CC BY
17Bebber, Thomas Hochkirchen. - London. New York: Springer Heidelberg Dordrecht, 2010. - 326 p.URL:
https://www.researchgate.net/publication/290436229_Statistische_Versuchsplanung_Design_of_Experims_
DoE
22. Cymbal, A.A. Modelirovanie epidemiologicheskih svojstv bespodstilochnogo navoza pri podgotovke fiziko-himicheskim obezzarazhivaniem / A.A. Cymbal, I.A. Uspenskij, I.A. YUhin, N.V. Limarenko //Vestnik Ryazanskogo agrotekhnologicheskogo universiteta im. P.A. Kostycheva. - Ryazan'. - 2020. - № 3. - S. 89-98. D0l:10.36508/RSATU.2020.28.75.016
УДК 631.173:658.58 DOI 10.36508/RSATU.2021.50.2.012
ПРИНЦИП ПОСТРОЕНИЯ МИКРОСИСТЕМНОГО СИГНАЛИЗАТОРА СОСТОЯНИЯ ТОРМОЗНОЙ КОЛОДКИ РОБОТИЗИРОВАННОГО АВТОМОБИЛЯ
КОСТЕНКО Михаил Юрьевич, д-р тех. наук, профессор кафедры технологии металлов и ремонта машин, [email protected]
СЕМЫНИН Михаил Владимирович, аспирант кафедры технической эксплуатации транспорта, [email protected]
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева ВОЛКОВ Степан Степанович, д-р физ-мат. наук, профессор кафедры автомобильной техники, [email protected]
СЕМЫНИН Владимир Викторович, канд. техн. наук, доцент, научный сотрудник научно- исследовательского отдела, [email protected]
Рязанское гвардейское высшее воздушно-десантное командное училище имени генерала Армии В.Ф. Маргелова
Проблема и цель. С развитием и широким применением колесной наземной транспортной техники выдвигаются повышенные требования к устройству машин, их управляемости с одновременным упрощением требований к водителю по управлению машиной и обеспечению ее функционирования в широком диапазоне технических возможностей. Целью исследований явилось теоретическое обоснование и практическая реализация способа непрерывного мониторинга состояния накладок тормозных колодок автомобиля КамАЗ.
Методология. Разработано микросистемное устройство для контроля состояния тормозной колодки, отвечающее требованиям автоматизации и роботизации. Электрическая схема устройства построена по аналоговой форме с непрерывной регистрацией неэлектрического сигнала о состоянии (толщине износа) накладки в преобразованной электрической форме. Принцип действия сигнализатора состояния тормозной колодки автомобиля построен на использовании явления изменения электрической емкости конденсатора с изолирующей прокладкой между электродами при изменении толщины этого изолятора. Если встроить в керамическую (изолирующую) накладку тормозной колодки металлический электрод, то он образует электрическую емкость с поверхностью тормозимого металлического тела. Это позволяет в качестве изолирующей прокладки использовать изнашивающийся слой фрикционной накладки тормозной колодки. В таком датчике первичным источником информации будет являться непосредственно контролируемый параметр - остаточный рабочий слой фрикционной накладки тормозной колодки
Результаты. Разработано индикаторное устройство, позволяющее водителю, находящемуся в кабине автомобиля, не отрываясь от управления осуществлять непрерывный мониторинг состояния тормозных накладок (толщины рабочего слоя) вплоть до критического, при котором дальнейшая эксплуатация транспортного средства становится небезопасной.
Заключение. Применение разработанного индикаторного устройства для визуального функционального контроля водителем состояния тормозных колодок автомобиля делает возможным предотвращение нештатных ситуаций, которые могут возникнуть из-за невозможности эффективного использования рабочей тормозной системы автомобиля по причине предельно допустимого или неравномерного износа фрикционных накладок тормозных колодок.
Ключевые слова: автоматизация, микросистемное устройство, тормозная колодка, электрод, индикация.
© Костенко М. Ю., Семынин М. В., Волков С. С., Семынин В В., 2021 г
Введение
В последние десятилетия в технически развитых странах наметилась устойчивая тенденция к разработке микросистемной техники почти во всех отраслях, особенно в авиационно-космическом и военно-морском приборостроении. Широкое развитие это направление получило при создании новых типов наземной транспортной техники. С развитием и широким применением колесной наземной транспортной техники выдвигаются повышенные требования к устройству машин, их управляемости с одновременным упрощением требований к водителю по управлению машиной и обеспечению ее функционирования в широком диапазоне технических возможностей. Такие задачи решаются автоматизацией функциональных устройств машин и роботизацией машины в целом с применением средств микросистемной техники.
Целью исследований явилось теоретическое обоснование и практическая реализация способа непрерывного мониторинга состояния накладок тормозных колодок автомобиля КамАЗ. Так как ресурс работы тормозной колодки меньше ресурса работы автомобиля в целом, то необходимо периодически проверять толщину износа накладки и при износе до предельно допустимой толщины произвести замену тормозной колодки на новую. В настоящее время диагностика степени износа фрикционных накладок тормозных колодок проводится в рамках мероприятий технического обслуживания разными способами в зависимости от конструкции тормозного механизма автомобиля в целом, вплоть до его частичного демонтажа. В частности, проверка состояния тормозных накладок автомобиля КамАЗ производится при помощи специального щупа через окна в тормозном щитке на внутренней стороне колеса, что корректно осуществляется только в специально оборудованных помещениях [2,8,9].
Микросистемная техника позволяет формировать принципиально новые взаимосвязи в системе «водитель-машина-среда-маршрут». Именно микросистемная техника обеспечивает основу автоматизации, а затем и роботизации транспортной техники. Роботизация, как конечный этап автоматизации, характеризуется выработкой и реализацией технических режимов функционирования в системе «машина-среда-маршрут», не заложенных в исходной программе-алгоритме действий, без участия человека.
Многое, характеризуемое в настоящее время как элементы роботизации, относится к сфере автоматизации и обеспечивает исходно предусмотренные режимы функционирования машины как реакцию на внешние воздействия человека, среды или маршрута. Роботизация может быть осуществлена на основе средств автоматизации, выполненных для работы в измерительных режимах. Средства автоматизации в большинстве случаев исходно используются в индикаторных режимах в системах симплексного действия [5,10]. Поэтому в разработке современных средств микросистемной техники требования к работе элементов схем формируются на уровне количественной градации
рабочих характеристик с выделением плавно изменяемых рабочих режимов.
Как известно, измерительные характеристики обеспечиваются в аналоговом и цифровом режимах. Обе формы сигналов являются неотъемлемой особенностью микросистемной техники. Все микросистемные датчики (до уровня нанотехни-ки), особенно неэлектрических величин, работают в режиме непрерывного, аналогового изменения исходного параметра и сигналов. Обработка сигнала в микросистемном устройстве, особенно для робототехнических целей, неизбежно осуществляется в цифровых кодах. Это обусловлено, прежде всего, необходимостью цифровой и алгоритмической обработки сигналов первичной информации датчиков для выработки сигнала реакции машины или сигнала управления. В микросистемных устройствах индикаторного характера, особенно в силовых системах, эффективны устройства с аналоговыми сигналами, или в комбинации с аналого-цифровыми системами. Предпочтительность аналоговых микросистемных устройств заключается в их более широких функциональных возможностях вследствие индикаторного характера первичной информации датчиков сигналов [1,13,15].
Объект исследования
Объектом исследования являлся автомобиль семейства КамАЗ. В статье представлено разработанное микросистемное устройство сигнализации состояния рабочих асбесто-бакелитовых накладок тормозных колодок. Электрическая схема устройства построена по аналоговой форме с непрерывной регистрацией неэлектрического сигнала о состоянии (толщине износа) накладки в преобразованной электрической форме. Несмотря на силовой характер контролируемого процесса, датчик построен на использовании сигнала потенциального характера, а именно, накопления определенного количества электрического заряда, что позволяет выполнять датчик в пределах размерностей элементов микроэлектромехнических систем. При этом на основе выбранного датчика автоматизированное устройство контроля состояния тормозной колодки построено по принципу индикации критических состояний фрикционных накладок колодки. На основе выбранного принципа построения датчика и устройства в целом может быть создано измерительное устройство с распределенным расположением аналого-цифровых датчиков по рабочим поверхностям всех действующих накладок, являющихся элементами автоматизации контроля состояния тормозных накладок, а также средствами возможной роботизации тормозной системы в целом [14,18].
Принцип действия сигнализатора состояния тормозной колодки автомобиля построен на использовании явления изменения электрической емкости С конденсатора с изолирующей прокладкой между электродами при изменении толщины этого изолятора. Если встроить в керамическую (изолирующую) накладку тормозной колодки металлический электрод, то он образует электрическую емкость С с поверхностью тормозимого металлического тела. Это позволяет в качестве
изолирующей прокладки использовать изнашивающийся слой фрикционной накладки тормозной колодки. В таком датчике первичным источником информации будет являться непосредственно контролируемый параметр - остаточный рабочий слой фрикционной накладки тормозной колодки [16,17]. Величина электрической емкости изменяется с износом рабочего слоя по формуле
С = е ео S / d, (1)
где е - относительная диэлектрическая постоянная материала керамической накладки;
ео - диэлектрическая постоянная вакуума; S - площадь электродов конденсатора; d - расстояние между электродами, толщина рабочего слоя прокладки.
При этом электрическое сопротивление конденсатора по переменному току равно:
Хс = 1 / (ыС) = d / (2 п f е ео S), (2)
гд е ы и f - круговая и циклическая частоты переменного тока, линейно изменяются с изменением расстояния между электродами конденсатора.
По мере износа фрикционной накладки расстояние d между электродом и поверхностью тормозимого тела уменьшается, емкость конденсатора увеличивается, и сопротивление его по переменному току уменьшается. Если пропускать через конденсатор переменный ток I, то падение напряжения на нем
ис = I Хс = I d / (2 п f е е0 S) с изно сом накладки уменьшается вплоть до нуля при полном износе накладки до электрода. По величине падения напряжения на конденсаторе можно судить о степени износа фрикционной накладки.
Техническая реализация таких датчиков конденсаторов многовариантна - от дискретных индикаторных конденсаторов до распределенной сетки конденсаторов с цифровыми предусилителями, расположенными по критическим точкам рабочего поля фрикционной накладки, для использования в роботизированных автомобилях.
В данной работе рассмотрен пример индикаторного контрольного устройства с одним конденсатором для контроля толщины накладки в одной критической точке, в частности, для тормозного устройства колес автомобиля КамАЗ.
Конденсатор-датчик сформирован из плоского измерительного электрода, расположенного в технологическом отверстии для заклепки крепления накладки к основанию колодки и второго электрода, являющегося тормозным барабаном. Поверхность измерительного электрода располагается в отверстии накладки ^ = 8 мм) на глубине предельно-допустимого износа накладки ф = 5 мм). После монтажа электрода в отверстии полость отверстия заполняется материалом изолятора. Для увеличения электрической емкости конденсатора полость отверстия можно заполнить изолирующим материалом с диэлектрической постоянной, большей аналогичной характеристики материала накладки - бакелита. Чем больше е изолятора конденсатора, тем больше чувствительность датчика. На рисунке 1 приведена упрощенная схема конденсатора и тормозной колодки в целом с до-
полнительным электродом конденсатора.
Рис. 1 - Схема конденсатора и тормозной колодки
Тормозная колодка колеса автомобиля содержит фрикционную накладку 1, истирающуюся при торможении, металлический электрод 2, металлический держатель накладки 3, изолятор 4, электрический вывод 5 электрода 2, фиксируемого в накладке 1 клеевым соединением изолятора 4 с накладкой 1 и с держателем 3.
Напротив фрикционной накладки 1 расположено тормозимое тело 6, которое вместе с электродом 2 образует конденсатор с электрической емкостью СТ. Фрикционная накладка обладает малым коэффициентом износа и изготавливается, как правило, из асбесто-бакелитового материала.
При торможении накладка 1 прижимается к тормозимому телу 6 и истирается. Емкость конденсатора увеличивается до максимального значения. На рисунке 1 приведена линия В, обозначающая максимально допустимую толщину износа йтах , проходящая по плоскости поверхности электрода 2. При износе до величины dmax происходит прямой контакт тормозимого тела с электродом 2.
Экспериментальная часть
Экспериментальная часть исследования заключалась в разработке индикаторного устройства, позволяющего водителю, находящемуся в кабине автомобиля, не отрываясь от управления осуществлять непрерывный мониторинг состояния тормозных накладок (толщины рабочего слоя) вплоть до критического, при котором дальнейшая эксплуатация транспортного средства становится небезопасной [3,6,7].
Рассматриваемый вариант индикаторного устройства позволяет определять состояние фрикционной накладки по трем критериям: 1) соответствует техническим требованиям; 2) ресурс работы почти исчерпан; 3) ресурс работы исчерпан. Первичной информацией при этом является: 1) толщина рабочего слоя фрикционной накладки находится в рабочих пределах (в пределах от максимального (исходного) значения до значений,
близких к минимально допустимой); 2) толщина рабочего слоя накладки еще рабочая, но близка к критическим значениям; 3) толщина рабочего слоя полностью исчерпана, используется остаточный слой.
Устройство индикации содержит электронную схему, в которой предусмотрены три соответствующих световых сигнализатора: 1) зеленого цвета; 2) желтого цвета; 3) красного цвета. Для большей наглядности световые сигнализаторы могут быть снабжены надписями: 1) накладки годные; 2) накладки на пределе износа; 3) накладки изношены. Методом электронной регулировки можно установить критерий «на пределе», например, сигнализатор «желтый» включается, когда остается 5, 10 или 20 % рабочего ресурса. В роботизированном автомобиле система световых сигнализаторов может использоваться как второстепенное кон-
трольное устройство; первичный сигнал, преобразованный в форму цифровых кодов, подается на центральный процессор робота для учета при выработке команд для исполнительных устройств.
Функциональная схема (рис. 2) сигнализатора содержит конденсатор Ст, емкость которого образуется электродом 2 (верхний электрод, (рис. 1) и тормозимым металлическим телом 6 (нижний электрод, рис. 1), балластный резистор Рт для ограничения тока при коротком замыкании электрода 2 с тормозимым телом 6, генератор 7 переменного тока, соединенный с резистором Рт, усилитель переменного тока 8 с красным светоди-одом D2 (светодиод с излучением красного света), усилитель постоянного тока 10 с желтым свето-диодом D6 (с излучением желтого света), устройство 9, содержащее накопительную емкость и зеленый светодиод D5.
Рис. 2 - Функциональная схема сигнализатора
Устройство 9 соединено с выходом усилителя 8 переменного тока и с входом усилителя 10 постоянного тока, при этом вывод электрода 2 соединен с резистором Рт, а резистор Рт соединен другим концом с выходом генератора и входом усилителя переменного тока. Сигнализатор питается от источника эдс Е транспортного средства, например, от бортовой сети автомобиля.
Принципиальная схема сигнализатора (рис. 3) построена в соответствии с функциональной схемой (рис. 2) сигнализатора с едиными обозначениями и нумерацией элементов схем. Она, дополнительно к обозначенным элементам (Ст, р, D2, D5, йб) на функциональной схеме (рис. 2), содержит транзистор Тч (рис. 3), образующий с резисторами Рч, Р2 и переходным конденсатором С1 усилительный каскад 7 (рисунки 2,3) переменного тока. На выходе каскада соединена нагрузка по постоянному току в виде цепи: стабилитрон D1, красный светодиод D2 с согласующим резистором Рз, и резистором смещения Р11, а также нагрузка по переменному току: устройство 8 (рис. 2) с накопительным конденсатором С2 (рис. 3). В устройстве 8 дополнительно к С2 содержится развязывающий каскады транзисторов Тч и Т2 по отрицательным полупериодам усиливаемого напряжения диод Dз, балластный резистор Р4, регулировочный резистор Р5, стабилитрон D4, зеленый светодиод D5 с
резистором R6 в роли ограничителя тока диода D5 и задатчика режима транзистора Т2.
Усилитель постоянного тока 10 (рис. 2) содержит два каскадообразующих транзистора Т2, Тз (рис. 3), коллекторные резисторы R6, Rio, делитель R., R9 входного напряжения второго каскада на транзисторе Тз, эмиттерные стабилизаторы на основе R7, Сз каскада на Т2 и на основе R11, C4 каскада на Тз.
Сигнализатор работает следующим образом. При торможении тормозная колодка с держателем 3 и фрикционной керамической накладкой
1 прижимается к поверхности тормозимого тела 6 (например, тормозного барабана) и в процессе эксплуатации изнашивается. Величина износа определяется по изменению электрической емкости конденсатора СТ, образуемого электродом
2 в накладке 1, тормозимым телом 6 в качестве второго электрода и материалом накладки между электродами 1 и 6. В процессе износа накладки 1 расстояние d между электродами конденсатора CT уменьшается, и емкость конденсатора CT увеличивается согласно формуле (1), его сопротивление уменьшается. На рисунке 1 проведена линия «В», определяющая уровень максимально допустимого износа тормозной накладки. Так как линия «В» проходит по плоскости головки электрода 2, то электрод 2 при предельном износе замыкается с
тормозимым телом 6.
Вследствие изложенного сигнализатор вырабатывает световые сигналы о нормальном рабочем состоянии накладок (зеленый светодиод □5), об износе, близкому к критическому (желтый светодиод D6), и о критическом износе и более (красный светодиод D2). Сигналы о степени износа накладок формируются следующим образом. В начале работы накладка не изношена, расстояние d (рис. 1) большое, емкость Ст маленькая, сопротивление Хс значительно больше сопротивления R1 на входе транзистора Т1. Соотношение сопротивлений Rт и R1 подбирается так, чтобы обеспечить усилительный режим транзистора Т1 по переменному току. Генератор 7 переменного сигнала вырабатывает переменное (синусоидальное или прямоугольное) напряжение. Этот сигнал подается на вход транзистора Т1. При малой емкости СТ амплитуда сигнала максимальная, напряжение покоя на выходе транзистора Т1 меньше напряже-
ния стабилитрона D1 (приблизительно в два раза), и стабилитрон D2 закрыт. Переменный сигнал с выхода транзистора Т1 проходит через конденсатор С1, через диод Dз и положительными импульсами заряжает конденсатор С2 до амплитуды переменного усиленного напряжения. В результате зарядки несколькими полупериодами усиленного переменного напряжения напряжение на С2 достигает значения максимума полупериода переменного усиленного напряжения. Стабилитрон D5 с балластным сопротивлением R5 имеет напряжение пробоя несколько меньше этого значения, и пробивается. При этом загорается (включается) зеленый светодиод D5. Напряжение, образуемое током светодиода D5 на светодиоде и балластном резисторе R6, открывает биполярный транзистор Т2, напряжение на коллекторе которого становится близким к нулю. При этом транзистор Т2 шунтирует вход транзистора Тз , который закрывается, и желтый светодиод D6 не горит.
Рис. 3 - Принципиальная схема сигнализатора
При износе накладки 1, близком к критическому, емкость конденсатора СТ нарастает с обратной пропорциональностью согласно выражению (1). При этом его сопротивление по переменному току (2) линейно уменьшается. Конденсатор СТ своим малым сопротивлением шунтирует резистор R1 и полное внешнее сопротивление на затворе Т1 уменьшается, сигнал на входе уменьшается. Усиленное переменное напряжение уменьшается. Уменьшается и напряжение зарядки конденсатора С2. Когда напряжение зарядки конденсатора становится меньше напряжения стабилитрона D4, то последний закрывается, зеленый светодиод отключается и напряжение на входе Т2 обнуляется. При этом транзистор Т2 закрывается, а транзистор Т3 открывается, и включается желтый светодиод □б. Когда накладка изнашивается до замыкания электрода 2 с тормозимым телом 6, переменное и постоянное напряжения на входе Т1 равны нулю и транзистор Т1 закрывается. Напряжение на стоке транзистора становится равным напряжению ис-
точника ЭДС (питания) Е, величина которого больше напряжения стабилитрона D1, стабилитрон открывается и включается красный светодиод D2. При этом постоянное напряжение через согласующее сопротивление Rз поступает на эмиттерный резистор R11 транзистора Тз. Напряжение на резисторе Rз становится больше, чем напряжение на резисторе R9 базы транзистора Т3, и этот транзистор закрывается; желтый диод отключается.
Таким образом, схема (рисунки 2, 3) обеспечивает световую сигнализацию состояния накладки тормозной колодки непрерывно с помощью свето-диодов. При достаточной толщине накладок включен зеленый светодиод; при износе, близком к критическому, включается желтый светодиод; при износе до и свыше критического включается красный светодиод. Единовременно светится только один светодиод.
Выводы
1. Рассмотрены и выделены особенности автоматизированных и роботизированных электроме-
ханических систем.
2. Разработан принцип построения микросистемного сигнализатора состояния тормозной колодки автомобиля.
3. Разработано индикаторное устройство для визуального функционального контроля состояния тормозных колодок автомобиля.
Заключение
Проведенные исследования позволили всесторонне рассмотреть и выделить особенности автоматизированных и роботизированных электромеханических систем, разработать принцип построения микросистемного сигнализатора состояния тормозной колодки автомобиля.
Разработка индикаторного устройства для визуального функционального контроля водителем состояния тормозных колодок автомобиля делает возможным предотвращение нештатных ситуаций, которые могут возникнуть из-за невозможности эффективного пользования рабочей тормозной системой автомобиля по причине предельно допустимого или неравномерного износа фрикционных накладок тормозных колодок.
Список литературы 1.Анализ методов технического диагностирования автомобилей / Дорофеева К.А., Борычев С.Н., Кокорев Г.Д., Успенский И.А., Юхин И.А. // В сборнике: Тенденции развития агропромышленного комплекса глазами молодых ученых. Материалы научно-практической конференции с международным участием. Министерство сельского хозяйства Российской Федерации; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева». 2018. С. 162-168. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=35318349
2.Безруков Д.В. Роль диагностирования тормозных систем в повышении безопасности движения и эффективности технической эксплуатации / Д.В. Безруков, Г.Д. Кокорев, И. А. Успенский, И.Н. Николотов // XII Международная научно-практическая конференция: Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования поршневых двигателей. - Владимир.:2010. - С.329-311. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=21268577.
3.Беляков В.В. Многокритериальная оптимизация в задачах оценки подвижности, конкурентоспособности автотракторной техники и диагностики сложных технических систем / В.В. Беляков, М.Е. Бушуева, В.И. Сагунов. // Вестник НГТУ им. Р.Е. Алексеева. Н. Новгород: НГТУ, 2001. - С.271-278. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=23126069.
4.Бышов Н.В. Диагностирование мобильной сельскохозяйственной техники с использованием прибора фирмы "Samte" / Н.В. Бышов, С.Н. Борычев, И.А. Успенский, Г.Д. Кокорев // В электронном журн. «Научный журнал КубГАУ». - 2012 г., № 04 (078), режим доступа: http://ej.kubagro.ru/ 2012/4/ pdf/42.pdf, С. 487-497. URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=17714629.
5.Воробьев Д.А. Методы определения рациональной периодичности контроля технического состояния тормозной системы мобильной сель-
скохозяйственной техники / Воробьев Д.А., Алле-нов Д.Г., Кокорев Г.Д. // В сборнике: Актуальные вопросы применения инженерной науки. Материалы Международной студенческой научно-практической конференции. // Министерство сельского хозяйства РФ, Рязанский государственный агро-технологический университет им. П.А. Костычева. 2019. С. 241-245. URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=22986863
6.Игумнов А.А. Исследование статистических характеристик диагностических значений при дистанционном мониторинге технического состояния машин. Политранспортные системы: Материалы VIII Международной научно-технической конференции в рамках года науки Россия - ЕС «Научные проблемы реализации транспортных проектов в Сибири и на Дальнем Востоке». - Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2015. - С. 69-73. URL: https:// elibrary.ru/item.asp?id=23712766.
7.Кабиров Р. Р. Управление эффективностью эксплуатации транспортно-технологических комплексов / Р.Р. Кабиров, Е.В. Самойлова, О.А. Шала-мова, Е.О. Юркова // Политранспортные системы: Материалы VIII Международной научно-технической конференции в рамках года науки Россия -ЕС «Научные проблемы реализации транспортных проектов в Сибири и на Дальнем Востоке». - Новосибирск: Изд-во СГУПСа, 2015. - С. 38-42. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=23712816.
8.Кокорев Г.Д. Системы мониторинга и диагностики автомобильного транспорта в сельском хозяйстве по вибрации / Сборник научных трудов профессорско-преподавательского состава и молодых ученых РГАТУ им. П. А. Костычева. -Рязань.:2009. - С.193-199. URL: https://elibrary.ru/ item.asp?id=21268565.
9.Кокорев Г.Д. Системы мониторинга и диагностики автомобильного транспорта в сельском хозяйстве по вибрации / Г.Д. Кокорев, И. А. Успенский, И.Н. Николотов, Н.В. Бышов // Всероссийская научно-техническая конференция: Повышение эффективности функционирования механических и энергетических систем. - Саранск.:2009. - С. 176182. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=21268566.
10.Кокорев Г.Д. Тенденции развития технической эксплуатации автомобильного транспорта / Г.Д. Кокорев, И. А. Успенский, И.Н. Николотов. // II Международная научно-производственная конференциям: Перспективные направления автомобильного комплекса. - Пенза.:2009. - С.135-138. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=21268552.
11.Методы определения рациональной периодичности контроля технического состояния тормозной системы мобильной сельскохозяйственной техники / Н.В. Бышов, С.Н. Борычев, И.А. Успенский [и др.] // Науч. журн. КубГАУ. - 2013. - № 86 (02). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=22986863
12.Разработка таблицы состояний и алгоритма диагностирования тормозной системы / Бышов Н.В., Борычев С.Н., Кокорев Г.Д., Успенский И.А., Николотов И.Н., Гусаров С.Н., Лыков С.В. // Вестник КрасГАУ. 2013. № 12 (87). С. 179-184. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=21011757
13.Успенский И. А. Применение экспертных
систем для мониторинга технического состояния автомобильного транспорта / И. А. Успенский, Г.Д. Кокорев, Р.В. Филатов // Конференция: Проблемы развития машинных технологий и технических средств производства сельскохозяйственной продукции. - Пенза.: 2002. - C.67-69.URL: ttps:// elibrary.ru/item.asp?id=21268878.
14.Byshov N.V., Borychev S.N., Bakulina G.N., Fedoskin V.V., Fedoskina I.V., Pikushina M.Yu. Systems analysis when evaluating and forecasting of agricultural enterprises//Religacion. revista de ciencias sociales yhumanidades.-2019.- Vol.4, №18.- Р.390-404. URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=43937669.
15.Dorokhin, S., Ivannikov, V., Yakovlev, K., (...), Borychev, S., Terentyev, A. Reducing the everity of a traffic accident IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 33(1),012014, 2020. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=43079831.
16.Polischuk, S.D., Stekolnikov, Y.A., Churilov,
D.G., (...), Stekolnikova, N.Y., Astanin, V.K. orrective maintenance and hardening of agricultural machinery parts// Key Engineering Materials Volume 836 KEM, 2020, Pages 158-167. URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=43286781.
17.Rembalovich, G., Terentyev, V., Andreev, K., Anikin, N., Teterin, V.Improving the emergency system for a traffic accident// IOP Conference Series: Materials Science and Engineering.-2020. -Vol. 918(1).-012072. URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=41220351.
18. Uspensky, I.A., Borychev, S.N., Kokorev, G.D., Yukhin, I.A., Kolupaev, S.V., Rodionova, E.A., Asoyan, A.R. Kolotov, A.S. Murog, I.A., Tronev, S.V. Increase of the resource of brake pads by using the driver's information device about wearing friction linings// ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences.-2019.-Vol. 14, Iss. 12.-P. 2320-2323. URL: https:// elibrary.ru/contents.asp?id=41677110.
THE PRINCIPLE OF CONSTRUCTING A MICROSYSTEM INDICATOR OF THE STATE OF THE BRAKE PAD OF A ROBOTIC CAR
Kostenko Mikhail Yu., Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Metal Technology and Machine Repair, [email protected]
Semynin Mikhail V., Post-graduate student of the Department of Technical Operation of Transport, [email protected]
Ryazan State Agrotechnological University named after P. A. Kostychev.
Volkov Stepan S., doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor of the Department of Automotive Engineering, [email protected]
Semynin Vladimir V.., candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Researcher of the Research Department, [email protected]
Ryazan Guards Higher Airborne Command School named after General of the Army V. F. Margelov.
Problem and purpose. With the development and widespread use of wheeled ground transport equipment, increased requirements are put forward for the device of machines, their controllability, while simplifying the requirements for the driver to control the machine and ensure its functioning in a wide range of technical capabilities. The aim of the research was the theoretical substantiation and practical implementation of the method for continuous monitoring of the state of the brake pads of the KamAZ car.
Methodology. Microsystem device for monitoring the condition of the brake pad, which meets the requirements of automation and robotization. The electrical circuit of the device is built in an analog form with continuous registration of a non-electrical signal about the state (wear thickness) of the pad in a converted electrical form. The principle of operation of the signaling device of the state of the brake shoe of a car is based on the use of the phenomenon of change in the electrical capacitance of a capacitor C with an insulating gasket between the electrodes when the thickness of this insulator changes. If a metal electrode is embedded in the ceramic (insulating) lining of the brake shoe, then it forms an electric capacitance C with the surface of the braking metal body. This allows the wear layer of the brake pad friction lining to be used as an insulating pad. In such a sensor, the primary source of information will be the directly monitored parameter - the residual working layer of the friction lining of the brake shoe
Results. Development of an indicator device that allows the driver, who is in the cab of the car, without interrupting control, to continuously monitor the state of the brake linings (thickness of the working layer) up to the critical state, at which the further operation of the vehicle becomes unsafe.
Conclusion. The development of an indicator device for visual functional control by the driver of the state of the brake pads of a car makes it possible to prevent abnormal situations that may arise due to the impossibility of effective use of the working brake system of the car, due to the maximum permissible or uneven wear of the friction linings of brake pads.
Key words: automation, microsystem device, brake pad, electrode, display.
Literatura
1.Analiz metodov tekhnicheskogo diagnostirovaniya avtomobilej/Dorofeeva K.A., Borychev S.N., Kokorev G.D., Uspenskij I.A., YUhin I.A. // V sbornike: Tendencii razvitiya agropromyshlennogo kompleksa glazami molodyh uchenyh. Materialy nauchno-prakticheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem. Ministerstvo sel'skogo hozyajstva Rossijskoj Federacii; Federal'noe gosudarstvennoe byudzhetnoe obrazovatel'noe uchrezhdenie vysshego obrazovaniya «Ryazanskij gosudarstvennyj agrotekhnologicheskij universitet imeni
P.A. Kostycheva». 2018. S. 162-168. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=35318349
2.Bezrukov D.V. Rol' diagnostirovaniya tormoznyh sistem v povyshenii bezopasnosti dvizheniya i effektivnosti tekhnicheskoj ekspluatacii /D.V. Bezrukov, G.D. Kokorev, I. A. Uspenskij, I.N. Nikolotov // XII Mezhdunarodnaya nauchno-prakticheskaya konferenciya: Fundamental'nye i prikladnye problemy sovershenstvovaniya porshnevyh dvigatelej. - Vladimir.:2010. - S.329-311. URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=21268577.
3.Belyakov V.V. Mnogokriterial'naya optimizaciya v zadachah ocenki podvizhnosti, konkurentosposobnosti avtotraktornoj tekhniki i diagnostiki slozhnyh tekhnicheskih sistem / V.V. Belyakov, M.E. Bushueva, V.I. Sagunov. // Vestnik NGTUim. R.E. Alekseeva. N. Novgorod: NGTU, 2001. - S.271-278. URL: https://elibrary. ru/item.asp?id=23126069.
4.Byshov N.V. Diagnostirovanie mobil'noj sel'skohozyajstvennoj tekhniki s ispol'zovaniem pribora firmy "Samte"/N.V. Byshov, S.N. Borychev, I.A. Uspenskij, G.D. Kokorev//Velektronnomzhurn. «Nauchnyjzhurnal KubGAU». - 2012 g., № 04 (078), rezhim dostupa: http://ej.kubagro.ru/ 2012/4/pdf/42.pdf, S. 487-497. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=17714629.
5.Vorob'ev D.A. Metody opredeleniya racional'noj periodichnosti kontrolya tekhnicheskogo sostoyaniya tormoznoj sistemy mobil'noj sel'skohozyajstvennoj tekhniki / Vorob'ev D.A., Allenov D.G., Kokorev G.D. // V sbornike: Aktual'nye voprosy primeneniya inzhenernoj nauki. Materialy Mezhdunarodnoj studencheskoj nauchno-prakticheskoj konferencii. // Ministerstvo sel'skogo hozyajstva RF, Ryazanskij gosudarstvennyj agrotekhnologicheskij universitet im. P.A. Kostycheva. 2019. S. 241-245. URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=22986863
6.Igumnov A.A. Issledovanie statisticheskih harakteristik diagnosticheskih znachenij pri distancionnom monitoringe tekhnicheskogo sostoyaniya mashin. Politransportnye sistemy: Materialy VIII Mezhdunarodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii v ramkah goda nauki Rossiya - ES «Nauchnye problemy realizacii transportnyh proektov v Sibiri i na Dal'nem Vostoke». - Novosibirsk: Izd-vo SGUPSa, 2015. - S. 69-73. URL: https://elibrary. ru/item.asp?id=23712766.
7.Kabirov R. R. Upravlenie effektivnost'yu ekspluatacii transportno-tekhnologicheskih kompleksov / R.R. Kabirov, E.V. Samojlova, O.A. SHalamova, E.O. YUrkova //Politransportnye sistemy: Materialy VIII Mezhdunarodnoj nauchno-tekhnicheskoj konferencii v ramkah goda nauki Rossiya - ES «Nauchnye problemy realizacii transportnyh proektov v Sibiri i na Dal'nem Vostoke». - Novosibirsk: Izd-vo SGUPSa, 2015. - S. 3842. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=23712816.
8.Kokorev G.D. Sistemy monitoringa i diagnostiki avtomobil'nogo transporta v sel'skom hozyajstve po vibracii / Sbornik nauchnyh trudov professorsko-prepodavatel'skogo sostava i molodyh uchenyh RGATU im. P. A. Kostycheva. - Ryazan'.:2009. - S.193-199. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=21268565.
9.Kokorev G.D. Sistemy monitoringa i diagnostiki avtomobil'nogo transporta v sel'skom hozyajstve po vibracii / G.D. Kokorev, I. A. Uspenskij, I.N. Nikolotov, N.V. Byshov // Vserossijskaya nauchno-tekhnicheskaya konferenciya: Povyshenie effektivnosti funkcionirovaniya mekhanicheskih i energeticheskih sistem. -Saransk.:2009. - S. 176-182. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=21268566.
10.Kokorev G.D. Tendencii razvitiya tekhnicheskoj ekspluatacii avtomobil'nogo transporta / G.D. Kokorev, I. A. Uspenskij, I.N. Nikolotov. // II Mezhdunarodnaya nauchno-proizvodstvennaya konferenciyam: Perspektivnye napravleniya avtomobil'nogo kompleksa. - Penza.:2009. - S.135-138. URL: https://elibrary.ru/ item.asp?id=21268552.
11.Metody opredeleniya racional'noj periodichnosti kontrolya tekhnicheskogo sostoyaniya tormoznoj sistemy mobil'noj sel'skohozyajstvennoj tekhniki/N.V. Byshov, S.N. Borychev, I.A. Uspenskij [i dr.]//Nauch. zhurn. KubGAU. - 2013. - № 86 (02). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=22986863
12.Razrabotka tablicy sostoyanij i algoritma diagnostirovaniya tormoznoj sistemy /Byshov N.V., Borychev S.N., Kokorev G.D., Uspenskij I.A., Nikolotov I.N., Gusarov S.N., Lykov S.V. //Vestnik KrasGAU. 2013. № 12 (87). S. 179-184. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=21011757
13.Uspenskij I. A. Primenenie ekspertnyh sistem dlya monitoringa tekhnicheskogo sostoyaniya avtomobil'nogo transporta /I. A. Uspenskij, G.D. Kokorev, R.V. Filatov //Konferenciya: Problemy razvitiya mashinnyh tekhnologij i tekhnicheskih sredstv proizvodstva sel'skohozyajstvennoj produkcii. - Penza.: 2002. - S.67-69.URL: ttps://elibrary.ru/item.asp?id=21268878.
14.Byshov N.V., Borychev S.N., Bakulina G.N., Fedoskin V.V., Fedoskina I.V., Pikushina M.Yu. Systems analysis when evaluating and forecasting of agricultural enterprises//Religacion. revista de ciencias sociales yhumanidades.-2019.- Vol.4, №18.- R.390-404. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=43937669.
15.Dorokhin, S., Ivannikov, V., Yakovlev, K., (...), Borychev, S., Terentyev, A. Reducing the everity of a traffic accident IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 33(1),012014, 2020. URL: https://elibrary. ru/item.asp?id=43079831.
16.Polischuk, S.D., Stekolnikov, Y.A., Churilov, D.G., (...), Stekolnikova, N.Y., Astanin, V.K. orrective maintenance and hardening of agricultural machinery parts// Key Engineering Materials Volume 836 KEM, 2020, Pages 158-167. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=43286781.
17.Rembalovich, G., Terentyev, V., Andreev, K., Anikin, N., Teterin, V.Improving the emergency system for a traffic accident//IOP Conference Series: Materials Science and Engineering.-2020. - Vol. 918(1).-012072. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=41220351.
18.Uspensky, I.A., Borychev, S.N., Kokorev, G.D., Yukhin, I.A., Kolupaev, S.V., Rodionova, E.A., Asoyan, A.R. Kolotov, A.S. Murog, I.A., Tronev, S.V Increase of the resource of brake pads by using the driver's information device about wearing friction linings//ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences.- 2019.-Vol. 14, Iss. 12.-P. 2320-2323. URL: https://elibrary.ru/contents.asp?id=41677110.
УДК 632.08:631.2
DOI 10.36508/RSATU.2021.50.2.013
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРОННОГО БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ АЭРАЦИЕИ ЗЕРНА В КОНТЕЙНЕРАХ С РЕГУЛИРУЕМОЙ ГАЗОВОЙ СРЕДОЙ
ЛАТЫШЕНОК Надежда Михайловна, канд. техн. наук, доцент, Рязанский агротехнологический университет им. П.А. Костычева, [email protected]
Проблема и цель. В период хранения зерна в нем происходят сложные физиологические процессы, которые могут сопровождаться изменением температуры и влажности зерновой массы, интенсивным развитием в ней микроорганизмов и насекомых-вредителей и т. д. Для недопущения подобных явлений в зернохранилищах используются системы активной вентиляции (САВ) зерновой насыпи. Для повышения эффективности работы САВ в странах Северной Америки и ЕС используют сложные электронные блоки управления (ЭБУ), которые на порядок дороже простых и требуют для их программирования высокой квалификации обслуживающего персонала. Поэтому на сегодняшний день наиболее перспективным направлением развития автоматических систем управления вентиляционными установками зернохранилищ является использование простых ЭБУ в комплекте с комбинированными электронными контрольно-измерительными устройствами (датчиками). Целью настоящего исследования было сравнение эффективности работы систем активного вентилирования в металлическом силосе и принудительной аэрации в контейнере с регулируемой газовой средой за счет применения простых ЭБУ при хранении семенного зерна.
Методология. В качестве объекта исследования были взяты технологии управления системой активного вентилирования с использованием простых ЭБУ и принудительной аэрации зерновой насыпи в контейнере с регулируемой газовой средой, управляемой ЭБУ в комплекте с комбинированными электронными контрольно-измерительными устройствами. Образцами для исследования служили семена яровой пшеницы «КВС Аквилон», полученные от пересева элитных семян третьего поколения категории РС-3. В ходе сравнительных испытаний оценивалось влияние исследуемых технологий на условия хранения семенного зерна и жизнедеятельность насекомых-вредителей. Результаты. Применение САВ в металлических силосах с автоматическим управлением простым ЭБУ не обеспечивает достаточной сохранности посевных качеств семенного зерна. Так, как в процессе его сезонного хранения не исключена вероятность образования конденсата влаги на внутренней стенке силоса, отпотевания зерна, наблюдался рост популяции насекомых- вредителей. Замена САВ на систему принудительной вентиляции в контейнере с регулируемой газовой средой, управляемую ЭРУ на основе микропроцессора Arduino UNO и комбинированных датчиков-регистраторов температуры и влажности воздуха DT171, позволяет сохранить репродуктивные свойства семян, при этом более интенсивно проводить охлаждение зерна за счет естественного теплообмена с окружающей средой и сократить более чем в 20 раз популяцию насекомых-вредителей. Заключение. Применение контейнеров с регулируемой воздушной средой, управляемой работой ЭБУ на основе микропроцессора Arduino UNO и комбинированных датчиков-регистраторов температуры и влажности воздуха DT 171, позволяет сохранить посевные качества зерна, при этом снизить затраты электроэнергии и трудоемкость выполнения работ, проводить эффективную борьбу с насекомыми-вредителями за счет разрежённости воздушной среды.
Ключевые слова: хранение, зерно, система активного вентилирования, электронный блок управления (ЭБУ), металлический силос, герметичный контейнер.
Введение
Зерно, заложенное на хранение, требует постоянной заботы и защиты от таких вредных факторов как самосогревание, прорастание, развитие грибковой плесени и размножение насекомых-
вредителей.
В период хранения зерно проходит стадию послеуборочного физиологического дозревания, которое может сопровождаться испарением избыточной влаги, ростом температуры зерновой
© Латышенок Н. М., 2021г.
