Содержание к диссертации
Введение
Состояние вопроса и задачи исследования 12
1.1. Обзор исследований по оценке эффективности применения энергонасыщенных тракторов с гидромеханическими трансмиссиями и двигателями постоянной мощности 12
1.2. Анализ исследований по оптимизации параметров и нагрузочных режимов работы МТА 20
1.3. Анализ исследований по обоснованию допусков на агротехнические показатели и на выходные параметры МТА 24
1.4. Методы и средства контроля технического состояния тракторов по функциональным параметрам 31
1.5. Постановка вопроса и задачи исследования 40
2. Вероятностно-статистическая оценка энергетических и технико-экономических параметров тяговых и тягово-приводных агрегатов 44
2.1. Средние значения, дисперсии и коэффициенты вариации энергетических и технико-экономических параметров тяговых агрегатов 44
2.1.1 Средние значения энергетических и технико-экономических параметров тяговых агрегатов 47
2.1.2 Дисперсии и коэффициенты вариации энергетических и технико-экономических параметров тяговых агрегатов 85
2.2. Средние значения, дисперсии и коэффициенты вариации энергетических и технико-экономических параметров тягово-приводных агрегатов 104
2.2.1. Средние значения энергетических и технико- экономических параметров тягово-приводных агрегатов 107
2.2.2. Дисперсии и коэффициенты вариации энергетических и технико-экономических параметров тягово-приводных агрегатов 121
2.3. Выводы 130
3. Обоснование оптимальных и допускаемых режимов работы тяговых и тягово-приводных агрегатов 132
3.1. Экстремумы энергетических и технико-экономических параметров тяговых и тягово-приводных агрегатов 132
3.1.1. Экстремумы математических ожиданий энергетических и технико-экономических параметров тяговых агрегатов 133
3.1.2. Экстремумы дисперсий и коэффициентов вариаций энергетических и технико-экономических параметров тяговых агрегатов 152
3.1.3. Экстремумы математических ожиданий энергетических и технико-экономических параметров тягово-приводных агрегатов 156
3.1.4. Экстремумы дисперсий и коэффициентов вариаций энергетических и технико-экономических параметров тягово-приводных агрегатов 164
3.2. Оценка и оптимизация допускаемых значений энергетических и технико-экономических параметров машинно-тракторных агрегатов 168
3.2.1. Оценка допускаемых значений энергетических и технико-экономических параметров тяговых агрегатов 171
3.2.2. Оценка допускаемых значений энергетических и технико-экономических параметров тягово-приводных агрегатов 180
3.3. Расчёт оптимальных значений эксплуатационных допусков на энергетические и технико-экономические параметры тяговых и тягово-приводных агрегатов 182
3.3.1 Определение оптимальных значений эксплуатационных допусков на энергетические и технико-экономические параметры тяговых агрегатов 182
3.3.2 Определение оптимальных значений эксплуатационных допусков на энергетические и технико-экономические параметры тягово-приводных агрегатов 194
3.4. Выводы 201
4. Методология диагностирования тракторов по функциональным параметрам 205
4.1. Управление работоспособностью тракторов посредством функционального диагностирования 206
4.2. Определение средних значений функциональных параметров тракторов при гармонической нагрузке 211
4.3. Обоснование вида и режимов гармонического нагружения тракторов при их тестовом функциональном диагностировании 216
4.4. Определение установочных допусков на уровень настройки при тестовом диагностировании технического состояния по функциональным параметрам 222
4.5. Обоснование допускового контроля при функциональном диагностировании работоспособности тракторов 224
4.6. Методика, методы и средства тестового диагностирования тракторов 230
4.7. Методы и средства контроля функциональных параметров в процессе эксплуатации тракторов 236
4.8. Выводы 247
5. Методика экспериментальных исследований 249
5.1. Цели, программа и задачи экспериментальных исследований 249
5.2. Применяемое оборудование и аппаратура для экспериментальных исследований 251
5.2.1. Аппаратура для лабораторных исследований 251
5.2.2. Аппаратура для полевых исследований 254
5.3. Методика проведения лабораторных испытаний 259
5.4. Методика проведения полевых испытаний тяговых и тягово-приводных агрегатов 261
5.5. Методика обработки экспериментальных данных 263
5.6. Оценка погрешностей измерений и точности результатов испытаний 267
5.7. Вероятностно-статистический метод определения прямых топливно-энергетических затрат при работе МТА 270
5.8. Обоснование базовых значений энергетических параметров дизельных энергоустановок 274
5.9. Выводы 277
6. Результаты исследований по повышению эффективности функционирования тяговых и тягово-приводных агрегатов 278
6.1. Вероятностно-статистический анализ входных внешних воздействий при работе машинно-тракторных агрегатов 278
6.1.1. Определение вероятностно-статистических характеристик входных воздействий при работе тяговых агрегатов 279
6.1.2. Определение вероятностно-статистических характеристик входных воздействий при работе тягово-приводных агрегатов 288
6.2. Корреляционно-спектральный анализ входных параметров тяговых и тягово-приводных агрегатов 294
6.3. Закономерности изменения выходных энергетических и технико-экономических параметров машинно-тракторных агрегатов 303
6.4. Оптимальные нагрузочные режимы и уровни использования энергетических и технико-экономических показателей агрегатов 308
6.5. Система эксплуатационных допусков на энергетические и технико-экономические показатели агрегатов 314
6.5.1. Установочные допуски на уровень настройки по параметру 318
6.5.2. Установочные допуски на точность настройки по параметру 324
6.5.3. Контрольные допуски выходных параметров 330
6.5.4. Экстремальные значения количественных характеристик выбросов энергетических параметров МТА 332
6.6. Методы и средства оперативного контроля эффективности функционирования тракторов 337
6.7. Градация допускаемых значений функциональных параметров МТА при выполнении технологических операций 346
6.8. Выводы 352
7. Технико-экономическая оценка и прогнозирование эффективности использования машинно-тракторных агрегатов 355
7.1. Расчёт технико-экономической эффективности использования МТА при реализации оптимальных и допускаемых нагрузочных режимов их работы 355
7.2. Определение эффективности использования техники по энергетическим затратам технологического процесса 359
Общие выводы и рекомендации 364
Литература 368
Приложения 401
- Обзор исследований по оценке эффективности применения энергонасыщенных тракторов с гидромеханическими трансмиссиями и двигателями постоянной мощности
- Средние значения, дисперсии и коэффициенты вариации энергетических и технико-экономических параметров тяговых агрегатов
- Экстремумы математических ожиданий энергетических и технико-экономических параметров тяговых агрегатов
- Управление работоспособностью тракторов посредством функционального диагностирования
Введение к работе
Внедрение в сельскохозяйственное производство новой высокопроизводительной техники и повышение эффективности её функционирования являются одними из основных задач развития сельскохозяйственного производства на современном этапе. Одним из способов решения этой задачи является применение на тракторах перспективных моторно-трансмиссионных установок, в частности, на базе гидромеханических трансмиссий (ГМТ) и с использованием двигателя постоянной мощности (ДПМ).
Большинство почвообрабатывающих машин, использующихся в сельском хозяйстве, имеют общий недостаток — создают значительное тяговое сопротивление и поэтому работающим с ними тракторам необходим большой сцепной вес для реализации требуемой силы тяги. КПД таких агрегатов не превышают 0,5—0,6. Для подготовки почвы под посев или посадку проводят несколько операций комплексом машин, состоящим, как минимум, из плуга, культиватора, различных борон и катков. Многократные проходы МТА по полю приводят к значительным материальным и трудовым затратам и неблагоприятно отражаются на агрофизических свойствах и экологии почвы.
Весьма перспективная технология, лишенная перечисленных недостатков, - применение почвообрабатывающих машин с активными рабочими органами, приводимыми в движение от ВОМ трактора. Передавая всю или большую часть необходимой для обработки почвы мощности через ВОМ, эти машины более рационально используют мощность двигателя трактора, имеют более высокий КПД и могут работать с тракторами меньшей массы. Кроме того, тягово-приводные почвообрабатывающие машины являются наиболее перспективной базой для создания комбинированных машин, выполняющих за один проход несколько технологических операций.
Значительное усложнение мобильных сельскохозяйственных агрегатов привело к тому, что эффективное их использование становится сложным без надёжных средств управления загрузкой двигателя, без современных систем контроля за работой энергетической и технологической частей МТА. Контроль и оценку функционирования агрегатов при выполнении технологических операций необходимо осуществлять с помощью научно обоснованных оптимальных и допускаемых значений контролируемых выходных параметров.
Таким образом, вопросы повышения эффективности функционирования тяговых и тягово-приводных агрегатов на базе тракторов с ДПМ и ГМТ за счёт оптимизации эксплуатационных параметров, допусков и режимов работы с учётом вероятностного характера нагрузки и разработки методов и средств контроля эксплуатационных параметров предопределяют актуальность и народнохозяйственную значимость проблемы. Научную новизну диссертационной работы составляют:
- математические модели для прогнозирования оптимальных и допускаемых значений энергетических и технико-экономических параметров тяговых и тягово-приводных агрегатов на базе тракторов, оснащенных ДПМ, ГМТ и дизелями;
-алгоритмы и программы, позволяющие определять вероятностно-статистические оценки энергетических и технико-экономических параметров тяговых и тягово-приводных агрегатов на базе тракторов, оснащенных ДПМ, ГМТ и дизелями, при их функционировании в условиях вероятностной нагрузки;
-оптимальные режимы работы МТА, обеспечивающие их эффективное функционирование;
-процедура оптимизации прямых топливно-энергетических затрат тяговых и тягово-приводных агрегатов на базе тракторов с ДПМ и ГМТ,
обеспечивающая выполнение ресурсосберегающих технологических процессов;
-система эксплуатационных допусков для непрерывного контроля эксплуатационных параметров и режимов работы МТА с ДПМ, ГМТ и дизелями, обеспечивающая их эксплуатационную надёжность;
- методология функционального диагностирования тракторов и градации допускаемых значений энергетических параметров МТА, позволяющая создавать рациональные схемотехнические решения при построении встроенных микропроцессорных устройств и систем оперативного контроля качества энергетических процессов.
Объекты исследований составили энергетические процессы тяговых и тягово-приводных МТА на базе тракторов ДТ-175С с ГМТ, ДТ-75Н с ДПМ и Т-150К с дизельным двигателем при выполнении ими технологических процессов (дискование, чизельная культивация почвы и уборка камней), входящих в технологию возделывания сельскохозяйственных культур.
В диссертационной работе отражены результаты многолетней работы автора по плану научных исследований Санкт-Петербургского государственного аграрного университета и Калмыцкого государственного университета по проблеме, координируемой в соответствии с:
программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований РАСХН на 2001-2005 гг. «Механика и процессы агроинженерных систем, создание техники и энергетики нового поколения и формирование эффективной инженерно-технической структуры АПК», задание 01 - Техническая и технологическая политика - разработка современных методов поддержания парка машин в работоспособном состоянии и эффективного использования имеющейся техники;
- планом НИР СПбГАУ, раздел 8.1.1 «Совершенствование технологий, рабочих органов и режимов работы машин в животноводстве и растениеводстве с разработкой мероприятий по повышению эффективности их использования»;
-программой «Система ведения агропромышленного производства Республики Калмыкия на 2004-2008 годы».
Тема диссертационной работы утверждена Учёным советом Санкт-Петербургского государственного аграрного университета (протокол № 6 от 3 июня 2003 года).
Программное обеспечение, методические и нормативные материалы, изложенные в работе, используются ГОСНИТИ при разработке эксплуатационных требований к МТА, проектировании средств контроля и автоматического регулирования режимов работы мобильных энергосредств.
Разработанные математические модели, алгоритмы для расчета контролируемых параметров тяговых и тягово-приводных агрегатов, оптимальные параметры и режимы их работы переданы и используются ОАО «ТК «ВГТЗ» при разработке эксплуатационных требований к перспективным моделям тракторов ДТ-75Д и ВТ-100 (с ДПМ) и ВТ-200 (с ГМТ).
Усовершенствованная методика определения и оптимизации прямых топливно-энергетических затрат при работе машинно-тракторных агрегатов на базе тракторов с ДД, ДПМ и ГМТ вошла в программу «Система ведения агропромышленного производства Республики Калмыкия на 2004-2008 годы».
Основные результаты исследований отражены в учебном пособии «Техническое обеспечение почвозащитных энергосберегающих технологий», рекомендованным УМО ВУЗов по агроинженерному образованию для обучения студентов и в монографии «Методология определения оптимальных и допускаемых режимов работы машинно-тракторных агрегатов». Результаты исследований внедрены в учебный процесс в Санкт-Петербургском ГАУ, Калмыцком ГУ и Калмыцком ИППККАПК.
В проведении отдельных разделов теоретических и экспериментальных исследований в разные годы совместно с автором принимали участие Джабборов Н.И., Умирзоков A.M., Романов В.В., Выдрин И.И., Багнюк П.В., Уртаев В.А., за что автор выражает им свою признательность.
Особая благодарность - научному консультанту, заслуженному деятелю науки и техники РФ, доктору технических наук, профессору кафедры ЭМТП Санкт-Петербургского ГАУ Агееву Леониду Ефимовичу! за постоянное внимание и полезные советы при выполнении данной работы.
Обзор исследований по оценке эффективности применения энергонасыщенных тракторов с гидромеханическими трансмиссиями и двигателями постоянной мощности
Рациональное использование ресурсов машинно-технологической системы сельскохозяйственного производства является приоритетным фактором повышения его эффективности, прежде всего, ввиду высокой капиталоемкости машинно-тракторного парка. В машинно-технологической сфере заняты почти 80% всех работников отрасли. Этот сегмент аграрного производства формирует до 40-80% издержек на конечную продукцию. Поэтому для сельского хозяйства ресурсосберегающие стратегии машиноиспользования имеют жизненно важное значение как основа обеспечения конкурентоспособности аграрной отрасли.
Общей устойчивой тенденцией дальнейшего роста производительности машинно-тракторных агрегатов (МТА) является повышение их рабочих скоростей на базе увеличения энергонасыщенности тракторов, а также повышение эффективности функционирования путем оснащения машин средствами гидроавтоматики и электронного управления, контроля режимов работы и создание комфортных условий для обслуживающего персонала. Повышение производительности агрегатов неразрывно связано с оптимизацией скоростных и нагрузочных режимов работы МТА и их эксплуатационных параметров.
При вариации внешних воздействий в процессе эксплуатации агрегатов их параметры непрерывно изменяются во времени и в пространстве. Наиболее приспособленными к этим воздействиям являются тракторы ДТ-175С с гидромеханической трансмиссией (ГМТ) и ДТ-75Н, оснащенный двигателем постоянной мощности (ДПМ). Для оценки качественного и эффективного функционирования машинно-тракторных агрегатов необходимо контролировать агротехнические, энергетические и технико-экономические параметры. Контроль и оценка функционирования агрегатов при выполнении технологических операций осуществляется с помощью научно обоснованных допускаемых значений контролируемых выходных параметров. Исходя из тенденций роста энергонасыщенности тракторов и повышения их эксплуатационных показателей, проблема повышения эффективности использования их мощностных показателей при выполнении технологических операций становится все более актуальной. Одним из способов решения этой задачи является применение на тракторах перспективных моторно-трансмиссионных установок, в частности, на базе гидромеханических трансмиссий и с использованием двигателя постоянной мощности. Из всего комплекса требований, предъявляемых к машинно-тракторным агрегатам, одним из основных является повышение их производительности на различных видах сельскохозяйственных работ. Этому требованию наиболее полно могут удовлетворить прогрессивные моторно-трансмиссионные установки (МТУ), в частности, на основе гидромеханической трансмиссии, важной составной частью которых является гидротрансформатор [26,27,65,94,95,128,146,149,164,193,231,242]. Исследованию влияния гидромеханической трансмиссии на выходные параметры трактора посвящены работы В.И. Анохина, Е.А. Дьячкова, П.П. Горбунова, К.Я. Львовского, В.М. Иванова, В.А. Колоса, Я.Ф. Ракина, Г.В. Новикова, В.Н. Сидорова, И.А. Долгова, В.П. Бычкова и других авторов [26,27,65,94,95,128,146,149,164,193]. В этих работах было установлено, что использование энергонасыщенного гусеничного трактора тягового класса 3 с ГМТ на различных сельскохозяйственных операциях позволяет существенно повысить производительность (от 7 % до 25 %) по сравнению с таким же трактором с механической ступенчатой трансмиссией (МСТ) при одинаковом или более низком погектарном расходе топлива. Это достигается за счет более полного использования мощности двигателя и снижения буксования трактора. Исследованиями профессора В.И. Анохина [26,27] установлено, что использование энергонасыщенного гусеничного трактора тягового класса 3 с ГМТ на различных сельскохозяйственных операциях позволило существенно повысить его производительность (от 7 до 25%) по сравнению с таким же трактором с МСТ при одинаковом или более низком погектарном расходе топлива. Исследованиями Н.С.Кабакова [П8] подтверждается целесообразность применения гидротрансформатора на гусеничном тракторе повышенной энергонасыщенности тягового класса 3. Автор указывает, что несмотря на пониженный к.п.д. гидротрансформатора, использование его в трансмиссии трактора может повысить производительность агрегата на основных видах работ до 10-15%, за счет более полного использования мощности двигателя и снижения буксования трактора. В работе В.А.Колоса [128] рассмотрено влияние случайных колебаний нагрузки на показатели системы двигатель-гидротрансформатор трактора ДТ-75С. Автор приходит к выводу, что при применении ГМТ в эксплуатационных условиях происходит автоматическая компенсация потерь мощности в гидротрансформаторе. Благодаря этому свойству, а также меньшим потерям в механической части силовой передачи и ходовой системе трактор с ГМТ обеспечивает эксплуатационные показатели на уровне современных скоростных тракторов или превосходит их.
Проведенные в ВИМе сравнительные испытания скоростных тракторов класса 3 с механической и гидромеханической трансмиссиями показывают повышение производительности на 8-й из 12 исследованных работ (на 1,6...29,8%), равные - при вспашке на глубину 20...22 см и более низкие - при вспашке на глубину 25...27 см (на 18%). Удельный расход топлива у трактора с ГМТ на 7 видах работ ниже, чем у трактора с механической трансмиссией (на 0,6...20,6 %), а на 5 операциях выше (от 0,7 до 11,5 %) [229].
В работе В.В. Романова [198] дана оценка эксплуатационных режимов и показателей работы агрегатов с трактором типа "Волгарь". Автор пришел к выводу, что снижение мощностных показателей трактора с гидромеханической трансмиссией происходит менее интенсивно чем у тракторов с механической ступенчатой трансмиссией. Это связано с тем, что при работе трактора с ГМТ происходит автоматическая компенсация потерь мощности в гидротрансформаторе за счет более полного использования выходной мощности силовой установки (двигатель СМД-86 + гидротрансформатор ЛГ4-400-35). Автор пришел к выводу, что значения коэффициента вариации внешнего момента сопротивления, начиная с которого применение трактора с ГМТ становится экономически выгодным, составили: на торфянике - 13,3 %, на стерне озимой пшеницы - 17 %.
Средние значения, дисперсии и коэффициенты вариации энергетических и технико-экономических параметров тяговых агрегатов
Тормозной метод нашел широкое применение на машиноиспытательных станциях и ремонтных предприятиях. Он обеспечивает достаточно высокую (2 — 3 %) точность определения мощностных и топливных показателей [35]. Испытания двигателей на тормозных установках проводятся согласно ГОСТ 18508-88 и 18509-88. Из стационарных тормозных стендов в хозяйствах используются установки КИ-4935 с балансирной трехфазной электромашиной АКБ82-4, а также СТЭУ-40 [35]. Разработаны также передвижные тормозные установки [206,236], которые по ряду причин пока не нашли широкого применения.
В условиях рядовой эксплуатации тормозной метод не нашел распространения из-за отсутствия во многих хозяйствах необходимых стендов.
Парциальный метод позволяет испытывать двигатель с полной цикловой подачей топлива в цилиндры при различных видах нагрузки Погрешности парциального и тормозного методов определения мощностных показателей примерно одинаковы [35,166,236], и они совпадают в том случае, если механические потери определены на уровне тормозных испытаний [86]. Необходимо отметить, что при парциальном методе имеется возможность оценки показателей работы двигателя по группам цилиндров. Дифференциальный метод позволяет определять отклонения мощ-ностных и топливных показателей от их номинальных значений [86,97-99,236-]. При этом используется внешний источник энергии (электростенд малой мощности), который обеспечивает вывод на номинальный скоростной режим работающего цилиндра (цилиндров) и позволяет определить отклонение мощности от номинала. Если механические потери будут определены с такой же точностью, как и мощность цилиндров, то погрешность дифференциального метода в 1,5 раза превзойдет погрешности тормозного [97]. По сравнению с парциальным он исключает применение неэлектрических тормозных стендов, что ограничивает его применение.
Бестормозные методы определения мощностных показателей в установившихся режимах основаны на использовании в качестве нагрузки механических потерь самого двигателя в сочетании с выключением из работы части цилиндров (переводом их в режим работы компрессора) и применением догрузочных устройств [86,96-99,115,238] или выведением двигателя на номинальный режим за счет дросселирования воздуха на впуске и выпуске [35]. Важнейшим условием получения надежных результатов бестормозных методов является соблюдение теплового режима двигателя (температура воды должна быть в пределах 85 - 95, масла - 75 - 85" С). Погрешность измерения (5 - 6 %) при данных методах несколько выше, чем при тормозном, парциальном и дифференциальном.
Бестормозной метод определения мощности двигателя в неустановившихся переходных режимах при загрузке проверяемых цилиндров за счет механических потерь и инерционных сопротивлений самого двигателя разработан сотрудниками СибИМЭ [88,147]. Эффективную мощность при использовании данного метода оценивают по угловому ускорению разгона, измеряемому за определенный промежуток времени в интервале частоты вращения, близкой к номинальной. Погрешность определения (до 5 %) практически не отличается от таковой при тормозных методах в установившихся режимах. Достоинством бестормозного метода является малая трудоемкость, недостатком — сложность применяемой электронной аппаратуры. Однако он имеет значительную погрешность при определении мощности двигателей с разрегулировками [98].
Анализируемые методы тестового диагностирования двигателей по функциональным параметрам позволяют оценивать их техническое стояние по статическим характеристикам. Наиболее перспективными методами с точки зрения возможности учета эксплуатационных режимов работы агрегатов при тестовом диагностировании являются тормозной, парциальный и бестормозной в неустановившихся режимах.
Базовый тормозной метод можно применять при оценке динамических свойств дизеля путем моделирования нагрузки на его входе. Моделирование нагрузки проводилось многими исследователями [8,13] для различных целей, а для тестового диагностирования оно впервые выполнено Агеевым Л.Е., Савельевым А.П., Глотовым СВ. и другими [5,8,60,206].
Что касается рабочего диагностирования, целевые исследования и их результаты отсутствуют, хотя этот вопрос весьма актуален с точки зрения как рационального использования энергии путем учета совместного влияния технического состояния трактора и вероятностного характера нагрузки, так и реализации рабочего диагностирования с наименьшими затратами в комплексе с поисками в области эксплуатационного контроля и управления режимами работы МТА.
Анализ многих исследований позволяет условно разделить методы определения энергетических показателей трактора (мощности и расхода топлива) на прямое и косвенное измерения.
Способ прямого (непосредственного) замера эффективной мощности основан на реализации величины деформации упругого звена, посредством которого происходит снятие крутящего момента [29,56,115,117]. Деформация упругого звена преобразуется в омическое сопротивление, изменение светового потока (фотоэлектрические преобразователи) и др. Интегрирующее звено производит перемножение сигналов крутящего момента и частоты вращения коленчатого вала, выдавая сигналы показателя мощности. К приборам данного типа относятся измеритель мощности ИМР-1, измерители конструкции ЛСХИ, Рязанского СХИ, Санкт-Петербургской лесотехнической академии и др. [29,56,115,117,147,171].
В конструктивном отношении существует много разновидностей отечественных измерителей мощности прямого действия для использования в эксплуатационных условиях. Однако главными недостатками их являются сложность и малая надежность в работе.
Способ косвенной оценки основан на измерении эффективной мощности по задросселированному давлению [1,29,35,115], расходу топлива [35], температуре и давлению выхлопных газов [115,200] и др. Приборы косвенного измерения просты по устройству, но не обеспечивают достаточной точности и универсальности.
Экстремумы математических ожиданий энергетических и технико-экономических параметров тяговых агрегатов
Исследованиями авторов [1-19, 31, 38, 60, 81-85, 112-114, 216] установлено, что эксплуатационные параметры МТА при выполнении различных технологических операций значительно отличаются от стендовых из-за вероятностного характера нагрузки, действующей на агрегат. Ввиду случайного характера изменения внешней нагрузки и деформации стендовых характеристик не представляется возможным выбор номинального режима работы в качестве основного для двигателя в эксплуатационных условиях. Поэтому многими авторами [2, 4, 13, 60, 81-85, 105, 216] в качестве различных критериев оптимизации при выборе наиболее выгодных режимов работы МТА применяются экстремальные значения энергоемкости процесса, удельных приведенных затрат денежных средств на единицу выработки, погектарного расхода топлива, часовой производительности и др.
От выбора критерия оптимальности зависит результат работы агрегата и эффективность его использования. Одним из способов, позволяющих повысить эффективность функционирования МТА, является установление допускаемых режимов работы. Допуск - отклонения значений контролируемого параметра от номинала (или базового значения) или предельной границы, установленные экспериментально или теоретически, в интервале которых обеспечивается нормальное протекание технологического процесса, эффективное и качественное функционирование сельскохозяйственного агрегата.
Номинальное (или базовое) значение параметра, определенное из функционального назначения машины, служит началом отсчета допусков. Предельные значения параметра (граница допуска) - это максимальные или минимальные его значения. Предельные значения параметров устанавливают по нормативно-технической документации: стандартам, техническим условиям, руководящим техническим материалам, техническим описаниям и другим документам. При оценке контролируемых параметров эксплуатационные допуски классифицируют по следующим признакам [1,2,13]: - по назначению: технологические и профилактические; - по видам параметров: агротехнологические, энергетические, технические, технико-экономические и эргономические; - по количественным характеристикам: установочные и контрольные; - по методам определения: экспериментальные, расчетные и расчетно-эмпирические; - по количеству характеризующих свойств: единичные и комплексные (или обобщенные). Таким образом, система допускаемых значений контролируемых энергетических и технико-экономических параметров образует допускаемые режимы работы машинно-тракторных агрегатов, которые определяют зону эффективного и качественного функционирования при выполнении ими технологических процессов. Учитывая случайный характер внешних факторов при эксплуатации тракторов, в расчетах допусков контролируемых параметров широко применяют вероятностно-статистические методы [1]: - метод доверительных границ и толерантных пределов; - метод функций случайных аргументов; - метод моментных функций; - метод количественных характеристик выбросов случайных процессов и др. Метод функций случайных аргументов применяют при нахождении допусков на энергетические и технико-экономические параметры. Отличительная особенность данного метода заключается в том, что машинно-тракторный агрегат рассматривается в виде модели с входными и выходными переменными, взаимосвязь между которыми устанавливается детерминированными функциональными зависимостями. Входные переменные (аргументы) и выходные параметры агрегата представляют собой случайные величины в вероятностно-статистическом смысле. В качестве детерминированных (неслучайных) зависимостей служат функции, используемые при аппроксимации типовых характеристик [1-19]. В данной работе за основу определения количественных характеристик допускаемых значений энергетических и технико-экономических параметров тяговых и тягово-приводных агрегатов принята методика профессора Л.Е. Агеева, базирующаяся на методе функций случайных аргументов. Основными количественными характеристиками эксплуатационных допусков на контролируемые параметры тракторов являются следующие: - установочный допуск на уровень настройки по параметру (рис.3.12); - установочный допуск на точность настройки по параметру; - контрольный допуск или предельные границы параметра: односторонние или двухсторонние (рис.3.13).
Управление работоспособностью тракторов посредством функционального диагностирования
Процесс эффективного управления энергетическим средством как сложной системой, базируется на непрерывной, полной и достоверной информации об окружающей обстановке и внутренних изменениях в системе, поступающей в управляющие органы в соответствии с определенным уровнем иерархии принятия решения. Достаточное качество информации обеспечивается в случае поступления ее в соответствующий орган управления с полнотой, точностью и достоверностью, позволяющими принимать обоснованные решения.
При принятии решений в технической эксплуатации тракторов используют, как правило, два вида информации: вероятностную (статистическую), характеризующую состояние совокупности объектов (тракторов, агрегатов, деталей) и дающую представление о средних значениях показателей, и индивидуальную (диагностическую), характеризующую состояние или показатели работы конкретного объекта и трактора в целом, агрегата, детали.
Точность и достоверность статистической информации оценивается на основе применения методов математической статистики, заключающихся в определении доверительных границ интервала, который с заданной доверительной вероятностью покрывает истинное значение показателя.
Индивидуальную диагностическую информацию можно получить путем непосредственного измерения параметров функционального технического состояния данного трактора. Используется она для оперативного уточнения и корректировки управляющего решения применительно к данному энергосредству.
Точность и достоверность диагностической информации обеспечиваются применением метрологически поверенных средств технического диагностирования и обоснованного комплекса диагностических параметров с учетом выполнения требований однозначности, стабильности, чувствительности и информативности. Статистическая и диагностическая информации дополняют друг друга в процессе принятия решения о техническом состоянии объекта. Важнейшее требование к диагностированию - возможность оценки состояния объекта без его разборки.
Несмотря на имеющиеся трудности с внедрением методов диагностирования, вызванных нехваткой диагностического оборудования, кадров, производственных мощностей, результаты выполненных в этой области исследований [14, 20, 22, 35, 50, 86, 156, 159, 206, 238, 261, 269] показывают, что перечень задач, решаемых с использованием диагностики, становится шире: от элемента технологического процесса ТО и ремонта тракторов до одной из подсистем информационного обеспечения работоспособности тракторов.
Диагностирование позволяет, во-первых, объективно и достоверно оценить техническое состояние тракторов, что достигается применением инструментальных методов проверки, во-вторых, определить выходные параметры (параметры эффективности) тракторов (мощность, топливную экономичность и др.) и, в-третьих, способствует совершенствованию системы ТО и ремонта тракторов за счет более эффективного оперативного управления ими.
Современный дизель, многоконтурная тормозная система, рулевое управление с гидроусилителем, многоступенчатая коробка передач и другие прогрессивные решения, обеспечив с одной стороны высокую эффективность использования тракторов, с другой - резко усложнили организацию ТО и ремонта, и потребовали создания прогрессивных методов их технической эксплуатации, в том числе методов технического диагностирования.
В последние годы отмечается тенденция усложнения и совершенствования диагностического оборудования за счет широкого применения микропроцессорной техники, автоматизации рабочих процессов, упрощения подключения и приведения в действие оборудования. Например, все ведущие фирмы перешли к выпуску автоматизированных мотор - тестеров [60, 83, 120, 132, 167, 121, 269], в которых на дисплее высвечивается строго определенный перечень команд оператору по подключению датчиков к той или иной точке двигателя, команды о запуске двигателя, об изменении частоты вращения коленчатого вала и т.д.
При этом все процессы замера значений параметров и постановка диагноза производятся автоматически с помощью микропроцессора, и на экран дисплея в итоге выводятся обработанные результаты диагностирования в виде указаний по проведению необходимых ремонтно-регулировочных операций и замен.
Информативность является главным критерием, положенным в основу определения возможности применения параметра для целей диагностирования. Она характеризует достоверность диагноза, получаемого в результате измерений значений функционального параметра (частота вращения коленчатого вала, часовой расход, эффективная мощность и др.). На рис. 4.1 показано графическое изображение сравнительной информативности функциональных диагностических параметров, основанное на совместном анализе распределения значений параметров/](У) и/2(У), соответствующих исправным и неисправным объектам. Очевидно, что чем меньше площади перекрытия кривых распределения, представляющие собой суммарные вероятности ошибок, тем информативней параметр и тем более достоверными будут результаты диагностирования.
