Vestnik of Kazan State Agrarian University

Вестник Казанского государственного аграрного университета

2073-0462

4043

10.12737/6504

Технические науки

Matching characteristics of agricultural power plants of mobile machines to the terms of their usage

Согласование характеристик энергетических установок мобильных машин с условиями их эксплуатации в АПК

Шириязданов

Рустэм Рафисович

Shiriyazdanov

Rustem Рафисович

rustem404@rambler.ru

19 11 2014

9 3 98 103

https://zh-szf.ru/en/nauka/article/4043/view

В статье приводятся результаты исследования, посвященного разработке способа согласования характеристик энергетических установок мобильных машин с условиями их эксплуатации в АПК. В качестве основы для такого согласования предложена математическая модель системы «энергетическая установка – мобильная машина – среда эксплуатации», позволяющая задавать критерии согласования и оптимизируемые параметры.

Lack of accommodation of powertrains characteristics of mobile machines with the conditions of their operation in the agricultural sector leads to several problems. The aim of this study was chosen to create an approach to harmonize the characteristics of mobile machines powertrains with the conditions of their operation in the agricultural sector, which would allow to increase the efficiency of these machines due to: taking into account engine modes and transmission, peculiar to real operating conditions; taking into account the influence of the control action on the engine operation modes and transmission (partial work on high-speed mode); taking into account the influence of external constraints (requirements, efficiency criteria) on the engine operation modes the and transmission; the possibility of using operational means of establishing characteristics in the early stages of designing. A number of tasks were solved: 1) Creation of a mathematical model of the system, including the powertrain, the mobile machine operating conditions and control actions; 2) Collection of experimental data to verify the adequacy of the model; 3) Conducting computational experiments; 4) Optimization model for applications. Using the developed model, it becomes possible for any unit of the “powertrain - mobile machine – operation environment” system to set design requirements for specific operating conditions, as well as the laws of control of system components. The methods of applications of the model, the specific algorithms of system control for applications were developed.

мобильные машины согласование характеристик энергетические установки.

mobile machines matching characteristics powertrain.

Введение. Недостаточный уровень согласования характеристик энергетических установок мобильных машин с условиями их эксплуатации в АПК приводит к ряду проблем. В частности, зачастую мобильные машины, применяемые в сельском хозяйстве, не соответствуют техническим условиям по эксплуатационным характеристикам, отсутствует информация о сравнительной эффективности сельскохозяйственной техники и оборудования и их функциональных характеристиках применительно к конкретным условиям использования [1]. Также современные системы управления энергетическими установками, могут допускать значительные ошибки при определении реальных показателей работы двигателей [2]. Одновременно, теряется до 20…25% мощности двигателей мобильных машин [3, С.3], расход топлива возрастает на 13…15% [3-5], ухудшается экологичность, ускоряются процессы износа машин.Поэтому целью данного исследования было выбрано создание такого подхода к согласованию характеристик энергетических установок мобильных машин с условиями их эксплуатации в АПК, который бы позволил повысить эффективность применения этих машин за счет:- учета режимов работы двигателя и трансмиссии, характерных для реальных условий эксплуатации;- учета влияния управляющего воздействия на режимы работы двигателя и трансмиссии (работу на частичных скоростных режимах);- учета влияния внешних ограничений (требований, критериев эффективности) на режимы работы двигателя и трансмиссии; - возможности использования на начальных этапах проектирования оперативных способов установления характеристик.Для достижения указанной цели необходимо было решить ряд задач:1) Создание математической модели системы, включающей энергетическую установку, мобильную машину, условия эксплуатации и управляющие воздействия;2) Сбор экспериментальных данных для проверки адекватности модели;3) Проведение вычислительных экспериментов;4) Оптимизация модели для решения прикладных задач;Условия, материалы и методы исследований. Для решения задачи составления математической модели «энергетическая установка – мобильная машина – среда эксплуатации» был использован структурный подход, позволяющий эффективно реализовать топологию модели в виде иерархической структуры с возможностью ее расширения и углубления. Пример структуры модели представлен на рисунке 1.

О мерах по увеличению производства современной сельскохозяйственной техники и улучшению технологической обеспеченности сельхозпроизводителей. Справка. Совещание Правительства РФ о развитии производства современной сельхозтехники 11 марта 2014 г., Ростов-на-Дону [Электронный ресурс] / Правительство России URL: http://government.ru/info/10965 (Дата обращения 20.04.2014).

O merakh po uvelicheniyu proizvodstva sovremennoy sel´skokhozyaystvennoy tekhniki i uluchsheniyu tekhnologicheskoy obespechennosti sel´khozproizvoditeley. Spravka. Soveshchanie Pravitel´stva RF o razvitii proizvodstva sovremennoy sel´khoztekhniki 11 marta 2014 g., Rostov-na-Donu [Elektronnyy resurs] / Pravitel´stvo Rossii URL: http://government.ru/info/10965 (Data obrashcheniya 20.04.2014).

J. Čupera, P. Sedlák, Design and verification of engine power calculation model using the data of a digital bus built into a agricultural tractor, Acta univ. agric. et silvic. Mendel. Brun., 2011, LIX, No. 6, pp. 111-120.

Юлдашев А.К., Хайрутдинов И.Н. Стенды для исследования двигателей при неустановившихся нагрузках / А.К. Юлдашев, И.Н. Хайрутдинов. - Казань: Фэн, 2002. - 228 с.

Yuldashev A.K., Khayrutdinov I.N. Stendy dlya issledovaniya dvigateley pri neustanovivshikhsya nagruzkakh / A.K. Yuldashev, I.N. Khayrutdinov. - Kazan´: Fen, 2002. - 228 s.

Lindgren, M. Engine exhaust gas emissions from non-road mobile machinery - effects of transient load conditions. Doctoral dissertation. / Swedish University of Agricultural Science - Uppsala: 2004. - 60 p.

Халиуллин Ф.Х., Шириязданов Р.Р. Влияние параметров всережимных регуляторов на показатели ДВС при неустановившихся режимах работы // Тезисы докладов на VI Международной научно-практической конференции «Автомобиль и техносфера» (ICATS`2011): Казань. - 2011. - С157-158.

Khaliullin F.Kh., Shiriyazdanov R.R. Vliyanie parametrov vserezhimnykh regulyatorov na pokazateli DVS pri neustanovivshikhsya rezhimakh raboty. Tezisy dokladov na VI Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Avtomobil´ i tekhnosfera» (ICATS`2011): Kazan´. - 2011. - S157-158.

Халиуллин Ф.Х., Шириязданов Р.Р. Моделирование момента сопротивления на валу автомобильного двигателя // Материалы V Всероссийской научно-технической конференции «АНТЭ-2009». - Казань, Т.2. - 2009. - С. 20-24.

Khaliullin F.Kh., Shiriyazdanov R.R. Modelirovanie momenta soprotivleniya na valu avtomobil´nogo dvigatelya. Materialy V Vserossiyskoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «ANTE-2009». - Kazan´, T.2. - 2009. - S. 20-24.

Шириязданов Р.Р., Халиуллин Ф.Х. К вопросу исследования динамических характеристик системы «двигатель - машина - среда» // Инженерная наука - агропромышленному комплексу / Материалы международной научно-практической конференции Института механизации и технического сервиса. - Казань: Издательство Казанского ГАУ, 2014. - С. 160-163.

Shiriyazdanov R.R., Khaliullin F.Kh. K voprosu issledovaniya dinamicheskikh kharakteristik sistemy «dvigatel´ - mashina - sreda». Inzhenernaya nauka - agropromyshlennomu kompleksu / Materialy mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii Instituta mekhanizatsii i tekhnicheskogo servisa. - Kazan´: Izdatel´stvo Kazanskogo GAU, 2014. - S. 160-163.

Галеев Г.Г., Халиуллин Ф.Х., Шириязданов Р.Р. Обзор программных продуктов для моделирования функционирования энергетических установок мобильных машин // Вестник Казанского ГАУ.- Казань. - 2012. - №2 (24). - С. 66-71.

Galeev G.G., Khaliullin F.Kh., Shiriyazdanov R.R. Obzor programmnykh produktov dlya modelirovaniya funktsionirovaniya energeticheskikh ustanovok mobil´nykh mashin. Vestnik Kazanskogo GAU.- Kazan´. - 2012. - №2 (24). - S. 66-71.

Халиуллин Ф.Х., Шириязданов Р.Р. Возможности MATLAB/Simulink для моделирования энергетических установок мобильных машин // Материалы Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологий и технического обеспечения сельскохозяйственного производства». - Казань. - 2012., С. 249 - 253.

Khaliullin F.Kh., Shiriyazdanov R.R. Vozmozhnosti MATLAB/Simulink dlya modelirovaniya energeticheskikh ustanovok mobil´nykh mashin. Materialy Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Aktual´nye voprosy sovershenstvovaniya tekhnologiy i tekhnicheskogo obespecheniya sel´skokhozyaystvennogo proizvodstva». - Kazan´. - 2012., S. 249 - 253.

10.

Shiriyazdanov R.R., Khaliullin F.K., Medvedev V.M., Ahmetzyanov I.R. Some Aspects of the Practical Application of Agricultural Mobile Machinery´s Powertrain Transient Operations Research Results / European Applied Sciences: modern approaches in scientific researches [Text]: Conference papers of the 10-th International Scientific Conference, Suttgart, Germany, June 5, 2014. - pp. 56-59

11.

Khaliullin F.K., Shiriyazdanov R.R., Ahmetzyanov I.R., Medvedev V.M. Approaches for Numerical Simulation of Mobile Machine in Actual Operating Conditions / Global Science and Innivation [Text]: materials of the II International Scientific Conference, Vol. II, Chicago, May 21-22nd, 2014. - pp. 247-249.

12.

Халиуллин Ф.Х., Шириязданов Р.Р. Обоснования создания измерительной информационной системы для исследования функционирования энергетических установок мобильных машин в АПК // Материалы Международной научно-практической конференции «Перспективные технологии и технические средства в АПК». - Казань. - 2013. - С. 193 - 196.

Khaliullin F.Kh., Shiriyazdanov R.R. Obosnovaniya sozdaniya izmeritel´noy informatsionnoy sistemy dlya issledovaniya funktsionirovaniya energeticheskikh ustanovok mobil´nykh mashin v APK. Materialy Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Perspektivnye tekhnologii i tekhnicheskie sredstva v APK». - Kazan´. - 2013. - S. 193 - 196.

13.

Adaptive Fuzzy Throttle Control for an All Terrain Vehicle / Soto, A., Saptharishi, M., Ollennu, A. T., Dolan, J. [and al] // IMechE Part I: Journal of Systems and Control Engineering. - 2001. - vol. 215. - PP. 189-198.

Adaptive Fuzzy Throttle Control for an All Terrain Vehicle / Soto, A., Saptharishi, M., Ollennu, A. T., Dolan, J. [and al]. IMechE Part I: Journal of Systems and Control Engineering. - 2001. - vol. 215. - PP. 189-198.

14.

Лурье, З.Я. Cинтез параметрически оптимизируемого пид-регулятора гидроагрегата навесного оборудования трактора [Текст] / Лурье З.Я., Макей В.А., Цента Е.Н. // Международная научная конференция MicroCAD : Секцiя №5 - Моделювання робочих процесів в теплотехнологічному, енергетичному обладнанні та проблеми енергозбереження - НТУ "ХПИ", 2009. - C.304.

Lur´e, Z.Ya. Cintez parametricheski optimiziruemogo pid-regulyatora gidroagregata navesnogo oborudovaniya traktora [Tekst] / Lur´e Z.Ya., Makey V.A., Tsenta E.N.. Mezhdunarodnaya nauchnaya konferentsiya MicroCAD : Sektsiya №5 - Modelyuvannya robochikh protsesіv v teplotekhnologіchnomu, energetichnomu obladnannі ta problemi energozberezhennya - NTU "KhPI", 2009. - C.304.

15.

Черноруцкий, И. Методы оптимизации. Компьютерные технологии / И. Черноруцкий, СПб.: BHV, 2011. - 384 с.

Chernorutskiy, I. Metody optimizatsii. Komp´yuternye tekhnologii / I. Chernorutskiy, SPb.: BHV, 2011. - 384 s.