Структура программного комплекса автоматизированной системы научных исследований фрикционного сцепления трактора

время разработки каждого узла значительно увеличивается . Поэтому целесообразным в данном случае является проведение численного моделирования, результаты которого позволят на ранней стадии отказаться от заведомо ошибочных решений.

Программный комплекс проведения численного моделирования в совокупности с экспериментальной установкой образуют автоматизированную систему научных исследований (АСНИ) сцепления, которая является основным инструментом конструктора.

Фрикционное сцепление трактора представляет собой сложное устройство, состоящее из нескольких укрупненных узлов: собственно самого сцепления, состоящего из комплекса фрикционных дисков, и привода, состоящего из системы рычагов и тяг, возвратного механизма, гидравлического усилителя. Важной характеристикой всех этих деталей является их повышенная изнашиваемость в процессе эксплуатации.

Основными решаемыми задачами соответственно являются повышение износостойкости отдельных узлов и уменьшение энергозатрат оператора на управление сцеплением [1]. Задачи эти зачастую являются взаимоисключающими, что и обуславливает сложность принятия технических решений.

Для решения описанных задач применяется математическая модель привода сцепления с гидравлическим усилителем, описываемая последовательными сериями систем дифференциальных уравнений [2]. Состав уравнений каждой такой системы определяется типом сцепления, номером протекающего этапа, а также моделируемым процессом – включением или выключением.

Решение данных систем уравнений позволяет определить положение фрикционных дисков сцепления в любой момент времени. Основываясь на полученных результатах, можно рассчитать действующие на диски нагрузки. Схема определения нагрузок, используемая при численном моделировании, приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Последовательность действий для вычисления нагрузок на фрикционные диски сцепления

Как видно из приведенной схемы, процедура расчета представляет собой полностью итерационный процесс, легко поддающийся автоматизации. Однако проведение только одной процедуры расчета при заданных параметрах не позволяет сделать вывод об эффективности того или иного решения. Для этого необходимо провести несколько расчетов с различными исходными данными и сравнить их результаты.

Основываясь на схеме проведения численного моделирования, а также учитывая тот факт, что вычислительный комплекс является составной частью автоматизированной системы проведения научных исследований, для него можно предложить структуру, изображенную на рисунке 2 [3,4].

В предложенной структуре обособленно можно выделить подсистему пользовательского интерфейса, а также вычислительную подсистему, состоящую из модуля расчета, базы данных, модуля составления заданий и также модуля анализа.

Рисунок 2 – Структура программного комплекса АСНИ

Подсистема пользовательского интерфейса предназначена для формирования потоков входных данных, в качестве которых выступают математические модели фрикционного сцепления и гидравлического усилителя, конкретные значения характеристик моделей и их начальные условия, а также параметры для расчета. Формирование этих данных может формироваться как оператором, так и поступать от внешних устройств сбора информации. Такая схема функционирования позволяет делать выводы о правильности той или иной модели привода сцепления.

Помимо ввода данных и взаимодействия с внешними устройствами подсистема интерфейса ответственна за диалог пользователя . Именно она определяет простоту и эффективность применения вычислительной системы.

Модуль составления заданий выполняет роль транслятора: задачи, поступающие на его вход от пользователя, преобразуются к внутреннему представлению данных и передаются расчетному модулю. Модуль на основе полученных данных разрабатывает схему численного эксперимента, отдельные элементы которого передаются в модуль расчета.

Модуль анализа результатов позволяет решить две важнейшие задачи, стоящие перед конструктором: синтез моделей сцепления и их анализ. На основе получаемых данных, а также на основе накопленного опыта этот модуль позволяет найти оптимальное по какому-либо критерию решение поставленной задачи. Введение данной подсистемы как раз и обуславливает автоматизацию труда проектировщика, существенно сокращая затрачиваемое им время на поиск наилучшего набора параметров из диапазона возможных.

Модуль расчета является довольно специфическим для каждой задачи и определяется математической моделью , описывающей моделируемый процесс или устройство, а также возможными методами решения модели. Возможность составления заданий позволяет конкретизировать задачу, а также указать наиболее подходящий метод решения, отталкиваясь либо от времени расчета, либо от точности получаемых результатов.

Его декомпозиция на два подмодуля обусловлена требованиями предметной области: начальные условия каждой последующей системы уравнений получаются из решения предыдущей .

Еще одним важным компонентом программной системы является информационная база, которая содержит в себе характеристики всех протекающих процессов: используемые математические модели различных узлов, используемые методики расчета, наборы входных и выходных данных. Кроме того, информационная база должна позволять обрабатывать в реальном масштабе времени и хранить экспериментальные данные для верификации предложенных моделей. Только в этом случае предложенная программная система интегрируется в АСНИ привода сцепления.

Предложенная структура программного комплекса позволяет проводить оценки различных параметров привода сцепления. Однако же расширение круга решаемых проблем также легко допускается данной системой за счет основных принципов построения – модульности и расширяемости [4]. Программные компоненты могут быть легко модифицированы и замены на наиболее подходящие.

С помощью программного обеспечения, построенного по предложенной структуре, были проведены серии вычислительных экспериментов. В качестве объекта исследований было использовано фрикционное сцепление трактора Т-130 с гидравлическими усилителями различного типа слежения (по положению, по усилию, комбинированный). Описывающая его математическая модель имеет девять этапов для процесса включения и семь этапов для процесса выключения сцепления.

Особенностью проведения натурных экспериментов с приводом сцепления является очень малый размер зазоров между фрикционными дисками, что накладывает существенный отпечаток на получаемые данные. В эксперименте для оценки качества принимаемых решений используется коэффициент динамичности (Кд) сцепления по силе прижатия дисков, равный отношению силы прижатия дисков, возникающей в момент резкого включения сцепления, к статическому усилию нажимных пружин.

На рисунке 3 изображены зависимости, эксперимента. Эти данные подтверждаются результатами практического эксперимента (стендовые и полевые испытания), что позволяет говорить об адекватности модели, а также предложенной в программном комплексе методики расчета.

Рисунок 3 – Зависимость коэффициента динамичности (К д ) и времени перемещения нажимного диска (t) от осевой податливости ведомых дисков (е)

Предложенный программный комплекс моделирования фрикционного сцепления с гидравлическим усилителем удовлетворяет требованиям, выдвигаемым к нему. Круг решаемых на нем задач всецело охватывает рассмотренную область, что подтверждается результатами проведенных экспериментов. Рассмотренная структура отвечает предъявляемым к АСНИ требованиям и может быть интегрирована в автоматизированную систему.

полученные в результате проведения численного 34

ОрелГАУ