Разработка и комплектование измерительно-вычислительного комплекса для определения динамических и топливно-экономических показателей МТА

Введение . Теории двигателя, трактора и сельскохозяйственных машин в значительной степени развиваются самостоятельно и каждая из них рассматривает лишь некоторые вопросы теории агрегатов. Между тем сельскохозяйственные работы могут выполняться только машинно-тракторным агрегатом (МТА). Каждая из частей МТА обладает своими энергетическими характеристиками, сочетание которых и создает тот или иной режим его работы. В связи с этим вопросы качественной эксплуатации МТА можно решить только при рассмотрении взаимодействия всех трех основных его частей.

Поэтому для улучшения технико-экономических показателей МТА большое значение имеет разработка методов и средств определения параметров агрегатов.

Однако определение параметров, характеризующих динамические и экономические качества МТА, требует дорогостоящего оборудования (тормозной стенд, динамометрическая лаборатория, тензометрическое звено для ди-намометрирования и т.д.), а также существенных затрат средств и времени на подготовку и проведение [1, 2, 3]. Это обуславливает выполнение данных работ лишь в условиях машиноиспытательных станций.

В связи с этим разработка методов и средств определения динамических и топливноэкономических показателей МТА, приемлемых не только для машиноиспытательных станций, но и для конкретных хозяйств, является весьма актуальной и представляет значительный интерес.

Методика исследования. Наибольший интерес для эксплуатационных условий представляют оперативные методы определения динамических и топливно-экономических показателей, основанные на анализе параметров переходных (динамических) режимов разгона элементов МТА (двигателя, трактора и сельско- хозяйственных машин) при мгновенном увеличении подачи топлива [4, 5].

Они позволяют в эксплуатационных условиях определять основные параметры, характеризующие динамические и экономические качества МТА:

• •    динамические качества двигателя и его топливная экономичность [6];

• •    динамические качества трактора и его топливная экономичность [7, 8];

• •    тяговое сопротивление машин в агрегате [9, 10, 11].

Цель исследования – разработка и комплектование измерительно-вычислительного комплекса, позволяющего определять динамические и топливно-экономические показатели двигателя, трактора и сельскохозяйственных машин в эксплуатационных условиях.

Результаты и их обсуждение . Для реализации предлагаемых оперативных методов разработан и скомплектован измерительновычислительный комплекс (ИВК), позволяющий определять динамические и топливно-экономические показатели элементов МТА (двигателя, трактора и сельскохозяйственных машин) в эксплуатационных условиях (рисунок 1).

ИВК предназначен для фиксации, обработки и анализа показателей работы исследуемых двигателей, тракторов и сельскохозяйственных машин. Он включает в себя:

• •    технические средства (рисунки 2, 3, 4, 5);

• •    аппаратные средства (рисунки 6, 7, 8, 9);

• •    программные средства.

Технические средства предназначены для реализации частных методик по определению показателей работы исследуемых двигателей, тракторов и сельскохозяйственных машин.

Стенд для проверки и регулировки топливного оборудования (рисунок 2) используется для определения топливо-экономических показателей двигателей тракторов.

Рисунок 1 – Измерительно-вычислительный комплекс для определения динамических и топливно-экономических показателей МТА

Рисунок 2 – Стенд для проверки и регулировки топливного оборудования

Маховик с известным моментом инерции (рисунок 3) используется для определения действительного момента инерции двигателей тракторов. Маховик оснащен карданным валом для подсоединения к валу отбора мощности трактора. Маховик устанавливается так, чтобы при соединении с валом отбора мощности трактора карданный вал маховика и ВОМ составляли угол 0±5º.

Рисунок 3 – Маховик известного момента инерции

Нагрузочное устройство известной массы (рисунок 4) разработано для определения действительной приведенной массы тракторов.

Рисунок 4 – Нагрузочное устройство известной массы

Путеизмерительное колесо используется для определения ускорений тракторов (рисунок 5).

Аппаратные средства (рисунок 6) предназначены для фиксации показателей работы исследуемых двигателей, тракторов и сельскохозяйственных машин.

б – датчик оборотов путеизмерительного колеса а – крепление к трактору

Рисунок 5 – Путеизмерительное колесо

а – подготовка к работе б – процесс записи параметров

Рисунок 6 – Аппаратные средства измерительно-вычислительного комплекса

Сигналы от датчиков фиксируются в памяти персонального компьютера (ПК) посредством аналого-цифрового преобразователя (АЦП), платы сопряжения, а также пакета соответствующих программ.

Для обеспечения надежной работы используется ПК ASUSK53S, с процессором Intel-Corei3-2330MCPU (тактовая частота 2,2 ГГц), оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) объемом 3 ГБ.

АЦП обеспечивает преобразование электрической аналоговой формы сигнала в цифровую форму, доступную для хранения и обработки микропроцессором и ОЗУ.

Для обработки сигналов датчиков используется АЦП ЛА-2USB-12 (рисунок 7). Предлагаемая модель платы способна обрабатывать 16 дифференциальных каналов (8 ввода и 8 вывода), время преобразования 2 мкс, частота опроса до 500 кГц.

Рисунок 7 – Аналого-цифровой преобразователь ЛА-2USB-12

Плата сопряжений (рисунок 8) предназначена для соединения платы АЦП непосредственно с датчиками. Плата имеет 6 входов, что позволяет одновременно фиксировать шесть разных параметров. Во время записи данных плату сопряжений необходимо заземлять для предотвращения возникновения наводок.

Рисунок 8 – Плата сопряжений

Датчики соединяются с платой сопряжений посредством экранированных коаксиальных проводников.

Для фиксации показателей работы исследуемых двигателей, тракторов и сельскохозяйственных машин используются датчики оборотов коленчатого вала и путеизмерительного колеса, а также датчик давления наддува (для двигателей с турбонаддувом).

Датчик оборотов коленчатого вала (рисунок 9 а ) устанавливается в специально подготовленное отверстие М16×1,5 в картере маховика двигателя, напротив зубчатого венца маховика коленчатого вала.

а – датчик оборотов коленчатого вала              б – датчик давления наддува

Рисунок 9 – Расположение датчиков оборотов

Датчик оборотов путеизмерительного колеса устанавливается напротив зубчатого венца шестерни, жестко связанной с путеизмерительным колесом (рисунок 5 б ).

Датчик давления наддува устанавливается во впускном коллекторе двигателя (рисунок 9 б ).

Программные средства предназначены для обработки и анализа показателей работы исследуемых двигателей, тракторов и сельскохозяйственных машин.

Пакет программ, установленных на ПК, содержит комплект программ поддержки АЦП, а также частные программы обработки и анализа данных в средах Excel, MathCad и Pascal.

Заключение . Разработанный измерительно-вычислительный комплекс, включающий технические, аппаратные и программные средства, фиксирует, обрабатывает и анализирует параметры переходных режимов разгона элементов МТА при мгновенном увеличении подачи топлива, что позволяет определять динамические и топливно-экономические показатели исследуемых двигателей, тракторов и сельскохозяйственных машин в эксплуатационных условиях, значительно экономя затраты труда и средств.