3. Электрификация и автоматизация машинно-тракторных агрегатов и самоходных машин

Машинно-тракторные агрегаты (МТА), включая и самоходные машины (комбайны) выполняют основную часть технологических операций в сельском хозяйстве, строительстве, горно-добывающей, лесной промышлен-ностях и других отраслях. Высокие требования, предъявляемые сегодня к качеству и эффективности технологических операций, диктуют необходимость решения проблемы повышения технологического и экологического уровней мобильных агрегатов.

МТА в полеводстве работают в сложных и различных почвенно-климатических условиях при многообразии случайных возмущений и неопределенностей, приводимых к нарушениям энергетического и технологического режимов, а также к существенным перегрузкам и недогрузкам работы дизельного двигателя МТА. Это приводит к перерасходу топлива на единицу выполняемой работы, снижению ресурса двигателя и производительности работы, а также к резкому увеличению выбросов окиси и оксидов азота и серы (от ненормальных режимов работы двигателя), вредно влияющих на оператора, почву и растения, атмосферу.

В реальных условиях работы МТА происходят значительные колебания его скоростей движения и буксования. Так, изменения скорости движения снижают качество выполнения технологического процесса, увеличивают потери урожая, а буксование отрицательно воздействует на структуру верхнего слоя почвы, снижает расход топлива и общий тяговый КПД мобильного агрегата.

Оператор (водитель) одновременно с управлением осуществляет непрерывный контроль за техническим состоянием машины (агрегата), осуществляемым технологическим режимом, а также обеспечивает безопасность движения мобильного агрегата. В реальных условиях оператор практически не в состоянии своевременно принять, обработать и принять правильные решения по огромному потоку взаимозависимой информации, превышающей его физиологические возможности. Особо это сказывается при работе современных МТА на повышенных скоростях. Количество информации, поступающей оператору, резко возрастает с увеличением скорости поступательного движения МТА, что приводит к высокому уровню напряженности оператора, быстрой утомляемости и значительному ограничению его возможностей. Таким образом, ручное управление оказывается малоэффективным, потенциальные возможности современных МТА не используются в полном объеме в связи с ограничениями, вносимыми " человеческим фактором".

Следовательно, автоматизация контроля и управления технологическими, энергетическими и эксплуатационными режимами работы современных МТА является неизбежным и кардинальным направлением повышения их технико-экономического и экологического уровней.

Известные системы (как правило локальные и узкоспециализированные) автоматического контроля и управления МТА не дали существенного эффекта. С учетом того, что использование МТА характеризуется большим разнообразием состава, технологических операций и качественных требований к ним, а также широким диапазоном скоростных режимов, применение локальных систем автоматического управления недостаточно эффективно. К тому же, не всегда разработанные средства автоматики отвечают основным требованиям, предъявляемым к такого рода системам, как при проведении испытаний, так и на стадии их проектирования.

Положительный результат может быть достигнут путём использования на МТА универсальных и многофункциональных автоматизированных систем контроля и управления.

Современные концепции и тенденции развития автоматизации мобильных машин предусматривают следующие этапы по созданию:

- систем контроля основных рабочих параметров отдельных узлов машин, агрегатов и защита их от поломок (в аварийных ситуациях);

- систем автоматического контроля и управления (регулирования) работой основных узлов и агрегатов машин;

- информационно-советующих и экспертных систем, автоматически диагностирующих систем технического состояния основных узлов и агрегатов машин;

- интеллектуальных систем автоматического контроля и управления основными функциями МТА с помощью единого микропроцессора (микроЭВМ) с выводом информации на дисплей;

- систем группового управления работой нескольких МТА (самоходных и стационарных машин с управлением одним оператором, а также отсутствием последнего при наличии стационарного центра управления);

- автоматизированных и роботизированных машин (машин-роботов и комплексов-роботов), управляемых спутниковыми и радионавигационными системами.

Автоматизированная мобильная техника должна иметь высокие технико-экономические и эксплуатационные показатели, обеспечивающие:

- повышение производительности машин на 20-30 %;

- повышение надежности машин в 2-3 раза;

- улучшение удельных показателей расхода топливо- энергетических ресурсов на 10-20 %;

- снижение отрицательного воздействия машин на окружающую среду и человека;

- улучшение условий труда операторов и высвобождение их от работы во вредных для здоровья условиях, сокращение монотонных и тяжелых работ с практической ликвидацией последних к 2010 году;

- экономию всех видов ресурсов, а также сокращение потерь и утилизацию отходов производства;

- резкое повышение качества как автоматизированной техники, так и получаемого технологического продукта;

- расширение функциональных возможностей машин;

- повышение конкурентоспособности сельскохозяйственных машин.

Концепция развития автоматизации сельскохозяйственной техники должна опираться на приоритетные направления современной науки и техники, определяемые в настоящее время:

- интенсивным развитием микропроцессорной техники, микроЭВМ;

- разработкой принципиально новых измерительных преобразователей (датчиков), исполнительных устройств ;

- созданием роботов;

- применением оптоэлектронных приборов (лазеров, волоконно-оптических систем и др.);

- использованием биотехнических способов, средств приема, сбора и обработки информации;

- применением нетрадиционных видов энергии (солнечной и термической радиации, ветровой, приливной, высокочастотной энергий и др.);

- быстрым развитием материаловедения;

- появлением высокоэффективных энергосберегающих технологий (электромобильная техника, техника на воздушной подушке и др.);

- применением спутниковых систем связи, радиотелевизионных и радионавигационных систем и др.

МТА представляют собой сложные динамические системы, функционирующие в изменяющихся почвенно-климатических условиях при существенных перепадах температур окружающей среды. Факторы неопределенности, характерные для сельскохозяйственных мобильных машин (недостаток информации о параметрах и их изменчивости, статистических характеристиках возмущающих воздействий, помех и др.) вызывают определенные сложности построения адекватных математических моделей МТА. Идентификация таких объектов является сложной, трудоёмкой и до конца не формализованной задачей, не взирая на большое число работ и исследований различных авторов.