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.
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.
1. 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).
2. 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.
3. Yuldashev A.K., Khayrutdinov I.N. Stendy dlya issledovaniya dvigateley pri neustanovivshikhsya nagruzkakh / A.K. Yuldashev, I.N. Khayrutdinov. - Kazan´: Fen, 2002. - 228 s.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. 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.
9. 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. 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.
14. 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. Chernorutskiy, I. Metody optimizatsii. Komp´yuternye tekhnologii / I. Chernorutskiy, SPb.: BHV, 2011. - 384 s.
