книги из ГПНТБ / Настенко Н.Н. Системы автоматического регулирования зерноуборочных комбайнов

Линеаризованное уравнение (30) отражает лишь количе­ ственную зависимость подачи от урожайности и не отражает влияния качественного состояния подаваемой хлебной массы, которое может существенно сказываться на энергетических пара­ метрах процесса регулирования подачи и потерях зерна.

Передаточная функция жатки по регулирующему воздей­ ствию (AQ = 0) будет

Wa (s) = k,.

Передаточные функции молотильного устройства и плавающего транспортера

Рассмотрим определение передаточной функции молотильного устройства с координатами: подача (на входе) и момент на валу барабана (на выходе).

Из рис. 3, а видно, что статическая характеристика молотиль­ ного устройства в области расчетных значений подачи с достаточ­

при определении передаточной функции рассматриваемого звена по экспериментальной кривой переходного процесса необходимо учитывать инерционность упругой системы динамометра.

Рассматривая молотильный барабан и динамометр как два последовательно соединенных звена, можно записать

(s) = WM (s) WK (s),

где Wi (s) — передаточная функция системы, определяемая по экспериментальной кривой переходного процесса (рис. 8); WM (s) — искомая передаточная функция молотильного устройства; Wa (s) —- передаточная функция упругой системы динамометра.

Для_ нахождения функции Wt (s) использован приближенный метод определения коэффициентов передаточной функции колеба­ тельного звена через параметры его кривой разгона. Допущение здесь заключается в том, что свободные колебания звена пред-

30

ставлены как решение однородного дифференциального уравнения второго порядка при соответствующих значениях коэффициентов уравнения.

Кривую разгона колебательного звена аппроксимируем диф­ ференциальным уравнением второго порядка

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 1,3 t,c

Рис. 8. Экспериментальная кривая разгона (1) и аппроксими­ рующая ее переходная функция (2) момента на валу моло- - тильного барабана (озимая рожь, влажность соломы 10,5%,

отношение зерна к соломе 1 : 1,5)

Корни характеристического уравнения будут

-Ti ± у т \ •47*

Pi, 2Ti

Процесс будет колебательным затухающим при условии, что решение уравнения (31) имеет комплексные сопряженные корни с отрицательной вещественной частью, т. е. рь 2 = —а ± /со.

Выражаем а и со через коэффициенты уравнения (31):

Из этих соотношений находим коэффициенты уравнения (31), при которых переходный процесс звена будет колебательным за­ тухающим:

1 а 2 + со2

(32)

0)2

31

32

Окончательно переходная функция звена выражается следую­ щим уравнением:

В соответствии с рассмотренной методикой по усредненной кривой переходного процесса AM (t) (рис. 8), на которую нало­ жены собственные колебания упругой системы динамометра более высокой частоты, находим передаточную функцию системы в без­ размерном виде (с учетом транспортного запаздывания тм начала изменения момента относительно подачи)

Передаточная функция пружинного ротационного динамометра [11]

Д' 4,45-10~~5s2 + 1

Искомая передаточная функция звена

Коэффициенты передаточной функции WM (s) для комбайна

СК-4 будут: Т2М = 0,0089 с2 ; ТиХ = 0,063 с и h = 3,6 кгс-м-с/кг (пшеница Бц-198; влажность: соломы — 6,76%, зерна — 12,32%;

отношение зерна к соломе 1 : 1,5; зазоры деки 16 : 4); т м 1,25 с [11].

Зная параметры кривой переходного процесса, согласно урав­ нению (33) находим ее аналитическое выражение:

Результаты вычисления функции AM (t) по уравнению (35) нанесены на рис. 8. Как видно из графика, полученная переда­ точная функция звена WM (s) с достаточной точностью аппрокси­ мирует усредненную кривую переходного процесса.

Аналогично рассмотренному, по экспериментальной кривой переходного процесса (рис. 9) была определена передаточная функция транспортера с координатами: подача (на входе) и тол­ щина слоя хлебной массы на транспортере (на выходе). Переда­ точная функция этого звена, получена в следующем виде:

Коэффициенты передаточной функции плавающего транспор­ тера комбайна СК-4 имеют следующие значения: kx — 7 мм-с/кг;

Рис. 9. Экспериментальная кривая разгона (1) и аппрокси­ мирующая ее переходная функция (2) отклонения цепи плавающего транспортера (озимая рожь, влажность соломы 10,5%, отношение зерна к соломе 1 : 1,5)

Математическая модель зерноуборочного комбайна как объекта в системах регулирования загрузки по толщине слоя хлебной массы в наклонной камере и крутящему моменту на валу молотильного барабана на основании выражений (27), (30), (34) и (36) описы­ вается соответственно следующими двумя системами уравнений:

где F (AH) — нелинейная функция с насыщением без зоны не­ чувствительности. При АН (t) eg / (см. рис. 5), F(AH) = kx АН, где / — максимальный ход поршня гидроцилиндра вариатора.

34

В полученной математической модели комбайна как объекта системы автоматического регулирования загрузки имеются сле­ дующие характерные особенности:

1. Транспортное запаздывание объекта по принятым пара­ метрам регулирования.

2. Ограничение скорости движения объекта, обусловленное конструкцией привода ходовой части комбайна. Вследствие этого ходовая часть объекта, в зависимости от управляющего воздей­

условий работы. Следовательно, в общем случае комбайн является нестационарным объектом, поскольку коэффициенты его динами­ ческих характеристик изменяются во времени из-за переменных условий работы.

4. Комбайн является инерционным объектом с самовыравни­ ванием, который характеризуется статическими свойствами по управляющему воздействию относительно регулируемых пара­

з*

Глава 11

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЗАГРУЗКИ КОМБАЙНА

§ 6. АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ЗАГРУЗКИ

В предыдущей главе было установлено, что оптимальный тех­ нологический процесс комбайна при возможном изменении уро­ жайности и различных почвенных условиях может быть обеспечен только с помощью автоматического регулирования загрузки мо­ лотилки и двигателя путем изменения поступательной скорости комбайна.

При работе комбайна на полях с урожайностью, большей граничной ( Q > Q r p ) , когда мощность двигателя используется не полностью, оптимальный технологический процесс обеспечи­ вается регулированием загрузки молотилки и стабилизацией ско­ ростного режима двигателя. Номинальная загрузка двигателя в этих условиях может быть обеспечена всережимным регулиро­ ванием, что сопряжено с усложнением кинематической схемы привода, или формированием оптимальных по мощности валков.

При уборке культур урожайностью, меньшей граничной (Q

^ Qrp), и полной загрузке двигателя регулирование по пропу­ скной способности молотилки приведет к перегрузке двигателя (переходу на безрегуляторную ветвь характеристики), снижению частоты вращения и нарушению скоростного режима рабочих органов, что недопустимо. Поэтому в рассматриваемом случае регулирование технологического процесса допустимо только по загрузке двигателя, несмотря на неполное использование про­ пускной способности молотилки [18]. Следует заметить, что не­ достаток мощности двигателя может быть и при Q > Q r p в случае неровного рельефа и неблагоприятных почвенных условий.

Таким образом, регулирование технологического процесса комбайна при Q > Qrp должно осуществляться по изменению загрузки молотилки хлебной массой, а при Q ==s; Qr p — по степени * загрузки двигателя. При автоматическом регулировании загрузки комбайна по обоим параметрам стабилизация скоростного режима будет обеспечена всережимным регулятором двигателя.

Включение в работу одной из двух автоматических систем ре­ гулирования определяется изменением загрузки двигателя отно­ сительно настройки регулятора загрузки на номинальную мощ­ ность двигателя. В частном случае регулирование технологиче­ ского процесса комбайна можно осуществить с помощью замкну­ той системы автоматического регулирования загрузки молотилки хлебной массой и разомкнутой системы автоматического ограни-

36

чения загрузки двигателя пределами его регуляторной характе­ ристики [20].

Регулятор загрузки молотилки может настраиваться на оптимальную подачу непосредственно комбайнером или автома­ тически с помощью самонастраивающихся систем в соответствии с принятыми критериями качества регулирования.

Из-за отсутствия у комбайнера объективных показателей загрузки комбайна хлебной массой регулятор на оптимальную подачу настраивается им на основе субъективных оценок, что является существенным недостатком обычных (не самонастраи­ вающихся) систем автоматического регулирования загрузки.

Наиболее полно поставленная задача решается применением самонастраивающихся систем автоматического регулирования за­ грузки комбайна, обеспечивающих выбор и стабилизацию оп­ тимального значения регулируемого параметра — подачи при непрерывно изменяющихся внешних возмущениях. Именно при­ менением таких систем может быть исключено вмешательство комбайнера в настройку регулятора загрузки. Самонастраиваю­ щиеся системы автоматического регулирования являются, однако, более сложными: они включают в себя элементы вычислительной техники, памяти и устройства логического действия.

При выборе системы автоматического регулирования загрузки в первую очередь должно быть обеспечено выполнение основных требований технологического процесса комбайна, однако при этом необходимо учитывать также эксплуатационные качества САР и экономическую эффективность их применения. Только с учетом всех этих факторов можно определить наиболее целесообразную систему автоматического регулирования загрузки комбайна.

В настоящее время, на первом этапе автоматизации регули­ рования загрузочных режимов комбайна эффективным является применение рассматриваемых в работе достаточно простых систем автоматического регулирования загрузки молотилки, принци­ пиальным недостатком которых является субъективность настройки регулятора на оптимальную подачу в зависимости от изменяю­ щихся условий уборки.

§ 7. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ РЕГУЛЯТОРОВ ЗАГРУЗКИ

В соответствии с'назначением регулятор загрузки молотилки должен измерять загрузку по изменению регулируемого пара­ метра и вырабатывать такое управляющее воздействие на объект, которое приводит к стабилизации установленной подачи хлебной массы. Известные регуляторы, несмотря на различия принципиаль­ ных схем, осуществляют интегральный (астатические регуляторы) и пропорциональный (статические регуляторы) законы преобразо­ вания отклонения измеряемого параметра в управляющее воздей­ ствие.

37

Динамические свойства системы объект—регулятор зависят от динамических характеристик регулятора. Рассмотрим поэтому вначале динамические характеристики регуляторов загрузки по моменту и толщине слоя.

Регуляторы загрузки по моменту на валу молотильного барабана

Первый автоматический регулятор загрузки молотилки по мо­ менту на валу молотильного барабана для самоходного комбайна СК-3 был разработан в 1958 г. Украинским научно-исследова­ тельским институтом механизации и электрификации сельского хозяйства совместно с ГСКБ по самоходным комбайнам (г. Та­ ганрог) [19]. Принципиальная схема этого гидромеханического регулятора ГРЗМ приведена на рис. 10, а.

Датчиком регулятора является натяжной ролик 1, реагирую­ щий на изменение крутящего момента на валу молотильного барабана, а значит и на колебания подачи хлебной массы. От­ клонения датчика-ролика действуют на золотник 7 гидроусили­ теля, через который рабочая жидкость поступает к исполнитель­ ному элементу — гидроцилиндру 12. Гидросистема регулятора соединена с гидросистемой комбайна при помощи напорного кла­ пана 10. Аналогичная схема включения в гидросистему комбайна использована почти для всех регуляторов загрузки, разработан­ ных различными организациями. Двусторонний дроссель 9 поз­ воляет изменять скорость управляющего воздействия.

Регулятор работает следующим образом. При увеличении подачи хлебной массы увеличивается момент на валу молотиль­ ного барабана, что вызывает повышение натяжения ведущей ветви привода барабана. Датчик-ролик отклоняется вниз и вместе с ним перемещается золотник. Масло направляется в нижнюю полость гидроцилиндра, который перемещает блок шкивов вариатора вверх; при этом скорость комбайна уменьшается. Это происходит до тех пор, пока подача не выравняется до установленного зна­ чения. При достижении заданной подачи датчик и золотник возвращаются в нейтральное положение и изменение скорости комбайна прекращается. При уменьшении подачи, по сравнению с заданной, процесс регулирования обеспечивает соответствующее увеличение скорости комбайна.

Для изменения настройки регулятора с одного значения подачи на другое имеется механизм настройки 6, установленный на пло­ щадке управления. При повороте рычага против часовой стрелки пружина 4 растягивается, в результате чего увеличивается подача хлебной массы.

Когда поршень гидроцилиндра вариатора находится в крайних положениях, замыкаются верхний или нижний электрические контакты на рейке, связанной со штоком гидроцилиндра. При этом загорается соответствующая лампочка, сигнализирующая комбайнеру о необходимости переключения передачи,

38