CC BY
19
УДК 621.436-047.43
РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ТЕПЛОВОГО КОНТРОЛЯ МОЩНОСТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ МОБИЛЬНОГО СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО АГРЕГАТА
В. Е. Колпаков, канд. техн. наук, доцент
ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Россия, т. (911) 836-09-99, e-mail: val-kolpakov@mail.ru
Анализ существующих методов и средств оценки использования мобильных сельскохозяйственных агрегатов выявил проблемы, связанные с неэффективным использованием последних из-за отсутствия информативных, быстродействующих и нетрудоемких методов оценки фактической загрузки. Разработаны способ измерения тяговых усилий трактора, обеспечивающий возможность дистанционно осуществлять тепловой контроль мощностных показателей мобильного сельскохозяйственного агрегата, и способ диагностики двигателя внутреннего сгорания, позволяющий классифицировать техническое состояние двигателя с целью повышения точности теплового контроля. Созданные математические модели теплового поля теоретически обосновывают значения тепловых показателей информативных поверхностей визуальной доступности силовой установки мобильного сельскохозяйственного агрегата в зависимости от режимов работы, показателей тепловой нагрузки внешней среды. Классификация технического состояния двигателя в зависимости от эксплуатационных регулировок, неисправностей и пр. проведена на основе теории распознавания образов. Разработаны математические модели классификации с использованием дискрими-нантного анализа и нейронных сетей. Проведены экспериментальные стендовые и полевые исследования, подтвердившие теоретические выкладки и позволившие разработать и внедрить рекомендации по повышению эффективности функционирования мобильного сельскохозяйственного агрегата.
Ключевые слова: мобильный сельскохозяйственный агрегат, тепловое поле, информативная поверхность визуальной доступности, метод конечных элементов, нейронные сети.
Введение.
Высокопроизводительное использование техники во многом зависит от правильного комплектования мобильных сельскохозяйственных агрегатов (МСА) и выбора режимов их работы. Анализ научных трудов отечественных и зарубежных исследователей, занимавшихся классификацией почв по их механическому составу [1], показывает, что удельное сопротивление может меняться от 70 кПа на глинистых почвах до 20 кПа на супесчаных. Кроме того, существенное влияние на энергозатраты оказывает влажность почвы: так, при изменении относительной влажности почвы от 10 % до 25 % удельное сопротивление среднесуглинистой почвы меняется в 1,5 раза.
Таким образом, фактические значения удельного сопротивления почвы в зависимости от ее типа и влажности могут изменяться в три и более раз. Из этого следует, что рекомендации производителей сельскохозяйственной техники по агрегатированию носят весьма условный характер в силу обобщенности показателей энергоза-
трат. В этом случае с достаточно большой вероятностью мобильный сельскохозяйственный агрегат может работать неэффективно вследствие недозагруженности или сверхвысокой нагрузки. В первом случае это приведет к потере денежных средств из-за недостаточной энергоэффективности; во втором - из-за снижения показателей надежности и снижения долговечности, т. е. ресурса силовой установки трактора [2]. Рациональное комплектование невозможно без учета таких факторов, как вид и характеристика обрабатываемой почвы или растений; размеры и рельеф полей; агротехнические требования к выполняемой работе; агротехнологические свойства машин и тракторов; удельное сопротивление рабочих машин; тяговые свойства тракторов; тип и качество используемого топлива [3].
Многообразие исходных данных, обеспечивающих рациональное комплектование, определяет высокую сложность его выполнения и, следовательно, диктует необходимость контроля правильности выбора структуры и параметров МСА, обеспе-
чивающих оптимальную загрузку силовой установки. Однако вследствие высокой трудоемкости измерений, технических сложностей в установке, невысокой точности показаний применение существующих методов оценки мощностных показателей [4] затруднительно. В связи с вышеизложенным возникает необходимость создания новых методов, позволяющих за короткое время и с минимальными трудозатратами определить рациональность загрузки силовой установки МСА. При этом должны учитываться виды и типы почв, их состояние применительно к конкретным климатическим условиям.
Дистанционные методы с использованием теплового контроля в полной мере отвечают предъявляемым требованиям. Их основными достоинствами являются высокая информативность, быстродействие, низкие трудозатраты. Однако реализация возможностей современных технических средств сдерживается отсутствием исследований тепловых полей на информативных поверхностях силовой установки.
Программа и методики исследований.
Программа и методики исследований предусматривают системный подход [14] и предполагают как теоретическое обоснование, так и реализацию лабораторных стендовых и полевых эксплуатационных испытаний [5]. Создание математической модели классификации технического состояния объекта на основе теории распознавания образов, в отличие от теоретического обоснования тепловых полей, требует предварительных экспериментов с целью создания базы диагностических признаков. В связи с этим стендовые экспериментальные исследования были проведены в два этапа. Первый этап - определение значений тепловых параметров в зависимости от режимов работы и внешних условий. Второй этап - определение значений тепловых параметров, времени разгона и мощности двигателей в зависимости от различных эксплуатационных регулировок и возможных неисправностей в безнагрузочном режиме.
Широкое разнообразие силовых установок МСА, используемых в современном сельскохозяйственном производстве, обусловливает наличие дизелей, отличающихся как степенью форсированности, типом систем охлаждения, питания, газовыпуска, так и наличием устройств, обеспечивающих подачу воздуха в цилиндры под давлением. Это существенно усложняет задачу унификации при выборе объектов исследования с учетом рациональных ма-
териальных затрат на эксперимент. В связи с этим выбор объектов исследования в лабораторном эксперименте остановлен на турбированном дизеле с жидкостным охлаждением СМД-21 и атмосферном дизеле с воздушным охлаждением Д-144, как наиболее отличающиехя друг от друга по конструкции.
Повышенная тепловая нагрузка на агрегаты и узлы двигателя выражается через симптом, представляющий собой более высокую их температуру [6]. Температура агрегатов и узлов является параметром состояния, несущего информацию о режиме работы и степени загрузки МСА [7]. Этот параметр состояния в известной степени связан с температурой отработавших газов (ОГ) [8]. Таким образом, температура ОГ может служить диагностическим параметром для состояния «тепловая нагрузка» [1].
Дистанционное измерение температуры ОГ при полевых работах МСА технически затруднительно в силу физических свойств газов. В связи с этим о температуре ОГ силовой установки МСА, зависящей от режимов работы, можно косвенно судить по температуре поверхности узлов и агрегатов с использованием специально установленных индикаторных устройств [9]. Однако, во-первых, не все поверхности агрегатов несут тепловую информацию, а во-вторых, не все поверхности агрегатов и узлов визуально доступны и могут быть использованы для считывания информации в инфракрасном спектре с помощью приборов дистанционного определения температуры. В связи с этим научный и практический интерес при дистанционном измерении температуры узлов и агрегатов силовой установки МСА представляют информативные поверхности визуальной доступности (ИПВД) [10]. К ним относятся, например, такие, как поверхность выпускного коллектора, поверхность трубы глушителя и др.
По техническим причинам при определении тепловых показателей двигателя трактора в полевых условиях не предусматривается использование термопар, температура выпускных газов может быть определена по температуре ИПВД (например, поверхности выпускного коллектора). В связи с этим возникла необходимость теоретического обоснования зависимости температуры ИПВД от температуры ОГ.
Сложность теплообмена в агрегатах системы газовыпуска не позволяет установить достаточно простые количественные соотношения между параметрами рабочего цикла двигателя и тепловым потоком в вы-
Нива Поволжья № 4 (41) ноябрь 2016 81
пускном коллекторе (выпускной трубе), который зависит от излучения светящегося факела и газов конвективного теплообмена в условиях переменного давления и температуры ОГ, скорости ОГ, геометрии деталей системы газовыпуска и параметров микроклимата окружающей среды. Полностью учесть все эти факторы в теплопере-даточных функциях затруднительно.
В практике отечественных и зарубежных исследований для определения коэффициента теплоотдачи широко используются зависимости, предложенные Нуссель-том В., Эхельбергом Г., Вошни Г., Бриллин-гом Н. Р. и др. [11].
Удовлетворительные результаты дает формула Вошни в следующем виде:
а г = -(рг -С )0'786 -(ГГ0'525 +-8,) ,
где Л л - постоянная для конкретного двигателя; Б - диаметр цилиндра, м; рг и Т2 - текущие значения давления (кГ/см2) и температуры (К) газов в цилиндре; См - средняя скорость поршня (м/с); В1 = К2* Т2 /Тс ;
- коэффициент, учитывающий вид сгорания; Т и Тс - температуры газов в конце горения и сжатия, К. Для двигателей с впрыском топлива В1 не учитывается.
Для получения представления о распределении температур, возникающих в выпускном коллекторе при работе дизеля на минимальных, максимальных холостых частотах вращения коленчатого вала и на режимах нагрузки, нами проведен расчет-но-теоретический анализ температурного состояния методом конечных элементов (МКЭ) и разработана математическая мо-
дель теплового поля в двухмерной постановке задачи [12]. Сущность анализа сводится к решению квадратичного функционала:
1
2
I
п 1
-и
,5 2 ' ¿5
На рисунках 1 и 2 представлены двухмерные дискретно-элементные модели сечения выпускных коллекторов на примере дизелей с жидкостным и воздушным охлаждением. Температура в любой точке элемента вычисляется через значения узловых температур на основании матричного уравнения
'т} I
1 п
Г1
] *
1
2Л
щ
а, а
т
1
ь.
пт
' гп J
г =
I
где а1 =
Тт - Ту, А - площадь треугольника.
Теплопередача на участках 1-2, 14-15 (рис. 1) и 1-2, 13-14 (рис. 2) задана граничными условиями первого рода - температура наружной поверхности головки блока.
Теплопередача на внутренних участках 1, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 15 (рисунок1) и 1, 15,16, 14 (рис.2) выпускного коллектора задана граничными условиями третьего рода:
Я = <Хеср(Ткр-
Т2С?- усредненное значение темпера-
где
Рис. 1. Дискретно-элементная модель сечения выпускного коллектора дизеля с жидкостным охлаждением
Рис. 2. Дискретно-элементная модель сечения выпускного коллектора дизеля с воздушным охлаждением
+
туры ОГ, К; Тешт- температура внутренней стенки выпускного коллектора в области выпускного окна, Л; агср/ - коэффициент теплоотдачи ОГ, Вт/Л^ТС
Теплопередача на наружных участках 2-14 (рис. 1) и участках 2-13 (рис. 2) выпускного коллектора в сечениях окон 1-4 цилиндров — ^^^ задана граничными условиями третьего рода [12]:
Я± = а{(^вст 1 Т* ) Чг = ^(^кд 2- Т**щ)
Я* = ае(Гцст 3" ) Я* = а«<Т*ст 4- Т )
где Т^т 1 * ^нсп 1 > ^«сч 3 > ^ист 4 ~ тем" пература наружной стенки коллектора в области выпускного окна соответствующего цилиндра, /С; ™ — индекс тепловой нагрузки внешней среды;С^ — коэффициент
Вт
теплоотдачи воздуха,
удельные тепловые потоки в сечениях окон 1, 2, 3, 4 цилиндров соответственно. С учетом конфигурации тепловых потоков ОГ, движущихся по выпускному коллектору (рис. 3 и 4), распределение температуры по длине коллектора не может быть равномерным в силу различных тепловых потоков Q, что учтено при синтезе математической модели. Таким образом, для симметричного коллектора (рис. 3) =
= ■ -, а для асимметричного коллектора (рис. 4) удельные тепловые потоки будут складываться.
Теплопередача через стенку выпускного коллектора задана граничными условиями второго рода с помощью уравнения Фурье.
На температуру ИПВД оказывают существенное влияние не только режимы
работы, но и техническое состояние исследуемого объекта Д5Ж. Следовательно, для получения достоверных данных предварительно необходимо провести дифференциальную диагностику силовой установки МСА [6]. Суть предлагаемого способа диагностики заключается в измерении параметрического комплекса, на основании которого производится распознавание образа технического состояния (отнесение к одному из классов). Параметрический комплекс разрабатываемой классификации технического состояния состоит из значений температур поверхности коллектораи времени разгона т. Температуры измеряются в области каждого из цилиндров на минимальных и максимальных частотах вращения коленчатого вала вбезнагрузоч-ном режиме. Время разгона т - от минимальной до максимальной частоты вращения [13].
Математическая модель классификации основана на теории распознавания образов. Для создания такой модели требуются обширные экспериментальные данные, представляющие собой обучающую и контрольную выборки. Создание таких выборок вызывает необходимость проведения лабораторных экспериментов для определения зависимости температуры ИПВД, времени разгона и номинальной мощности от эксплуатационных регулировок и неисправностей силовой установки. При этом измерения производятся при изменении угла опережения подачи топлива, давления впрыска форсунок, зазора в клапанах ГРМ, разряжения воздуха на впуске, температуры подаваемого воздуха. В качестве неисправностей предусмотрено моделирование отказа работы турбокомпрессора, загрязнение воздушного фильтра, неисправности топливной системы и другие отказы.
За основной принят критерий потери мощности с целью отнесения технического состояния силовой установки к одному из классов. В рамках поставленной задачи нами выбраны три класса технического со-
Рис. 3. Симметричная схема распределения тепловых потоков ОГ дизеля с жидкостным охлаждением
Рис. 4. Асимметричная схема распределения тепловых потоков ОГ дизеля с воздушным охлаждением
Нива Поволжья № 4 (41) ноябрь 2016 83
Рис. 5. Зависимость температуры ИПВД дизеля с жидкостным охлаждением от нагрузки
стояния: 1 класс - техническое состояние силовой установки, полностью соответствующее конструкторской документации завода-изготовителя; 2 класс - потеря мощности до 10 % от номинальной; 3 класс -потеря мощности более 10 % от номинальной. Разделение на классы носит условный характер. Чем больше классов, тем более высокая точность дистанционного определения нагрузки может быть достигнута. Однако при большом количестве классов существенно возрастает количество экспериментальных значений тестовой и контрольной выборок, усложняется расчет. В качестве математических методов классификации наиболее подходящими оказались дискриминантный анализ и нейронные сети.
Результаты исследований. Созданная математическая модель теплового поля ИПВД позволила провести расчет эталонных значений температур при работе силовой установки в режимах холостого хода и при различной нагрузке (фрагмент результатов расчета представлен в таблицах 1, 2).
Таблица 1
Расчетные зависимости температуры поверхности коллектора от нагрузки турбирован-ного дизеля с симметричным коллектором
Ыв1кВт 20 40 60 80 100
Т, К 1;4 цилиндры 402 427 484 508 573
Т, К 2; 3 цилиндры 432 461 497 558 654
Аналогичные результаты получены и
О 10 ¡0 30 « 50
>(,.гс
Рис. 6 с
ч* ч^
\зч Ч^ 4м
Зависимость температуры ИПВД дизеля воздушным охлаждением от нагрузки
для зависимости температур от частоты вращения на различных режимах.
С помощью тепловизора экспериментально получены обширные данные температур ИПВД при различной нагрузке и в безнагрузочном режиме, как для исправных дизелей, так и при нарушении эксплуатационных регулировок и моделировании неисправностей. Зависимости температуры от нагрузки представлены на рисунках 5 и 6.
При нагружении автотракторного дизеля температура отработавших газов повышается, зависимости температуры выпускных газов от нагрузки имеют сходный характер на двигателях с воздушным и жидкостным охлаждением. Расхождения значений не превышают 14 %.
Полученная таким образом обширная база данных позволила синтезировать математические модели классификации на основе дискриминантного анализа и нейронных сетей [15].
Разработанная нами математическая модель на основе дискриминантного анализа состоит из трех классификационных функций, позволяющих определить, к какому из трех классов с наибольшей вероятностью принадлежит диагностируемый двигатель:
51=-714.320+0.621Г1
Ш1Г0.093Г2 ,тп +
+2.02бС3тй1+1.17^4^+1.079^
-1.779^ т<и:-1,05гз тш+0,772ц +430,656х;
таз;
Таблица 2
Расчетные зависимости температуры,(К) поверхности коллектора дизеля с асимметричным коллектором от нагрузки, (%)
10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 %
1 цилиндр 418 421 428 437 459 478 501 524 571 638
2 цилиндр 411 413 415 427 436 465 485 508 554 611
3 цилиндр 392 403 408 414 419 458 469 493 536 585
4 цилиндр 385 390 400 410 421 442 453 476 499 559
£2= -791,660+0,5^ +0,206^ +
+2?2Л3т1-я+1?35814т1-11+1Д25С,твг+
+1,627*Г2 т(Н7+0,038Е3 т(Н7+0,879Г4 „„+ 443,121т;
53= -769,007+0.216^ т;п-0.105Г2 т(л+
+2,069^з т1-я+1,349Е4 т1-1Х+1,027Г1яш;+
+1,469С2 тах+ОМИ^ тду+480,340х,
гДе - Е4тт - температура ИПВД
на минимальной частоте холостого хода по цилиндрам, °С; (1тах- tЛmax - температура ИПВД на максимальной частоте холостого хода по цилиндрам, 0С; т - время разгона от минимальной до максимальной частоты вращения холостого хода, с.
Нейронные сети позволили получить наибольшую точность классификации, достигающую внутри классов 10о %[15]. При этом использовался пакет программ STATISTICA 10. Математическая модель, основанная на нейронной сети, не имеет комплексного математического выражения, а синтезируется на основе многочисленных итераций с использованием различных ак-тивационных функций, алгоритмов и функций ошибок. Нами создана архитектура математической модели (рис. 7) на основе многослойной радиально-базисной нейронной сети для четырехцилиндрового автотракторного дизеля. Полученная нейронная сеть имеет девять входов, тринадцать нейронов внутреннего слоя и три выхода.
Методология определения мощностных показателей в зависимости от температуры ИПВД и показателей тепловой нагрузки внешней среды обеспечила возможность
построения номограмм определения степени загрузки МСА. Для использования номограммы необходимо на СТО или в ремонтной мастерской, применяя разработанную методологию, определить класс технического состояния силовой установки применительно к параметрам внешней среды (WBGT). Непосредственно в поле с помощью тепловизора определить максимальную температуру ИПВД. Воспользовавшись соответствующей номограммой [1], определить степень загрузки МСА и провести параметрическую (изменение режима работы в рамках технологического допуска) и (или) структурную (рациональное комплектование МСА) коррекцию.
Выводы. Созданная математическая модель позволила теоретически обосновать тепловое состояние ИПВД на различных режимах работы автотракторного дизеля. Экспериментальные зависимости температуры ИПВД от нагрузки обеспечили возможность определения праксеологич-ности математической модели. Расхождения расчетных и экспериментальных данных не превышают 7 %. Экспериментальные зависимости температуры поверхности узлов и агрегатов системы газовыпуска от эксплуатационных регулировок и неисправностей дизелей с воздушным и жидкостным охлаждением позволили сделать выводы о существенном влиянии значений давления впрыска форсунки на тепловые показатели. Так, изменение давления впрыскивания от 8 до 24 МПа приводит к изменению температуры в режиме холостого хода до 60°С. Установлено, что температура ИПВД силовой установки в зависимости от сопротивления на впуске может изменяться в пределах до 155°С. Измене-
Рис. 7. Архитектура радиально-базисной нейронной сети определения технического состояния четырехцилиндрового дизеля
Нива Поволжья № 4 (41) ноябрь 2016 85
ние зазоров в клапанах механизма газораспределения двигателя от 0 до 0,5 мм не оказывает существенного влияния на изменение температуры. Существенное влияние на косвенный показатель потери мощности (динамику разгона) оказывает угол опережения подачи топлива. Так, при изменении угла поворота коленчатого вала от 18 до 38 градусов до верхней мертвой точки время разгона изменяется от 1,7 до 2,15 с [16].
Лабораторные экспериментальные исследования позволили создать базу диагностических признаков, на основании которых создана классификационная модель. Точность определения класса при использовании дискриминантного анализа не превышает 82 %; применение математической модели на основании нейронных сетей обеспечивает точность определения до 100 % внутри классов. Стендовые и полевые исследования температуры поверхности выпускной трубы тракторов Т25А1 и МТЗ в зависимости от тягового усилия позволили подтвердить информативность способа измерения тяговых усилий тракторов [17]. Температура ИПВД трактора Т-21А1 на максимальной мощности составила 287 °С. Температура ИПВД трактора МТЗ 82.1 на максимальной мощности составила 248 °С. Температура ИПВД трактора МТЗ-1523 на максимальной мощности составила 306 °С. Проведена оценка точности предлагаемого метода измерения тягово-мощностных показателей силовой
установки МСА. Расхождение данных, измеренных по динамометру и рассчитанных по тепловым показателям, не превышает 7,2 %.
Способ измерения тяговых усилий трактора [17] позволил разработать рекомендации по повышению эффективности функционирования МСА, включающие в себя классификацию технического состояния силовой установки на основе способа диагностики двигателя [18] и определение загрузки по соответствующей номограмме.
Разработанные методы и средства теплового контроля мощностных показателей МСА прошли полевые испытания на базе учебно-опытного хозяйства СПбГАУ и на базе Северо-Западной МИС. Разработанные рекомендации по повышению эффективности функционирования МСА внедрены в ЗАО «Урожай Arpo», в СПК «Детско-сельский», ФГУП Северо-Западная МИС, в учебно-опытном хозяйстве СПбГАУ. Разработанные рекомендации по определению технического состояния силовой установки МСА внедрены в ООО «Урожай», СТО «Рингмотор». Теоретические разработки с использованием нейронных сетей внедрены в Международной Академии прикладных исследований. Рекомендации по использованию МКЭ для расчета теплового состояния деталей двигателей и по определению неисправностей по тепловым параметрам внедрены в учебный процесс кафедры «Автомобили, тракторы и технический сервис» СПбГАУ.
Литература
1. Колпаков, В. Е. Тепловой контроль мощности мобильных агрегатов / В. Е. Колпаков,
A. П. Картошкин // Сельский механизатор. - 2015. - № 5. - С. 4-5.
2. Мишин, И. А. Долговечность двигателей / И. А. Мишин.- Л.: Машиностроение, 1976. - 288 с.
3. Уханов, А. П. Теоретический анализ энергозатрат машинно-тракторного агрегата при работе на дизельном смесевом топливе / А. П. Уханов, Д. А. Уханов, И. Ф. Адгилов // Нива Поволжья. - 2015. - № 1 (34). - С. 66-67.
4. Колпаков, В. Е. Перспективы использования бесконтактных методов теплового контроля автотракторных дизелей / В. Е. Колпаков, А. А. Короткое // Вестник Петровской Академии. - 2013. -№ 2 (31). - С. 230-238.
5. Колпаков, В. Е. Бесконтактный метод теплового контроля автотракторных двигателей /
B. Е. Колпаков // Транспортное дело России. - 2015. - № 4 (119). - С. 130-131.
6. Колпаков, В. Е. Перспективы тепловой диагностики при оценке технического состояния двигателей тракторов сельскохозяйственного назначения / В. Е. Колпаков, Л. В. Тишкин // Научное обеспечение развития АПК в условиях реформирования сборник научных трудов: материалы научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов СПбГАУ. - 2012. - С. 261-262.
7. Колпаков, В. Е. Применение инфракрасной термографии при диагностике автотракторных двигателей / В. Е. Колпаков // Перспективные технологии и технические средства в сельскохозяйственном производстве: материалы Международной научно-практической конференции: в 2 частях / Учреждение образования «Белорусский государственный аграрный технический университет», Национальная академия наук Белоруссии; под общ. ред. В. Ловкиса, В. Н. Дашкова, Т. А. Непарко. - 2013. - С. 128-131.
8. Костин, А. К. Теплонапряженность двигателей внутреннего сгорания / А. К. Костин, В. В. Ларионов, Л. И. Михайлов.- М.: Машиностроение, 1977.- 219 с.
9. Колпаков, В. Е. Патент РФ на полезную модель № 148815. Устройство для измерения температуры движущихся газообразных веществ мобильного агрегата / В. Е. Колпаков, Р. В. Шкор-лаков, А. С. Тяготин. - Заявка № 2014133995, 19. 08 2014; опубл. 20.12.2014, Бюл. № 35.
10. Колпаков, В. Е. Тепловой дистанционный контроль мощности мобильного агрегата / В. Е. Колпаков // Сельский механизатор. - 2015. - № 10. - С. 6-7.
11. Розенблит, Г. Б. Теплопередача в дизелях / Г. Б. Розенблит.- М.: Машиностроение, 1977. -216 с.
12. Колпаков, В. Е. Математическое моделирование процесса теплопередачи от выпускных газов к наружной стенке выпускного коллектора автотракторного дизеля / В. Е. Колпаков // Известия Международной академии аграрного образования. - 2015. - Вып. № 24. - С. 39-43.
13. Колпаков, В. Е. Теоретическое обоснование тепловой технической дихотомии силовых агрегатов тракторов / В. Е. Колпаков, Л. В. Тишкин // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2013. - № 33. - С. 230-238.
14. Колпаков, В. Е. Методологические аспекты научных исследований по созданию способа дистанционного теплового контроля мощностных показателей мобильного сельскохозяйственного агрегата / В. Е. Колпаков, А. П. Картошкин // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2015. - № 39. - С. 309-315.
15. Колпаков, В. Е. Нейронные сети как инструмент определения технического состояния автотракторных двигателей / В. Е. Колпаков // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2015. - № 40. - С. 240-244.
16. Колпаков, В. Е. Исследования зависимости температуры выпускных газов автотракторных дизелей от эксплуатационных регулировок / В. Е. Колпаков, А. С. Тяготин // Сборник научных трудов института технических систем, сервиса и энергетики «Улучшение эксплуатационных показателей автомобилей, тракторов и двигателей». - СПб., 2014. - С. 97-104.
17. Патент РФ на изобретение № 2585507. Способ измерения тяговых усилий трактора / В. Е. Колпаков и др. - Заявка № 2015111745; опубл.27.05.2016, Бюл. № 15.
18. Патент РФ на изобретение № 2511801. Способ диагностики двигателя внутреннего сгорания / В. Е. Колпаков, Л. Е. Тишкин. - Заявка № 2012117023, 26. 04 2012; опубл. 10.04.201, Бюл. № 10.
UDK 621.436-047.43
DEVELOPMENT OF METHODS AND MEANS OF THERMAL CONTROL OF POWERFUL INDICATORS OF MOBILE AGRICULTURAL UNIT
V.E. Kolpakov, candidate of technical sciences, assistant professor
FSBEE HE St-Petersburg ctate agrarian university, Russia, t. 9118360999, e-mail: val-kolpakov@mail.ru
Analysis of existing methods and means for assessing the use of mobile agricultural units identified problems associated with the inefficient use of the latter due to the lack of fast informative and work-saving methods of evaluating their actual load. A method to measure the traction effort of the tractor, providing the possibility of distant thermal control of power factors of the mobile agricultural device was worked out, and a method for diagnosing an internal combustion engine able to classify the technical condition of the engine in order to improve the accuracy of thermal control was developed. The developed mathematic models of the thermal field reason theoretically the values of the thermal indicators of informative surfaces of visibility of the power plant in the mobile agricultural unit, depending on the modes of operation, indicators of the thermal load of the environment. Classification of the technical condition of the engine, depending on operational regulations, faultiness etc. was conducted on the basis of the theory of pattern recognition. The mathematical classification models were developed with use of discriminant analysis and neural networks. Experimental bench and field studies, confirming the theoretical calculations and helped to develop and implement recommendations for the parametric correction operation mode and the rational structural acquisition of the mobile agricultural unit were conducted.
References:
1. Kolpakov, V. E. Thermal power control of mobile units / V. E. Kolpakov, A. P. Kartoshkin // Selsky mekhanizator. - No. 5, 2015.- P. 4-5.
2. Mishin I. A. Durability of engines / I.A. Mishin. - L.: - Mashinostroyeniye, 1976. - 288 p.
3. Ukhanov, A. P. Theoretical analysis of energy consumption of the machine-tractor agregate when operating on diesel composite fuel /A. P. Ukhanov, D. A. Ukhanov, I. F. Adgilov // NivaPovolzhya. -2015. - № 1 (34). - P. 66-67.
Нива Поволжья № 4 (41) ноябрь 2016 87
4. Kolpakov, V. E. Prospects for the use of contactless methods for thermal control of automotive diesel engines / V. E. Kolpakov, A. A. Korotkov // Vestnik of Petrovskaya Academy. - 2013. - No. 2 (31), Saint-Petersburg, 2013. - P. 230-238.
5. Kolpakov, V. E. Non-contact method of thermal control of automotive engines / V. E. Kolpakov // Transportnoye delo Russia. - 2015. - № 4 (119). - P. 130-131.
6. Kolpakov, V.E. Prospects of thermal diagnostics in the evaluation of the technical state of engines of tractors for agricultural purposes / V.E. Kolpakov, L. V. Tishkin // Scientific supply of development of AIC in the conditions of re-forming. The collection of proceedings: materials scientific conference of professors teaching staff, research staff and graduate students, Spb SAU. - 2012. - P. 261262.
7. Kolpakov, V. E. Using of infrared thermography in the diagnosis of automotive engines / V. E. Kolpakov // Advanced technologies and technical means in the agricultural production: materials of International scientific-practical conference: in 2 parts / Institution of education «Belarusian state agrarian technical university», National Academy of Sciences of Belarus; under the general editorship of V. Lovkis, V. N. Dashkova, T. A. Neparko. - 2013. - P. 128-131.
8. Kostin, A. K. Heat release rate of internal combustion engines / A. K. Kostin, V. V. Larionov, L. I. Mikhailov. - M.: Mashinostroenye, 1977. - 219 p.
9. Kolpakov, V.E. RF Patent for useful model No. 148815. Device for measuring the temperature of moving gaseous mobile unit / V. E. Kolpakov, R. V. Skorlakov, A. S. Tiagotin. - Application No. 2014133995, 19. 08 2014. Publ.20.12.2014, bul. No. 35.
10. Kolpakov, V. E. Thermal remote power control mobile unit / V. E. Kolpakov // Selsky mekhaniza-tor. - No. 10, 2015. - P. 6-7.
11. Rozenblit, G. B., Heat transfer in diesel engines / G. B. Rozenblit. - M.: Mashinostroyeniye, 1977. - 216 p.
12. Kolpakov, V. E. Mathematical modeling of the process of heat transfer from the exhaust gases to the outer wall of the exhaust manifold of automotive diesel / V. E. Kolpakov // Proceedings of the International Academy of agrarian education. Issue No. 24 (2015). - p. 39-43.
13. Kolpakov, V. E. Theoretical reasoning of thermal, technical dichotomy of power units of tractors / V. E. Kolpakov, L. V. Tishkin // Izvestiya of Saint-Petersburg state agrarian university. - 2013. -P. 230-238.
14. Kolpakov E. V. Methodological aspects of scientific research on developing method of remote heat control of power indicators of mobile agricultural equipment / V. E. Kolpakov, A. P. Kartoshkin // Izvestiya of Saint-Petersburg state agrarian university. - 2015. - No.39. - P. 309-315.
15. Kolpakov, V. E. Neuron networks as a tool for determining the technical condition of motor and tractor engines / V. E. Kolpakov // Izvestiya of Saint-Petersburg state agrarian university. - 2015. - No. 40. - P. 240-244.
16. Kolpakov, V. E. Studies of the dependence of the temperature of exhaust gases of automotive diesel engines on operational adjustments / V. E. Kolpakov, A. S. Tiagonin // Collection of scientific works of the institute of technical systems, service and energy. «The improvement of operation characteristics of cars, tractors and engines". - col. Of publ., 2014. - P. 97-104.
17. RF Patent for the invention № 2585507. The method of measuring tractive effort of the tractor / V. E. Kolpakov et al. - Application No. 2015111745. Publ. 27.05.2016, Bull. No. 15.
18. RF Patent for the invention № 2511801. A method of diagnosing an internal combustion engine / V. E. Kolpakov, L. E. Tishkin. - Application No. 2012117023, 26.04 2012. Publ. 10.04.2014. Bull. No. 10.
