Научный архив: статьи

Точное земледелие значительно развивается в последние годы благодаря достижениям в области роботизации и автоматизации. В научной статье разработали автоматизированный сельскохозяйственный машинно-тракторный агрегат (МТА) путем использования универсальных мехатронных модулей систем его управления для скашивания трав. (Цель исследования) Разработать функционально-технологическую схему автоматизированного МТА и универсальные мехатронные модули, устанавливаемые на механические органы управления оператора, для автоматического выполнения технологического процесса скашивания трав. (Материалы и методы) Разработана функционально-технологическая схема МТА. Машинно-тракторный агрегат состоит из системы дистанционного управления, трактора, системы контроля и управления доступом (СКУД) к МТА и технологической машины. Описана методика автоматического управления МТА на агроландшафте. Выполнено теоретическое обоснование конструктивно-технологических параметров универсальных мехатронных модулей для управления сцеплением и тормозной системой. Проведен расчет механизма мехатронного модуля и определены: передаточное отношение винтовой передачи, ход винта и скорость перемещения гайки. Установлена зависимость изменения скорости хода педали (угла перемещения педали) от скорости перемещения гайки мехатронного модуля воздействия. Разработано программное обеспечение на языке программирования для контроллера управления универсальными мехатронными модулями. (Результаты и обсуждение) Дистанционным способом, используя пульт оператора, реализовали автоматическое управление МТА, в составе колесного трактора ЛТЗ-120Б + роторной косилки КРН-2,4, на агроландшафте. Провели полевое тестирование взаимодействия программы с аппаратной частью универсальных мехатронных модулей систем управления МТА. Сравнительные экспериментальные исследования с оператором и в автоматическом режиме (с применением мехатронных приводов) проведены при выполнении операции кошения травы машинно-тракторным агрегатом при прямолинейном движении. (Выводы) Предварительные исследования автоматизированного сельскохозяйственного машинно-тракторного агрегата показали, что значения эксплуатационных показателей при работе с косилкой находятся в допустимых пределах, например производительность за 1 час основного времени составила 3,56 гектара, рабочая скорость движения – 10±0,3 км/ч, а высота среза трав – 8±1 сантиметров.

Отметили, что в применении беспилотных технологий важную роль играет планирование пути агрегата. Машинно- тракторные агрегаты (МТА), оснащенные автоматизированными системами управления и навесными сельскохозяйственными машинами, способны выполнять оригинальные способы движения и повороты на поле, в том числе реверсивное движение на склонах. На мелкоконтурных участках процент холостых ходов достаточно велик, и за счет минимизации пути или времени поворота можно увеличить производительность агротехнических приемов. (Цель исследования) Рассчитать оптимальный поворот при реверсивном движении автоматизированного машинно-тракторного агрегата. (Материалы и методы) Расчет оптимального движения на поворотной полосе для повышения эксплуатационной эффективности МТА является важной частью планирования маршрута. На ограниченном пространстве расчет оптимальной траектории поворота представляет собой сложную задачу динамической нелинейной оптимизации, трудно разрешимую традиционными численными методами. Рассмотрены дифференциальные уравнения Лагранжа второго рода для криволинейного движения МТА в декартовой системе. Однако решения этой системы уравнений, определяющие семейство «игольчатых разворотов» реверсивного движения, будут постоянно ограничены. Для расчета короткого поворота в ограниченных условиях использовался метод оптимизации поворотной полосы. (Результаты и обсуждение) Разработаны кинематические модели МТА с роторной косилкой и сформулированы проблемы оптимизации движения на поворотной полосе с учетом эксплуатационных ограничений. Рассмотрены сценарии поворота от симметричного до несимметричного игольчатого и выбран оптимальный. Благодаря интеграции модели МТА в технологический процесс путем оптимизации на сельскохозяйственном участке был получен и рассчитан для заданных условий эксплуатации альтернативный вариант – фасонный поворот с определенными параметрами. (Выводы) Аналитические исследования автоматизированного МТА с косилкой показали, что значения эксплуатационных и геометрических показателей для фасонного поворота укладываются в минимальную ширину разворота 3,65 метра и длину пути 7,74 метра (характеристики мини-трактора «Уралец 22» и роторной косилки Н-17).

В статье рассмотрены вопросы моделирования процессов работы сельскохозяйственного мобильного энергетического средства (МЭС) с электроприводом (ЭП). Исследования выполнены в период 2022-2023 гг. Проведен обзор современной литературы по рассматриваемой проблеме, включая вопросы по моделированию функциональных свойств мобильных машин и улучшению показателей качества работы МЭС. Представлены математическая модель движения МЭС с электродвигателем, а также описание применяемого метода и последовательность действий для проведения исследований. Выполнены предварительные теоретические исследования движения при разных режимах работы. Предлагаемая модель удобна для реализации и расчёта в любом из прикладных программных продуктов, поддерживающих моделирование динамических систем с электромеханическим приводом. Предложенная модель, решение которой выполнено на основе методов численного интегрирования систем в программной среде Matlab Simulink, позволила смоделировать динамические процессы в электромеханической силовой передаче МЭС при выполнении различных сельскохозяйственных операций. С помощью представленной модели был проведен анализ электромеханических процессов в переходных и установившихся режимах работы, а также динамических процессов в силовой передаче. Получены графики изменения исследуемых параметров силовой передачи МЭС и определены упругие моменты в соединениях пятимассовой расчетной схемы. Применение модели позволяет отследить изменение характеристик, при отклонении условий опыта. Модель показала свою работоспособность при выполнении имитации сельскохозяйственных операций (внесение удобрений, культивация, посев) и ее можно использовать на стадии проектирования для исследования характеристик динамических процессов силовых передач МЭС малого класса тяги с электромеханическим приводом. При разных параметрах модели наблюдали изменения математического ожидания угловой скорости ЭД с 147,89 до 156,87 рад/с и скорости движения МЭС от 4,51 до 4,79 м/с.

Введение. Использование сжиженного углеводородного газа (СУГ) в качестве альтернативного топлива помогает устранить ряд недостатков, связанных с составом газовоздушной смеси. Первостепенной задачей является разработка средств и методов снижения загрязнения окружающей среды, а именно направленных исследований
в области альтернативного топлива с минимальными вредными выбросами в окружающую среду, увеличение доступности данной технологии путем снижения стоимости адаптации топливной аппаратуры дизельного двигателя.

Цель. Основной целью данных исследований является обоснование параметров дизельного двигателя, работающего по газодизельному процессу с воспламенение от запальной дозы.

Методы и средства. Проведены исследования на тормозном стендовом оборудовании дизельного двигателя ММЗ Д-243. Испытаниям подвергли систему распределенной подачи СУГ с запальной дозой дизельного топлива путем автоматического изменения угла подачи газа и включением в систему рециркуляции отработавших газов во впускной коллектор. Адаптация дизельного двигателя на СУГ позволяет работать системе питания как в дизельном, так и в газодизельном режимах, при этом электронное регулирование подачи дизельного топлива в режиме «дизель» происходит более точно и способствует снижению расхода и догоранию дизельного топлива в выпускном коллекторе. Оборудование для распределенной подачи СУГ применяется стандартное, широко использующееся
для перевода бензиновых двигателей с воспламенением от искры. Взят электронный блок управления отечественного производства и настроен согласно разработанной методике управления подачей газа по цилиндрам в ФГБНУ ФНАЦ ВИМ.

Результаты. Исследования показали, что выброс загрязняющих веществ в атмосферу снизился на всех режимах работы двигателя в газодизельном режиме и соответствует евро-стандарту «Евро 5». За счет в 2,5 раза меньшей цены СУГ по сравнению с дизельным топливом затраты использования СУГ в качестве замещения дизельного топлива в режиме «газодизель» снижаются на 25–30% от себестоимости сельскохозяйственных