Оптимизация режимов работы машинно-тракторного агрегата на основе непрерывного контроля интенсивности изменения его эксплуатационных параметров
На правах рукописи
КАЛАЧИН Сергей Викторович ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ МАШИННО-ТРАКТОРНОГО АГРЕГАТА НА ОСНОВЕ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ Специальность 05.20.01 – Технологии и средства механизации сельского хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Саранск 2011
Работа выполнена на кафедре безопасности жизнедеятельности Государст венного образовательного учреждения высшего профессионального образования (ГОУВПО) «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева»
Научный консультант: доктор технических наук профессор Савельев Анатолий Петрович
Официальные оппоненты: заслуженный работник высшей школы Российской Федерации доктор технических наук профессор Скороходов Анатолий Николаевич доктор технических наук профессор Левцев Алексей Павлович доктор технических наук профессор Кухмазов Кухмаз Зейдулаевич
Ведущая организация: Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования (ФГОУ ВПО) «Рязанский государственный агротехнологический университет им. П. А. Костычева»
Защита состоится 22 декабря 2011 г. в 10 часов на заседании диссертаци онного совета Д 212.117.06 при ГОУВПО «Мордовский государственный уни верситет им. Н. П. Огарева» по адресу: 430904, г. Саранск, п. Ялга, ул. Россий ская, д. 5.
С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им.
М. М. Бахтина ГОУВПО «Мордовский государственный университет им.
Н. П. Огарева».
Автореферат разослан «_» 2011 г. и размещен на официаль ном сайте ВАК Минобрнауки России http://vak.ed.gov.ru.
Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук В. А. Комаров
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. Сложность современной сельскохозяйственной техники, ее высокая стоимость и энергонасыщенность выдвигают на передний план проблему повышения эффективности использования машинно-трактор ного агрегата (МТА). Для решения поставленной задачи необходимо в первую очередь оптимально управлять режимами работы МТА, что без эффективных методов и средств эксплуатационного контроля не представляется возможным.
Однако, по возможности прогнозирования, существующие методы и средства можно считать исчерпавшими свои ресурсы для решения проблемы оптимиза ции режимов работы МТА. Поэтому разработка качественно нового направле ния в развитии методов и средств, основанных на непрерывном контроле ин тенсивности изменения эксплуатационных параметров МТА, может в значи тельной мере способствовать решению сформулированной проблемы. Резуль татами этого будут являться снижение себестоимости, а также повышение объ емов и качества производства сельскохозяйственной продукции. Стратегией машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на пери од до 2020 года создание отечественной интеллектуальной техники на базе ка чественно нового уровня развития науки и практических действий в сельском хозяйстве определено в качестве приоритетного направления1. Кроме того, со гласно Доктрине продовольственной безопасности Российской Федерации (РФ) (Указ Президента РФ от 30 января 2010 г. № 120), одним из приоритетных на правлений экономической и производственной политики государства является поэтапное снижение зависимости отечественного агропромышленного ком плекса от импорта техники и технологий, наблюдающегося многие годы на российском рынке сельскохозяйственной техники.
В связи с этим тема исследования, посвященная вопросам оптимизации режимов работы МТА на основе непрерывного контроля интенсивности изме нения его эксплуатационных параметров, является актуальной и представляет практическую ценность.
Работа выполнена в соответствии с планом научных исследований ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева» и со ответствует научному направлению РАСХН по проблеме «Разработать вы сокоэффективные машинные технологии и технические средства нового поко ления для производства конкурентоспособной сельскохозяйственной про дукции, энергетического обеспечения и технического сервиса сельского хо зяйства»;
межвузовской программой «Агрокомплекс» по госбюджетной теме № 53/19 - 98 «Моделирование режимов работы МТА с учетом динамических характеристик»;
единым заказ-нарядом Министерства образования РФ по гос бюджетной теме № 53/20 - 98 «Разработка методов управления эффективно стью и уровнем безопасности мобильных энергетических средств»;
республи Стратегия машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на период до 2020 года [Текст] / В. И. Фисинин [и др.]. – М: ФГНУ «Росинформагротех», 2009. – 80 с.
канским конкурсом инновационных проектов НИОКР в сфере малого бизнеса по госбюджетной теме № 53/21- 01 «Разработка расходомера топлива», утвер жденной Правительством Республики Мордовия (РМ) (Постановление № от 5 апреля 2001 г.);
программой развития АПК РМ до 2012 года.
Цель исследования. Повышение эффективности использования МТА за счет оптимизации режимов работы на основе непрерывного контроля интен сивности изменения его эксплуатационных параметров.
Объект исследования. МТА на базе энергонасыщенных тракторов при вы полнении ими технологических операций.
Предмет исследования. Закономерности изменения текущих значений и интенсивности изменения контролируемых эксплуатационных параметров с учетом условий, срока эксплуатации и режимов работы МТА.
Методы исследования. Решение поставленных задач проведено на основе применения методов функций случайных аргументов, операционного исчисле ния, дифференцирования, динамического и нелинейного программирования, прогнозирования;
теорий вероятностей и математической статистики, массово го обслуживания, автоматического и автоматизированного управления, инфор матизации, многокритериальной оптимизации, измерительных систем, систем ной оценки погрешностей измерений;
корреляционного и спектрального анали за. Проверка полученных результатов выполнена на имитационных моделях, а также на реальных объектах исследования.
Научная новизна и основные результаты работы, выносимые на защиту:
– математическая модель функционирования МТА, представляющая осно ву для разработки моделей прогнозирования изменения эксплуатационных па раметров с учетом способа реализации мощности двигателя трактора;
– комплексная система математических моделей прогнозирования измене ния контролируемых эксплуатационных параметров с учетом вероятностного характера изменения внешней нагрузки, динамических свойств, технического состояния и режимов работы МТА;
– математическая модель многокритериальной оптимизации режимов ра боты МТА с учетом методов эксплуатационного контроля;
– аналитические методы по обоснованию и расчету допустимых режимов работы системы «оператор – МТА» в соответствии с функциональными воз можностями оператора в процессе контроля и управления;
– новые методы и средства эксплуатационного контроля, практическая реализация которых позволяет получать достоверную прогнозную информацию об изменении контролируемого эксплуатационного параметра.
Методами разработанной теории созданы и испытаны на реальных объектах:
термостабильный электронный расходомер топлива (Патент 2205371);
расхо домер топлива (Патент 2247949);
универсальный объемный расходомер топли ва (Патент 2273001);
устройство контроля расхода топлива МТА (Патент 77990);
дифференцирующий расходомер топлива (Патент 88141);
комбиниро ванный поршневой расходомер топлива (Патент 98578);
устройство контроля интенсивности изменения расхода топлива (решение о выдаче патента на по лезную модель от 10.06.2011 по заявке № 2011117754). Достоверность теорети ческих положений работы подтверждена экспериментальными исследования ми, а также производственными испытаниями разработанных средств.
Практическая значимость результатов исследования состоит в разра ботке научных основ, методов и средств, позволяющих:
– получать достоверную информацию об изменении контролируемых экс плуатационных параметров при всей совокупности факторов внешних условий и режимов работы МТА в функции текущих и предстоящих значений времени;
– прогнозировать оптимальные режимы работы МТА с учетом реализуе мых методов эксплуатационного контроля;
– управлять режимами работы МТА с прогнозированием по времени;
– снизить напряженность труда и оптимизировать деятельность оператора в процессе контроля и управления МТА;
– повысить качество обучения по дисциплинам «Эксплуатация машинно тракторного парка», «Тракторы и автомобили», «Безопасность жизнедеятель ности».
Реализация результатов исследования осуществлялась путем использо вания научными организациями, испытательными центрами и производствен ными подразделениями, а именно: Министерством сельского хозяйства и про довольствия РМ при разработке республиканской программы развития АПК РМ до 2012 года в вопросах технической и технологической модернизации сельхозтоваропроизводителей;
Научно-исследовательским институтом сель скохозяйственного машиностроения им. В. П. Горячкина (ОАО «ВИСХОМ», г. Москва) при разработке и испытании нового поколения машин для возделыва ния и уборки пропашных культур к высвобождаемому энергомодулю ВЭМ-220;
Государственным научным учреждением (ГНУ) «Всероссийский научно исследовательский технологический институт ремонта и эксплуатации машин но-тракторного парка Россельхозакадемии» (ГНУ ГОСНИТИ Россельхозака демии, г. Москва) при разработке и совершенствовании методов и технологиче ских процессов контроля технического состояния и обеспечения безопасных условий труда при эксплуатации машинно-тракторного парка;
ГНУ «Мордов ский научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозака демии» (ГНУ Мордовский НИИСХ Россельхозакадемии, г. Саранск), Государ ственным унитарным предприятием РМ «Центр испытания и внедрения сель скохозяйственной техники и машинных технологий» (г. Саранск) при разработ ке новых технологий и технических решений, направленных на повышение эф фективности использования сельскохозяйственной техники;
применения в про изводственном процессе агропредприятий РМ;
применения в учебном процессе ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева» (г. Саранск), ГОУВПО «Калмыцкий государственный университет» (г. Элиста), ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» (г. Ульяновск), ФГОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (г. Пенза) при изучении дисциплин «Эксплуатация машинно-тракторного парка», «Тракторы и автомобили», «Безопасность жизнедеятельности».
Результаты использования основных положений и выводов настоящего ис следования подтверждены соответствующими документами, приведенными в приложении к работе.
Апробация. Основные положения диссертационной работы были пред ставлены и одобрены на научных конференциях ГОУВПО «Мордовский госу дарственный университет им. Н. П. Огарева» (Саранск, 1997 – 2011 гг.);
Рес публиканских научно-практических конференциях «Роль науки и инноваций в развитии хозяйственного комплекса Республики Мордовия» (г. Саранск, 2001 – 2009 гг.);
Всероссийской научно-производственной конференции «Инноваци онные технологии в аграрном образовании, науке и АПК России» (г. Улья новск, 2003 г.);
Международной научно-практической конференции «Совер шенствование технологий, средств механизации и технического обслуживания в АПК», посвященной 75-летию В. И. Медведева (г. Чебоксары, 2003 г.);
Меж дународной научно-технической конференции «Научные проблемы развития ремонта, технического обслуживания машин, восстановления и упрочнения де талей», посвященной 100-летию со дня рождения академика ВАСХНИЛ А. И. Селиванова (г. Москва, 2008 г.);
Международных научно-практических конференциях «Вавиловские чтения» (г. Саратов, 2008 – 2009 гг.);
III Всерос сийской научно-практической конференции «Аграрная наука в XXI веке: про блемы и перспективы» (г. Саратов, 2009 г.);
Международной научно практической конференции «Тракторы и автомобили», посвященной 60-летию кафедры тракторов и автомобилей УО «Белорусская государственная сельско хозяйственная академия» (Республика Беларусь, г. Горки, 2009 г.);
IV Между народной научной конференции «Новейшие направления развития аграрной науки в работах молодых ученых», посвященной 40-летию СО Россельхозакаде мии (г. Новосибирск, 2010 г.);
IV, V Международных научно-практических кон ференциях «Аграрная наука – сельскому хозяйству» (г. Барнаул, 2009 – 2010 гг.);
научной конференции профессорско-преподавательского состава ФГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет» (г. Санкт Петербург, 2011 г.).
По итогам работы VII Ярмарки бизнес-ангелов и инноваторов Приволж ского федерального округа РФ, проходившей в рамках II Российского форума «Российским инновациям – Российский капитал», экспонировавшийся иннова ционный проект «Расходомер топлива» (Патент 2247949) по направлению «Ба зовые инновационные кластеры Поволжья – энергетика и ресурсосбережение», разработанный диссертантом в составе научной группы Института механики и энергетики ГОУВПО «Мордовский государственный университет им.
Н. П. Огарева», занял I место (г. Саранск, 2009 г.).
По итогам конкурса «Лучшее техническое решение, изобретение, полезная модель, рационализаторское предложение, направленные на решение актуаль ных проблем народного хозяйства Республики Мордовия» в номинации «Ма шиностроение» разработанный диссертантом «Дифференцирующий рас ходомер топлива» (Патент 88141) отмечен дипломом III степени (г. Саранск, 2010 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 87 работ, в том числе 15 – в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ, 1 монография, получено 7 патен тов РФ на изобретения и полезные модели, решение о выдаче патента на полез ную модель. Общий объем публикаций – 47,76 п. л., из них 36,25 п. л. принад лежит соискателю.
Объем и структура диссертации. Работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, библиографического списка из 218 наименований и приложе ния;
изложена на 323 страницах, содержит 87 рисунков, 29 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность диссертационной работы;
опреде лены объект, предмет, цель и методы исследования;
указана научная новизна и основные результаты работы, которые выносятся на защиту;
обозначена ее практическая значимость;
представлена информация о реализации результатов исследования.
В первой главе «Современное состояние проблемы и задачи исследова ния» на основе обзора научных исследований дана оценка современному со стоянию проблемы, поставлены задачи исследования.
При анализе современного состояния проблемы использовались работы из вестных ученых и специалистов в этой области Л. Е. Агеева, А. П. Акимова, В. Н. Болтинского, И. Ф. Бородина, П. Н. Бурченко, Н. В. Бышова, Ю. А. Ван тюсова, В. В. Варнакова, Н. Н. Гевейлера, С. В. Глотова, Н. С. Ждановского, А. А. Зангиева, А. П. Иншакова, С. А. Иофинова, Ю. К. Киртбая, В. С. Красов ских, В. И. Крутова, И. П. Ксеневича, Г. М. Кутькова, К. З. Кухмазова, А. П. Левцева, А. Г. Левшина, Б. А. Линтварева, А. Б. Лурье, В. А. Мачнева, В. И. Медведева, В. М. Михлина, А. Х. Морозова, А. В. Николаенко, И. М. Па нова, А. П. Савельева, Б. С. Свирщевского, Ю. Н. Сидыганова, А. Н. Скороходо ва, В. И. Славкина, Ю. А. Судника, В. П. Тарасика, Н. М. Шарова, В. Д. Шепова лова, Г. Б. Шипилевского, В. А. Эвиева, Р. Х. Юсупова и др.
На основе обзора научных исследований в области сформулированной проблемы развитие методов и средств эксплуатационного контроля, с нашей точки зрения, можно разделить на несколько направлений (табл. 1).
Таблица Развитие методов и средств эксплуатационного контроля Направление Методы и средства Эффективность применения развития эксплуатационного контроля Субъективные методы контроля: Уровень загрузки МТА– 50…70 % а) на слух, по дымности выхлопа (в зависимости от квалификации – отработавших газов и т. д.;
оператора) б) без средств контроля Первоначальное Методы и средства контроля по Уровень загрузки МТА – 73…89 % (по среднему среднему значению эксплуатаци- (вне зависимости от квалификации значению экс- онного параметра: оператора).
плуатационного а) допусковый контроль;
Снижение расхода топлива по параметра) б) тахоспидометр трактора, сравнению с субъективными первые разработки средств кон- методами контроля – 8…10 %.
троля (указатели загрузки, Контроль и управление режимами работомеры и расходомеры). работы МТА с запаздыванием по времени Продолжение табл. Направление Методы и средства Эффективность применения развития эксплуатационного контроля Существующее Методы и средства контроля по Уровень загрузки МТА – 85…92 % (по текущему текущему значению эксплуатаци- (вне зависимости от квалификации значению экс- онного параметра: оператора).
плуатационного а) допусковый контроль;
Снижение расхода топлива по параметра) б) существующие указатели сравнению с первоначальным загрузки, средства измерения направлением – 10…13 %.
текущих значений эффективной Контроль и управление режимами мощности и расхода топлива работы МТА с запаздыванием по времени Анализ представленных материалов показывает, что существующие мето ды и средства эксплуатационного контроля являются неэффективными для ре шения задач, направленных на повышение уровня использования современного МТА, так как они предназначены для контроля и управления режимами работы с запаздыванием по времени.
В соответствии с этим возникает необходимость в разработке качественно нового направления развития методов эксплуатационного контроля, основанных на прогнозной информации об изменении контролируемого эксплуатационного параметра. Для этого требуется комплексное решение ряда теоретических и практических вопросов, связанных с изучением закономерностей изменения контролируемых эксплуатационных параметров с учетом условий эксплуатации и режимов работы МТА в функции текущих и предстоящих значений времени.
Практическая реализация нового направления основана на необходимости раз работки средств эксплуатационного контроля нового поколения, основанных на измерении интенсивности изменения контролируемого эксплуатационного па раметра. Это позволит осуществлять контроль и управление режимами работы МТА с прогнозированием по времени, т. е. начинать компенсацию внешнего возмущающего воздействия, нарушающего оптимальный режим работы, раньше, чем возникает достаточно большое отклонение от его значения.
В настоящее время, а также в обозримом будущем МТА останется автома тизированной человеко-машинной системой. Поэтому разработка новых мето дов и средств эксплуатационного контроля должна производиться в соответст вии с функциональными возможностями оператора по приему и переработке предоставляемой информации, так как он играет существенную роль в процессе контроля и управления МТА.
На основании проведенного анализа для достижения поставленной в рабо те цели решаются следующие задачи по разработке:
– математической модели функционирования МТА, представляющей ос нову для разработки моделей прогнозирования изменения эксплуатационных параметров с учетом способа реализации мощности двигателя трактора;
– комплексной системы математических моделей прогнозирования изме нения контролируемых эксплуатационных параметров с учетом вероятностного характера изменения внешней нагрузки, динамических свойств, технического состояния и режимов работы МТА;
– математической модели многокритериальной оптимизации режимов ра боты МТА с учетом методов эксплуатационного контроля;
– теоретических основ по обоснованию и расчету допустимых режимов работы системы «оператор – МТА» в соответствии с функциональными воз можностями оператора в процессе контроля и управления;
– новых методов и средств эксплуатационного контроля, позволяющих по лучать достоверную прогнозную информацию об изменении контролируемого эксплуатационного параметра.
Во второй главе «Прогнозирование эксплуатационных параметров МТА» приводится теоретическое обоснование закономерностей изменения входного воздействия, характерного для реальных условий функционирования МТА;
представлены результаты по разработке математической модели функциониро вания МТА и комплексной системы математических моделей прогнозирования изменения контролируемых эксплуатационных параметров.
Многими исследователями входное возмущающее воздействие на МТА рассматривается в рамках теории стационарных случайных процессов, где в ка честве основного закона распределения используется закон Гаусса. Однако та кие вероятностные процессы в практике работы МТА встречаются достаточно редко. В общем случае процессы работы МТА, как и любой динамической сис темы, начинаются с нестационарной стадии (неустановившийся режим). После затухания переходных процессов агрегат переходит на установившийся режим работы, при котором процессы протекают сравнительно однородно и имеют вид непрерывных колебаний относительно их средних значений, которые мож но считать стационарными.
На основе выполненных нами исследований установлено, что нестационар ный вероятностный процесс, характерный для условий функционирования МТА, может быть представлен в виде суммы неустановившихся (переходных) и устано вившихся (стационарных) режимов работы, распределение входного воздействия которых подчиняется, соответственно, законам Гаусса и арксинуса.
Моделирование процессов функционирования МТА представляет собой разработку и исследование математической модели описывающей динамиче ские свойства агрегата с учетом изменения сил сопротивления движению.
На современном этапе развития методов моделирования наиболее пер спективными являются модели, основанные на системе нелинейных уравнений, характеризующих динамические свойства МТА. Однако установлено, что ис пользование нелинейных моделей МТА в качестве основы для разработки мо делей прогнозирования изменения его эксплуатационных параметров невоз можно по причине отсутствия надежных и эффективных способов их решения, позволяющих получить аналитическую запись результата решения, характери зующую закономерность динамических процессов функционирования МТА.
Кроме того, нами установлено, что существующие математические модели функционирования МТА имеют ограниченный диапазон применения в связи с тем, что далеко не полно отражают все особенности работы агрегата в зависи мости от способа реализации мощности двигателя трактора.
В соответствии с вышеизложенным записана система дифференциальных уравнений составляющих элементов МТА:
(Tа p 1 )а k к к k м M к ;
(1) (Tк p 1 )к k д1дк Tка pа ;
(2) (Tдк p 2 2 дкTдк p 1 )дк k к1к Thк pH рк ;
(3) (Tвом p 1 )вом k рвомH рвом k мвомM вом ;
(4) (Tдвом p 2 2 двомTдвом p 1 )двом k квомвом Thвом pH рвом ;
(5) (T р p 2 2 рT р p 1 )H р k д д, (6) где а, к, вом, д, Н р – безразмерное изменение скорости МТА, угло вых скоростей ведущих колес и вала отбора мощности (ВОМ) трактора, колен чатого вала двигателя и координаты положения рейки топливного насоса;
M к, М вом – момент нагрузки на движителях и ВОМ трактора;
дк, Н рк и двом, Н рвом– безразмерное изменение угловой скорости коленчатого вала двигателя и координаты положения рейки топливного насоса для систем «двигатель – трансмиссия трактора» и «двигатель – ВОМ трактора»;
Tа, Tк, Tка, Т вом – по стоянные времени МТА, составляющих ходовой части и ВОМ трактора;
Т дк, Т hк, дк и Т двом, Т hвом, двом – постоянные времени двигателя, рейки топлив ного насоса и относительный коэффициент затухания колебаний вращающих ся масс для систем «двигатель – трансмиссия трактора» и «двигатель – ВОМ трактора»;
T р, р – постоянная времени регулятора и относительный коэффи циент затухания колебаний элементов регулятора;
k к, k м, k д1, k к1, k рвом, k мвом, k квом, k д – коэффициенты усиления по входным координатам;
p d / dt – оператор дифференцирования.
Система дифференциальных уравнений (1) – (6) представляет собой мате матическую модель функционирования тягово-приводного МТА. При M к = ( д = двом ) она преобразуется в модель приводного МТА, характеризуемо го уравнениями (4) – (6) системы «двигатель – ВОМ трактора», а при М вом = ( д = дк ) – в модель тягового МТА, характеризуемого уравнениями (1) – (3), (6) системы «двигатель – трансмиссия трактора» (по И. П. Ксеневичу и В. П. Тарасику, где применялась разработанная диссертантом методика расчета составляющих дифференциальных уравнений). Решение системы дифференци альных уравнений (1) – (6) представляет основу для разработки математических моделей прогнозирования изменения эксплуатационных параметров МТА с учетом способа реализации мощности двигателя трактора.
Установлено, что существующие модели прогнозирования эксплуатацион ных параметров позволяют учитывать вероятностный характер изменения внешней нагрузки, динамического и технического состояния МТА. Однако они предназначены в основном для решения ограниченной задачи, связанной с оп ределением состояния контролируемого параметра в текущий момент времени на стационарных режимах работы МТА. Поэтому одним из перспективных и малоизученных направлений по их совершенствованию является разработка математических моделей прогнозирования, представляющих комплексное ре шение, учитывающее характерные особенности функционирования МТА в ус ловиях нестационарной вероятностной нагрузки, как для текущих, так и для предстоящих значений времени.
Изменение эксплуатационного параметра, обусловленное вероятностным характером внешней нагрузки, описывается формулой (на примере расхода то плива двигателя Gт ):
Gт1( М ) Аg1 Вg1М [ W ( p )Gт Cg1 ] М М Mн;
при Gт2 ( М ) Аg 2 Вg 2 М [ W ( p )Gт Cg 2 ] М при М M н, (7) где М М к М вом – суммарное входное возмущающее воздействие, приведен ное к коленчатому валу двигателя;
М н – номинальное значение крутящего момен та двигателя;
Аg1, Аg 2, Вg1, Вg 2, Сg1, Сg 2 – коэффициенты функциональной зависимости Gт ( М ) на установившихся режимах работы для регуляторного Gт1( М ) и корректорного Gт2 ( М ) участков характеристики двигателя:
Аg1 kцдн h рн { 1 2 рT р ( D D1 )(1 R R1 ) ( R R1 )2 [ 2( R R1 ) ( 2 рT р М / )( D D1 )]( D D1 )М / };
Аg 2 kцдн h рн { 1 2 рT р ( D D1 )(1 R R1 ) ( R R1 )2 [ 2( R R1 ) ( 2 рT р М / )( D D1 )]( D D1 )М / };
Вg1 kцднh рн 2( D D1 ) / [ 2( R R1 ) рT р ( D D1 ) М ( D D1 ) / ];
Вg 2 kцднh рн 2( D D1 ) / [ 2( R R1 ) рT р ( D D1 ) М ( D D1 ) / ];
Сg1 kцднh рн( D D1 )2 / ;
Сg 2 kцднh рн( D D1 )2 /, 2 где k ц – коэффициент пропорциональности между цикловой подачей топлива и перемещением рейки топливного насоса;
дн – номинальное значение угло вой скорости вращения коленчатого вала двигателя;
h рн – координата положе ния рейки топливного насоса на номинальном нагрузочном режиме работы двигателя;
D, R, D1, R1 – составляющие переходного процесса, определяе мые в результате решения системы дифференциальных уравнений (1) – (6);
M, – среднее значение и среднее квадратическое отклонение М ;
kц k м(T р p 2 2 рT р p 1 ) W(p)Gт (C0 p 5 C1 p 4 C 2 p 3 C3 p 2 C 4 p C5 ) kц k мвом(T р p 2 2 рT р p 1 ) 2, (C0вом p 5 C1вом p 4 C 2вом p 3 C3вом p 2 C 4вом p C5вом ) где W(p)Gт – параметр динамической характеристики на неустановившихся ре жимах работы МТА;
C0 … C5 – коэффициенты характеристического уравнения для системы «двигатель – трансмиссия трактора»:
С0 ( TдкT р TкTа ) / Tка ;
C1 [ 2TкTа ( рTдкT р дкT р Tдк ) TдкT р ( Tк Tа )] / Tка k кTдкT р ;
2 2 22 C2 [ TкTа ( Tдк T р ) 2TаTдкT р ( 2 дк рTк рTдк дкT р 2TдкT рTк ( рTдк 2 дкT р ) TдкT р ] / Tка 2TдкT р ( рTдк дкT р )k к ;
C3 [ TкTа ( 2 дкTдк рT р Thк ) TаTдк ( Tдк 4 дк рT р ) Tк ( Tдк T р ) 2 2TдкT р ( 2 дк рTк рTдк дT р )] / Tка ( Tдк 4 дк рTдкT р T р )k к ;
2 С4 [ Tк ( 2 дкTдк 2 рT р Thк ) Tдк ( Tдк 4 дк рT р ) Tа ( Tк 2 дTдк Thк )] / Tка ( 2 дкTдк 2 рT р Thк )k к ;
C5 ( Tк 2 дкTдк Thк ) / Tка k к ;
C0вом … C5вом – коэффициенты характеристического уравнения для системы «двигатель – ВОМ трактора»:
С0вом TдвомT р Tвом ;
C1вом Т вом( 2 рTдвомT р 2 двомT р Tдвом ) TдвомT р ;
2 2 2 2 C2вом Т вом( Tдвом T р 4 двом рTдвомT р ) 2T р рTдвом 2 двомTдвомT р ;
2 2 2 C3вом Т вом( 2 двомTдвом 2T р р Thвом ) Tдвом T р 4 двом рTдвомT р ;
2 C4вом Т вом 2 двомTдвом 2T р р Thвом ;
C5вом 1 k рвом.
В эксплуатационных условиях выходные параметры МТА изменяются не только от вероятностного характера нагрузки, но и от наработки, характери зующей изменение его технического состояния. Установлено, что для прогно зирования эксплуатационных параметров с учетом вероятностного характера изменения технического состояния МТА может быть использован закон Гаусса, характеризуемый плотностью вероятности вида:
( Т ) ( t 2 )1 exp[ ( Т Т )2 /( 2 t2 )], (8) где Т, t – среднее значение и среднее квадратическое отклонение наработки МТА.
Изменение текущих значений Gт с учетом наработки МТА описывается выражением:
Gт t ( Т ) Аg t [ W ( p )Gт Вg t ]T, (9) где Аg t, В g t – коэффициенты функциональной зависимости Gт t ( Т ) на уста новившихся режимах работы МТА:
Аg t kц h рдо [ 1 R R1 2 рT р ( D D1 ) ( D D1 )Т / t ] ;
Bg t kц h рдо ( D D1 ) / t, где h р – координата положения рейки топливного насоса;
до – значение угло вой скорости вращения коленчатого вала двигателя, соответствующее началь ной наработке (Т=0).
Проведенными исследованиями установлено, что прогнозирование экс плуатационных параметров МТА во времени основано на определении интен сивности их изменения. Выполнив соответствующие преобразования выраже ния (7), получим формулу для определения интенсивности изменения расхода топлива Gт и ( М ) :
Gти1( М ) Аg и1 Вg и1М М Mн;
при Gти 2 ( М ) Аg и 2 Вg и 2 М М Mн, при (10) где Аg и1 Вg1;
Аg и 2 Вg 2 ;
Вg и1 2[ W ( p )Gт Сg1 ];
Вg и 2 2[ W ( p )Gт Сg 2 ].
Выражения (7), (9), (10) представляют собой комплексную систему мате матических моделей прогнозирования Gт с учетом вероятностного характера изменения внешней нагрузки, динамических свойств, технического состояния и режимов работы МТА в функции текущих и предстоящих значений времени.
В условиях вероятностного характера изменения внешней нагрузки и ре жимов работы МТА наибольший интерес представляет определение математи ческих ожиданий и дисперсий эксплуатационных параметров, так как эти веро ятностно-статистические характеристики позволяют оценивать количествен ную и качественную стороны эксплуатационного контроля МТА. В качестве примера рассмотрим порядок разработки моделей расчета математического ожидания и дисперсии Gт.
Математическое ожидание расхода топлива М ( Gт ) с учетом выражения (7) определяется следующим образом:
М ( Gт ) Рн [ W ( p )Gт ( M )] Ру { 0,5[ Аg1 Ag 2 M ( Bg1 Bg 2 )] 2 ( )1 [ Аg1 Ag 2 M ( Bg1 Bg 2 ) М ( Cg1 Cg 2 )] arcsin[( М н M ) / А ] ( )1 [ Bg1 Bg 2 M ( Cg1 Cg 2 )] А ( М н М )2 }, (11) где A – амплитуда колебания М ;
Рн и Р у – вероятность реализации неуста новившихся и установившихся режимов работы МТА.
Математическое ожидание расхода топлива М ( Gтt ) с учетом равенства (9) определяется из выражения:
М ( Gт t ) Рн [ W ( p )Gт Т ] Ру [ 0,5( Аg t Вg t Т ) ( Аg t Вg t Т ) ( tн3 ) Вg t t( tн3 )], (12) где t н3 – номинальное значение переменной величины t3 ;
( t н3 ), ( t н3 ) – это, соответственно, функция Лапласа и плотность распределения вероятностей t н3.
Математическое ожидание интенсивности изменения расхода топлива М ( Gти ) с учетом выражения (10) определяется по формуле:
М ( Gти ) Рн [ W ( p )Gт 2 М ] Ру { 0,5( Аg и1 Аg и 2 ) ( )1 [ Аg и1 Аg и 2 M ( Вg и Вg и 21 )] arcsin[( М н M ) / А ] ( )1( Вg и 21 Вg и11 ) А ( М н М )2 }, (13) где Вg и11 2Сg1 ;
Вg и 21 2Сg 2.
Дисперсия расхода топлива D( Gт ) с учетом выражений (7), (11) определя ется следующим образом:
D( Gт ) Рн {[ W ( p )Gт ] 2 ( 2M )2 } Ру { 0,5[ Еg1 Еg 2 2 А ( Cg1Еg 2 2 2 2 2 Cg 2 Еg 2 ) 3 А ( Cg1 Cg 2 )] ( )1 [ Еg1 Еg 2 2 А ( Cg1Еg1 Cg 2 Еg 2 )] 4 2 2 2 2 arcsin[( М н M ) / А ] [ 2( Еg 2 Fg 2 Еg1Fg1 ) 4 А ( Cg 2 Fg 2 Cg1Fg1 ) ( М н M )( Fg 2 Fg1 ) 2( М н M )( Еg 2Cg 2 Еg1Cg1 ) 2( М н M ) 2 ( Cg 2 Fg 2 Cg1Fg1 )] А ( М н М )2 }, (14) где Еg1 Аg1 Вg1М Cg1М М ( Gт );
Fg1 Вg1 Cg1М ;
Еg 2 Аg 2 Вg 2 М Cg 2 М М ( Gт );
Fg 2 Вg 2 Cg 2 М..
Дисперсия расхода топлива D( Gтt ) с учетом равенств (9), (12) определяет ся из выражения:
D( Gт t ) Рн { t2 [ W ( p )Gт ] 2 } Р у { E gt [ 0,5 ( t н3 )] 2E gt Вgt t( t н3 ) Вgt t2 [ 0,5 ( tн3 ) tн3( tн3 )]}, (15) где Е gt Аgt Вgt T М ( Gтt ).
Дисперсия интенсивности изменения расхода топлива D( Gти ) с учетом выражений (10), (13) определяется по формуле:
D( Gти ) Рн { 4 [ W ( p )Gт ] 2 } 0,5Ру {[ Аg и1 Bg и11М М ( Gти )] 2 [ Аg и Bg и 21М М ( Gт и )] 2 } ( )1 Ру {[ Аg и1 Bg и11М М ( Gти )] 2 [ Аg и Bg и 21М М ( Gти )] 2 } arcsin[( М н M ) / А ] ( )1 Ру { 2 А Bg и 21[ Аg и Bg и 21М М ( Gти )] 2 А Bg и11[ Аg и1 Bg и11М М ( Gти )] ( М н M )[ Bg и11 Bg и 21 ] } А ( М н М )2.
2 2 (16) Аналогично разработаны математические модели прогнозирования и рас чета вероятностно-статистических характеристик для остальных контролируе мых эксплуатационных параметров МТА, таких как угловая скорость коленча того вала двигателя д и ВОМ трактора вом, скорость МТА V р, эффективная мощность двигателя N e.
По результатам анализа разработанных математических моделей прогно зирования установлено, что интенсивность изменения таких эксплуатационных параметров МТА, как д, вом и V р, равняется некоторой постоянной (неслу чайной) величине С const. Это означает, что с вероятностью, равной единице, интенсивность изменения перечисленных эксплуатационных параметров при нимает значение С const, а другие значения с вероятностью, равной нулю.
Следовательно, по данным контролируемым параметрам, можно находить лишь среднюю интенсивность их изменения за определенный промежуток вре мени, а для прогнозирования эксплуатационных параметров во времени наибо лее важна такая характеристика, как интенсивность изменения их текущих зна чений. Поэтому д, вом и V р для этих целей непригодны.
Из представленной совокупности контролируемых параметров МТА для прогнозирования их изменения во времени наиболее подходят Gт и N e, так как интенсивность их изменения является непостоянной. Поэтому дальнейшие ис следования проводились в рамках этих эксплуатационных параметров.
В третьей главе «Оптимальные и допустимые режимы работы МТА» представлены результаты по разработке математической модели многокритери альной оптимизации режимов работы МТА и теоретических основ по обосно ванию и расчету допустимых режимов работы системы «оператор – МТА».
Согласно проведенным исследованиям, установлено, что основными кри териями оптимизации режимов работы МТА являются максимум производи тельности [ М ( Wч )]max и минимум удельных приведенных затрат на единицу его выработки [ М ( C уд )]min. В процессе эксплуатации МТА работа только по этим частным критериям является не всегда оправданной. Поэтому в настоящее время наметилась проблема выбора критерия оптимизации режимов работы МТА. Эта задача может быть решена посредством разработки математической модели многокритериальной оптимизации, позволяющей найти компромисс между частными критериями. Кроме того, установлено, что, помимо критерия оптимизации, на режимы работы МТА существенное влияние оказывают реа лизуемые методы эксплуатационного контроля. Поэтому решение задачи мно гокритериальной оптимизации режимов работы МТА должно быть с учетом методов эксплуатационного контроля.
Математическая модель многокритериальной оптимизации режимов рабо ты МТА может быть представлена в виде системы уравнений:
АW 1 АW 2 ( BW 1 BW 2 )( М А tн ) ( CW 1 CW 2 )( М М А tн А ) 0 ;
2 АW 1 АW 2 ( BW 1 BW 2 )( М А tн ) ( CW 1 CW 2 )( М 2М А tн А tн ) 0;
(17) 2 АС1 АС 2 ( BС1 BС 2 )( М А tн ) ( CС1 CС 2 )( М М А tн А ) 0 ;
2 АС1 АС 2 ( BС1 BС 2 )( М А tн ) ( CС1 CС 2 )( М 2М А tн А tн ) 0, 2 где AW1, AW 2, BW1, BW 2, CW1, CW 2 – коэффициенты функциональной зави симости Wч ( М ) ;
AС1, AС 2, BС1, BС 2, CС1, CС 2 – коэффициенты функ циональной зависимости С уд( М ) ;
tн ( М н М ) / А.
При АС1 АС 2, BС1 BС 2, CС1 CС 2 система уравнений (17) преобразу ется в математическую модель оптимизации режимов работы МТА по критерию [ М ( Wч )]max, а при АW 1 АW 2, BW 1 BW 2, CW 1 CW 2 – в модель оптимиза ции по критерию [ М ( C уд )]min.
Решение системы уравнений (17) может быть представлено в следующем виде:
3М 9М 4 А * М М 4 А * 2 2 2 2М 4М 4 А 2 t* ;
t нс ;
tнкомп, нw 2n А 2n А 2 n А где t*, t*, t* нкомп – корни характеристического уравнения системы (17) при оп нw нс тимизации режимов работы МТА по критериям [ М ( Wч )]max, [ М ( C уд )]min и [ М ( Wч, C уд )]max(min), представляющему некоторый компромисс между частными критериями [ М ( Wч )]max и [ М ( C уд )]min ;
n 0 – допусковый контроль по сред нему значению эксплуатационного параметра;
n 1 – допусковый контроль по те кущему значению и измерительный контроль по среднему значению эксплуата ционного параметра;
n 2 – измерительный контроль по текущему значению и допусковый контроль интенсивности изменения эксплуатационного параметра;
n 4 – измерительный контроль интенсивности изменения эксплуатационного параметра.
Режимы работы МТА определяются уровнем реализации оптимальных значений контролируемых эксплуатационных параметров. Одним из методов, позволяющих повысить эффективность использования МТА, является обосно вание допустимых режимов работы, при которых контролируемые эксплуата ционные параметры находятся в научно обоснованных границах допусков.
Общее выражение для определения допуска текущих значений контроли руемого эксплуатационного параметра МТА может быть представлено в виде (на примере Gт ):
Gт Gт t Gт, (18) где Gт t Gт н М ( Gт t ) – предельно допустимое отклонение текущих значе ний Gт от его номинального значения Gтн в зависимости от наработки МТА (ресурсный допуск);
Gт Gт н [ М ( Gт ) ] – предельно допустимое от клонение текущих значений Gт от Gтн, обусловленное вероятностным харак тером изменения внешней нагрузки (установочный допуск), где – погреш ность линеаризации статической характеристики двигателя.
В исследованиях по определению допустимых режимов работы МТА не достаточное внимание уделено оператору, т. е. существующие методы разрабо таны без учета человеческого фактора и предназначены в основном для авто матических систем контроля и управления режимами работы МТА. В настоящее время (вероятно, и в обозримом будущем) все МТА остаются человеко машинными автоматизированными (на информационном или управляющем уровнях) системами. Поэтому наряду с вышеперечисленными особенностями обоснование допустимых режимов работы МТА должно производиться в соот ветствии с функциональными возможностями оператора по приему и перера ботке предоставляемой информации, так как он играет существенную роль в процессе контроля и управления МТА.
В рамках эксплуатационного контроля работу системы «оператор – МТА» можно рассматривать как работу многоканальной системы массового обслужи вания, где в качестве каналов используются измерительные средства контроля эксплуатационных параметров.
Одной из важнейших величин, связанных с системой, является время об служивания одной заявки. Применительно к системе «оператор – МТА» время обслуживания одной заявки представляет собой время, требуемое оператору для получения и переработки информации в процессе эксплуатационного кон троля, которое складывается из следующих временных затрат:
tкон tобн tобр tпр, (19) где tобн – время обнаружения сигнала по показаниям прибора, tобр – время об работки информации, tпр – время формирования и принятия решения.
В соответствии с вышеизложенным установочный допуск Gт чел, позво ляющий учитывать функциональные возможности оператора в процессе кон троля и управления системой «оператор – МТА», определяется по формуле:
Gт чел Gт { 1 [1 exp( конt кон )]}, (20) где кон 1 / М ( tкон ) – величина, обратная среднему времени контроля М ( tкон ).
Общее выражение с учетом равенства (20) для определения Gт может быть записано в виде:
Gт Gт t Gт { 1 [ 1 exp( конt кон )]}. (21) Выражение (21) – это математическая модель расчета допуска текущих зна чений Gт с учетом вероятностного характера изменения внешней нагрузки, ди намических свойств, технического состояния и режимов работы МТА, а также функциональных возможностей оператора в процессе контроля и управления.
Представленные теоретические основы, включающие обоснование допус тимых режимов работы системы «оператор – МТА» в соответствии с функцио нальными возможностями оператора, предназначены для контроля по текущим значениям контролируемого параметра (эксплуатационный контроль с запаз дыванием по времени). Далее рассмотрим методику определения научно обос нованных границ допусков при контроле интенсивности изменения контроли руемого эксплуатационного параметра.
Общее выражение для определения допуска интенсивности изменения рас хода топлива Gти может быть представлено в виде:
Gти Gтиt Gти, (22) где Gти t – ресурсный допуск, Gтиt Gт t принимается за начало отсчета, т. е. Gтиt 0 ;
Gти М ( Gти ) – установочный допуск, характеризующий ин тенсивность изменения расхода топлива в единицу времени, где «+», «–» – это, соответственно, режим разгона и торможения двигателя.
По аналогии с равенством (21) допуск Gти определяется по формуле:
Gти 0 Gти { 1 [ 1 exp( кон t кон )]}. (23) Выражение (23) – это математическая модель расчета допуска интенсивно сти изменения Gти с учетом вероятностного характера изменения внешней нагрузки, динамических свойств, технического состояния и режимов работы МТА, а также функциональных возможностей оператора в процессе контроля и управления.
Теоретические исследования, проведенные с использованием разработан ной системы математических моделей расчета оптимальных и допустимых ре жимов работы МТА, показали, что:
– разработанные методы (измерительный и допусковый) контроля интен сивности изменения эксплуатационного параметра являются более эффектив ными по сравнению с существующими методами, так как обеспечивают уро вень загрузки МТА в зависимости от критерия оптимальности в пределах * 0,960,99 ;
– корректировку допусков с учетом вероятностного характера изменения технического состояния необходимо производить через 975 – 1 044 мото-ч, что соответствует ТО-3 тракторов;
– контроль интенсивности изменения эксплуатационного параметра позво ляет управлять режимами работы МТА (как автоматическими, так и автомати зированными системами) с прогнозированием по времени (рис. 1) за счет вы полнения упреждающих управляющих воздействий, а также устранить эффект «мерцания» текущих значений контролируемого параметра, особенно харак терного для номинальной загрузки. Это позволяет снизить напряженность опе ратора в процессе контроля и управления МТА.
Рис. 1. Схема методов эксплуатационного контроля МТА:
t1 – время выхода интенсивности изменения Gти за границу установочного допуска Gти ;
t 2 – время выхода текущих значений Gт за границу установочного допуска Gт ;
t t 2 t1 – запас (прогнозирование) по времени о предстоящем изменении режима работы МТА Согласно теории информатизации, критерием оценки степени информацион ной значимости контролируемого эксплуатационного параметра является мини мум его энтропии. В табл. 2 представлены результаты расчета энтропии текущих значений Н ( Gт ), Н ( N e ) и интенсивности изменения Н ( Gти ), Н ( N eи ) расхода топлива и эффективной мощности двигателя.
Таблица * Энтропия Н ( G т ), Н ( N e ) и Н ( G ти ), Н ( N еи ), % Н ( Gт ), бит Н ( Ne ), бит Н ( Gти ), бит Н ( N еи ), бит 11 0,53 0,07 4,99 3, 22 1,63 0,47 6,04 4, 33 2,31 1,15 6,71 5, * – коэффициент вариации внешней нагрузки.
Анализ показывает, что с точки зрения информационной значимости для эксплуатационного контроля с прогнозированием по времени наиболее подхо дит расход топлива. Поэтому необходимо разрабатывать в первую очередь средства эксплуатационного контроля расхода топлива.
В четвертой главе «Программа, методика и средства эксперименталь ных исследований» представлена программа, определена методика эксперимен тальных исследований, проводившихся в лабораторно-полевых и производст венных условиях. Кроме того, дано описание разработанных средств эксплуа тационного контроля расхода топлива, использованной измерительной и реги стрирующей аппаратуры, а также вспомогательного оборудования.
Целью экспериментальных исследований являлась проверка разработан ных теоретических положений.
В программу экспериментальных исследований входило:
– получение исходной информации для исследования динамических ха рактеристик МТА;
– разработка и испытание средств эксплуатационного контроля;
– сбор статистического материала для изучения закономерностей измене ния текущих значений контролируемых эксплуатационных параметров и ин тенсивности изменения расхода топлива с учетом условий эксплуатации и ре жимов работы МТА;
– проверка достоверности определения оптимальных и допустимых режи мов работы МТА.
Программа эксперимента включала проведение следующих видов испытаний:
– лабораторные (тормозные) испытания тракторов Т-150К и МТЗ-80;
– лабораторно-полевые испытания тяговых, почвообрабатывающих (Т-150К+ПЛП-6-35), (Белорус-1221+КУК-4П+4БЗСС-1,0) и тягово-приводного, уборочного (Белорус-1221+КДЛ-3,14) МТА.
При проведении экспериментальных исследований использовались как стандартные методы, так и частные методики. Предварительно апробация част ных методик осуществлялась на специально разработанном стенде, запатенто ванном под названием «Тормозной стенд для имитации условий эксплуатации МТА» (Патент 2149375). Имитационное моделирование с использованием раз работанного стенда позволило упростить процедуру проведения, а также значи тельно снизить трудоемкость и затраты материальных средств эксперименталь ных исследований на реальных объектах. Запись и обработка информации, по лученной при проведении экспериментальных исследований, велись на основе современных компьютерных средств с использованием программного обеспе чения PowerGraph 3.3, Matlab 7.0.1.
Для контроля режимов работы МТА по текущему значению расхода топ лива разработаны:
– импульсный расходомер топлива (ИРТ), запатентованный под названием «Термостабильный электронный расходомер топлива» (Патент 2205371). По ре зультатам испытаний установлено, что конструкция датчика ИРТ не обеспечивает необходимую точность измерения текущих значений расхода топлива на всех ре жимах работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) по причине инерционности крыльчатки, приводящей к увеличению погрешности измерения до 3 %;
– интегрирующий диафрагменный расходомер топлива (ИДРТ), запатенто ванный под названием «Расходомер топлива» (Патент 2247949). Конструкция ИДРТ, обеспечивающая высокую точность (± 0,5 %) измерения расхода топ лива на всех режимах работы ДВС, обладает недостатком – ограниченное при менение, так как предназначена для измерения только суммарного значения расхода топлива;
– на основе конструкции датчика ИДРТ и электронного блока на микро процессорной основе ИРТ была разработана конструкция комбинированного диафрагменного расходомера топлива (КДРТ), запатентованного под названием «Универсальный объемный расходомер топлива» (Патент 2273001). Конструк ция КДРТ позволяет производить высокоточное (с погрешностью ± 0,5 %) из мерение суммарных и текущих значений расхода топлива на всех режимах ра боты ДВС;
– система эксплуатационного контроля, запатентованная под названием «Устройство контроля расхода топлива МТА» (Патент 77990). По сравнению с известными решениями предлагаемое устройство позволяет расширить его функциональные возможности за счет одновременного измерения, как текущих значений, так и суммарного расхода топлива, приходящегося на единицу выра ботки МТА. Это позволяет повысить качество контроля и эффективность ис пользования МТА. Кроме того, предлагаемая конструкция системы контроля более проста и компактна по сравнению с другими известными решениями.
Для контроля интенсивности изменения расхода топлива разработаны:
– поршневой расходомер, запатентованный под названием «Дифференци рующий расходомер топлива (ДРТ)» (Патент 88141). Он предназначен для реализации на тракторах, оборудованных ДВС с номинальным расходом топли ва до 7 г/с;
– расходомер топлива, запатентованный под названием «Устройство кон троля интенсивности изменения расхода топлива (УКИРТ)» (решение о вы даче патента на полезную модель от 10.06.2011 по заявке № 2011117754). Он предназначен для реализации на тракторах, оборудованных ДВС с номиналь ным расходом топлива 7 г/с и более;
– комбинированный поршневой расходомер топлива (КПРТ) (Патент 98578). Конструкция КПРТ (рис. 2) представляет собой систему эксплуатацион ного контроля, позволяющую наряду с контролем режимов работы осуществлять регистрацию и накопление данных о значениях расхода топлива, характеризую щих эффективность использования МТА, техническое состояние двигателя и на работку трактора до очередного планового технического обслуживания.
Рис. 2. Структурная схема КПРТ:
1 – корпус;
2, 3 – электромагнитные клапаны;
4 – защитный кожух;
5 – электронный блок;
6 – поршень;
7 – шток поршня;
8–11 – каналы;
12 – устройство управления работой электромагнитных клапанов;
13, 14 – фотодиоды устройства управления электромагнитными клапанами;
15, 16 – светодиоды устройства управления электромагнитными клапанами;
17 – флажок;
18, 19 – фототранзистор и светодиод устройства получения измерительного сигнала;
20 – планка с оптическим растром;
21 – устройство дифференцирования;
22 – устройство записи и хранения информации;
23 – устройство индикации суммарно го расхода топлива;
24 – устройство цифровой индикации: режим 1 – интенсивность изменения расхода топлива, режим 2 – текущие значения расхода топлива;
25 – интерфейс передачи данных (USB 2.0);
26 – переносной модуль памяти (USB Flash Drive);
А, Б – верхняя и нижняя внутренние полости корпуса КПРТ предназначен для реализации на тракторах, функционирующих в составе МТА и не оборудованных бортовыми системами эксплуатационного контроля. В отличие от КПРТ электронный блок ДРТ (УКИРТ) не содержит устройство записи и хранения информации, поэтому его использование воз можно только на тракторах, оборудованных штатными бортовыми системами контроля и управления.
Согласно проведенным испытаниям, установлено, что измерение разрабо танными средствами интенсивности изменения расхода топлива на всех режи мах работы ДВС производится с погрешностью ± 0,5 %.
Автономная работа КПРТ, или работа ДРТ (УКИРТ), в составе штатной бортовой системы эксплуатационного контроля трактора осуществляется по ал горитму:
1. Измерение текущих значений Gтi, суммарного значения Gт расхода топлива и определение интенсивности его изменения Gт иi.
2. Определяется текущее значение коэффициента вариации внешней на грузки i. Для этого производится непрерывное (с заданной дискретностью) сравнение измеренных значений Gт иi с расчетными. Расчетные значения вы числяются заранее для различных значений и загружаются в память систе мы контроля (электронного блока КПРТ) в виде массива данных.
3. Определяется допустимое значение интенсивности изменения расхода топлива Gти в соответствии с реализуемым для условий эксплуатации МТА критерием оптимизации режимов его работы. Расчетные значения Gти, ана логично, вычисляются заранее и загружаются в память системы контроля (электронного блока КПРТ) в виде массива данных.
4. Определяется количественная характеристика установочного допуска Gти, обусловленного вероятностным характером изменения внешней на грузки, на которую необходимо скорректировать нижнюю границу допуска Gти. Корректировка нижней границы Gти осуществляется постоянно, в соответствии с изменяющимися условиями эксплуатации МТА.
5. Определяется значение ресурсного допуска Gти t, обусловленного из менением технического состояния МТА, на которую необходимо скорректиро вать верхнюю границу допуска Gти. Корректировка верхней границы Gти осуществляется с расчетной периодичностью в литрах израсходованного топ лива соответствующей наработке – 1 000 мото-ч.
6. Выполняется сравнение измеренного значения Gт и i с границами допуска Gти. Если текущее значение Gт и i не выходит за пределы допуска Gти, то изменение режима работы МТА не выполняется.
7. Изменение режима работы МТА.
В зависимости от финансовых возможностей производителей сельскохо зяйственной продукции и планируемого к применению метода эксплуатацион ного контроля разработанные средства могут в одинаковой степени использо ваться для оснащения имеющихся у них тракторов при выполнении полевых механизированных работ в составе МТА.
В пятой главе «Результаты экспериментальных исследований и их анализ» представлены расчетные и экспериментальные данные, результаты их анализа, а также расчет технико-экономической эффективности от внедрения результатов проведенного исследования.
Проверка соответствия эмпирических и теоретических частот распределе ния входного воздействия на МТА производилась по критерию согласия Пир сона 2, где в качестве теоретических распределений использовались два за кона: закон Гаусса – для неустановившихся (переходных), закон арксинуса – для установившихся (стационарных) режимов работы. Согласно выполненным расчетам: для неустановившихся режимов работы [0,63 Р( 2 ) 0,77], для ус тановившихся режимов работы [0,57 Р( 2 ) 0,69].
Полученный результат подтверждает правомерность выдвинутых предпо ложений о том, что нестационарный вероятностный процесс, характерный для реальных условий функционирования МТА, может быть представлен в виде суммы режимов работы, распределение входного воздействия которых подчи няются, соответственно, законам Гаусса и арксинуса.
Анализ гистограмм (рис. 3), характеризующих нестационарный вероятно стный процесс для условий функционирования тягово-приводного (Белорус 1221+КДЛ-3,14) и тягового (Т-150К+ПЛП-6-35) МТА, показывает, что в зави симости от способа реализации мощности двигателя трактора изменяется соот ношение между режимами его работы, обусловленными переключением пере дач и изменением скоростного режима работы двигателя. Для тяговых агрега тов характерно преобладание установившихся режимов работы, описывае мых законом арксинуса, а для тягово-приводных – неустановившихся режи мов работы, описываемых законом Гаусса. Это необходимо учитывать, чтобы получать достоверную информацию об изменении контролируемых эксплуата ционных параметров МТА.
20 16 Частоты Частоты 12 8 1 2 3 45 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Классы Классы неустановившиеся режимы неустановившиеся режимы установившиеся режимы установившиеся режимы а) б) Рис. 3. Нестационарный вероятностный процесс для условий функционирования тягово-приводного (а) и тягового (б) МТА Оценка адекватности разработанной математической модели функциониро вания МТА осуществлялась путем идентификации переходных процессов (рис. 4), полученных расчетом, и экспериментально [на примере угловой скорости вращения дк ( t ) коленчатого вала двигателя СМД-62]. Согласно выполненным расчетам, установлено, что расхождение между расчетными и эксперименталь ными данными не превышает 2,1 – 2,5 %. Из этого следует, что разработанная математическая модель позволяет изучать динамические процессы функциониро вания МТА с достаточной для эксплуатационных расчетов точностью.
дк (t) 1, 0, 0, 0, 0, t, с 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3, Рис. 4. Переходные процессы дк ( t ) двигателя СМД-62 (Т-150К+ПЛП-6-35):
1– экспериментальный, 2 – расчетный, 3 и 4 – границы доверительных интервалов экспериментальных кривых при вероятности 0, Сравнение расчетных и экспериментальных данных (рис. 5 – 9) показало, что разработанные математические модели прогнозирования изменения кон тролируемых эксплуатационных параметров, а также расчета оптимальных и допустимых режимов работы МТА адекватны реальным условиям эксплуата ции [максимальное расхождение (при м, =33%) между расчетными и экспе риментальными данными не превышает 2,9 – 3,5 %].
Учет особенностей функционирования МТА в условиях нестационарной вероятностной нагрузки (рис. 5, 6) позволяет повысить достоверность прогно зирования за счет снижения расхождения между расчетными и эксперимен тальными значениями эксплуатационных параметров достигающего для тяго вого агрегата 9,6 %, тягово-приводного – 13,5 %.
М(д240 D(д), ), рад/с (рад/с) 2р 1р 1р 1э 2р 2э 1э 2р 2э 1р(1р2) 2р 180 м,,% 0 11 22 33 0 11 22 м,,% Рис. 5. Математическое ожидание М (д) и дисперсия D(д) угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя:
1– тяговый (Т-150К+ПЛП-6-35) МТА;
2 – тягово-приводной (Белорус-1221+КДЛ-3,14) МТА;
1р, 2р – расчетные значения;
1э, 2э – экспериментальные данные;
1р2, 2р2 – расчетные значения (без учета неустановившихся режимов работы МТА) М(G0,66 0, ти), D(Gти), 1р г/с2 (г/с2)2 2р 1р 0,44 0, 1э 2р 2р 2э 1р 2э 0,22 0, 1э 2р2 1р м,,%,,% 22 м м,,% 0 11 0 11 22 Рис. 6. Математическое ожидание М (Gти) и дисперсия D(Gти) интенсивности изменения расхода топлива:
1– тяговый (Белорус-1221+КУК-4П+4БЗСС-1,0) МТА;
2 – тягово-приводной (Белорус-1221+КДЛ-3,14) МТА;
1р, 2р – расчетные значения;
1э, 2э – экспериментальные данные;
1р2, 2р2 – расчетные значения (без учета неустановившихся режимов работы МТА) По результатам выполненных экспериментальных исследований (рис. 7) установлено, что изменение прогнозируемых значений контролируемых экс плуатационных параметров МТА в зависимости от наработки, характеризую щей изменение его технического состояния, происходит по закону Гаусса [0,68 Р( 2 ) 0,78].
Частоты Частоты 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Классы Классы Эмпирические частоты Эмпирические частоты Теоретические частоты Теоретические частоты а) б) Рис. 7. Гистограммы распределения эмпирических и теоретических частот для угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя СМД-62 (а) и Д-240 (б) в зависимости от наработки Проведенные экспериментальные исследования (рис. 8а) показали, что наи более эффективными являются измерительный (п=4) и допусковый (п=2) методы контроля интенсивности изменения эксплуатационного параметра, обеспечиваю щие уровень загрузки МТА в зависимости от критерия оптимизации в пределах * 0,980,99 и * 0,960,98. Самыми низкоэффективными являются до пусковые методы эксплуатационного контроля по текущим (п=1) и среднему (п=0) значениям контролируемого параметра, обеспечивающий уровень загрузки МТА в пределах * 0,850,92 и * 0,730,89. Оптимизация режимов ра боты (рис. 8б) по компромиссному критерию [ М ( Wч, C уд )]max(min) позволяет повысить уровень использования МТА в случае, когда оптимизация режимов ра боты по существующим (частным) критериям является неэффективной, приводя щей либо к снижению производительности (до 4,9 %), либо к повышению расхода топлива (до 4,2 %).
1,14 1, * * п=4 [ М ( Wч )]max р 1 р э э р р п= [ М ( Wч, C уд )]max(min) рэ э п=0 п= 0,86 0, р э [ М ( C уд )]min р э 0,72 0, м,,%33 м,,% 0 11 22 0 11 22 а) б) Рис. 8. Оптимальные значения уровня загрузки ( * ) МТА:
р – расчетные значения;
э – экспериментальные данные 1,5 0, Gт, Gти, 2р г/с г/с 2р 1р ±0, 0, 1р 2э 2р2 ±0, 0, 0, 2э 2р 1р2 1э 1р 1э м,,% 0 11 м,,% 0 11 Рис.9. Допуски текущих значений Gт и интенсивности изменения Gти расхода топлива:
1– тяговый (Белорус-1221+КУК-4П+4БЗСС-1,0) МТА;
2 – тягово-приводной (Белорус-1221+КДЛ-3,14) МТА;
1р, 2р – расчетные значения;
1э, 2э – экспериментальные данные;
1р2, 2р2 – расчетные значения (без учета функциональных возможностей оператора в процессе контроля и управления МТА);
+ режим разгона;
– режим торможения Учет функциональных возможностей оператора в процессе контроля и управления МТА (рис. 9) приводит к увеличению количественных значений уста новочных допусков (в зависимости от м, на 39 – 77 %), что необходимо принять во внимание при обосновании допустимых режимов работы системы «оператор – МТА».
На рис. 10 представлен график, показывающий характер изменения за паса (прогнозирования) по времени t о предстоящем изменении режима рабо ты МТА в зависимости от коэффициента вариации внешней нагрузки м,.
Увеличение м, от 11 до 33 % приводит к уменьшению t в пределах: для пахотного (Т-150К+ПЛП-6-35) МТА от 23 до 11 с;
для культиваторного (Бело рус-1221+КУК-4П+4БЗСС-1,0) МТА – от 19 до 9 с;
для уборочного (Белорус 1221+КДЛ-3,14) – от 14 до 6 с. Кроме того, на величину t значительное влия ние оказывает соотношение между режимами работы МТА, обусловленными переключением передач и изменением скоростного режима двигателя. С повы шением преобладания неустановившихся режимов от 37 % (пахотный МТА) до 62 % (уборочный МТА) t снижается от 17,4 до 45,5 %. Это необходимо учи тывать с целью повышения качества проведения эксплуатационного контроля.
Gтi, t, с Gт иi, % 15 5 м,,% м,,% 11 22 33 0 11 22 Рис. 10. Прогнозирование по времени t: Рис. 11. Характер изменения текущих 1 – пахотный МТА;
2 – культиваторный МТА;
значений Gтi (1) и интенсивности 3 – уборочный МТА изменения Gти i (2) расхода топлива Рис. 11 показывает, что изменение текущих значений, по сравнению с интен сивностью изменения расхода топлива происходит в 5 – 7 раз динамичнее. Это подтверждает результаты теоретических предположений о том, что контроль ин тенсивности изменения эксплуатационного параметра позволяет повысить его ка чество за счет устранения эффекта «мерцания» текущих значений контролируемо го параметра, особенно характерного для номинальной загрузки, приводящего к появлению ошибочных изменений режимов работы МТА.
Проведенные экспериментальные исследования (рис. 12) показали, что практическая реализация методов эксплуатационного контроля с прогнозиро ванием по времени в системе «оператор – МТА» позволяет снизить напряжен ность труда оператора и оптимизировать его деятельность. Это дает возмож ность снизить до 65,3 % суммарное время контроля tкон, требуемое для форми рования и принятия решения по управлению МТА, а также повысить в два раза период устойчивой работоспособности оператора. Увеличение общего времени реакции в зависимости от конкретных условий эксплуатации МТА дает возмож ность устранить полностью (либо снизить до 82,6 %) составляющую процесса контроля, обусловленную ограниченными функциональными возможностями оператора, за счет выполнения упреждающих управляющих воздействий. Это позволяет приблизить эффективность деятельности оператора как элемента ав томатизированного контроля и управления системы «оператор – МТА» к эффек тивности работы технических звеньев.
Рис. 12. Изменение работоспособности оператора МТА в зависимости от применяемого метода эксплуатационного контроля:
1 – эксплуатационный контроль с запаздыванием по времени;
2 – эксплуатационный контроль с прогнозированием по времени Внедрение разработанных методов и средств эксплуатационного контроля позволяет повысить производительность МТА (от 6,0 до 15,6 %), снизить расход топлива (от 12,0 до 18,7 %) и удельные приведенные затраты (от 7,7 до 14,8 %) на единицу его выработки. Годовой экономический эффект от внедрения разра ботанных методов и средств эксплуатационного контроля в зависимости от со става МТА и вида выполняемой им технологической операции в рассматривае мых случаях составляет от 58,77 до 68,89 тыс. руб. на агрегат.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Современный этап развития сельскохозяйственной техники характеризу ется проблемной ситуацией, заключающейся в том, что существующие методы и средства эксплуатационного контроля можно считать исчерпавшими свои ресур сы для решения задач, направленных на повышение эффективности использова ния МТА за счет оптимизации режимов его работы. Решение сформулированной проблемы видится в необходимости разработки качественного нового направле ния в развитии методов и средств, основанных на непрерывном контроле интен сивности изменения эксплуатационных параметров МТА. Это может в значи тельной мере способствовать решению проблемы по разработке отечественной интеллектуальной техники нового поколения, сформулированной в Стратегии машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на период до 2020 года.
2. Нестационарный вероятностный процесс, характерный для реальных ус ловий функционирования МТА может быть представлен в виде суммы неустано вившихся (переходных) и установившихся (стационарных) режимов работы, распределение входного воздействия которых подчиняется, соответственно, за конам Гаусса и арксинуса [0,57 Р( 2 ) 0,77]. Соотношение между режимами работы в условиях нестационарной вероятностной нагрузки, обусловленных пе реключением передач и изменением скоростного режима двигателя, напрямую зависит от способа реализации мощности двигателя трактора в составе тягового или тягово-приводного МТА, определяющего уровень его загрузки.
3. На основе системы дифференциальных уравнений разработана матема тическая модель, позволяющая изучать динамические процессы функциониро вания МТА с достаточной для эксплуатационных расчетов точностью (расхож дение между расчетными и экспериментальными данными не превышает 2,1 – 2,5 %), решение которой представляет основу для разработки математи ческих моделей прогнозирования изменения эксплуатационных параметров с учетом способа реализации мощности двигателя трактора.
4. Разработана комплексная система математических моделей, позволяющая получать достоверную прогнозную информацию об изменении контролируемых эксплуатационных параметров при всей совокупности факторов внешних усло вий и режимов работы МТА (максимальное расхождение между расчетными и экспериментальными данными не превышает 2,9 – 3,5 %). На основании иссле дований с использованием разработанной системы прогностических моделей ус тановлено, что учет особенностей функционирования МТА в условиях неста ционарной вероятностной нагрузки позволяет снизить расхождение между рас четными и экспериментальными количественными характеристиками эксплуа тационных параметров, достигающее для тягового агрегата 9,6 %, тягово приводного – 13,5 %.
5. Разработана математическая модель, позволяющая решать задачу многокритериальной оптимизации параметров и режимов работы МТА с уче том методов эксплуатационного контроля с достаточной для эксплуатационных расчетов точностью (максимальное расхождение между расчетными и экспе риментальными данными не превышает 3,5 %). Полученное решение [М(Wч, C уд )]max(min), представляющее собой некоторый компромисс между ча стными критериями максимум производительности агрегата [ М ( Wч )]max и ми нимум удельных приведенных затрат на единицу его выработки [ М ( C уд )]min, позволяет повысить уровень использования МТА в случае, когда оптимизация режимов его работы по существующим (частным) критериям является не эффек тивной, так как приводит либо к снижению производительности (до 4,9 %), ли бо к повышению расхода топлива (до 4,2 %). Среди методов эксплуатационного контроля наиболее эффективными являются методы, основанные на непрерыв ном контроле интенсивности изменения контролируемого параметра, обеспечи вающие уровень загрузки МТА в зависимости от критерия оптимизации в преде лах * 0,960,99.
6. Для обеспечения эффективного использования МТА разработана система математических моделей расчета допусков, характеризующих научно обосно ванные границы изменения прогнозируемых значений контролируемых эксплуа тационных параметров с учетом вероятностного характера изменения внешней нагрузки, динамических свойств, технического состояния и режимов работы МТА, а также функциональных возможностей оператора в процессе контроля и управления. Разработанные математические модели адекватны условиям экс плуатации МТА (максимальное расхождение между расчетными и эксперимен тальными данными не превышает 3,5 %).
7. Непрерывный контроль интенсивности изменения контролируемого эксплуатационного параметра позволяет управлять режимами работы МТА с прогнозированием по времени, а также устранить эффект «мерцания» текущих значений контролируемого параметра, особенно характерного для номинальной загрузки. Это позволяет устранить скрытые и необоснованные простои МТА приводящие к снижению среднереализуемого уровня мощности двигателя (от 6,0 до 15,6 %) и повышению расхода топлива (от 12,0 до 18,7 %) на единицу его выработки.
8. Реализация методов эксплуатационного контроля с прогнозированием по времени в системе «оператор – МТА» позволяет снизить напряженность труда оператора и оптимизировать его деятельность. Это дает возможность снизить суммарное время контроля (до 65,3 %), требуемое для формирования и при нятия решения по управлению МТА, а также повысить в два раза период устой чивой работоспособности оператора. Выполнение упреждающих управляющих воздействий позволяет устранить полностью (либо снизить до 82,6 %) состав ляющую процесса контроля, обусловленную ограниченными функциональными возможностями оператора, и приблизить эффективность его деятельности как элемента автоматизированного контроля и управления к эффективности работы технических звеньев.
9. С точки зрения информационной значимости (по критерию минимум эн тропии контролируемого эксплуатационного параметра) наиболее информа тивным параметром является расход топлива. С учетом этого разработанные методы эксплуатационного контроля реализованы в научно обоснованных кон струкциях средств контроля, способных производить высокоточное (с погреш ностью ± 0,5 %) измерение интенсивности изменения расхода топлива на всех режимах работы двигателя внутреннего сгорания. Разработанные методы и средства эксплуатационного контроля прошли производственную апробацию и приняты к внедрению.
10. Внедрение результатов исследования (разработанных методов и средств эксплуатационного контроля) позволяет повысить производительность МТА (от 6,0 до 15,6 %), снизить расход топлива (от 12,0 до 18,7 %) и удельные приведенные затраты (от 7,7 до 14,8 %) на единицу его выработки. Экономиче ский эффект от внедрения результатов исследования в зависимости от состава МТА и вида выполняемой им технологической операции в рассматриваемых случаях составляет от 58,77 до 68,89 тыс. руб. на агрегат в год.
Основные публикации по теме диссертации:
1. Монографии, учебные пособия для вузов 1. Калачин С. В. Контроль эффективности функционирования машинно-тракторного агрегата [Текст] : моногр. / С. В. Калачин;
науч. ред. д-р техн. наук проф. А. П. Савельев. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2009. – 144 с. – ISBN 978-5-7103-2142-3.
2. Практикум по конструкции тракторов и автомобилей [Текст] : учеб. пособие для студ. вузов, обуч. по спец. 311300 «Механизация сел. хоз-ва» и 311900 «Технол. обслуж. и ремонта машин в АПК»: допущ. УМО вузов по агроинженерному образов / С. В. Калачин [и др.] ;
под общ. ред. А. П. Иншакова. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2003. – 124 с. – ISBN 5-7103-0845-5.
2. Публикации в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, входящих в Перечень ВАК Минобрнауки России 3. Гусев Б. И. Критерий оптимальности динамической характеристики системы [Текст] / Б. И. Гусев, С. В. Калачин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 1999. – № 9. – С. 24 – 25.
4. Савельев А. П. Моделирование эксплуатационных параметров МТА [Текст] / А. П. Савельев, С. В. Глотов, С. В. Калачин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 2001. – № 3.– С. 22 – 25.
5. Савельев А. П. Допустимые режимы работы МТА [Текст] / А. П. Савельев, С. В. Глотов, С. В. Калачин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 2001. – № 4. – С. 30 – 34.
6. Чепурной А. И. Выбор настроечных параметров и устойчивость системы регулиро вания подачи комбайна КСК-100А [Текст] / А. И. Чепурной, С. В. Калачин, В. Ю. Пронин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 2002. – № 6. – С. 32 – 34.
7. Савельев А. П. Прогнозирование функциональных параметров тракторов на пере ходных режимах [Текст] / А. П. Савельев, С. В. Калачин, В. Т. Добряев // Тракторы и сель скохозяйственные машины. – 2004. – № 6. – С. 30 – 33.
8. Савельев А. П. Совершенствование способов контроля эксплуатационных парамет ров МТА [Текст] / А. П. Савельев, С. В. Калачин // Тракторы и сельскохозяйственные маши ны. – 2008. – № 6. – С. 23 – 24.
9. Калачин С. В. Прогнозирование эксплуатационных параметров МТА с учетом его технического состояния [Текст] / С. В. Калачин // Тракторы и сельскохозяйственные маши ны. – 2008. – № 7. – С. 30.
10. Калачин С. В. Совершенствование контроля эксплуатационных параметров машинно тракторных агрегатов [Текст] / С. В. Калачин // Тр. Государственного научного учреждения «Всероссийский научно-исследовательский технологический институт ремонта и эксплуата ции машинно-тракторного парка» (Тр. ГОСНИТИ). – 2008. – Т. 102. – С. 213 – 214.
11. Калачин С. В. Оптимизация параметров и режимов работы МТА [Текст] / С. В. Калачин // Тракторы и сельхозмашины. – 2009. – № 7. – С. 31– 33.
12. Калачин С. В. Определение состояния контролируемого эксплуатационного пара метра МТА в будущие моменты времени [Текст] / С. В. Калачин // Тракторы и сельхозмаши ны. – 2010. – № 8. – С. 53 – 55.
13. Калачин С. В. Моделирование процессов функционирования МТА [Текст] / С. В. Кала чин // Тракторы и сельхозмашины. – 2010. – № 9. – С. 50 – 51.
14. Калачин С. В. Оптимальные и допустимые режимы работы МТА [Текст] / С. В. Кала чин // Тракторы и сельхозмашины. – 2010. – № 12. – С. 13 – 14.
15. Калачин С. В. Прогнозирование эксплуатационных параметров МТА [Текст] / С. В. Ка лачин // Тракторы и сельхозмашины. – 2011. – № 4. – С. 20 – 23.
16. Савельев А. П. Обоснование допустимых значений эксплуатационных параметров в системе «оператор – МТА» [Текст] / А. П. Савельев, С. В. Калачин, Р. В. Шкрабак // Изв. С.-Петерб. гос. аграр. ун-та. – 2011. – № 22. – С. 302 – 305.
17. Калачин С. В. Новые средства контроля режимов работы МТА [Текст] / С. В. Кала чин // Тракторы и сельхозмашины. – 2011. – № 5. – С. 20 – 22.
3. Публикации в материалах конференций 18. Иншаков А. П. Расходомер топлива [Текст] / А. П. Иншаков, С. В. Калачин // Роль науки и инноваций в развитии хозяйственного комплекса Республики Мордовия : сб. науч.
тр. Респ. науч.-практ. конф. – Саранск, 2001. – С. 172 – 173.
19. Савельев А. П. К вопросу об определении динамической погрешности измерения [Текст] / А. П. Савельев, С. В. Глотов, С. В. Калачин // Современные технологии, средства механизации и технического обслуживания в АПК : сб. науч. тр. Всерос. науч.-техн. конф. – Саранск, 2002. – С. 84 – 89.
20. Савельев А. П. Определение оптимальной периодичности проведения допускового контроля при оценке эффективности функционирования тракторов в динамических режимах [Текст] / А. П. Савельев, С. В. Глотов, С. В. Калачин // XXXI Огаревские чтения : материалы науч. конф. : в 3 ч. – Саранск, 2003. – Ч. 3. : Техн. науки. – С. 101 – 105.
21. Савельев А. П. Динамические свойства объемного расходомера топлива [Текст] / А. П. Савельев, С. В. Глотов, С. В. Калачин // Наука и инновации в Республике Мордовия :
материалы III Респ. науч.-практ. конф. «Роль науки и инноваций в развитии хозяйственного комплекса региона» : в 3 ч.– Саранск, 2004. – Ч. 1. : Техн. науки. – С. 313 – 317.
22. Калачин С. В. Повышение эффективности функционирования машинно-тракторных агрегатов за счет совершенствования контроля эксплуатационных параметров тракторов [Текст] / С. В. Калачин, А. П. Савельев, С. В. Глотов // Наука и инновации в Республике Мордовия : материалы IV Респ. науч.-практ. конф. – Саранск, 2005. – С. 79 – 88.
23. Калачин С. В. Зависимость эксплуатационных показателей тракторов от региональ ных условий их использования [Текст] / С. В. Калачин // Повышение эффективности функ ционирования механических и энергетических систем : сб. науч. тр. Междунар. науч.-техн.
конф. – Саранск, 2007. – С. 138 – 140.
24. Калачин С. В. Математические модели экстремальных нагрузочных режимов функ ционирования машинно-тракторного агрегата [Текст] / С. В. Калачин // Повышение эффек тивности функционирования механических и энергетических систем : сб. науч. тр. Между нар. науч.-техн. конф. – Саранск, 2007. – С. 141 – 25. Калачин С. В. Обоснование измерительного способа контроля эксплуатационных параметров тракторов для оценки эффективности функционирования машинно-тракторных агрегатов [Текст] / С. В. Калачин // Наука и инновации в Республике Мордовия : материалы VII Респ. науч.-практ. конф. – Саранск, 2008. – С. 283 – 286.
26. Калачин С. В. Математическая модель функционирования машинно-тракторного агрегата [Текст] / С. В. Калачин // Вавиловские чтения – 2008 : материалы Междунар. науч. практ. конф., посвящ. 95-летию Саратов. госагроуниверситета : в 2 ч. – Саратов, 2008. – Ч. 2. – С. 254 – 255.
27. Калачин С. В. Прогнозирование текущих значений эксплуатационных параметров тракторов [Текст] / С. В. Калачин // Аграрная наука – сельскому хозяйству : сб. статей IV Междунар. науч.-практ. конф. : в 3 кн. – Барнаул, 2009. – Кн. 1.– С. 259 – 261.
28. Калачин С. В. Математическая модель расчета текущих значений расхода топлива [Текст] / С. В. Калачин // XXXVI Огаревские чтения : материалы науч. конф. : в 3 ч. – Са ранск, 2009. – Ч. 3. : Техн. науки. – С. 32 – 34.
29. Калачин С. В. Вероятностно-статистические закономерности изменения входного воз действия на машинно-тракторный агрегат [Текст] / С. В. Калачин // Аграрная наука в XXI веке :
проблемы и перспективы : материалы III Всерос. науч.-практ. конф. / под ред. А. В. Голубева. – ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2009. – С. 165 – 168.
30. Калачин С. В. Прогнозирование эксплуатационных параметров машинно-тракторных агрегатов на неустановившихся режимах работы [Текст] / С. В. Калачин // Аграрная наука в XXI веке : проблемы и перспективы : материалы III Всерос. науч.-практ. конф. / под ред. А. В. Голу бева. – ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». – Саратов, 2009. – С. 168 – 170.
31. Калачин С. В. Компромиссный критерий оптимизации режимов работы машинно тракторного агрегата [Текст] / С. В. Калачин // Повышение эффективности функционирова ния механических и энергетических систем : материалы Всерос. науч.-техн. конф. – Саранск, 2009. – С. 167 – 170.