Стенд для имитационного испытания системы управления беспилотным зерноуборочным комбайном
TEST BENCH FOR SIMULATION TEST OF CONTROL SYSTEM OF UNMANNED COMBINE HARVESTER

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению и может быть использовано при лабораторных и стендовых испытаниях беспилотных систем вождения самоходных сельскохозяйственных зерноуборочных комбайнов.
Актуальность создания новых средств для механизации сельского хозяйства возрастает. При этом испытания сельскохозяйственной техники являются одним из этапов ее создания, а также способом контроля качества изготовления серийной техники. По трудоемкости испытания сельскохозяйственной техники занимают более половины всех трудозатрат на её разработку. Тем не менее, потребность в испытаниях техники увеличивается в связи с возрастанием количества типов машин и не традиционности их конструкций.
Результаты испытаний необходимы для принятия решений о целесообразности постановки на производство новых машин после выявления их фактической эффективности, а также для решения о сохранении в производстве серийных изделий.  Конструкторы и изготовители техники используют результаты испытаний для совершенствования машин, устранения их недостатков.
Для исключения ошибок при испытаниях, обеспечения высокой достоверности результатов испытаний, их необходимо проводить с помощью современных средств, в соответствующих условиях, на должном оборудовании.
Испытания сельскохозяйственной техники включают лабораторные испытания отдельных их узлов, их стендовые испытания, стендовые и полевые испытания полнокомплектных машин. Последние в заданных условиях проводят по программе и методике, изложенной в ГОСТ 28301-2007 «Комбайны зерноуборочные. Методы испытаний». В этих испытаниях определяют качественные и количественные значения функциональных и эксплуатационных характеристик работы техники, которые включают оценку технических параметров, агротехническую, энергетическую, экономическую, эксплуатационно-технологическую оценки, оценку безопасности, надежности, эргономичности конструкции и приспособленности к техническому обслуживанию.
Известен стенд-тренажер «Зерноуборочный комбайн Дон Acros», созданный на ПО «Ростсельмаш». Стенд представляет собой полнокомплектный комбайн «Дон Acros», оснащенный электромеханическими приводами рабочих систем. Приводы   обеспечивают функционирование рабочих систем комбайна (жатки, наклонной камеры, молотилки, системы очистки, измельчения и выгрузки). Управление работой стенда производится с пульта управления.
Недостатком известного стенда-тренажера является то, что он показывает только движение составных частей комбайна для изучения его устройства в учебном классе без подачи в него жнивья, без должного функционирования его составных частей при работе комбайна в поле на уборке зерновых культур.
Известен стенд, принятый за прототип, для ускоренных имитационных испытаний зерноуборочных комбайнов по патенту SU № 1021973 (МПК G 01 М 15/00, 1981), включающий смонтированный на раме блок имитации привода ведущих колес комбайна электродвигатель, электрические тормозное и подтормаживающее устройства ведомых и ведущих колес, программное обеспечение испытаниями, пульт управления. Стенд содержит установленные на раме транспортирующие и накапливающие механизмы для создания замкнутого цикла движения технологического материала, устройство загрузки ходовой части и снабжен бункером-дозатором. При этом устройство загрузки ходовой части выполнено с приводными и опорными катками, соединенными между собой и имеющими подтормаживающее устройство и раздельные дифференциалы.
Недостатком известного стенда является отсутствие имитации движения комбайна по полю с преодолением дорожных препятствий (ямы, другие опасные участки поля), изменения положения жатки для адаптации её к реальному полевому стеблестою зерновых культур, отклонения её от посторонних на поле предметов.
Технической задачей настоящего изобретения является повышение достоверности имитационных испытаний путем создания стенда, для имитационных испытаний системы управления движением и жаткой беспилотного зерноуборочного комбайна на поле в уборочный период.
Технический результат достигается тем, что стенд для имитационного испытания  системы управления беспилотным зерноуборочным комбайном, содержащий смонтированный на раме блок имитации привода ведущих колес комбайна, включающий электродвигатель, электрические  тормозное и подтормаживающее устройства ведомых и ведущих колес, программное обеспечение  испытаниями и пульт управления, согласно изобретения,  снабжен блоком имитации системы поворота комбайном, включающим насос-дозатор с рулевой колонкой, двухлинейный регулятор расхода масла с электронным пропорциональным управлением в гидролинии от насоса-дозатора к штуцерам гидроцилиндра, поворотные стойки с рычагами,  рулевой тягой и датчиком поворота на одной из стоек, блоком имитации подъема и опускания жатки, состоящим из  шарнирной поворотной рамки с датчиком наклона, гидроцилиндра, электрогидрораспределителя, гидростанцией, содержащей гидробак, фильтры, теплообменник - охладитель масла, насос-мотор, включающий регулируемый аксиально-поршневой и  шестеренный насосы, соединенные в «тандем» с асинхронным электродвигателем, блок имитации привода ведущих колес комбайна выполнен в виде двух аксиально-поршневых  гидро-моторов, тормозное и подтормаживающее устройства, выполнены в виде сопряженных с гидромоторами   двух порошковых электромагнитных тормозов,  которые снабжены проточным водяным охлаждением, в программное обеспечение управления электрическими механизмами включены программа 3D изображения поля с отражением препятствий и характера хлебостоя и электронный блок имитации запрограммированных дискретных сигналов.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен общий вид стенда; на фиг. 2 – то же, вид сверху; на фиг. 3 - блок имитации привода ведущих колес комбайна; на фиг. 4 - блок имитации системы поворота комбайном; на фиг. 5 - датчик контроля угла поворота стоек блока имитации системы поворота комбайном; на фиг. 6 – рулевая колонка в сборе; на фиг. 7 – насос-мотор; на фиг. 8 – гидробак.
Стенд для имитационного испытания системы управления беспилотным зерноуборочным комбайном снабжен блоками имитации привода ведущих колес комбайна, системы поворота комбайном, подъема и опускания жатки и гидростанцией, смонтированных на раме 1 сварной конструкции.
Блок имитации привода ведущих колес комбайна выполнен в виде двух нерегулируемых аксиально-поршневых гидромоторов 2 и сопряженных с ними двух порошковых электромагнитных тормозов 3 для притормаживания и торможения валов гидромоторов 2, имитирующих воздействия почвы на ведущие колеса комбайна и повороты комбайна.
Для контроля крутящего момента, возникающего на валах гидромоторов 2 и их частоты вращения, блок имитации привода ведущих колес комбайна снабжен датчиком крутящего момента фланцевого типа. Фланец ротора 4 датчика крутящего момента крепится к фланцу специальной муфты 5, установленной на вал гидромотора 2. Другим фланцем ротор 4 соединяется с валом порошкового электромагнитного тормоза 3 с помощью муфты упругой втулочно-пальцевой 6.
Статор 7 датчика крутящего момента установлен на специальном креплении 8, выполненном таким образом, чтобы обеспечивать необходимое положение относительно ротора 4 согласно технической документации на применяемый датчик.
Программное управление порошковым электромагнитным тормозом 3 позволяет регулировать (изменять) силу торможения, тем самым обеспечивая имитацию воздействия на ведущие колеса почвы различного типа.
При работе порошкового электромагнитного тормоза 3 осуществляется его охлаждение через его внутренние каналы, для чего на боковой  поверхности корпуса имеются специальные отводы 9, к которым подключается подача и отвод воды.
Блок имитации системы поворота комбайном включает две стойки 10, свободно вращающиеся в закрепленных на раме 1 корпусах 11. Вращение стоек 10 осуществляется гидроцилиндром 12 и рулевой тягой 13. Шток гидроцилиндра 12 закреплен на втулке рычага 14 одной из стоек 10, корпус гидроцилиндра 12 закреплен на раме 1. Рулевая тяга 13 закреплена своими концами на втулках рычагов 14 обеих стоек 10. На одной из стоек 10 снизу закреплен датчик 15 поворота. Ход штока гидроцилиндра 12 регулируется насосом-дозатором 16, соединенным с валом рулевой колонки 17.
Для имитации воздействия почвы на поворотные колеса в гидролинии от насоса-дозатора 16 к штуцерам гидроцилиндра 12 встроены двухлинейные регуляторы расхода прямого действия с электронным пропорциональным управлением 18. На рулевой колонке 17 установлен специальный фланец 19 для крепления подруливающего устройства системы управления беспилотным комбайном.
Блок имитации подъема и опускания жатки состоит из поворотной рамки 20 с датчиком 21 наклона, гидроцилиндра 22, шток которого шарнирно соединен с рамкой 20, а его корпус шарнирно закреплен на раме 1 стенда. Ход штока гидроцилиндра 22 регулируется электрогидрораспределителем 23.
Гидростанция содержит гидробак 24 с объемом 150 литров, позволяющим обеспечивать маслом все исполнительные гидравлические механизмы. На стенке гидробака 24 предусмотрен ревизионный люк 25, для его технического обслуживания (очистки), визуальный индикатор 26 контроля уровня масла. В стенку гидробака 24 вварены штуцер с датчиком 27 температуры, труба 28 для слива масла с резьбой на конце для пробки, и отводы 29, через которые масло из гидробака 24 подается в исполнительные гидравлические механизмы и возвращается после этого в него. Для заливки масла в гидробак 24 на его крышке предусмотрена горловина 30. Из гидробака 24 масло забирается через всасывающие фильтры 31 насос-мотором, включающим регулируемый аксиально-поршневой 32 и шестеренный 33 насосы, соединенные в «тандем» с асинхронным электродвигателем 34 с помощью упругой втулочно-пальцевой муфты 35. Подвижные части насос-мотора спрятаны под защитный кожух 36 в целях безопасной эксплуатации. Электродвигатель 34 и кожух 36 смонтированы на специальном сварном основании 37. Корпус аксиально-поршневого насоса 32 закреплен на специальном кронштейне 38.
Нагретое в результате работы гидромоторов 2 масло перед сливом в гидробак 24 охлаждается, проходя через теплообменник 39.
Рама 1 стенда снабжена специальной площадкой 40 для крепления элементов системы управления беспилотным комбайном и фланцами 41 для крепления видеокамер системы управления.
Стенд оснащен программным обеспечением управления электрическими механизмами с взаимосогласованными аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями и электронным блоком имитации запрограммированных дискретных сигналов. Контролируемые параметры работы системы управления выводятся на экран подключенного к стенду ноутбука.
Управление стендом осуществляется с пульта управления 42.
Стенд для имитационного испытания системы управления беспилотным зерноуборочным комбайном функционирует следующим образом.
Запускается программа, содержащая 3D изображение поля с отражением препятствий и характера хлебостоя. Элементы испытываемой системы управления комбайном считывают данные программы, а также сигналы, подаваемые с датчиков крутящего момента и скоростей вращения блока имитации ведущих колес комбайна, с датчика 15 поворота блока имитации системы поворота комбайном и с датчика 21 наклона блока имитации подъема и опускания жатки и в соответствии с этим управляют работой блоков имитаций стенда.
Независимо от этого программным обеспечением стенда имитируется воздействие почвы на ведущие и поворотные колеса и с помощью электронного блока имитации запрограммированных дискретных сигналов обеспечивается управление работой двух порошковых электромагнитных тормозовов 3 и регуляторов 18 расхода с электронным пропорциональным управлением.
Параметры работы системы управления выводятся на экран подключенного к стенду ноутбука для визуального контроля и оценки качества работы системы управления беспилотным комбайном.
Использование стенда позволит испытывать системы беспилотного управления зерноуборочных комбайнов, повысить достоверность имитационных испытаний.