Способ контроля параметров машино-тракторного агрегата
METHOD FOR PARAMETER CONTROL OF MACHINE AND TRACTOR UNIT

Изобретение относится к методам выбора оптимальных режимов работы трактора в составе машинно-тракторного агрегата (МТА) преимущественно с дизельными двигателями.
Известен ряд способов и устройств для повышения эффективности работы транспортных средств, в том числе тракторов, путем управления подачей топлива (см. патенты на изобретение РФ №№2391553, 2384727, 2384033), обеспечивающих повышение КПД и сокращение расхода топлива.
Известен способ выбора оптимального состава МТА и режимов его работы, который заключается в том, что по показаниям счетчиков оборотов колес анализируют коэффициент буксования, и режим работы МТА оптимизируют по «эталонному» коэффициенту буксования холостого хода, замеряемому перед каждым рабочим выездом на конкретном агрегате в течение часа на опытной ездке МТА (см. патент на полезную модель №123521, МПК G01M 17/00).
Предлагаемая методика без контроля оборотов двигателя и других важнейших параметров пригодна только для механизации замера коэффициента буксования по ГОСТу 30745.
Известен способ повышения эффективности работы машино- тракторного агрегата и устройство для его осуществления путем автоматического регулирования режима его работы на основе обратной связи с элементом трансмиссии (см. заявку на изобретение RU №2010154612, МПК B60W 10/00).
В способе задают положение топливоподающего органа, управляют вариатором скорости и коробкой передач разностным сигналом, задают величину тягового сопротивления на сцепке для каждой передачи при соответствующем положении топливоподающего органа, а также диапазон рекомендуемых скоростей движения МТА, при которых выполняются технологические требования, задают управляющим сигналом соответствующее положение топливоподающего органа, поочередно производят переключение коробки передач в заданном диапазоне скоростей, измеряют величину тягового сопротивления, сравнивают полученные значения с заданными, определяя передачу, на которой разность заданной и измеренной величины тягового сопротивления минимальна, формируют сигнал переключения коробки передач и разностным сигналом изменяют характеристику бесступенчатого вариатора скорости, после чего производят измерение величины тягового сопротивления агрегата и сравнивают данную величину с критическим значением, соответствующую такой величине, при которой движители МТА начинают буксовать, при достижении величины тягового сопротивления, близкого критическому, подают управляющий сигнал на вход бесступенчатого вариатора скорости, изменяя его механическую характеристику, одновременно измеренное значение величины тягового сопротивления сравнивают с величиной допустимых отклонений данного параметра от заданных, при превышении производится переключение коробки передач, при этом снижение скорости осуществляют до тех пор, пока тяговое сопротивление не станет близким к критическому значению, при уменьшении тягового сопротивления осуществляют увеличение скорости движителей МТА изменением механической характеристики вариатора и переключением передач, до приближения величины сопротивления на сцепке к критическому значению, одновременно производят измерение частоты вращения движителей МТА, определяют расчетную скорость МТА и фактическую скорость МТА, сравнивают полученные сигналы и вырабатывают управляющий сигнал, воздействуют на бесступенчатый вариатор скорости, сравнивают разностный сигнал с величиной допустимых отклонений данного параметра от заданных, вырабатывают сигнал на переключение передач, при продолжении буксования движителей подают управляющий сигнал гидросистеме МТА на поднятие агрегата, догружая заднюю ось и увеличивая силу сцепления колес с почвой, одновременно измеряют величину тягового сопротивления и сравнивают ее с максимальным значением, при котором возможен отказ МТА, и в случае достижения выдается сигнал на остановку МТА.
Устройство повышения эффективности работы МТА, содержащее топливоподающий рабочий орган, снабженный системой автоматического регулирования, ступенчатую коробку передач и вариатор с бесступенчатым регулированием частоты вращения, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено датчиком тягового сопротивления агрегата, датчиком линейной скорости, датчиком угловой скорости ведущих колес, блоком ввода-вывода, преобразователем, управляющим положением топливоподающим органом, преобразователями, управляющими механизмом переключения коробки передач, преобразователем, управляющим механической характеристикой вариатора, преобразователем, управляющим гидросистемой МТА, нечетким регулятором, блоком буксования, блоком сопротивления, причем выход датчиков линейной скорости (фактической) и угловой скорости ведущих колес связан с блоком буксования, преобразующим угловую скорость в линейную (расчетную), сравнивающим расчетную и фактическую скорости и подающим разностный сигнал на нечеткий регулятор, на который поступают сигналы с блока сопротивления, получающим сигнал с датчика тягового сопротивления, усредняющим и определяющим его производную, анализирующим полученные сигналы и выдающим управляющие сигналы на преобразователь управления положением топливоподающего органа, на преобразователь изменения механической характеристики вариатора, на преобразователи переключения коробки передач, на преобразователь управления гидросистемой МТА и получающим сигнал с блока ввода-вывода.
Однако тяговое усилие агрегата не характеризует оптимальные режимы МТА и поэтому не может быть принято за параметр эффективной загрузки МТА.
Известен способ повышения эффективности МТА путем выдачи оператору МТА информации о фактических режимах работы МТА по показаниям тахоспидометра на тракторе К-700, предназначенного для измерения частоты вращения коленчатого вала и скорости движения трактора на III и IV режимах, и ознакомления, таким образом, оператора с режимами работы трактора (Описание трактора К-700, стр. 11, 12, рис. 4, поз. №4 http://www.techstory.ru/trr/k701_tech.htm).
Но по полученной информации практически невозможно оценить фактическую мощность агрегата и оптимизировать режимы его работы.
Наиболее близким по технической сущности является способ повышения эффективности машинно-тракторного агрегата (патент РФ №2560210, МПК G07C 5/08, B62D 49/06, опубл. 20.08.2015 г., бюл. №23), включающий определение и отображение на дисплее, установленном в кабине МТА, информации о фактической частоте оборотов дизельного двигателя и изменение оператором режимов работы агрегата, отличающийся тем, что дополнительно определяют и отображают информацию о текущем и погектарном расходе топлива и о фактически потребляемой мощности данного агрегата, а также об оптимальных режимах работы данного агрегата - оптимальной частоте оборотов для данного агрегата и оптимальном эффективном значении мощности для данного агрегата, а оператор путем изменения режимов работы МТА поддерживает мощность и частоту вращения агрегата на оптимальном уровне с учетом оптимизации погектарного расхода топлива, причем по заданному алгоритму определяют рекомендуемый режим движения агрегата и отображают его на дисплее, а фактическую мощность определяют по заданному алгоритму по положению зубчатой рейки топливного насоса высокого давления дизельного двигателя, расходу топлива и частоте оборотов, а расход топлива определяют по положению зубчатой рейки топливного насоса высокого давления.
Недостатком данного способа являются отображение информации только в цифровом виде, мощность двигателя определяется по положению рейки топливного насоса без учета частоты вращения вала, что приводит износу кривошипно-шатунного механизма и топливной аппаратуры, к искажению получаемых результатов, отображение только погектарного расхода топлива, остальные показатели можно увидеть только после выполнения операции, также отсутствует архив показателей, а следовательно, контроль за результатами проведенной работы.
Технической задачей изобретения является повышение эффективности машинотракторного агрегата за счет выбора экономичного режима работы МТА и поддержания оптимальной мощности при работе агрегата.
Технический результат заключается в снижении расхода топлива и увеличении ресурса и надежности МТА в результате в повышении эффективности контроля параметров МТА.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе контроля параметров машинно-тракторного агрегата (МТА) дополнительно определяют величину буксования МТА, расход топлива при нагрузке двигателя выше 40% от номинальной величины, производят накопление, персонализацию и архивацию эксплуатационных показателей МТА за смену и итоговых в режиме реального времени и отображение их в цифровом и графическом виде.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена блок-схема устройства для реализации данного способа. На фиг.2 показан дисплей установки параметров расчета основных показателей МТА. На фиг. 3 показан дисплей накопления, персонализации и архивации основных показателей определяемых параметров. На фиг.4 показан дисплей, на который выводятся основные показатели определяемых в режиме реального времени параметров в графическом и цифровом виде.
Блок-схема устройства (фиг. 1) включает датчики частоты вращения коленчатого вала двигателя - 1 и частоты вращения ведущего колеса (звездочки) - 4, модуль удаленного доступа WiFi - 2, панель - контроллер OWENM СПК - 3, модуль сбора данных OWENM В -5, расходомеры топлива - 6 и 7. Питание системы осуществляется от бортовой сети трактора.
Панель-контроллер 3, модуль сбора данных 5 и модуль удаленного доступа 2 располагаются в кабине трактора с учетом пожеланий механизатора (фиг.5). Датчики расхода топлива 6 и 7 встраиваются в систему питания двигателя топливом (фиг.6): в магистраль подачи топлива из бака и в магистраль слива топлива в бак. Датчики частоты вращения двигателя 1 устанавливаются на картере маховика (фиг.7), а датчик частоты вращения ведущих колес 4 - на кронштейне корпуса ведущего моста (фиг.8) и регистрирует частоту вращения хвостовика ведущей шестерни главной передачи. На гусеничном тракторе измеряют частоту вращения ведущих звездочек, датчик при этом устанавливается в корпусе заднего моста для измерения частоты вращения ведомой шестерни дифференциала. Датчики частоты вращения колеса (звездочки) служат для определения теоретической скорости МТА.
Предлагаемый способ контроля параметров машинно-тракторного агрегата (МТА) осуществляется следующим образом. Перед началом выполнения сельскохозяйственной операции в оперативную память системы вводятся установочные параметры на выполняемую работу: ширина захвата агрегата: В (м), эталонный погектарный расход топлива: Gt3 (л/га), агротехнические скорости: Vmax и Vmin (км/час, допустимая величина буксования 5 (%). При этом на панели контроллера 3 появляются две горизонтальные зеленые линии: Gtb+5% и Gt3 - 5% соответственно (фиг.4). Во время работы информация с датчиков оборотов и датчиков расхода топлива 6 и 7 поступают в модуль сбора данных 5, где преобразуются в сигнал, соответствующий протоколу контроллера, сигнал с модуля WiFi 2 поступает непосредственно в контроллер 3, в котором по определенному алгоритму происходит обработка информации, и ее анализ. На панели контроллера 3 отображается только необходимая для работы информация в графическом и числовом виде.
При включении системы электрооборудования трактора включается информационная система, на экране панели появляется символ «Замок» (фиг. 9), указывающий на то, что система заблокирована.
Для снятия блокировки необходимо нажать в любую область экрана, после чего появляется страница выбора пользователя (бригадир, администратор, механизатор) (фиг. 10).
После нажатия на соответствующую надпись, появляется цифровое табло для ввода пароля, после чего необходимо нажать на кнопку «Ввести пароль», появляется цифровая клавиатура (фиг. 11) для ввода пароля.
После ввода пароля и успешной авторизации на экране появляется страница «Главная» (фиг. 12), где (ГО) - главное окно служит для выбора режима давления, в нем в верхней части экрана появляются две зеленые горизонтальные линии 8 и 9, верхняя из которых соответствует максимальному значению погектарного расхода топлива на выполненную операцию, а нижняя - минимальному. Красная линия 10 соответствует фактическому погектарному расходу топлива. В нижней части появляется желтая линия 11, соответствующая номинальному часовому расходу топлива двигателя, и синяя 12 соответствующая фактическому часовому расходу топлива.
Далее пользователь переходит на страницу «Установки», нажимая на соответствующую кнопку нижней панели меню (фиг. 2), вводит установочные параметры на выполняемую операцию: эталонный погектарный расход топлива (л/га), величину буксования (%), ширину захвата агрегата (м), минимальную и максимальную рабочую скорость (км/ч).
После ввода установочных данных пользователь входит на страницу «Главная» (фиг. 4), где в главном окне отображаются две зеленые линии 7 и 8: верхняя Ga га + 5% и нижняя Ga га - 5%. Идентификационная система готова к работе.
Пользователь нажимает «Начать смену» (фиг. 2) и начинается работа МТА.
После окончания смены или во время ее проведения пользователь может провести контроль работы МТА, войдя на страницу «Показатели (фиг. 14), где отображаются эксплуатационные показатели работы МТА с начала смены.
Для перехода на предыдущее окно (фиг. 2) в левом верхнем углу расположена кнопка в виде стрелки <, после нажатия на которую, экран сменится на предыдущий.
Архив храниться на USB флеш-носителе и при необходимости может использоваться для просмотра результатов работы МТА за сутки, месяц и год. Для просмотра архива необходимо нажать кнопку «История» на странице «Установки» (фиг. 2), после чего появится экран с возможностью выбрать дату, за которую необходимо посмотреть архивные данные, а также выбрать один из необходимых параметров мониторинга (фиг. 14).
Страница архивных данных (фиг. 15) содержит кнопки эксплуатационных показателей (фиг. 16) и даты просмотра (фиг. 17), ползун для перемещения рассматриваемого параметра по времени (фиг. 18), управление масштабом времени, указатель текущего параметра мониторинга.
Для просмотра необходимого параметра, необходимо нажать на соответствующую кнопку, например, кнопку  (рабочая скорость агрегата), для выбора даты необходимо нажать на выпадающий список (фиг. 19), после чего в появившемся списке выбрать дату, за которую необходимо посмотреть архив. Если даты нет в этом списке, значит, в этот день никаких работ не проводилось и архив данных пуст. После выбора даты, на экране появится график (фиг. 3) выбранного нами параметра (например: скорость движения МТА).