатор энергетических показателей двигателя) для определения топливно-энергетических показателей тракторных дкзелеи.В сравнении с КЗД-ЦМ такой прибор .обладает брлее .высокдй надежностью, . технологичностью Изготовления,' простотой эксплуатации, расширенными функциональными вовможкрзтямн, потаенной трудоёмкостью измерения. Это объясняется тем, что.в- нем"применены элементы цифровой'техники, не требующие настройкй в процессе измерения, отладка которых может осуществляться автоматически по тестовому сигналу с помощью ЭВМ.Однако »микропроцессор(МП) такой.системы обладает невысоким -быстродействием и-малым объемом^ памяти ОЗУ,что нецощш1я-. ет совершенствовать алгоритм регистрации методами информационной технологии.-

Поатому нами предложена автоматизированная система экспериментальных исследований (АСЗЙ) (рис.1), основанная на применении прямых систем, связи, включаемых.непосредственно в системную магистраль компьютера. Преимущество данного подхода: повышение эффективности работы компьютера за. счё;г ввода данных с АЦП пепос-редственнб на.магистраль компьютера, простота программирования, компактность и дешевизна.

Используемый в работе "интерфейс, (рис.1) состоит из: мультиплексора. аналогрвых сигналов", устанавливаемого на входе АЦП; - АЦП; программируемого.таймера для задания скорости ввода-вывода; Циф-ро1аналохового преобразователя (ЦАП)-ддя 'управления .экспериментальной установкой; »цифровых'входоа-выхояьв, - позволяющих- компь-. ютёру получать информацию о состоянии экспериментально^" установки и управлять различными- устройствами. , '■'■'•

- 5 -

Аппаратная структура АСЭИ г---------—■----------------1

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Рис.1

Исходя из изложенного, в данной работе были поставлены сле-пощие задачи:

- обоснование математической модели рпредедения различных щов мощности (Ма,Нр, N0) с учетом колебаний нагрузки;

- обоснование математической модели определения составляющих щности двигателя с учетом динамики внутри рабочего цикла;

- разработка алгоритма определения различных видов мощности динамических режимах свободного разгона для цифровых измерите- ■ ■Й; - ''•

- разработка алгоритма определ'етм рабличных видов мощности я.непрерывной регистрации; •

- обоснование параметров цифрового измерителя.

Во-второй главе на основе теории механических цепей и веро-ностных характеристик стационарны;': случайных процессов разрзбо-

таны: модель определения различных видов мощности при колебательном характере нагрузки; модель передачи силового воздействия газовых сил на поршень в крившипно-шатунном механизме: алгорип определения максимума развиваемой двигателем мощности по реактивной на переходная процессе свободного разгона; алгоритм определения полной и активной мощности для непрерывной регисраци с использованием в механической цепи ЫСЭС дополнительной податливости.

В механических цепях «обильных сельскохозяйственных агрегатов за счет инерционных и податливых (упругих) элементов возникает .фазовый сдвиг д мэяду крутящим, моментом u(t) и угловой скоростью «(t), который определяется иэеэстеш шрай&нием: ,

<ц.,ь» Na

cost? - -- - , (1)

I lull-llull Hn, где Ko-< ii, ы>-активная могщость (скалярное произведение) ,Nn-||ц|•| |-полная мощность (произведение коры).

При разлояениии ji(t) и u(t) в ряды Фурье u(t) - До + Цщ< •sln(iiit+«k), »(t) - «о + Euk*sln(£^t+Pk).Cos? равен

1

+ - EwkMk cos(Bk-Ok)

-2

cos ?--. (2)

¡/«о2 + -Euk2-^2^- -

2 2 Из (2) следует, что в механических цепях где и>к и составляют всего несколько лроцэнтоз от &>0 и Ио.т.е. среднеквадратичные отклонения б(и) к б(ц) значительно меньше га средних значений, Na мало отличается от íin (Cospxl) .Следовательно, Casi)

надо определять в центрированных tó(t) - w(t)-w0, ji(t) -u(t)-Mo. т.е. через коэффициент линейной корреляции:

<Ь>. W> 6wn

С03Г--- - Ротп--. (3)

6w6m

' l«l I • IIM-I I

Если среднеквадратичное отклонение б(и))<<Ыо, то вы2-

¿ - \ |«| I2 - и

<i> - <1>о /1+-

«о'

» г

«о'

0>о +

2 и0

Учитывая это, модно получить приближенную зависимость между is? и cost:

cost »

/ 1 6w-\ /- а И--1+—

^ 2 «о ' V 2

1 бц^

-ICOSipMk^o- (к^о Mo '

бщб*

(5)

Используя приближенную формулу (5) модно записать выражения 1я определения и

i

1 г

Na--dt - Мо"о +■ 6m-6w-pmw,

T J

(6)

; 1 6wZ\ / 1 бЛ

Nn - HcWo- H--1+--- •

2 wQ M 2 Uo '

(7)

Шо ' к 2 Но

Для исследования потерь мощности в внутри рабочего цикла в шамике необходима модель, которая адекватно учитывала бы не >лько силы давления газов и инерции, но и трение между деталями ишндро-поршневой группы. Поэтому в работе стандартный кривошип->-шатунный механизм заменяется моделью (рис.2).

Схема сил действующих в кривошипнр-шатунном механизме

Рис.2

-ti -

Выберем прямоугольную систему координат так, как это показано'на рис.. 2 ( ось 0Z и вектор К перпендикулярны плоскости вращения и направлены по оси вращения). При таком juCope осей координат поступательное перемещение направлено по осп ОХ, а угловые Й -и Jt по оси 0Z. Угол (3 - положителен при 0<а<П и отрщатеден при П<а<2П. Длины: AM=Ro, OM=rQ. С учетом связи а и р .из треугольника AMO находится по теореме синусов:

.Sin 0=—^—Sin а,--[y—<fJ<—5—. ¡8)

Поэтому Сов р>0 и

' 9

А2-г?

Sin2 а

■ Сов-р= ---:- - (9)

Сила •? , действующая со стороны поршня, имеет вид:

1 ± (Р*.Б- г9- ш»)- 1 , . -(Ю)

где Р(Ч)-разиость давлений Р! (1;)-Ро, Р1 (I¡-давление в, цилиндре, Ро-атмосферное давление, Б-площадь поршня,—

скорость.движений поршня 9 -д 1;

г,т-активное сопротивление и масса деталей поршня и верхней головки шатуна.. •

Векторы 5 к , ы=а , Т5=дТс„ (11)

Окончательные выракения, необходимые для построения . машинного алгоритма нахождения ц на выходе механическс

цеш! на периоде Т= --ц,(ОвиТ): к=1,2,3,4.,

г "

г ш(1;)совак(1;)

-0к(1;)=г5о1ркт—'

¿к(г)=ы(г),

г и(г)е!п<а а)+в а))' ----ББв-фг~~-----• <12>

m-Díto. JÜJUtlL- ^ (t) = s Pk(t) - ríy(t)- mj^t),

05ii;Jt) Sin(ai(t) +Pi(t)).

i =MJ(t)+ fJ2(t) + fi3(t)+ fJk(t). .

Так как двигатель обладает моментом инерции вращавщихся ico I и активным сопротивлением г, то необходимо их учитывать fj(t)=rbü(t)+lá(t)+p(t) , (13)

где Д (t)—момент сопротивления со стороны рабочей машины. При использовании для регистрации мощности первичного зеобразователя с дополнительной податливостью lm в механичес-эй цепи (рис.3) заключительная часть'алгоритма .будет: ' .

Включение податливости 1«? в механическую цепь ДВС •

Д А

I,

Z

/

/77

А/

Рис. 3

.Ц = I^W + It0 + (it,

Т< =~а' + 1 (I, И=Й+1Д, ü= й +1р ,

(14)'

Ц. = г2и + 12и + Д, . .

:ли учесть, что замерявшая величина

Т = Т(Ю--г С"Ь)"-"5Г' ("Ь)), •" • (15).

з "]Г(1;) и "ХГ (1) можно считать известными и

=Д(г)=Д(г) - г£и(1;) - -т ир 'а)), Об) ,

= + г. и (г)'+ I и(Ю. , * Полученные выражения позволяют сравнивать теоретическую сновенную мощность 1 >*и(^) с реальной и, тем сашг*, -

■штывать потеря внутри рабочего Цикла. • Падение реальной * эщности могвт происходить за- 1 счет . фазового' сдвига, Зусловленного реальной 'подачей топлива и воздуха,, т.е.функции (а), а такте наличием, податливости в газе 1 .

В работе рассматривается модель (рис.4), которая поэводж оценивать максимальную развиваемую двигателем мощность как I инерционной, так и до податливой составляющей, т.е. по общей р£ активной мощности применительно к цифровым измерителям.

Геометрическая интерпретация математической модели

Кривая (1) аппроксимируется функцией

а - а - be_Xt CI - е sin(£2t + а)3 (17)

при уравнении движения системы двигатель- рабочая j^assia

п - га2 + Iuu + цы,. (18)

где ц. - момент сопротивления со стороны рабочей ыйеины. В уравнении (17) а - иь Ь - o>i -Г Wmax - <*b

х - ■— , с - -- .

I (|>1 - Оо

Параметр а случаен и зависит от пйлоивния рейки топливноп насоса в .начальный момент разгона.

Кривая (2) аппроксимируется экспонентой, получающейся из (1] заменой С - О

u - wi - (ui-fc)0)e-,lt ' (19)

и соответствует идеальному теоретическому выбегу без регулятора с уровня ц>о на уровень ui-

Исходя из того, что мгновенная мопщость-существует в виде двух составляющих:

па - ги>г, пр - Iuu , (20)

находится приближенное значение коэффициента \ :

Ю (О) - (Ишах - Ио) -

2 То

X--. (21)

к)1 - (ЙО

Значения входящих в эту формулу величин легко снимаются с графика переходного процесса.

Окончательно, значение фазового сдвига ¡¡> между Па и пр найдется из формулы:

1 ¿(0)

<р---- , (22)

X «о

Оез значения приведенного момента, инерции 1 и г.

Учитывая, что значение I практически не меняется в течение эксплуатации, можно с его помощью вычислить мгновенные оценки:

Пр1"3*'- Пр(0) - 1 о. (0) Ио, (23)

пр (0)

--1 п _ ^ + „р.- (24)

. гз ф

Таким образом, имея кривую переходного процесса на промежутка 3 - 4 с. , можно численно определить все йнтересуюлзге нас величины (при известном I).

Машинный алгоритм сформирован йа'основе аналитических выраА дений приведенных выше, и представлен следующими-шагами.

1. Ввод экспериментальных данных, сглаживание и нормирование данных (приведение к значениям ы) формирование массива значений углозой скорости и [1], отметчика щг и [13,1-1, ..., к - количество точек реализации.

2. Поиск максимальных значений угловой скорости на участке, разгона ы^ тан-

3. Формирование массива значений ускорений Иш И], 1-1,.... К путем дифференцирования и [13.

4. Определение максимальных значений ускорений сЗььШ на участке разгона йы, так.

5. Нахождение значения угловой скорости в установившемся режиме Ы-1.

6. Расчет коэффициента X по формуле (21).

7.Нахолдение временных отсчетов соответствующих положению поршня' в ВМТ

■СтахШ - иитахШ).

8.Определение числа точек анализа соответствующих" времени

J-цикла |

■ ;BCJ3 - ЦмхШ - WC3-23.

9. Формирование массивов значений t£ ф С13,реактивного момента jitlD, реактивной npCl] .активной Па[13, полной мощности пС13 по выражениям (22724). . <

10. Определение коэффициента корреляции ртчДЗЗ.

• 11.Формирование массивов реактивной мощности Npij] -Npcplj3/ Cos? , где Cos? находится.по (5). •

12.Поиск максимальных значений Nj*

13. Вывод результата расчета. Запись данных на диск.

Далее в работе рассматривается машинный вариант фазометри-

ческого.способа измерения мощности двигателя ' МСЭС.Основной особенностью данного варианта является то, что электрические сигналы с. катушек первичного измерительного преобразователя выполненного по принципу ЗРКС-2 .с помогаю АЦП записываются вначале в базу данных (БД), а затем обрабатывается программно по- алгоритму.. ' '

1.Измерение, нормализация, сглаживание и запись в ВД сигналов с катушек первичного измерительного преобразователя щ(t) и u2(t).

2.Определение числа периодов за рабочий цикл двигателя ш -Т/30, ,

30-число пар полюсов датчика, Т-длительность рабочего цикла дизеля (за два оборота коленчатого вала).

3.Определение экстремумов сигналов с • 1 катунин итахС1\ЦципС1),ео 2-й ИпахСЙ); Upiin(z) для 1-го периода.

4.Определение временных отсчетов соответствующих экстремумам сигналов в 1-м периоде .•'••.

-г(И,1,дажС13), tC1)min[13 -t(u(1)minti3), ' ■Cfz>maKIi3 -tiu'^Mxtl]), T-c2)n)inE13 -t(u(z>min[13).

5.Определение длительностей "между экстремумами в 1-м перирдё Дт"?Ш - - •T^'mintU. . -

• Д-СС25С13 - т'^^ш - х(2,шпШ. •

6.Определение угловой скорости и, мгновенной мощности п , . крутящего момента m в 1-м периоде ыС13 - it/30 • /yia>[13, mtl3 - w-At(2) tl3/lm, ■ •

nC13 - m[13 7 w(l)[13, где1т -податливость составного маховика.

7.Определение математического окидакия m0, и>0, среднеквадратичного рткдонеЕа- " ,, ■ 6i;,6;;!V/ , коэффициента корреляции pmv.

8.0предёление активной Na и полной Nn мощности за цикл дизеля по выражениям (6), (7).

Допустимая величина скручивания дополнительной податливости Дф ' выбиралась исходя из частоты дискретизации современных АЦП. Современные измерительные цифровые средства позволяют измерять сигналы с частотой f - 250 кГц. Для двигателя Д24СЦ при крутящем моменте (1.-250 Нм и угловой скорости /м-230с-1 величина ¿Ф-2,63° (шаг дискретизации по моменту равен 5 Н-м).

i

' в третьей главе изложена методика экспериментальных исследований, реализованная в автоматизированной системе экспериментальных исследойаний (АСЭИ) .В качестве объекта испытаний при' проведении экспериментальных исследований был принят, трактор ЫТЗ-80Л с

двигателем Д-240Л-.Нагрузка осуществлялась стендом КИ-5543 ГОСНИ-

. / ' /

Для реализации рассматриваемой системы применялась модель IBM PC/AT обладающая достаточными вычислительными возможностями: С8У емкостью 640 кБайг с возможностью расширения, ; НГМД на 1.2 МЕайт, НЗЭД типа "Венчестер" от 20 МБайт и выше, /микропроцессор Intel 80286 с арифметическим сопроцессором 80287 J

В качестве интерфейса связи между ЭВМ и экспериментальной установкой применялись контроллеры ввода-вывода аналоговых сигналов типа AT-LAB (ВИСХСМ) и L205 с параметрами приведенными в

табл.1. !

i 1 ; i

I

Таблица 1

i

Параметры контроллеров ввода-вывода аналоговых сигналов

Тип АЦП/ ЦАП i Режим

Число каналов Разряд. Бит Tnpaotíp. мкСвк ¡ ' UBX/Ueux > В

AT-LAB 16/1(4) 10/10 30/10 5.12/5.12 ЦЦП

L205 16/1(2) 12/12 2/5 5.12/5.12 Программный щда Внешний

4 А

- А» -

В четвертой главе представлены основные результаты экспериментальной проверки разработанных алгоритмов.На рис.Б-представлены зависимости изменения Соз^а/Нп за рабочий цикл двигателя при гармонической нагрузке. Зависимость 1 получена по выражении (5), а зависимость 2 получена по среднеквадратичным значениям.Как видно из рис.5, оценка работы цикла двигателя по среднеквадратичным значениям неэффективна.

Зависимости Созф и Собр'от частоты колебаний гармонической нагрузки (коэффициент вариации N>-257.)

0,45

0,90

1-С03Ч» ,2- Соэ?'

Рис. 5

Оценка максимальной мощности, развиваемой двигателем ИСЭС при разгоне,осуществлялась по полной реактивной мощности с учетом колебаний угловой скорости и крутящего момента внутри рабочего цикла (рис.6). На рис.6 полная реактивная мощность представлена зависимостью 2, которая построена по результатам расчета' в отдельных циклах кривой разгона.Средняя инерционная- мощность на протяжении кривой раагона представлена кривой 1.Как видно из рис.6, максимальное различие между зависимостями составляет около 12 Квт в области максимального ускорения.Столь существенное различие объясняется наличием фагового сдвига внутри рабочего цикла и носит характер податливости.

к-. к—

1 -

О ■ 0,25 ~$0 $75 /.ГЦ

Составлявшие мощности на переходном процессе разгона

\-ПгМ; 2-Nf-ffu)); УПа-fM; 4-n~/fa)J.

Рис. 6

Для' подтверждения данного обстоятельства, сопоставлялись рабочие циклы с одинаковым приращенем задроссельного давления при статической нагрузке и при разгоне (в таком случае запаздыванием канала отбора давления газов из цилиндра модно пряиебречь).Потери внутри каждого цикла определялись по моделе (12).Результаты показали хорошее совпадение моделей.Статистические характеристики определялись с использованием пакета для статистической обработки 3TATGRAFHICS Statistical Graplcs System (S3).

Работоспособность первичного преобразователя, выполненного в виде составного маховика с дополнительной податливостью, в динамических режимах исследовалась по обобщенной механической цепи вращательного движения двигателя и стенда. Алгоритмы реализованы трограшно на языке TURBO PASCAL 6.0. В результате по отдельным точкам (рис.7) построены расчетные АЧХ (зависимость 2) и ФЧХ (зависимость 4).

•Частотные характеристики трактора НТЗ-80Л и стёнда КИ-Б543ГОСНИТЙ (ц« -250 Н-м)

Рис.7

Адекватность" экспериментальных и расчетных зависимостей проверялась по критерию Фишера.

Соответствий экспериментальных и теоретических зависимостей позволит по знанию параметров цепи и составляющим мощности в отдельной точке, получить составляющие мощности в любой точке йепи (в том числе и с учетом кривошипно-шатунного механизма).

Сопоставляя собственную частоту датчика (fd-8,16Tii.) и макт симум АЧХ (рис.7), можно сделать вывод ó там, что данный первичный измерительный преобразователь работоспособен практически во всем диапазоне встречающихся частот.

Отклонение угловой скорости при установленном угле закручивания дисков 2-3° составляет 0,05%.

Экспериментально-установлено, что при номинальном крутящем моменте фазовый сдвиг между сигналами с первой и . второй катушки составляет 55°. Исходя из этого можно получить требование на-частоту дискретизации АЦП. Так при п-2000 об/мин. и f-ЮОКГц в периоде сигнала укладывается 1D0 течек.Таким образом, чтобы измерять крутящий момент с дискретностью ь 5 Н м необходима частота Г-50 КГц.Современные интерфейсы типа L205 позволяют работать на частоте до 250 КГц.

Малая величина временного интервала между экстремумами Ec-Tpf-чкк" сигналов предъявляет вые orate требования к точности изготовления датчиков подобного типа.

Алгоритм фаэометрического способа проверялся. как-при стати-

:еской,- так и при динамической нагрузке.Результаты работы прог-(аммы, реализующей алгоритм фазометрического способа измерения гощности тракторного двигателя при различных уровнях статической агрузки и стенда, приведены в табл. 2..

Таблица 2

Результаты работы программы реализующей алгоритм . фарометрического способа определения мощности

Частота дискр.' Г,Гц , , Кол-зо точек в цикле,1 Угл.скор стенда а, с 1 Момент стенда. Мот, Мощ-ть стенда Мот,Ет Мг,, Вт Относ' погр. гд

50000 50 209 238 49808 49344 о,-эо

50000 50 209 202- 42301 42997 1,60

50000 50 209 158 33027 33855 2,50

50000 50 209 ' 127' 26683 25633 0,20

50000 50 209 92 19311 18978 1,72

50000 50 '209 66 13794 13647 1,06

Как.видно из табл.1, относительная погрешность . определекйя однбй мощнбстк за счет применения процессорного- измерительного редства меньше, чем у системы ЗРКС-2 в два раза. С повышением астоты квантования АЦП относительная погрешность уменьшается езначитольно. ,

.■ ■ ' . ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ Я РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ .

г.Исследовайиями подтверждено, что в механических динаытес-их системах сельскохозяйственных мобильных энергетических средс-в целесообразно оценивать, как активные так и реактивные составившее мощности.

2.'В механической системе мобильного, сельскохозяйственного нэргетического. средства фаговый сдеиг мекду случайными вектерны-иш скалярными функциями ■ (крутящих« моментом и. угловой сиростью), необходимо регистрировать в центрированных значенйяу. •

3.Установлена приближенная зависимость между соз?, ,характе-изующим долю активной составляющей мощности N3 в полней Ь'п, и' оэффициёнтом кбррелйим рии д^я случая,. когда дисперсии -крутяще-о момента.бт и угловой скорости 6« менее 5Хот их математических жиданий. "" ' '' ' - ' '

.4.Разработанная динамическая модель '(12) передачи силсвогб

воздействия газовых сил на поршень в крив ошипш-шатунном механизме позволяет оценивать КПД рабочего цикла ДВС.

5.Параметры расчетной модели для определения мгновенных составляющих мощности ЫСЭС на переходном процессе целесобразно определять программно по протеканию переходной характеристики, как г-] цепи.

6. Оценка максимальной мощности ЫСЭС на переходном процессе свободного разгона, должна осуществляться за время цикла с учетом угла фазового сдвига между угловой скоростью и реактивным моментом.

7. Установлено, что для цифровых измерителей составляющих мощности при непрерывной регистрации в качестве источника первичной информации целесобразно использовать дополнительную податливость в механической цепи ЫСЗС.

8.Для реализации разработанных алгоритмов целесообразно использовать типовую архитектуру ПЗЕУ, оснащенных интерфейсами ввода-вывода аналоговых сигналов с объемом памяти С8У 640 Кбайт и более.

9.Алгоритм оценки составляющих мощности на переходном режиме свободного разгона по точности приближается к стендовым испытаниям (погрешность 3-4 процента).Годовой экономический эффект за счет снижения эксплуатационных расходов на 1 трактор составляет 76,5 т.руб.(в ценах на 1 января 1995г.)

10.Использование алгоритма регистрации составляющих мощности в системе АСЗИ для ресурсных*испытаний новой техники позволит получить годовой экономический эффект за счет снижения эксплуатационных расходов на один трактор в сумме 1801.6 т.руб.(в ценах на 1 января 1995г.)

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:'

1.Алгоритм мгновенной оценки энергоресурса дизельного двигателя по кривой разгона/ Мордов.ун-т, Саранск,1993. Деп.в ЩШТЭ-Итракторосельхозмаш И1530-тс93 от31.05.93.(Соавтор Ю.А.Вантюсов).

. *

2. Алгоритм определения полной мощности по кривой рааго-1//Тез. докл.науч.конф. "XXI Огаревские чтения".Са-lhck, 1993.С.73-74. (Соавтор Ю. А.Вантюсов).

3.Прогнозирование остаточного ресурса мобильного знергети- , 'ского средства '/Тез.докл.науч.конф. "XX Сгаревские чтения".Са-ihck, 1991. С л 10-111. (Соавтор Ю.А.Вантюсов).*»

4.Автоматизация эксперимента:объектно-ориентированный под- . >д.//Тез.докл.науч.-тех. кокф. "Проблемы и прикладные вопросы [зики".Саранск,1993.С. 112.(Соавторы Ю.А.Вантюсов, Ю.Д.Волков).

5.Экспресс-анализ мощности двигателя // Tea. докл. Республ. |уч.-тех. копф."Применение прогрессивных технологий, ком'позицн-гных материалов и покрытий с целью повышения долговечности сбойных единиц при изготовлении и ремонте машин". Саранск, 1994.С. 1:79. (Соавторы Ю.А.Вантюсов, Ю.Д.Волков).

6. Автоматизация экспериментальных исследований мобильных 'льскохозяйственных энергетических средств //Тез.докл. Второй 1уч.-метод, кокф. "Использование научно-технических достижений в монстрационнем эксперименте и в постановке лабораторных практй-'мов" Саранск,1994.С. 211.(Соавторы Ю.А.Вантюсов, А.П.Савельев, Д.Волков, П.В.Котельников). - -

7.Разработка методов прогнозирования динамического состояния изыскание принципов построения энергоресурсоконтролирующих сис-'м сельскохозяйственных мобильных агрегатов:Отчет о НИР (проме-гточн.) Мордов. ун-т. Рук,Ю.А.Вантюсов. N - ГР019?0006136; ^.N02920012209. Саранск, 1991.

8. Определение фагового 'сдвига в механических цепях мобилЬ-IX 'сельскохозяйственных агрегатов//Тез.докл.науч.конф."XXII ■аревские-чтения".Саранск,1995, (в печати).

9. Совершенствование- фаэометрического- способа измерения мощ->сти , .тракторного двигателя//Вестк. Мордов. ун-та. Са-ияск. 1995.N2. (Соавтор ю.А.Вантюсов).(в печати;..