Приборы, измерительная аппаратура и оборудование для экспериментальных исследований

Для проведения экспериментальных исследований для предпосадочной обработки почвы и внесения удобрений разработаны и изготовлены рабочие органы активного и пассивного действия и вибрационное высевающее устройство [8…10, 76, 132, 136, 138, 143, 147]. Для определения рациональных конструктивно-кинематических параметров в процессе опытов можно варьировать параметрами рабочих органов. Пределы варьирования этих параметров выбраны с учетом теоретических обоснований в третьей главе работы и на основании литературных первоисточников.

Для энергетической оценки агрегатов приборы и оборудования были подобраны согласно рекомендациям ОСТа 70.2.2-73 "Испытания сельскохозяйственной техники. Методы энергетической оценки". Объем израсходованного за опыт топлива определялся с помощью топливорасходомера КИ-8940 (рис.4.1).

Рисунок 4.1 - Топливорасходомер КИ-8940

Для решения задач по энергетической оценке экспериментальных рабочих органов и агрегатов с серийными и экспериментальными рабочими органами, а также дал определения устойчивости вращения рабочих органов был использовал электротензометрический метод измерения и регистрации контролируемых параметров

В качестве регистрирующей аппаратуры выступал измерительный комплекс MIC – 400D производства НПП «Мера» (рис.4.2, табл 4.2.), позволяющий производить замер и обработку полученных данных, обладающего наглядным интерфейсом. Регистрация данных производится посредством модуля МС-212. Модуль предназначен для работы с тензодатчиками сопротивлением 100…1000 Ом при проведении статических и динамических измерений. Модуль выполнен на основе «сигма-дельта» (S-D) аналогово-цифрового преобразователя AD773 0, управляемого цифровым сигнальным процессором ADSP2186.

Тарирование аппаратуры производится при помощи тарировочного стенда, где тензозвено нагружалось до 1,5 т, при этом нагрузка подавалась через динамометры сжатия ДС-1.

Рисунок 4.2 – Измерительный комплекс MIC – 400D в кабине трактора

 

Таблица 4.2 - Основные технические характеристики модуля МС212:

· Число каналов
· Диапазоны измерения	0…10мВ, -10…+10мВ, 0…20мВ, -20…+20мВ, 0…40мВ, -40…+40мВ, 0…80мВ, -80…+80мВ
· Частота сбора данных	до 1536 Гц
· Остаточное смещение нуля (после внутренней калибровки)	2 mV
· Температурный дрейф смещения нуля	0,5 mV/°С
· Временной дрейф смещения нуля	2,5 mV/1000ч
· Погрешность коэффициента передачи (после внутренней калибровки) в диапазонах 10мВ, 20мВ, 40мВ, 80мВ соответственно	0.05%, 0.025%, 0.01%, 0.01%

Для обеспечения максимальной точности результатов измерений проведен ряд мероприятий, позволяющих снизить погрешность тензометрических замеров: отбор тензорезисторов одной группы из одной партии, многократная тарировка тензорезисторов теми каналами комплекса MIC-400D, с которыми датчики должны быть скоммутированы во время опыта, обязательная балансировка полумостов тензорезисторов перед проведением опытов, многократное проведение опытов и т.п. Однако перечисленные мероприятия не могут вообще исключить погрешности при замерах, которые и необходимо оценить.

Для определения приведенной погрешности измерительных каналов модуля MC -212 необходимо провести испытания в пяти равномерно распределенных по диапазону измерения контрольных точках, включая начало и конец диапазона на всех каналах модуля. В результате проведения поверки комплекса была выявлена основная приведенная погрешность, составляющая 0,05%, что существенно ниже требуемых 5%.

Рисунок 4.3 - Структурная схема модуля МС-212 измерительного комплекса МIC-400D

Измерения и запись производились программным комплексом WinRecorder, разработанным производителем тензоаппаратуры. Комплекс характеризуется удобным интерфейсом, большим количеством настроек аппаратуры, надежностью в работе (рис. 4.4).

Рисунок 4.4 – Программный комплекс «WinRecorder»

Обработка данных осуществлялась в программном комплексе WinPos, также разработанным производителем. Комплекс отличается широким выбором производимых операций по обработке экспериментальных данных (рис.4.5).

Рисунок 4.5 – Программный комплекс «WinPos»

Соединение с трактором осуществляется через тензозвено производства ООО «Тензо-М» для замера динамических нагрузок до 7 т, пиковых нагрузок до 21 т (рис. 4.6.).

Рисунок 4.6 – Тензометрическое звено «Тензо-М»

Тарировка узлов проводилась перед проведением серии опытов и после их окончания на стенде при помощи образцовых динамометров сжатия и растяжения, а так же специально изготовленных приспособлений к тарировочному стенду. Считывание и обработка экспериментальных данных, а также поверка производилась согласно методике по ОСТ и ГОСТ. Дополнительно производился пересчет тягового сопротивления почвообрабатывающих орудий с учетом силы, действующей на опорные колеса рамы от вертикальной силы, действующей на рабочие органы:

, (4.1)

где Р – измеренная величина тягового сопротивления, Н; Р₀ – величина тягового сопротивления, затрачиваемого на транспортирование машины без заглубления, Н; Q_х – дополнительная реакция почвы на опорные колеса, возникающая от действия сил на рабочие органы, Н.

Дополнительная реакция почвы на опорные колеса, возникающая от действия сил на рабочие органы определяется по выражению.

, (4.2)

где f – коэффициент трения качения колес по почве, f = 0,3; R_z – вертикальная составляющая тягового сопротивления, Н.

Согласно [55, 63] .

Отсюда (4.2) примет вид (4.3)

Решение уравнения (4.3) дает формулу пересчета тягового сопротивления с учетом силы, действующей на опорные колеса рамы от вертикальной силы, действующей на рабочие органы

(4.4)

Фактически значения рабочих сопротивлений, зависящие от многих переменных факторов, часть из которых изменяется по случайным законам, не остаются постоянными и непрерывно колеблются. От показателей рабочего сопротивления машин существенно зависят показатели работы двигателя трактора. В связи с этим важно определить основные числовые характеристики рабочего сопротивления как случайной величины.

На диаграмме тягового сопротивления машины (рис.4.7) можно выделить составляющие с большим периодом Т и большой амплитудой А=ΔR колебаний – низкочастотные колебания, или мезоколебания, и составляющие с малым периодом t и небольшой амплитудой колебаний Δr – высокочастотные колебания.

Рисунок 4.7 – Изменение рабочего сопротивления машин в процессе работы

Высокочастотные колебания сопротивлений (T_r≤1…2 с), как правило, преодолеваются инерцией масс машины и на показатели работы агрегата мало влияют; низкочастотные колебания (T_r > 1…2 с) оказывают значительное по величине влияние и на энергетические и на технико-экономические показатели работы МТА.

Для оценки случайного, стохастического характера изменения сопротивления, в частности тягового, применялись следующие показатели:

1) размах колебаний (R_max-R_min);

2) степень неравномерности колебаний

; (4.5)

3) коэффициент возрастания сопротивлений

K_R=R_max/R_cp; (4.6)

4) среднеквадратическое отклонение, определяемое как корень квадратичный из суммы квадратов разностей всех отклонений от среднего сопротивления (при измерении ординат диаграммы через установленные интервалы Δ l):

, (4.7)

где R_i – конкретные значения измеренных ординат на интервале Δ l _i; n – количество интервалов (измерений);

5) коэффициент вариации как отношение σ_R/R_ср, выраженный в процентах: ; (4.8)

6) дисперсию как квадрат среднеквадратической величины сопротивления

. (4.9)

Наиболее полной характеристикой в данном плане является плотность распределения вероятностей сопротивлений рабочих машин, которая с достаточной точностью описывается, как правило, нормальным законом. Для закона нормального распределения и достаточно большого количества типичных колебаний R_max-R_min=6σ_R следовательно, .

Результаты теоретических исследований [125, 141, 144, 196] показывают, что для заданных конкретных условий использования, существенное влияние на показатели изменчивости тягового сопротивления оказывает величина рабочей скорости. С ее увеличением значимо изменяются величина среднеквадратического отклонения тягового сопротивления и функция плотности распределения φ(R) сопротивления (рисунок 4.7).

Знание рассмотренных закономерностей изменчивости величин рабочих сопротивлений машин в условиях эксплуатации позволяет еще при комплектовании агрегатов правильно выбрать их состав и назначить рациональные режимы использования.