CC BY
50
УДК 620.1.05:621.878
ЗАСТОСУВАННЯ ПРИНЦИПІВ МЕХАТРОНІКИ ПРИ ТЯГОВИХ ВИПРОБУВАННЯХ ПОЗАШЛЯХОВИХ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ЗАСОБІВ М.М. Балака, асистент, Л.Є. Пелевін, професор, к.т.н.,
Київський національний університет будівництва і архітектури,
Г.О. Аржаєв, магістр, Миколаївський будівельний коледж
Анотація. Розглянуто складові мехатронного інформаційно-вимірювального комплексу для тягових випробувань позашляхових технологічних засобів.
Ключові слова: мехатроніка інформаційно-вимірювальних комплексів, тягові випробування, позашляхові технологічні засоби.
ПРИМЕНЕНИЕ ПРИНЦИПОВ МЕХАТРОНИКИ ПРИ ТЯГОВЫХ ИСПЫТАНИЯХ ВНЕДОРОЖНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВ М.Н. Балака, ассистент, Л.Е. Пелевин, профессор, к.т.н.,
Киевский национальный университет строительства и архитектуры,
Г.А. Аржаев, магистр, Николаевский строительный колледж
Аннотация. Рассмотрены составляющие мехатронного информационно-измерительного комплекса для тяговых испытаний внедорожных технологических средств.
Ключевые слова: мехатроника информационно-измерительных комплексов, тяговые испытания, внедорожные технологические средства.
APPLICATION OF MECHATRONIC PRINCIPLES WHILE TRACTION TESTING OFF-ROAD TECHNOLOGICAL VEHICLES М. Balaka, teaching assistant, L. Pelevin, Professor, Candidate of Engineering Sciences, Kyiv National University of Construction and Architecture,
G. Arzhaev, master, Mykolaiv Building College
Abstract. Components of mechatronic information-measuring complex for traction testing off-road technological vehicles have been considered.
Key words: mechatronics information-measuring complexes, traction tests, off-road technological vehicles.
Вступ
Як відзначено у [1], технічний об’єкт (ТО) має чотири стадії розвитку, які пов’язані з послідовною реалізацією за допомогою технічних засобів чотирьох фундаментальних функцій (технологічної, енергетичної, керування і планування для себе) і послідовним виключенням із технологічного процесу ТО відповідних функцій, які виконує людина. Із
цього випливає, що вже на стадії виключення із технологічного процесу ТО функції його керування людиною він перетворюється у класичну мехатронну систему [2].
Аналіз публікацій
Побудова тягової характеристики фізичного зразка позашляхового технологічного засобу
- ПТЗ (автомобілів високої прохідності, зем-
лериино-транспортних, перевантажувальних, сільсько- та лісогосподарських і меліоративних машин, тягачів, спецшасі та військової техніки) здійснюється шляхом використання експериментальних даних, одержаних під час їх тягових випробувань [3] за допомогою динамометричних лабораторій (ДЛ).
У роботі [4] визначено вимоги до сучасних ДЛ, призначених для тягових випробувань ПТЗ, і на основі технічного рішення [5] розроблено ДЛ гальмівного класу 120 кН [6].
Таким чином, можна достатньо коректно стверджувати, що удосконалення інформаційно-вимірювального забезпечення тягових випробувань ПТЗ на основі запропонованої ДЛ є актуальною науковою та інженерною задачею, вирішення якої, на думку професора Хмари Л.А. (ПДАБА), дозволить хоча б частково наблизити реалізацію створення вітчизняного центру випробувань і сертифікації продукції будівельно-дорожнього машинобудування України [7].
Мета і постановка задачі
Згідно з вимогами щодо мехатронних систем [2] і методики тягових випробувань [3] для запропонованої ДЛ [6] забезпечити: розробку комплексу вимірювальних датчиків (реалізація технологічної функції ДЛ), створення обчислювального комплексу (реалізація енергетичної функції ДЛ) і застосування системи керування ДЛ за допомогою ПЕОМ з відповідним програмним забезпеченням (реалізація функції керування ДЛ).
Для оцінки тягово-зчіпних властивостей і паливно-економічних показників ПТЗ під час проведення тягових випробувань у польових умовах необхідно вимірювати (за допомогою датчиків), фіксувати на якому-небудь носії (за допомогою реєструючої апаратури) або обробляти в реальному часі на ПЕОМ, як мінімум, значення таких параметрів [8, 9]: а) крутний момент, що підводиться до рушія машини - Мк; б) силу тяги машини - Т; в) теоретичну - V і дійсну - ¥д швидкості руху машини; г) годинну витрату палива двигуном - Gг; д) час досліду - ґ.
В основу всіх датчиків для вимірювання зазначених вище параметрів покладено різні перетворювачі механічних величин в електричні сигнали: в якості перетворювачів
механічних величин в електричний сигнал у датчиках Мк, Т, Gг [10] використано кремнієві напівпровідникові тензорезистори КТД2А і КТЭ2А; для датчиків теоретичної V і дійсної Уж швидкостей руху машини або кутової швидкості відповідно тягових - ют і тяжних -юд коліс (для неповноприводного ПТЗ) та тягових - ют і «мірного» - Юд ^юм коліс (для повноприводного ПТЗ) використано електричні двигуни постійного струму типу ДПМ-30, що працюють у генераторному режимі.
Обчислювально-керуючий комплекс
На рис. 1 наведено принципову схему інформаційно-вимірювального і керуючого (ІВК) мехатронного комплексу для тягових випробувань ПТЗ.
Комплекс вимірювальних датчиків
Рис. 1. Принципова схема ІВК: БЖБ - блок живлення і балансування датчиків; ТТРА-6 - стру-
мознімач; Т, Мк, Gг, ш1
- датчики відповідних вимірювальних параметрів; АЦП,
ЦАП - електронний блок; БК ІМК - блок керування індукторною муфтою ковзання 7 [6]
Бортовий обчислювально-керуючий комплекс ДЛ складається з електронного блока та ПЕОМ типу Notebook. За основу електронного блока, призначеного для забезпечення зв’язку елементів комплексу з ПЕОМ, взято аналого-цифровий / цифро-аналоговий перетворювач (АЦП-ЦАП) моделі Е14-440 [11]. Керування АЦП-ЦАП здійснюється за допомогою інтерфейсу USB, що забезпечує підключення ПЕОМ практично будь-якої моделі.
Програмне забезпечення обчислювально-керуючого комплексу включає реалізацію таких процедур: П1 - розрахунок параметрів експериментальної тягової характеристики ПТЗ (коефіцієнта буксування 8, дійсної швидкості руху ¥д, тягової потужності Мт,
тягового ККД пт і питомої витрати палива gт у функції сили тяги Т); П2 - розрахунок і оцінку статистичних характеристик параметрів експериментальної тягової характеристики (математичного сподівання М [ X ], диспе-
Випробувальна машина
рсії DX і середнього квадратичного
відхилення ах або стандарту); П3 - керування гальмом ДЛ по каналу зворотного зв’язку через ЦАП.
Алгоритм виконання процедури П1 має вигляд
8=1-V /V-
N = Т • V ;
Nт 1 Vд;
gт = 1000Gr / Nт;
P = M, / r
с ’
Pf = Мк0/ ro
де Р^^ - сила опору коченню машини; Рк -окружна сила рушія; гс - силовий радіус рушія; Мк0 - крутний момент, що підводиться до рушія машини при Т = 0 .
На рис. 2 наведено схему тягових випробувань ПТЗ (на прикладі навантажувача).
Динамометрична лабораторія ДЛ-120
Цифро-аналоговий
перетворювач
Аналого-цифровий
перетворювач
ПЕОМ
Алгоритм розрахунку параметрів тягової характеристики:
коефіцієнта буксування '
5 = 1-7#;
тягової потужності
Нт = Т ■ Гд , кВт; тягового к.к.д.
Лт = Т + /}г(1 ~6); питомої витрати палива
аг
= 1000 д, , г / кВт • год; окружної сили Р^Мх/ге,К; сили опору коченню
^кО
При виконанні умови <тх<[<тх
п-------------
о
<D
4 С
5
0
Ж
К
F
2
Он
<D
1
О
Я
-0
И
2
3
К
ю
о
Ж
К
«
О
Он
ш
Умовне зображення експериментальної тягової характеристики на екрані монітору ПЕОМ
Рис. 2. Схема тягових випробувань ПТЗ: 1 - Мк; 2 - Ут; 3 - Gг; 4 - Т; 5 - Уд
За зміни гальмівного моменту - Мг гальма ДЛ на величину ДМг ПТЗ, що досліджується, перейде на наступний режим його силового навантаження, тобто Тг + ДТг = Т + АТ,
причому виконується умова (Т + АТ) < Тф .
Після чого знову виконуються послідовно процедури П1-П3, і, таким чином, сила тяги Т рушія ПТЗ змінюється в діапазоні від 0 до Т ф (сили тяги за зчепленням). Це дозволяє отримати експериментальну тягову характеристику ПТЗ, тобто залежності 8, V N,
Gг і gт = /(Т) з необхідним рівнем [ах ].
Система керування динамометричною лабораторією за допомогою ПЕОМ
За виконання умови ах <[ах ], (де [ах ] -наперед задане значення ах) для всіх розрахункових параметрів (за процедурою П1) досліджуваної тягової характеристики (за процедурою П2) вступає в дію процедура П3 і по каналу зворотного зв’язку від ПЕОМ через ЦАП електронного блока здійснюється керування гальмом (індукторною муфтою ковзання - ІМК) ДЛ.
Висновки
Запропоновано інформаційно-вимірювальний комплекс для тягових випробувань ПТЗ у польових умовах. Структура наведеного комплексу відповідає мехатронним системам і дозволяє за рахунок цього підвищити ефективність експериментальних досліджень.
Література
1. Половинкин А.И. Законы строения и раз-
вития техники / А.И. Половинкин. -Волгоград : ВолгПИ, 1985. - 202 с.
2. Мехатроника / Т. Исии, И. Симояма,
Х. Иноуэ, Н. Накадзима ; пер. с япон. С.Л. Масленникова ; под ред. В. В. Василькова. - М. : Мир, 1988. - 318 с.
3. Машины землеройные. Метод определения
тяговой характеристики : ГОСТ 27247-87 (БО 7464-83). - [Введ. 1988-01-01]. - М. : Изд-во стандартов, 1987. - 13 с. - (Госстандарт СССР).
4. Аналіз технічних рішень динамометрич-
них пристроїв для тягових випробувань
позашляхових технологічних засобів / Г.О. Аржаєв, Л.Є. Пелевін, М.М. Балака, А.С. Цепляєв // Гірн., буд., дор. та мелі-орат. машини: Всеукр. міжвід. зб. наук. пр. - К. : КНУБА. - 2008. - Вип. 72. -С.80-85.
5. Пат. 50441 и Україна, МПК G 01 М 17/00.
Гальмове улаштування для тягових випро-увань самохідних машин / Аржаєв Г.О., Балака М.М., Пелевін Л.Є., Цепляєв А.С.; заявник і патентовласник Київ. нац. ун-т буд-ва і архіт. - № и200912726 ; заявл. 07.12.09 ; опубл. 10.06.10, Бюл. № 11.
6. Динамометрична лабораторія для тягових
випробувань самохідних технологічних засобів / Л.Є. Пелевін, М.М. Балака, А.С. Цепляєв, Г.О. Аржаєв // Сучасні інформаційні та інноваційні технології на транспорті (М!№ТТ-2010) : матеріали II міжнар. наук.-практ. конф., 25-27 травня 2010 р. - Херсон : ХДМІ. - 2010. -Т. 2. - С. 8-11.
7. Хмара Л. А. Анализ тенденций и перспек-
тив развития на Украине подъемнотранспортных, дорожно-строительных и землеройных машин / Л.А. Хмара // Строительство. Материаловедение. Машиностроение : сб. науч. тр. - Днепропетровск : ПГАСА. - 2008. - Вып. 46. -С. 5-8.
8. Ульянов Н. А. Теория самоходных колес-
ных землеройно-транспортных машин /
Н.А. Ульянов. - М. : Машиностроение, 1969. - 520 с.
9. Коробейников А. Т. Испытания сельскохо-
зяйственных тракторов / А.Т. Коробейников, В.С. Лихачев, В.Ф. Шолохов. -М. : Машиностроение, 1985. - 240 с.
10. Пат. 32460 и Україна, МПК G 01 F 3/00.
Пристрій для вимірювання витрати / Аржаєв Г.О., Балака М.М., Пелевін Л.Є., Цепляєв А.С. ; заявники і патентовласники Аржаєв Г.О., Балака М.М., Пелевін Л.Є., Цепляєв А.С. - № и200801816 ; заявл. 12.02.08 ; опубл. 12.05.08, Бюл. № 9.
11. Компания ХОЛИТ Дэйта Системс. - Ре-
жим доступа : http://www.holit.com.ua/.
Рецензент: Л.І. Нефьодов, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 15 червня 2012 р.
