авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 10 |

«РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ ЦЕНТР РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ ЕВРО-АЗИАТСКАЯ АССОЦИАЦИЯ ИНЖЕНЕРОВ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА ...»

-- [ Страница 7 ] --

Э.А. Папушин, канд. техн. наук ГНУ Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства (СЗНИИМЭСХ), Санкт-Петербург ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КАЧЕСТВЕННОГО СЕНА И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В статье изложена проблема заготовки высококачественного сена. Приведены результаты исследований по использованию солнечной энергии для досушивания про вяленной травы в сенохранилище. Анализ полученных результатов показывает, что да же в неблагоприятные периоды использование солнечной энергии для подогрева вен тилируемого воздуха способствовало интенсификации процесса досушивания и улуч шению качественных показателей заготавливаемого корма. Согласно расчетам для подогрева воздуха за счет солнечного излучения в условиях Северо - Запада РФ в сред нем на 5°С необходима площадь поглотителя коллектора порядка 10-15 м2 при досу шивании 1 т провяленной травы с начальной влажностью 40 % до кондиционной 17 %.

Продолжительность досушивания провяленной травы 80-90 часов. При этом удельная экономия энергии составляет около 50 кВт ч/т за счет сокращения времени вентилиро вания и 250 кВт ч/т за счет подогрева воздуха в солнечном коллекторе.

ВВЕДЕНИЕ В Северо - Западном регионе России наметилась устойчивая тенденция увеличе ния продуктивности животных. Так в Ленинградской области ежегодное увеличение продуктивности дойных коров составляет 300 – 500 кг молока.

В связи с ростом продуктивности животных повысились требования к структуре и качеству кормов. Доля сена в рационе сократилась, но возросли требования к его ка честву. В условиях Северо – Запада России получить сено высокого качества с боль шим содержанием питательных веществ и витаминов можно только при его досушива нии. Из-за высокой стоимости энергоносителей (электроэнергии, топлива), используе мые ранее способы досушивания сена в сараях с применением теплогенераторов оказались не эффективными.

Использованию для подогрева воздуха экологически чистой солнечной энергии способствует наибольшая интенсивность солнечной радиации и продолжительность солнечного сияния в период заготовки кормов с июня по август. Исследованиями, про ведёнными ранее, учеными СЗ НИИМЭСХ установлено [1, 2], что в климатических ус ловиях Северо-Западной зоны за летние месяцы (июнь, июль, август) солнце светит в среднем 89,7 дней (72,9% от сезонного времени), частичная облачность наблюдается 20,8 дней (16,9%), небо полностью покрыто облаками 12,5 дней (10,2%). В солнечные дни поступающая на горизонтальную поверхность радиация равна в среднем 0,55 – 0, кВт/м, а в пасмурные – снижается до 0,18 – 0,25 кВт/м.

РЕЗУЛЬТАТЫ Нами проведены исследования по использованию солнечной энергии для досу шивания сена. Установлено, что в солнечные дни атмосферный воздух, нагнетаемый ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

вентиляторами через солнечные коллекторы, нагревается в среднем на 4-6оС, а в пасмурные на 2-3оС.

Результатами исследований установлено, что коэффициент полезного действия (КПД) солнечного коллектора в значительной степени зависит от расхода воздуха, чем он больше, тем меньше температурный градиент между подогретым в коллекторе и на ружным воздухом, а значит, и меньше потери тепла через боковые стенки и основание коллектора.

Исходя из характера изменения эффективности работы солнечного коллектора нами сделан вывод о том, что оптимальным расходом воздуха через коллектор при ис пользовании его для сушки (досушивания) провяленной травы является 200 – 250 м3/чм2. При этом воздух нагревается на 4-6 оС.

За время проведения опытов среднее значение относительной влажности возду ха было около 70 % и колебалось от 50 до 80 %. После нагрева в солнечных коллекто рах влажность снижается до среднего значения 56 % и колеблется в пределах от 27 до 68 %, соответственно увеличивая влагопоглотительную способность вентилируемого воздуха в 1,5-2,0 раза. При использовании подогретого в солнечных коллекторах воз духа общая продолжительность досушивания провяленной травы (начальной влажно стью 42 %) сокращается на 25-35 %.

При использовании солнечных коллекторов для досушивания травы в сенохра нилищах удельный расход тепла уменьшается, так как отработавший воздух имеет влажность меньше 70%, а согласно с изотермой сорбции при этом может высохнуть трава до кондиционной влажности травы в верхних слоях.

Главным недостатком солнечных подогревателей является то, что они могут ра ботать только в дневное время (в солнечную или пасмурную погоду), притом степень нагрева воздуха в течение дня постепенно увеличивается и к полудню температура на гнетаемого воздуха доходит до 35С и более.

Для круглосуточной работы вентиляционного оборудования при интенсивном досушивании высоковлажной травы (влажностью 45-50%) в любую погоду рекоменду ется использовать комбинированный способ подогрева. При этом в солнечную погоду подогрев полностью осуществляется коллектором солнечной энергии;

в дождливую погоду и ночью работает теплоагрегат с использованием жидкого, твёрдого, газообраз ного топлива или электроэнергии, в пасмурную погоду может быть использованы оба вида теплообеспечения.

Также недостатком плёночных солнечных коллекторов по-прежнему является низкая прочность полимерной плёнки, что приводит к необходимости ежегодно затра чивать ручной труд для её обновления или ремонта. С целью увеличения срока службы прозрачного покрытия разработана конструкция модульного разборного солнечного коллектора, смонтированного из специальных металлических секций – модулей (рис. 1) массой по 10 кг, для сенохранилища (рис. 2).

ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

Рис. 1 Модуль солнечного коллектора:

1 – светопрозрачное укрытие (полимерная пленка);

2 – рама;

3 – теплопоглоти тель Рис. 2. Сенохранилище с солнечным коллектором:

1 – модули солнечного коллектора;

2 – провяленная трава;

3 – вентилятор;

4 – вентиляционная решетка;

5 – воздухораспределительный канал Сравнительные результаты анализа питательности сена приведены в таблице.

Сравнительные результаты анализа питательности сена, заготовленного с использованием солнечных коллекторов и без подогрева Способ досушивания Показатели качества Подогретым в солнечных Холодным атмо коллекторах воздухом сферным воздухом Питательность, к.ед/кг 0,52 0, Содержание переваримого 85,3 73, протеина, г/кг Содержание каротина, мг/кг 27,3 15, ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

ВЫВОДЫ Использование солнечной энергии для подогрева вентилируемого воздуха, даже в неблагоприятные периоды способствует интенсификации процесса досушивания и улучшению качественных показателей заготавливаемого корма. При вентилировании с использованием солнечной радиации можно подвергать досушиванию траву с более высокой влажностью, что способствует сокращению сроков нахождения травы в поле.

Система солнечного подогрева воздуха для досушивания провяленной травы в сенохранилище отличается простотой конструкции и удобством в обслуживании. Для её внедрения не требуются дорогостоящие материалы. Монтаж оборудования может осуществляться в хозяйствах своими силами.

При досушивании 1 т провяленной травы с начальной влажностью 40 % до кон диционной 17 % необходима площадь поглотителя коллектора порядка 10-15 м2. Про должительность досушивания провяленной травы не превышает 80-90 часов. Удельная экономия энергии может достигать 50 кВт ч/т за счет сокращения времени вентилиро вания и 250 кВт ч/т за счет подогрева воздуха в солнечном коллекторе, в среднем на 5С.

ЛИТЕРАТУРА 1. Ломакин В.С. Исследование процесса досушивания травяной массы в ма логабаритных тюках с целью его интенсификации в условиях Северо-Запада:

Дисс…канд. техн. наук. - Л., 1976. - 180 с.

2. Ахмедов М. Ш. Солнечный генератор для сушки сена. – Техника в сельском хозяйстве. 1986. – С. 18-19.

Получено 09.02.2005.

E.A. Papushin, Cand. Sc. (Eng) North-West Research Institute of Agricultural Engineering and Electrification, St-Petersburg, Russia SOLAR COLLECTORS APPLICATION TO PRODUCE HIGH-QUALITY HAY Summary Under the conditions of the North-West of Russia the top quality hay with high nutri ent and vitamin content can be produced only provided it is additionally dried.

So far applied techniques to dry hay in barns with the use of heat generators proved inefficient due to high energy cost (electrical power, fuel, etc.) Air heating application of environmentally safe solar energy is substantiated by the fact that the highest solar radiation intensity and the most sunshine coincide with the regular forage making period, i.e. from May to August. Investigations carried out by the researchers from North-West Research Institute of Agricultural Engineering and Electrification (SZNIIMESH) under climatic conditions of the North-West of Russia from May to August registered 89,7 sunny days on average (or 72,9% of season time), 20,8 partly cloudy days (16,9%), 12,5 fully cloudy days (10,2%). In sunny days the horizontal solar radiation amounts to 0,55 to 0,8 kW/m2 on average, and in cloudy days it drops to 0,18 to 0,25 kW/m2.

ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

Additional solar drying of hay was studied. The temperature of air, forced through so lar collectors, was found to rise by 4 to 6oC on average in sunny days, and by 2 to 3oC on av erage in cloudy days.

Analysis has shown that even under unfavorable weather conditions the application of solar energy to heat the ventilated air promotes more intensive additional drying and higher forage quality. In addition, owing to higher potential of ventilation drying with solar energy application, the grass with higher moisture content may be taken for additional drying thus reducing the field-curing period.

The system of solar heating of barn-ventilating air is simple in design, operation and maintenance. It is made of cheap materials, and is easy to install.

According to our calculations under the conditions of the North-West of the Russian Federation around 10 to 15 m2/t of solar absorber are needed for solar heating of air by 5oC average to dry up air-cured grass with 40% initial moisture content up to 17% standard mois ture content. In this case specific energy saving is estimated at about 50 kWh/t owing to re duced ventilation time, and at about 250 kWh/t owing to the air heating in a solar collector.

А. Шнидерс, Dr. hab. sc. ing.;

А. Екабсонс, M. sc. ing.;

И. Страуме, B. sc. ing.

Латвийский сельскохозяйственный университет, Институт сельскохозяйственной энергетики, Латвия МАЛЫЕ УСТАНОВКИ КОГЕНЕРАЦИИ – ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ИСТОЧНИК АВТОНОМНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ Рассмотрены экологические и энергетические аспекты внедрения установок ко генерации электрической, тепловой и (или) механической энергии, позволяющей: сни зить потребление первичной энергии топлива, ограничивать выбросы антропогенных веществ и повысить надежность энергообеспечения производственных объектов. При ведены основные определения Директивы 2004/8/ЕС Евросоюза о высокоэффективной когенерации. Особое внимание уделяется установкам малой когенерации на биогазе.

Приведена технологическая схема и методика расчета энергоэффективности биоэнер гетической установки для автономного энергоснабжения процесса биологической очи стки сточных вод.

ВВЕДЕНИЕ Долгосрочное развитие стран ЕС направлено на улучшение качества среды, уменьшение вредных выбросов производства и ограничение тепличного эффекта, вы звавшего глобальное утепление. В Протоколе Киото определено, что в странах ЕС в период от 2008-го до 2012-ого года общие выбросы СО2 и пяти других газов, вызваю щих тепличный эффект, необходимо уменьшить на 8% по сравнению с 1990 годом [1].

Один из способов уменьшения загрязнения среды и ограничения тепличного эффекта – высокоэффективная когенерация электрической, тепловой и (или) механиче ской энергии с использованием природного газа или биогаза, как источника первичной энергии. Применение такой когенерации позволяет уменьшить выбросы СО2 и других антропогенных веществ от 450 до 500 кг на 1 МВт производимой электрической энер гии по сравнению с раздельным производством энергии.

ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

Новая Директива Евросоюза 2004/8/ЕС об активировании когенерации в внут реннем рынке энергетики требует особого внимания к высокоэффективной когенера ции, позволяющей уменьшить расход ресурса первичной энергии (главным образом природного газа) на 10% и выше. Рекомендуется широко внедрить альтернативные ис точники первичной энергии, например, биогаз [2].

Объем когенерации в национальной электроэнергетике в странах ЕС в 1999 году составил 10%, наименьший в Ирландии – 1,5%, наибольший в Дании – 50%. Прогноз на 2010 год – объем когенерации в странах ЕС повысится до 18% [3]. Согласно данным отчета Латвэнерго за 2003 год, около 35% электроэнергии в Латвии производится в ре жиме когенерации [4].

В последние годы все большее внимание в Латвии уделяется внедрению устано вок малой когенерации (0,05 до 1 МВт электрической мощности), которые чаще всего соответствуют критериям высокоэффективной когенерации, обеспечивающих авто номное (альтернативное) энергообеспечение населенных пунктов и производственных предприятий и, работая параллельно с традиционной энергетической системой, повы шает общую надежность энергоснабжения [5].

Перспективный источник первичной энергии в малых УК – биогаз, полученный из отходов коммунального хозяйства, сельскохозяйственного производства и очистки сточных вод [6].

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ – УСТАНОВКА МАЛОЙ КОГЕНЕРАЦИИ Объектом исследования является биоэнергетическая установка когенерации (БУК), установленная на очистном сооружении сточных вод, которая частично обеспе чивает автономное энергоснабжение процесса биологической очистки сточных вод.

Источником первичной энергии является биогаз (СН4 + СО2), полученный в процессе брожения субстрата ила в метантанке. На биоэнергетической установке в очи стных сооружениях города Риги получают биогаз с содержанием метанаСН4 - 72 - 74%.

Теплоотдача 73% СН4 достаточно высока – 7,3 кВтч/нм3 и составляет около 78% от те плоотдачи природного газа (9,4 кВтч/нм3). Анализ технических данных газогенератор ных установок малой мощности фирмы TEDOM (Чехия) показывает, что расход при родного газа составляет 0,26 - 0,32 м3 на 1 кВтч полученной электроэнергии [7]. Расход биогаза - 70% СН4 и больше составляет в среднем 0,40 м3/кВтч.

Для повышения общего к.п.д. биоэнергетической установки и снижения общих капиталовложений очистного сооружения с когенерацией, предлагается изменить тра диционную схему привода воздуходувки аэрации сточных вод от асинхронного двига теля на прямой привод от газового двигателя через управляемую передачу (см. рис. 1).

Расчет энергоэффективности БУК проведен по методике, приведенной в Дирек тиве 2004/8/ЕС с введением дополнительной составляющей – механической энергии, полученной в режиме когенерации.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА БУК ОЧИСТНОГО СООРУЖЕНИЯ Биогаз получается в процессе брожения ила в биореакторе 1 (рис.1). Свежий ил подается насосом через теплообменники «ил-ил» 9 и «выхлопной газ-ил» 7, где подог ревается до 37 оС. Отработанный ил удаляется насосом и после обработки используется как ценное органическое удобрение.

ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

Рис. 1. Биоэнергетическaя установка для автономого энергоснабжения биологи ческой очистки сточных вод:

1 - биореактор;

2 - резервуар для метана;

3 - газовий двигатель;

4 - электрогене ратор;

5 - воздуходувка;

6 – управляемая передача;

7,8,9,10 - теплообменики;

11 - воз дух для аэрации сточных вод;

12 - электроэнергия для собственных нужд;

13 - холодная вода;

14 - выхлопной газ двигателя;

15 - горячая вода для технологических нужд;

16 - отработанный ил;

17 - свежий ил Биогаз накапливается в резервуаре 2, откуда подается на газовый двигатель 3.

Около 40% первичной энергии сгорания биогаза используется для генерации электри ческой энергии, а остальные 60% - для получения тепловой энергии. Тепловая энергия утилизируется при помощи теплообменников «выхлопной газ–ил» 7, «выхлопной газ – вода» 8 и «охлаждаюшая жидкость – вода» 10.

Электрическая энергия производится электрогенератором 4. В очистных соору жениях небольшой и средней мощности рациональнее использовать асинхронные гене раторы, так как их можно перевести в режиме двигателя. В отличие от традиционной схеме: газовый двигатель – асинхронный генератор электрическая сеть асинхрон ный двигатель – воздуходувка, предлагается прямой привод воздуходувки аэрации через управляемую передачу 6 от газового двигателя, т.е., обеспечить когенерацию электрической,тепловой и механической энергии, что позволяет уменьшить капиталь ные вложения (требуется только одна асинхронная машина), и повысить общий к.п.д.

системы. Одновременно повышается надежность процесса аэрации сточных вод, так как обеспечено дублирование привода воздуходувки. При отказе газового двигателя, отключается общий привод и асинхронная машина переводятся в режим двигателя и через передачу 6 приводит в действие воздуходувку.

Опыт использования биоэнергетических установок когенерации в очистных со оружениях Риги показывает, что полностью покрывается потребность в тепловой энер гии для отопления и технологических нужд, т. е. около 90% от необходимой электриче ской энергии.

ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ УСТАНОВКИ КОГЕНЕРАЦИИ Согласно Директиве 2004/8/ЕС параметры рассчета сбережения первичной энергии определяется на основе предсказуемого или фактического функционирования установки когенерации (УК) в нормальных условиях эксплуатации. Круглогодичная общая эффективность установок с двигателями внутреннего сгорания должна быть не менее 75%. В расчетах неучитывается энергия, снимаемая с двигателя. Например, если параллельно УК работает котельная.

Эффективность УК следует сравнивать с наилучшей технологией раздельного производства электрической и тепловой энергии на данный момент времени. Часто для сравнения используются устаревшие технологии, что приводит к завышенным показа телям эффективности УК.

Согласно функциональной схеме (рис. 2) около 40% первичной энергии биогаза в биоэнергетической установке когенерации БУК используется для получения электри ческой и механической энергии, а 60% - тепловой энергии. Учитывая потери энергии в теплообменниках (20%), электрогенераторе (5%), воздуходувке (20%), получаем общий к.п.д. БУК в режиме когенерации:

16% + 19% + 48% k = = 0,83 ( 1) 100% Для получения такой же полезной энергии (83%) при раздельном производстве (рис. 3) используя тепловую электростанцию (к.п.д. = 55%) и газовый котел (к.п.д. = 90%) потребуется первичная энергия 126% против 100% в БУК.

Рис. 2. Производство электрической, механической и тепловой энергии в режиме когенерации ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

21% Тепловая 73% Электро - 20% Воздухо - 16% электро двигатель дувка станция Био Первичная энергия реактор 83% Электро энергия 19% 53% Газовий Тепловая энергия 48% котел 10% 45% 5% 20% Потери Рис. 3. Раздельное производство электрической, механической и тепловой энер гии Следовательно, получаем к.п.д. раздельного производства энергии:

16% + 19% + 48% = = 0,66 ( 2) 73% + 53% Согласно методике [2] сбережение первичной энергии в режиме когенерации по сравнению с раздельным производством электрической, механической и тепловой энергии можно рассчитать по следующей формуле:

C = 1 100%, ( 3) + + P P P тк, эк и мк – отношение полученной в режиме когенерации тепловой, где электрической и механической энергии к первичной энергии;

тр, эр и мр – отношение полученной тепловой, электрической и механической энергии к первичной энергии при раздельном производстве.

После подстановки численных значений, из рис. 2 и рис. 3 получаем:

1 100%= 21% C = ( 4) 0,48 0,19 0, 0,90 + 0,55 + 0, Результаты расчета показывают, что данные БУК соответствует требованиям высокоэффективной когенерации, так как сбережение первичной энергии СПЭ = 21%, что в 2 раза больше необходимой – 10%.

ВЫВОДЫ 1. Перспективным способом сбережения первичной энергии, повышения надежности энергоснабжения, снижения вредных выбросов и ограничения глобального тепличного эффекта является когенерация тепловой и электрической энергии, используя природный газ и биогаз.

ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

2. Малые установки когенерации на биогазе обеспечивает высокоэффективное сбережение первичной энергии (более 10%) и значительное уменьшение вредных выбросов СО2 и других антропогенных газов по сравнению с раздельным производст вом тепловой и электрической энергии.

3. Для обеспечения высоко общего к.п.д. установки малой когенерации, необходи мо провести тщательный анализ рационального круглогодичного использования тепло вой энергии, утилизированной от выхлопных газов и охлаждающей жидкости двигате ля внутреннего сгорания.

4. Для установки малой когенерации с двигателями внутреннего сгорания, кругло годичный к.п.д. должен быть не менее 75% при количестве электрической энергии – 0,75 от утилизированной тепловой энергии.

ЛИТЕРАТУРА 1. Strategy for Sustainable Development of Latvia.- Riga: Approved by the Cabinet of Ministers of the Republic of Latvia, 2002.- 32p.

2. Directive 2004/8/EC of the European Parliament and of the Council on the promotion of Cogeneration on a useful heat demand in the internal energy market.- Journal of the European Union, 21.2.2004, pp.50-60.

3. Крустозолина И. Когенерация – способ повышения энергоэффективности. – Ри га: Энергия и Мир, 2000, № 5, С. 56-60 (на лат. языке).

4. Annual Report 2003.- Riga: Latvenergo, 2004.- 59p.

5. Sniders A., Grundulis A., Galins A. The small heat – electroenergy cogeneration plants in Latvia rural energetics. The International Scientific Conference “Trends in Agricultural Engineering”.- Prague: Czech University of Agriculture,1999, pp. 646 – 650.

6. Шкеле A., Зиемелис И., Дубровскис В. и др. Биогаз для энергии и защиты среды. – Рига: Энергия и Мир № 1, 2002, с.12-15. (на лат. языке).

7. Вильдман В. Установка когенерации «TEDOM» в Латвии. – Рига: Энергия и Мир, 2002, № 5, с. 45-47 (на лат. языке).

Получено 11.02.2005.

Andris Sniders, Dr.hab.sc.ing.;

Ards Jekabsons, M.sc.ing.;

Indulis Straume, B.sc.ing.

Latvia University of Agriculture, Institute of Agricultural Energetics, Jelgava, Latvia SMALL SCALE COGENERATION PLANTS AS A PERSPECTIVE SOURCE OF AUTONOMOUS ENERGY SUPPLY SUMMARY Sustainable development of EU countries is focused on human beings and aimed at improving the living conditions of people by preserving the natural environment. The rate of economic growth does not exceed the rate of environmental pollution and consumption of re sources.

By the Kyoto Protocol of the UN Convention on Climate Change, ratified by Latvia Parliament in 2002, during the period from 2008 through 2012 Latvia will reduce emissions of anthropogenic gases (CO2, CH4, NOx) by 8% of the emissions in 1990. Therefore, it is very important to encourage the implementation of target-oriented measures in all energy-intensive ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

industries as well as the use of local renewable energy sources and efficient energy production technologies.

Efficient tools in saving primary energy resources (natural gas, biogas, diesel fuel, etc.) and reducing CO2 emissions in the air as well as providing an autonomous (alternative) energy supply are small-scale heat and electric power cogeneration plants (from 50 kW to MW), which ensure more than 10% primary energy resources economy and up to 40% reduc tion of CO2 emissions. High efficiency of cogeneration is achieved by the energy economy owing to combined production instead of separate production of heat and electricity. Energy savings of more than 10% qualify for the term “high-efficiency cogeneration”.

Perspective fuel for small-scale cogeneration plants is biogas as a renewable primary energy course produced from communal, food industry, agricultural and waste water cleaning wastes. The use of biogas decreases CO2 and NOx emissions up to twofold. For a number of years the European Union has been trying to achieve a uniform understanding of the concept of small cogeneration process, where biogas or natural gas will be the only fuel for the power units.

New EU Directive 2004/8/EC (11.02.2004) on the promotion of cogeneration, based on a useful heat demand in the internal market, states that high-efficiency cogeneration is a Community priority given the potential benefits of cogeneration with regard to saving primary energy and reducing emissions, in particular, of greenhouse gases.

Efficient use of energy by cogeneration can also contribute positively to the security of energy supply. The relevance of this thesis was proved in all Baltic States during the winter hurricane of 2000, when a lot of farms, communal and industrial enterprises were cut off the energy supply for several days. Deficiency of alternative energy sources was the cause of animals fall and substantial material losses.

Directive 2004/8/EC defines that analyses of the national potential for application of high-efficiency cogeneration should be based on well-documented scientific data verified by the competent scientific organisation or laboratory.

For small-scale cogeneration plants with internal combustion engines the annual over all efficiency must be at the level of at least 75%, but the standardized relation of electric power to heat ratio is 0,75. To calculate the primary energy savings and determine the effi ciency of small cogeneration, the methods based on the proportionality principle could be ap plied.

В.Н. Расстригин, д-р техн. наук, профессор;

Д.А. Тихомиров, канд. техн. наук Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ), Москва ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СИСТЕМ ТЕПЛООБЕСПЕЧЕНИЯ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ В статье представлено обоснование выбора систем теплообеспечения животно водческих предприятий при использовании различных видов энергоносителей – твер дого и жидкого топлива, газа и электроэнергии. Сравнительный технико-эконо мический анализ применения различных систем теплообеспечения выполнен по приве денным затратам на примере животноводческой молочной фермы КРС на 400 голов, ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

как наиболее сложного объекта, в котором имеются практически все тепловые техноло гические процессы. Результаты проведенного технико-экономического обоснования показали, что наиболее эффективными являются системы теплообеспечения децентра лизованного типа, особенно газовые и электрические.

ВВЕДЕНИЕ Животноводческие предприятия (фермы КРС, свиноводческие и др.) являются крупными потребителями тепловой энергии, использование которой значительно влия ет на себестоимость продукции. Поэтому важным является обоснование выбора наибо лее эффективной системы теплообеспечения по технико-экономическим показателям, влияющей на эффективность животноводческого предприятия в целом. Применяемые системы теплообеспечения животноводческих объектов базируются на использовании твердого, жидкого и газообразного видов топлива, а также электрической энергии.

МЕТОД И РЕЗУЛЬТАТЫ Выбор систем теплообеспечения осуществляется путем технико-экономического сравнения различных вариантов их использования и определения наиболее эффектив ного по минимуму приведенных затрат.

В данном случае технико-экономическое обоснование по выбору системы теп лообеспечения проводится на примере животноводческой фермы крупного рогатого скота (КРС) молочного направления на 400 голов привязного содержания (ТП 801-01-5). Данная ферма выбрана для анализа в связи с тем, что это наиболее круп ный и сложный объект, в котором имеются практически все тепловые технологические процессы, связанные с производством и обработкой молока. Система теплообеспечения фермы осуществляет вентиляцию и отопление, приготовление горячей воды и пара на технологические нужды во всех производственных и вспомогательных помещениях.

По данным (ТП 801-01-5) в соответствии с существующей методикой были оп ределены расчетным путем полезная мощность 499 кВт и полезный годовой расход энергии 760000 кВтч для фермы в целом.

На примере молочно-товарной фермы на 400 голов рассмотрены два типа систем теплообеспечения с использованием центральных котельных, расположенных на тер ритории фермы и децентрализованного теплового оборудования. В зависимости от ви да энергоносителя проанализировано четыре варианта систем.

Вариант 1 - использование в качестве энергоносителя твердого топлива (бурый уголь);

Вариант 2 - использование жидкого топлива (соляровое масло);

Вариант 3 - использование газообразного топлива (природный газ);

Вариант 4- использование электроэнергии от трансформаторной подстанции на пряжением 10/0,4 кВ, расположенной на территории фермы.

Для вариантов 1, 2 и 3, предусматривающих получение теплоты от котельных на различных видах топлива, мощность теплоэнергетических установок определяют из выражения:

Р кот = Рф, (1) рег тс тгу к где Ркот - мощность котельной, кВт;

Рф - полезный почасовой расход теплоты на ферме, кВт;

рег - потери теплоты при регулировании;

тс - потери теплоты в тепловых ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

сетях;

тгу - потери теплоты в теплогенерирующих (теплопотребляющих) установках в объекте теплообеспечения;

к - потери теплоты на собственные нужды в котельной.

Общие потери теплоты в системах теплообеспечения объектов определяются с помощью коэффициента полезного использования (кпиэ ), который равен:

кпиэ= хркрегтстгу, (2) где хр - потери при хранении топлива.

Среднее значение кпиэ для рассмотренных систем теплообеспечения с разными энергоносителями составляет при использовании газа 0,48, жидкого топлива - 0,43 и твердого топлива - 0,26.

Однако вариант, в котором в качестве конкурирующего энергоносителя выдви гается электроэнергия при децентрализованной системе электротеплообеспечения, оп ределение кпиэ имеет свои особенности. Потребитель покупает электроэнергию у электроснабжающей организации по тарифу в соответствии с показаниями электро счетчиков. Счетчики устанавливаются на вводах к потребителю, и потому тариф учи тывает все расходы, в т.ч. потери электроэнергии до самого счетчика. Следовательно, КПИ в этом варианте должен быть равен КПД электропотребителя (установки), т.е.

кпиэ = эп, который в среднем равен 0,95.

Для варианта 4 при децентрализованном электротеплообеспечении мощность трансформаторной подстанции, обеспечивающей потребность фермы в теплоте, опре деляют из выражения:

Рэ = Рф, (3) тгу cos где Рэ - мощность трансформаторной подстанции, кВА;

тгу - коэффициент по лезного действия;

соs -коэффициент мощности;

Рф - потребляемая мощность на объ екте, кВт.

Выбор энергетического оборудования осуществлен согласно определенной расчетами установленной мощности для каждого технологического процесса и отдельных помещений.

Технико-экономическое обоснование различных систем теплообеспечения жи вотноводческой фермы выполнено по критерию минимума удельных приведенных за трат на 1 кВтч полезной энергии с применением центральных котельных и систем теп лообеспечения децентрализованного типа, когда теплогенерирующее оборудование размещается в пристройках к зданиям, а теплопотребляющие установки размещаются непосредственно в местах потребления теплоты.

Удельные стоимостные и приведенные затраты на получение и использование полезной тепловой энергии в различных системах теплообеспечения приведены на рис. 1 и рис. 2.

ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

Сп, коп/кВтч 1 2 3 Вид энергоносителя Рис.1. Стоимость получения 1 кВтч полезной тепловой энергии без учета капитальных вложений и эксплуатационных затрат.

1-твердое топливо;

2-жидкое топливо;

3-природный газ;

4-электроэнергия с учетом сетей Зуд.пр., коп/кВтч 1 2 3 Вид энергоносителя Рис.2. Удельные приведенные затраты на получение и использование 1кВтч полезной тепловой энергии при теплообеспечении животноводческой фермы.

1-твердое топливо;

2-жидкое топливо;

3-природный газ;

4-электроэнергия Центральные котельные системы децентрализованного типа ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

При этом стоимость получения (производства) 1 кВтч тепловой энергии (рис. 1) определялась только исходя из цены 1 кг топлива, его теплотворной способности и КПД установки, но без учета капитальных вложений и эксплуатационных затрат.

ВЫВОДЫ Технико-экономический анализ результатов расчета по приведенным затратам различных систем теплообеспечения позволяет сделать следующие выводы.

1. Наиболее эффективны системы и технические средства теплообеспечения де централизованного типа, т. к. удельные приведенные затраты на 1 кВтч полезной энергии в котельных примерно в 2 раза выше, чем в децентрализованных системах теп лообеспечения, особенно электрических, при снижении энергозатрат на 30% и капи тальных вложений в 1,5-2 раза.

2. Среди систем теплообеспечения децентрализованного типа наиболее эффек тивны газовые системы (при наличии газовых сетей) и системы электротеплообеспече ния. Менее эффективны системы на жидком топливе (соляровое масло) и худший вари ант – на твердом топливе, применение которого весьма затруднительно по техническим причинам и условиям эксплуатации.

3. Затраты на получение и использование 1 кВтч тепловой энергии в 3-4 раза выше, чем просто на ее производство. Поэтому выбор и оценку систем теплообеспече ния и энергоносителя следует производить по удельным приведенным затратам на по лучение и использование 1 кВтч полезной тепловой энергии (рис. 2), а не по стоимости получения энергии (рис. 1), как это иногда делают на практике.

Получено 21.01.2005.

V. N. Rasstrigin, DSc. (Eng);

D. A. Tikhomirov, Cand. Sc. (Eng) All-Russia Research Institute for Electrification of Agriculture (VIESH), Moscow, Russia GROUNDS FOR CHOOSING HIGH-PERFORMANCE HEAT SUPPLY SYSTEMS FOR ANIMAL FARMS Summary To substantiate properly the choice of the most effective heat supply system is very important due to high prices on energy carriers. Such a system, which would affect the per formance of the whole farm, is chosen amidst various options by comparing engineering and economic characteristics of their application and making the choice by the minimal adjusted expenditures. Heat supply systems currently in use on animal farms work on fossil fuels (solid, liquid or gas) or electric energy.

In our case feasibility study was performed for a dairy and cattle-breeding farm of a typical design with tied animal keeping for 400 head. The functions of the farm heat supply system include ventilation, heating, and hot water and steam supply in all production, service and other farm facilities.

Effective power of 499 kW and annual net energy consumption of 760000 kWh were estimated for the whole farm on the basis of farm design data and corresponding calculation technique.

ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

By the example of the dairy farm for 400 head two types of heat supply systems were considered: a central boiler, located on the farm territory, and the systems of distributed heat ing. Four variants of the systems working on solid or liquid fuel, natural gas or electrical en ergy were analysed.

Power equipment was chosen according to calculated installed capacity for each pro duction process and individual facilities.

The technical and economic assessment of different heat supply systems for an animal farm was done by the criterion of minimum specific adjusted expenditures per 1 kWh of net energy when central boiler-houses and systems of distributed heating are applied. In distrib uted heating systems the heat generators are installed in building annexes and heat consuming installations are installed directly where the heat is consumed.

The specific costs and adjusted expenditures to generate and use the net thermal en ergy in different heat supply systems are shown in Fig.1 and Fig.2.

The technical and economic analysis of calculation results on adjusted expenditures for different heat supply systems allows drawing the following conclusions:

1. Distributed heating systems were found the most effective.

2. Among the distributed heating systems electricity-operated and gas-operated sys tems are the most effective, provided the gas network is in place.

3. The inputs in combined generation and usage of 1 kWh of thermal energy are 3 to times higher than those in its generation only.

В.Н. Бровцин, д-р техн. наук;

В.В. Волков, канд. техн. наук;

Г.П. Зеленин ГНУ Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства (СЗНИИМЭСХ), Санкт-Петербург АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ СУШКИ СЕМЕННОГО ЗЕРНА В ШАХТНЫХ ЗЕРНОСУШИЛКАХ В статье представлен адаптивный алгоритм управления сушкой семенного зерна с самонастраивающейся моделью и приведены некоторые результаты его исследования для шахтной зерносушилки С-20. Уменьшение удельных расходов топлива позволяет улучшить экологические характеристики процесса сушки зернового материала.

ВВЕДЕНИЕ Адаптивная подсистема управления сушкой семенного зерна (ПУССЗ) в шахтной зерносушилке является автономной разработкой и функционирует в составе комплекса технических средств (КТС) послеуборочной обработки и хранения семенного, фуражного и продовольственного зерна.

На рис. 1 представлена функциональная схема ввода информации и формирования управляющих воздействий ПУССЗ.

ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

Рис. 1. Функциональная схема системы сбора данных и управления процессом сушки зерна в шахтной зерносушилке С-20:

1 – топочный агрегат;

2 – надсушильный бункер;

3 – камера предварительного на грева;

4 – сушильная камера;

5 – охладительная камера;

6 – выпускное устройство;

7 - вен тилятор, 8 – заслонка;

T1…T7 - датчики температуры, W1 – датчик влажности, ИТ – изме ритель температуры, ИВ – измеритель влажности Сушилка С-20 снабжена датчиками температуры теплоносителя и зерна типа ТСМ-1088 и датчиком влажности зерна. Измерение влажности зерна производится устрой ством контроля влажности зерна КРС-З (максимальная погрешность измерения в диапазоне 10 –18% = ± 1,5%). Измерение температуры осуществляется с помощью 8-ми канального измерителя температуры ИР8 разработки НИПТИМЭСХ НЗ РФ с максимальной погреш ностью ± 1 С. Выходные сигналы датчиков температуры Т1 – Т7 и датчика влажности зер на после преобразования их устройствами ИР8 и КРСЗ подаются на промежуточный согласователь ЭВС (электронный блок сопряжения), где производится их мультиплексиро вание и предварительное усиление. Сигналы в цифровой форме обрабатываются управ ляющей программой центрального процессора в “фоновом режиме”, которая по окончанию их обработки в каждом цикле управления формирует управляющие воздействия в цифро вом коде, которые затем преобразуются в БВВ (блоке ввода-вывода). Эти сигналы воздей ствуют на обмотки реле в кросс-стойке (КС), контакты которых управляют контакторами (К1 и К2) исполнительных механизмов (Д1 и Д2) заслонки (З) и выгрузного механизма (ВУ), соответственно.

МЕТОДЫ Главное назначение ПУССЗ – выполнение агротехнических требований на про цесс сушки. Синтез алгоритма управления ПУССЗ провели методом вычислительного эксперимента в соответствии с разработанной в СЗНИИМЭСХ методикой.

ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

Исследования математической модели процессов тепло– и влагопереноса в су шилке показали, что зерновой материал с максимальной температурой наблюдается на выходе из зоны сушки (см. рис. 2) [1]. Указанное обстоятельство позволяет контроли ровать максимальное допустимое ограничение на температурный режим на уровне ус тановки датчика Т2.

120 II III Температура, С Влажность, % о 1 80 I 40 2 0 1 3 5 7 9 11 1315 1719 21 23 2527 Номер слоя Рис. 2. Кривые сушки зерна при номинальных условиях:

I – зона предварительного нагрева, II – зона сушки, III – зона охлаждения;

1 – влажность зерна, %;

2 – температура зерна, С;

3 – температура обратного теплоносителя, С;

4 – температура теплоносителя на входах зон, С.

Исходя из сказанного, задачей адаптивного управления процессом сушки семен ного зерна является минимизация функционала:

I (k +1) = (W1(k + d +1) W1ат )2 + rву (uву (k + d) uву (k + d 1))2 + rзс (uзс (k) uзс (k 1))2 + 1 1, (1) + rогр + uзс min uву, (Т1(k + d +1) Т1max) (Т 2(k + d +1) Т2max) W1minU1W1max W где rву и rзс – весовые коэффициенты при управляющих переменных;

rогр - штрафной коэффициент на нарушение ограничений;

Т1max и Т2max – верхние гра ницы допустимых значений на температуру Т1 и Т2, соответственно;

d – число тактов запаздывания по каналу управления заслонкой uзс.

В связи с тем, что критерий оптимизации имеет форму, отличную от стандарт ной квадратичной (введена штрафная функция), для решения задачи используем поис ковый алгоритм непрямого адаптивного управления с настраиваемой моделью.

Синтез алгоритма управления а) - модуль оперативной идентификации технологического процесса сушки зер на.

Настраиваемая модель должна отражать информацию в тех точках реального процес са, в которых выполнение агротехнических требований гарантирует их выполнение на всех горизонтах сушилки.

Исходя из сказанного, запишем настраиваемую модель процесса сушки зерна в виде:

ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

W 1( k 1) 0 W 1(k d 1) 1 1 d W 1( k ) a11 a12 0 0 0 0 a T 1(k 1) 0 T 1(k d 1) 1 1 d T 1( k ) a a 0 0 0 0 a = + + 21 * * 0 T 2( k 1) 0 0 0 T 2( k d 1) a T 2( k ) 0 0 a 1 T 4( k 1) 0 0 0 T 4( k d 1) T 4( k ) 0 0 0 1 d b 0 b11 u зс ( k 1) u зс (k d 1) 0 d b b + + + * * u ву ( k 1) u ву (k d 1) b31 b32 (2) 0 0 eW 1 ( k 1) 0 eW 1 (k d 1) 0 0 0 0 0 0 eT 1 ( k 1) 0 eT 1 (k d 1) 0 0 0 0 0 + +... + * * 0 eT 2 (k 1) 0 eT 2 ( k d 1) 0 0 0 0 0 f 44 eT 4 (k 1) f 44 eT 4 ( k d 1) 1 d 0 0 0 0 0 где aij, bij, fij - идентифицируемые параметры модели;

e() – оценка ошибки па раметра состояния;

k - номер такта от начала процесса управления.

Введем обозначения:

X(k)=|W1(k) T1(k) T2(k) Т4|т;

zW1(k-1) = |W1(k-1) T1(k-1) T2(k-d-1) uву(k-1) uзс(k-d-1)|т, zT1(k-1) = |W1(k-1) T1(k-1) T2(k-d-1) uву(k-1) uзс(k-d-1)|т, zT2(k-1) = |T2(k-1) T4(k-1) uзс(k-1) uву(k-1)|т, zT4(k-1) = |T4(k-1) еT4(k-1) еT4(k-2)… еT4(k-d-1)|т.

В соответствии с (5.4): X(k)=Z (k-1)P+(k), zW 1 (k 1) т z Т 1 ( k 1) т Z (k 1) = zТ 2 ( k 1) т zТ 4 ( k 1) т Р- вектор идентифицируемых параметров:

P = Pw1 Pт1 Pт2 Pт4 ;

т Т Т T т т b11 ;

PТ 1 = a Pw1 = a11 2 d 1 d 1 2 d 1 d a 22 a 23 b22 b21 ;

a12 a13 b12 т т PT 2 = a33 b32 ;

PT 2 = a 1 1 1 1 2 b31 f 41 f 44... f 44.

ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

Для оперативной идентификации параметров настраиваемой модели использовали обобщенный рекуррентный метод наименьших квадратов. Как показали исследования, при меняемый для идентификации процесса сушки зерна алгоритм сходится в течение 5-7 ша гов.

б) - модуль расчета управляющих воздействий.

При оптимизации систем с небольшим количеством управляющих воздействий и ог раничений целесообразно использовать несложные алгоритмы. В нашем случае имеется все го два управляющих воздействия, причем, значение управляющего воздействия uву опре деляется с упреждением на d тактов. Моделирование работы ПУССЗ показало, что доста точное быстродействие при необходимой точности расчета управляющих воздействий обеспечивается при использовании метода покоординатного спуска.

РЕЗУЛЬТАТЫ В работе проведены теоретические и экспериментальные исследования ПУССЗ при номинальных климатических условиях Ленинградской области для августа и тем пературе теплоносителя на входе в камеру предварительного нагрева 70°С и, что до пускается некоторыми исследователями, до 110°С. Во втором случае средняя произво дительность увеличилась с 12,9 до 16,5 (пл. т)/час при уменьшении расхода топлива с 7,61 до 7,12 кг/(пл. т.). Качественные показатели сушки при этом, находясь в заданных агротехническими требованиями пределах, ухудшились. Так, максимальное отклонение влажности зерна от заданного значения (14%) увеличилось с 0,8 до 1,2%.

Следует отметить, что используемая в алгоритме управления настраиваемая модель процесса сушки позволяет существенно уменьшить случайную ошибку измерения влажно сти зерна. Так, если считать, что погрешность прибора измерения влажности зерна обуслов лена случайной ошибкой, то погрешность измерения в силу фильтрующих свойств модели уменьшается более, чем в 1,4 раза.

На рис. 3 - 4 показаны температурно-влажностные процессы сушки зерна при существенном ухудшении условий сушки, что обусловлено скачкообразными измене ниями влажности с 10 до 20 % от номинального значения. И в этом случае процесс сушки соответствует агротехническим требованиям, причем, максимальное отклонение влажности зерна на выходе сушилки с одним управляющим воздействием uву (см. рис. 3а) находится на границе агротребований (-1,5%), в то время как с двумя управ ляющими воздействиями максимальное отклонение не превышает 1,1 % (см. рис. 4а).

Ограничения на температуру зерна и обратного теплоносителя также выполняются.

Обработка результатов моделирования с использованием теории контроля качества показала, что разброс значений влажности зерна на выходе сушилки при использовании ПУССЗ более, чем с 95% вероятностью будет находиться в пределах:

13,1973% m 14,8167%, что соответствует агротехническим требованиям на процесс сушки семенного зерна.

Адаптивный алгоритм управления ПУССЗ реализован в виде подпрограммы в составе математического обеспечения комплекта технических средств послеуборочной обработки и хранения семенного, фуражного и продовольственного зерна. Экономиче ские расчеты проведены при базовом варианте, в качестве которого использована разработка микропроцессорной системы управления ВИМ. Годовой экономический эффект составил 8098 руб.

ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

а) – влажность, %: 1 – зерна на входе в сушилку, 2 – атмосферного воздуха, 3 – на выходе сушилки;

4 – на выходе модели, 5 - заданное значение;

б) – температура, С: 1– зерна на выходе сушилки, 2 – зерна на выходе зоны сушки, 3 – зерна на выходе зоны предварительного нагрева, 4–обратного теплоносите ля, 5 – теплоносителя на выходе теплогенератора и на входе в зону сушки, 6 – атмо сферного воздуха;

в) – управляющие воздействия: 1 продолжительность работы вы грузного механизма за такт управления, мин, 2 – угол открытия заслонки, рад.

ВЫВОДЫ Адаптивная подсистема сушкой зерна удовлетворяет жестким агротехническим требо ваниям во всем диапазоне изменения климатических условий и влажности поступающего зер нового материала. Использование ПУССЗ позволяет отказаться от обычно используемого ре ) ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

гулятора температуры теплоносителя на выходе теплогенератора, что позволяет снизить стоимость системы управления.

ЛИТЕРАТУРА 1. Бровцин В.Н. Исследование и оптимизация динамических объектов сельскохозяйст венного назначения средствами вычислительного эксперимента. СПб.: СЗНИИМЭСХ, 2004. – 364 с.

Получено 31.01.2005.

V.N. Brovtsyn, DSc. (Eng);

V.V. Volkov, Cand. Sc. (Eng);

G.P. Zelenin North-West Research Institute of Agricultural Engineering and Electrification, St-Petersburg, Russia ADAPTIVE CONTROL OF SEED GRAIN DRYING IN A TOWER DRIER Summary Grain drying process features the seasonal character, substantial effect of disturbances and their pronounced random nature, availability of various cereals and the process depend ency on their characteristics and application, multivariable control systems applied, etc.

The recent rapid development of computer aids, their relatively low cost and availabil ity allowed improving significantly the grain drying control quality. Profitable multiconnected control systems and control systems with a model have been designed. Nevertheless the po tential of computational power of data-flow computers, which allows applying the arbitrary complex control algorithms, self-adjusting ones included, is far from being used in full in these systems.

The paper presents an adaptive control algorithm for seed grain drying with the self adjusting model and some results of its application for a C-20 tower drier.

В.Н. Бровцин, д-р. техн. наук;

В.Ф. Клейн, канд. техн. наук;

Е.Э. Максимов, канд. техн. наук;

А.Н. Степанов, канд. техн. наук;

А.Б. Скорняков ГНУ Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства (СЗНИИМЭСХ), Санкт-Петербург ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПАХОТНЫМ АГРЕГАТОМ В докладе приведены результаты исследований экстремальных систем управле ния устойчивостью в продольной плоскости и шириной захвата плуга пахотного агре гата, составленного из колесного трактора МТЗ-82 и плуга ПИН-4-35. Использование экстремальных систем существенно уменьшает расход топлива, что положительно ска зывается на экологической составляющей обработки почвы.


ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

ВВЕДЕНИЕ Многие объекты сельскохозяйственного назначения имеют ярко выраженный экстремальный характер показателей качества как функций управляющих воздействий, а системы автоматического управления, отыскивающие максимум или минимум этих показателей, называются экстремальными системами.

В качестве средств управления в экстремальных системах желательно использо вать те устройства, которыми в настоящее время укомплектованы мобильные агрегаты.

К ним, в первую очередь, относятся гидроприводы, которые состоят из трех основных частей: силовой (насос), распределительной (трехпозиционный электромагнитный кла пан) и рабочей (гидроцилиндр). Исходя из сказанного, и, кроме того, следуя известному принципу, что алгоритмы и созданные на их основе средства автоматизации должны иметь универсальный характер и быть использованы на многоцелевых мобильных агрегатах, принятая для дальнейших исследований блок – схема экстремальной системы будет иметь вид, представленный на рис. 1.

Рис. 1. Блок-схема экстремальной системы управления Система на рис. 1 может быть отнесена к классу экстремальных систем пошаго вого типа с постоянной скоростью сервомотора.

Что касается самого объекта управления, то анализ показал, что мобильные аг регаты, например, почвообрабатывающие, как по управляющим так и по возмущаю щим воздействиям описываются передаточными функциями, в которых порядок числи теля 1, а порядок знаменателя 2.

Алгоритм управления для экстремальной системы пошагового типа имеет вид:

U(k+1)=U(k)±U(k)signI, (1) где U (k) - приращение управляющего воздействия;

I(k) - градиент целевой функции;

k - номер такта управления.

Знак “+” (“-”) соответствует поиску максимума (минимума);

При наличии зоны нечувствительности регулятора выражение (1) примет вид:

ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

U(k+1)=U(k)+U(k)zn(k) (2) где zn(k) - знак приращения регулирующего воздействия;

zn(k) = ± sign [ I (k) - I (k-1)] zn(k-1) при [ I(k) - I(k-1)] || при [I(k) - I(k-1)] || zn(k) = zn(k-1) Результаты экстремального управления сильно зависят от вида передаточной функции объекта и характера возмущений, в связи с чем не представляется возможным выдать какие либо рекомендации, тем более, что сложность задачи позволяет получить решение только в случае существенного упрощения исходных данных, что приводит к необходимости получения результатов посредством специально поставленного вычис лительного эксперимента.

Для реализации вычислительного эксперимента использовали приложение SIMULINK 4 пакета MATLAB 6, из компонентов которого составили обобщенную S-модель экстремальной системы пошагового типа.

Используя S-модель провели исследования экстремальной системы управления положение линии тяги пахотного агрегата, составленного из колесного трактора МТЗ 82 и плуга ПИН-4-35 (см. рис. 2) [1]. Устойчивость пахотного агрегата зависит от по ложения линии тяги, которое, в свою очередь, связано экстремальной зависимостью с усилием на бороздном колесе. Параметры агрегата и средств управления определили по экспериментальным данным, используя вариационный метод решения экстремальных задач: Tг=0.218 c, Tэ=0,139 с.

Датчик усилия на бороздном колесе практически без инерционен, что позволяет принять значение Тд = 0. Постоянную времени фильтра Тф определили из соотношения: Tф = /o, где o – частота снятия информации с объекта управления, с-1. В нашем случае период кван тования То = 0,02 с, откуда o = 314 с-1 и Tф = 0,01 с.

Рис. 2. - Схема плуга с изме няемой шириной захвата: е – смеще ние линии тяги, см;

РТ – тяговое со противление, кН;

Rбх, Rбy – усилие на бороздном колесе по направле нию движения вдоль линии тяги и перпендикулярном к нему, соответ ственно, кН Результаты моделирования при приведенных параметрах экстремальной систе мы представлены на рисунке 3.

Как видно из этого рисунка, процесс управления протекает с большой амплиту дой колебаний (график 2 рис. 3б) относительно оптимального значения усилия на бо роздном колесе (график 1 рис. 3а). Среднее отклонение процесса за время моделирова ния СО = 0,110 кН. Управляющее воздействие – движение штока гидроцилиндра (график 1 рис. 3б), достигает крайних значений (ограничений) зоны устойчивости. Та ким образом, процесс управления с параметрами установленных на пахотном агрегате средств управления Тг, Тэ и Тф, неудовлетворителен.

Значения перечисленных выше параметров, при которых обеспечивается опти мальный процесс, определили по результатам моделирования: Тг = 0,26 c;

Тэ = 0,05 c;

ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

Тф = 0,03 с;

Ту = 0,35 с;

Z = 0,002 кН. Среднее отклонение СО = 0,019 кН. Графики оп тимального процесса представлены на рис. 4.

а) - смещение линии тяги: 1 – оптимальное значение, 2 – в процессе управления;

3- напряжение на обмотке электромагнитного клапана, В;

)– б) – процессы на бороздном колесе: 1 – оптимальное усилие, кН;

2 – действи тельное усилие, кН;

3 – приращение критерия качества, кН.

ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

Из результатов исследований следует, что при использовании в экстремальной сис теме средств управления с оптимальными параметрами исключает выход процесса управ ления из зоны устойчивости и позволяет уменьшить СО процесса управления более, чем в 5 раз.

Представленные на рис. 4 результаты получены без учета возмущающих воздей ствий, однако, при реальном управлении они всегда присутствуют.

Введем детерминированные, в виде синусоидальных трендов, и стохастические воздействия, возмущающие параметры экстремальной характеристики:

- по оси управления (v1):

-2sin(3,5)+0,021();

- по оси показателя качества (v2): 0,005sin(3,5)+0,052(), где () - гауссовский процесс с СКО = 1.

Введем также случайный процесс, наложенный на движение штока гидроцилин дра, обусловленный изменением давления масла в гидравлической системе трактора:

vг= 0,22().

На рис. 5 показаны процессы управления с возмущениями при оптимальных параметрах управления, рассчитанных без возмущений (см. рис. 4).

Как следует из рисунка, процесс управления оказался неустойчивым, что указы вает на неприемлемость расчета параметров системы управления без учета возмущаю щих воздействий.

И, наконец, на рис. 6 представлены процессы управления при оптимальных па раметрах с учетом всех отмеченных выше возмущений.

Численные значения оптимальных параметров следующие: Тг = 0,32 c;

Тэ = 0,05 c;

Тф = 0,144 с;

Ту = 0,5 с;

Z = 0 кН. Среднее отклонение процесса СО = 0,037 кН.

В последнем случае управляющее воздействие (график 2 рис. 6,а) и управляемый процесс (график 2 рис. 6,б) на протяжении всего времени управления находятся в зоне ус тойчивости СО процесса увеличилась более, чем в два раза.

Производительность пахотного агрегата зависит от тяговых свойств трактора, на которые значительно влияют почвенные условия и агрофон, изменяющиеся случайным образом. Компенсация последних возможна при использовании адаптивного управ ляющего устройства шириной захвата плуга, обеспечивающего максимальную произ водительность на каждом гоне обрабатываемого поля [1]. При этом целесообразно ис пользовать экстремальный метод управления т.к. потенциальная эксплуатационная ха рактеристика пахотного агрегата, например, с трактором МТЗ-82, имеет унимодальный характер производительности от ширины захвата плуга [2].

Параметрическая схема объекта управления представлена на рис. 7.

( n, n ) B (n) W (n П ахотн ы й ) аг р ег ат-п о л е Рис. 7. Параметрическая схема объекта управления:

W(n) - производительность агрегата, га/ч;

В(n) - ширина захвата плуга, м;

(n) - некон тролируемые возмущения;

n - номер гона;

– время, с.

В соответствии с изложенным функция цели будет иметь вид:

ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

I (n) = W ( B(n)) max, при Bmin B(n) Bmax, (3) где Bmin и Bmax - минимальная и максимальная ширина захвата плуга, соответст венно, м.

Исходя из сказанного, математическое выражение градиентного дискретного алгоритма поиска экстремума (2) для нашего случая примет вид:

B( n + 1) = B (n) + B (n) zn(n), (4) В(n) – величина приращения ширины захвата плуга на n-ом гоне, м где zn (n) = sign[W ( n) W ( n 1)] zn (n 1) при [W (n) W ( n 1)], zn (n) = zn (n 1) при [W ( n) W ( n 1), На основании математического описания процесса вспашки и формирования возмущающих воздействий в СЗНИИМЭСХ разработана методика вычислительного эксперимента, позволяющая в интерактивном режиме проводить исследования экстре мальных систем описанного типа и производить синтез параметров регулятора [3].

На рис. 8 и 9 представлены процессы управления шириной захвата плуга, полу ченные по результатам моделирования.

ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

Как следует из рис. 8 и 9 экстремальная система с алгоритмом управления (4) обес печивает устойчивый процесс вспашки как при стохастических так и при совместном воз действии стохастических и детерминированных возмущений.

Исследования системы управления шириной захвата плуга показали: качество управления в стационарном режиме улучшается, как при уменьшении шага изменения ширины захвата плуга В, так и при уменьшении зоны нечувствительности (за исключе нием значений В 0,02 м, при которых сильно сказывается влияние случайного измене ния сопротивления почвы, что может вызвать ложные по знаку приращения управляющего воздействия);

качество управления изменяется незначительно при 0,02 В 0,05 м и 0,002 0,005 га/ч;


процесс вспашки протекает устойчиво как при стохастических так и при совместном воздействии стохастических и детерминированных возмущений.

Блок-схема экстремальной системы управления шириной захвата плуга пред ставлена на рис. 10. Блок управления установлен на панели приборов в кабине трактора и представляет собой контроллер с процессором PIC18C442. Процессор имеет встроен ный аналого-цифровой преобразователь, на который поступает сигнал с потенциометра – датчика ширины захвата. Сигналы с датчиков пройденного пути и по ложения плуга поступают непосредственно в процессор. Управляющий сигнал усили вается и поступает на обмотку электромагнитного гидрораспределителя, который, в за висимости от знака управляющего сигнала, перемещает шток гидроцилиндра в ту или другую сторону, тем самым изменяя ширину захвата плуга.

Блок управления обеспечивает выполнение следующих функций:

задание начальной ширины захвата плуга с пульта управления блока;

определение производительности раздельно по нечетным и четным гонам;

расчет оптимального значения ширины захвата плуга в соответствии с экс тремальным алгоритмом управления раздельно по нечетным и четным гонам;

корректировку в расчетах в случае объезда препятствий;

автоматическое изменение ширины захвата плуга;

контроль рабочего и транспортного положения плуга и сигнализацию на хождения в этих положениях.

ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

ВЫВОДЫ 1. Для объектов, имеющих унимодальные зависимости показателей качества от управляющих воздействий целесообразно использовать экстремальные методы управ ления, реализация которых возможна на основе доступных и широко используемых в сельском хозяйстве технических средств.

2. Использование на пахотном агрегате, составленным из трактора МТЗ-82 и плуга ПИН-4-35, экстремальной системы управления шириной захвата плуга позволяет, например, на пласте многолетних трав увеличить производительность с 0,828 до 0, га/ч при уменьшении расхода топлива с 14,9 кг/га до 14, 4 га/ч.

ЛИТЕРАТУРА 1. Вайнруб В.И., Догановский М.Г. Повышение эффективности использования энергонасыщенных тракторов в Нечерноземной зоне. - Л.: Колос,- 244 c.

2. Бровцин В.Н., Вайнруб В.И., Максимов Е.А. Экстремальное управление про изводительностью пахотного агрегата /Сб. науч. тр. – СПб.: СЗНИИМЭСХ, 2000.- Вып.

71.-С.19-28.

3. Бровцин В.Н. Исследование и оптимизация динамических объектов сельско хозяйственного назначения средствами вычислительного эксперимента. СПб.:

СЗНИИМЭСХ, 2004. – 364 с.

Получено 31.01.2005.

V.N. Brovtsyn, DSc. (Eng);

V.F. Klein, Cand. Sc. (Eng);

E.E. Maximov, Cand. Sc. (Eng);

A.N. Stepanov, Cand. Sc. (Eng) North-West Research Institute of Agricultural Engineering and Electrification, St-Petersburg, Russia EXTREMAL CONTROL SYSTEMS FOR A TILLING UNIT Summary The quality factors of many farming objects have a pronounced extremal character as control action functions. Adaptive control of such processes in applicable through the deci sion-making procedure in the main loop of the automated system (extremal control systems).

Investigation results of extremal control systems for pitch adaptation (stability) and plow working width of a tractor/implement system, which consists of a MTZ-82 wheeled tractor and PIN-4-35 plow, are presented. Devices, which are currently installed on up-to-date tilling units, were used as controls. They primarily include hydraulic drives, which consist of three major parts: power (pump), distribution (three-position electromagnetic valve) and op eration (hydraulic cylinder).

ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

A.A. Al-janobi, Prof.;

S. Al-hamed, Dr.;

Y. Almajhadi, Eng.

King Saud University, Agric. Eng. Dept, Riyadh, Saudi Arabia MICROPROCESSOR UNIT FOR MONITORING ON-ROAD AND OFF-ROAD STABILTY FOR AGRICULTURAL TRACTORS BASED ON MS VISUAL C++ ABSTRACT A microprocessor unit was developed for monitoring the stability of agricultural trac tors for both On-Road and Off-road applications. Two sensors installed on the tractor sent the signals to Lab-Top computer to analyze the signal data. The data was processed and the right recommendation was sent to the driver. The system was developed based on Microsoft Vis ual C++. The unit was tested in On-Road and Off-Road applications.

INTRODUCTION Recent developments in microprocessor units, which consist of a computer with data acquisition cards, greatly increased the ability to scan and record various performance pa rameters of tractors and implements. These systems differ in complexity from measuring one or two parameters to the microprocessor unit that can measure several parameters simultane ously. Their design varies according to individual data collection requirements.

Al-Suhaibani et al. (1994) made an extensive review of instrumentation systems used to measure and record tractor and implement performance parameters. A number of instru mentation systems to determine the field performance of tractors and implements operating under different field conditions have been developed and reported by researchers. Majority of them were designed exclusively for a particular tractor and not easily adaptable to other trac tors. Hence they are generally expensive and complex. Some researchers made attempts to develop instrumentation systems generally portable, interchangeable and easily acceptable to the most common tractors used in different farm sites. Al-Suhaibani and Al-Janobi (1996) de veloped a portable instrumentation system to measure drawbar pull, PTO torque and speed, tractor speed and slip, fuel flow, engine speed and temperatures of fuel and engine of a wide range of agricultural tractors. Lackas et al. (1991) developed a portable microprocessor unit to measure the draft requirements and operating speeds of soil engaging implements. Thomson and Shinners (1989) developed a portable instrumentation system to measure draft and speed when using either pull type or three-point hitch mounted implements.

Presently, most of the researchers have been involved in the development of micro processor units for monitoring performance parameters of tractors and implements. These sys tems employ a microprocessor to scan a number of transducers, convert analog signals into digital format, count pulse signals and store the data in a file with a format ready for using by different applications software such as Excel. These systems are simple, compact and inex pensive and hence to provide the operators the facility for field verification of collected data.

Also they help to check on correct system function and provide immediate availability of data for use in demonstrations. Researchers have developed a number of general-purpose tractor instrumentation and microprocessor units for use in a wide range of field experiments on trac tor and implement to measure various performance parameters (McLaughlin et al., 1993;

Grevis-james et al., 1983;

Tompkins and Wilhelm, 1982;

Freeland et al., 1989).

The objective of this project was to develop a microprocessor unit for monitoring On Road and Off-Road stability for agricultural tractors with mounted implements using MS Visual C++ ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

MICROPROCESSOR UNIT The Microprocessor unit consisted of an IBM compatible notebook computer (ASUS L4 SERIES P4) with speed of 2.4 GHz, 40 G Byte hard Disk, and memory with 256MByte, and portable data acquisition system (DAQBook-200) made by Omega Company. The DaQBook-200 receives the signals from the speed signal conditioning circuit, front and rear wheel torque and weight transducers, three-point linkage dynamometer and the fifth wheel ground speed sensor. The microprocessor unit was placed on a locally made platform in the tractor cab. The complete Microprocessor unit is illustrated in figure 1.

Rear & Front Wheels Torque transducer 3 Point Linkage Dynamometer Drawbar Dynamometer Stability Unit RP2RP RP1 FP1 FP2 FP3 FCL+FPL FTL FPR+FCR DBT DBB Ver Hori FWS 1st collection terminal RWS Data Acquisition System DBK- Microprocessor Unit Laptop Computer 5th S distribution terminal r.p.m DBK- FUEL 110-220 V Data logger Power Supply Figure 1. The setup of the microprocessor unit The system was designed and developed to be used on a MF 3090 tractor. The right front and rear wheels of the tractor were equipped with two wheel torque and weight trans ducers to measure the torque and forces acting on the tractor wheels. The design and devel opment of the transducer are reported by Al-Janobi et al. (1997). Two optical shaft encoders coupled to the right front and rear wheels of the tractor through a flexible drive and a slip-ring were used to measure the travel speed, whereas a fifth wheel together with another optical shaft encoder connected underneath the tractor was used to measure the tractor ground speed.

These speed transducers were calibrated by running the tractor on a flat asphalt surface for a distance of 50 m in three selected tractor gears at the rated engine speed. The other transduc ers used in the instrumentation system were calibrated using a specially designed and built calibration rig. The complete description of the instrumentation system and the calibration procedure are given by Al-Suhaibani et al. (1994). The tractor was also equipped with a three point linkage dynamometer to measure the horizontal and vertical forces exerted by imple ments mounted on the tractor (Al-Janobi and Al-Suhaibani 1996).

The microprocessor unit provided the ability to scan, calibrate, analyze, display and store the data during the test run. A flexible, modular, user-friendly application program was needed, which was to be used for both research and educational programs. Thus, microproc essor unit software was developed in MS Visual C++ with visual interaction screens (Graphi ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

cal User Interface GUI) for this application. This program is menu-driven and windowed in put forms, and provides option selection choice lists to enhance user friendliness.

The program accounts for both Off-Road and On-Road situations. Off-Road mode can be used to determine the tractor stability during field operation to avoid rearward and side overturns, while On-Road mode deals with the stability condition of the tractor with mounted implements during transportation.

Figure 2 shows the dimensions of the tractor with mounted implements.

Wt Wi sin Wt sin 1740 mm Wt cos Wi 920 mm Wi cos 1014 mm Wheel base 990 mm 2699 mm Figure 2. The dimensions of the tractor with mounted implements The microprocessor unit for the Off-Road mode measures vertical and horizontal forces on front and rear wheels, horizontal force of three-point linkage, slip and speed based on the following equations which describe:

4 Rhf = [Rp1 cos( )] + Rp2 cos + + Rp3 cos + 2 (1) 3 4 RVf = [Rp1 sin ( )] + Rp2 sin + + Rp3 sin + 2 (2) 3 4 Fhf = [Fp1 cos( )] + Fp 2 cos + + Fp3 cos + 2 (3) 3 ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

4 FVf = [Fp1 sin ( )] + Fp 2 sin + + Fp3 sin + 2 (4) 3 SX = {[(FCL + FCR ) Cos ( )] + [( FPR + FPL ) Sin( )] + [(FTL ) Cos ( )]} (5) 1 ((b f ) + ( A Sin ( )) ) TAN ((a e) + ( A Cos ( )) ) = ( ) (6) COS 1 ((a + ( A Cos ( ))) e ) + ((b + ( A Sin ( ))) f ) + D L 2 2 2 (( ) ) 2 D a + COS 1 ( ) e 2 + (b + A sin( ) f ) ( ) S 2 + ( e + B Cos ( )) + (( d f ) + B Sin ( ) ) M 2 COS ( ) 2 S (e + B Cos ( ) c ) + (( d f ) + B Sin ( ) ) 2 (7) = 1 (( d f ) + B Sin ( ) ) TAN (( e c ) + B Cos ( ) ) SY = {[(FPR + FPL ) Cos ( )] [(FCL + FCR ) Sin( )] [( FTL ) Sin( )]} (8) ((SX ) ) RE = + (SY ) (9) SY Theta = TAN 1 ( ) (10) SX When the microprocessor unit is applied for both modes, the stability of the tractor is measured on real time. The value of the coefficient of stability, S.F. should be greater than 1.25. When it comes below to the value 1.25, the tractor may fall upside down from the front end. This was indicated by an alarm in the unit. The distance between the center of gravity of the tractor and center of rear wheels, and the calculation of the value of coefficient of stability were calculated.

For each mode, the developed program consists of three sub-programs. The first sub program receives the basic data from the monitoring unit through a parallel port. The monitor ing unit (DaQBook-200) continuously samples the data from the various transducers con nected in the instrumentation system. The system can read up to 10 samples per second. The received data are converted by the second sub-program to different gauge units based on pre sent variables (calibration constants and coefficients). The user can modify the values of these variables in a special screen. Converted data are processed in real-time by calculating the ba sic operating factors that affect tractor’s performance. Operating factors include wheel Slip, speed, tractive efficiency, vertical and horizontal forces on tractor and three point linkage (TPL).

ISBN 5-88890-036-2. Том 3.

SYSTEM PERFORMANCE The system was field-tested for its performance. The system performance was noted to be excellent in real time display of sampled and processed data. The system is capable to scan and analyze 10 samples per second.

REFERENCES 1. Al-Janobi, A. and S.A. Al-Suhaibani. A Microprocessor unit to monitor tractor per formance. ASAE Paper, 1996, No. 96-1095, ASAE, St. Joseph, MI.

2. Al-Janobi, A., S.A. Al-Suhaibani, A.A. Bedri and A.S. Babeir. A precision wheel torque and weight transducer for most common agricultural tractors. Agricultural Mechaniza tion in Asia, Africa and Latin America, 1997, 28(1): 13-17, 22.

3. Al-Suhaibani, S.A. and A. Al-Janobi. An instrumentation system for measuring field performance of agricultural tractors. Misr Journal of Agricultural Engineering, 1996, 13(3): 516-528.

4. Al-Suhaibani, S.A., A.A. Bedri, A.S. Babeir and J. Kilgour. Mobile instrumentation package for monitoring tractor performance. Agricultural Engineering Research Bulletin No.

40, 1994, King Saud University, Riyadh, Saudi Arabia.

5. Freeland, R.S., F.D. Tompkins and L.R. Wilhelm. Portable instrumentation to study performance of lawn and garden ride-on tractors. Applied Engineering in Agriculture, 1989, 5(2): 143-147.

6. Grevis-james, I.W., D.R. DeVoe, P.D. Bloome, D.G. Batchelder and B.W. Lambert.

Microprocessor-based data acquisition for tractors. Transactions of the ASAE, 1983, 26(3):

692-695.

7. Lackas, G.M., R.D. Grisso, M. Yasin and L.L. Bashford. Portable Microprocessor unit for measuring energy requirements of soil-engaging implements. Computers and Elec tronics in Agriculture, 1991, 5: 285-296.

8. McLaughlin, N.B., L.C. Heslop, D.J. Buckley, G.R. St. Amour, B.A. Compton, A.M. Jones and P. Van Bodegom. A general-purpose tractor instrumentation and data logging system. Transactions of the ASAE, 1993, 36(2): 265-273.

9. Thomson, N.P. and K.J. Shinners. A portable instrumentation system for measuring draft and speed. Applied Engineering in Agriculture, 1989, 5(2): 133-137.

10. Tompkins, F.D. and L.R. Wilhelm. Microprocessor-based, tractor Microprocessor unit. Transactions of the ASAE, 1982, 25(6): 1540-1543.

А.А. Аль-Джаноби, проф.;

С.Аль-Хамед, д-р;

И.Алмайхади Университет Короля Сауда, Факультет сельскохозяйственной инженерии, Риад, Саудовская Аравия МИКРОПРОЦЕССОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОНИТОРИНГА УСТОЙЧИВОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ТРАКТОРОВ В ТРАНСПОРТНОМ И РАБОЧЕМ ПОЛОЖЕНИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ MS VISUAL C++ Разработано микропроцессорное устройство для мониторинга устойчивости сельскохозяйственных тракторов в транспортном и рабочем положениях. Два датчика, установленные на тракторе, посылают сигналы на портативный компьютер, который эти сигналы анализирует. Данные обрабатываются, и правильные рекомендации на ISBN 5-88890-033-8. Экология и сельскохозяйственная техника. СПб, 2005.

правляются водителю. Система была разработана на базе MS Visual C++. Устройство было протестировано в транспортном и рабочем положениях тракторов.

Последние достижения в разработке микропроцессорных устройств, состоящих из компьютера и плат сбора данных, значительно повысили возможности производить поиск и регистрировать различные параметры работы тракторов и орудий. Эти системы отличаются по сложности от тех систем, которые измеряют один или два параметра, и относятся к таким микропроцессорным устройствам, которые могут определять не сколько параметров одновременно. Конструкция этих систем изменяется в зависимости от индивидуальных требований к сбору данных.

В настоящее время многие исследователи разрабатывают микропроцессорные устройства для мониторинга работы тракторов и орудий. Эти системы используют микропроцессор, чтобы сканировать ряд датчиков, преобразовывать аналоговые сигна лы в цифровой формат, определять число импульсных сигналов и сохранять данные в файл с форматом, готовым для использования различными программами, такими как Excel. Эти системы просты, компактны и недороги, поэтому они обеспечивают воз можность практического подтверждения собранных данных. Они также облегчают проверку надлежащего функционирования системы и обеспечивают немедленный дос туп к данным для использования при демонстрационных опытах.

Целью данного проекта была разработка микропроцессорного устройства для мониторинга устойчивости сельскохозяйственных тракторов с навесными орудиями в транспортном и рабочем положениях с использованием MS Visual C++.

Микропроцессорное устройство состоит из компьютера типа «ноутбук», совмес тимого с IBM (ASUS L4 SERIES P4) с быстродействием 2,4 ГГц, жестким диском 40 Гб и памятью 256 Мб, и портативной системы сбора данных (DAQBook-200) производства фирмы Omega. Система DAQBook-200 получает сигналы от контура преобразования сигналов скорости, датчиков крутящего момента на передних и задних колесах, датчи ка массы, динамометра на трехточечной навеске и датчика скорости хода (относитель но земли) пятого колеса. Микропроцессорное устройство было размещено на изготов ленной своими силами подставке в кабине трактора (Рис.1) Система была предназначена для использования на тракторе MF 3090. На рис. представлены габаритные размеры трактора с навесными орудиями.

Программное обеспечение было разработано в MS Visual C++. Программа учи тывает как транспортное, так и рабочее положение трактора. Режим рабочего положе ния можно использовать для определения устойчивости трактора при полевых работах, чтобы избежать опрокидывания назад или набок, а режим транспортного положения определяет устойчивость трактора с навесными орудиями при транспортировании.

Для режима рабочего положения микропроцессорное устройство замеряет вер тикальные и горизонтальные силы на передних и задних колесах;

горизонтальную силу на трехточечной навеске, скольжение и скорость определяют на основе уравнений (1)-(10).

Когда микропроцессорное устройство применяется в обоих режимах, устойчи вость трактора измеряется в масштабе реального времени. Значение коэффициента ус тойчивости должно превышать 1,25. Если оно меньше, чем 1,25, трактор может пере вернуться спереди назад. О такой ситуации предупреждает сигнал опасности.

Для каждого режима разработанная программа состояла из трех подпрограмм.

Первая подпрограмма получала основные данные от устройства через параллельный порт. Система DAQBook-200 непрерывно производила выборку данных, поступающих от подсоединенных разных датчиков. Система может считывать до 10 измерений в се ISBN 5-88890-036-2. Том 3.



Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |   ...   | 10 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.