, (9.1) Автоматизация сельскохозяйственных машин (как мобильных, так и стационарных) является достаточно трудоемким и сложным делом. Специфические особенности работы каждой из машин определяют целый ряд особых требований, предъявляемых к техническим средствам автоматики этих машин.
Как было отмечено в главе 1, перечень объектов, с которыми приходится работать сельскохозяйственным машинам и которые попадают в сферу автоматизации весьма широк. Это - семена, корма, удобрения, растения, энергоносители (воздух, вода), почва и многое другое, т.е. при автоматизации следует учитывать их специфику и разнообразие сочетаний.
Немаловажны также условия работы сельскохозяйственных машин. Они в большинстве своем работают и хранятся на воздухе круглый год. Работают в очень неблагоприятных условиях: воздействие окружающей среды (жара, мороз, пыль, влага), вибрации и удары, агрессивные газы и т.п. Все это накладывает высокие требования к конструкции и исполнению элементов и средств автоматизации с целью обеспечения необходимой точности работы и надежности.
9.1 Классификация и параметры средств автоматизации
Первым и непременным условием автоматизации любого произ-водственного процесса является условие наличия информации о значениях тех величин, которые характеризуют состояние этого процесса.
Что же такое информация с точки зрения техники? Информация в технике - это количественная мера характеристик и параметров некоторых технических процессов.
Сбор информации, ее преобразование, передача производится с помощью САУ, состоящей из ряда элементов.
Элемент - это конструктивно обособленная часть автоматической системы, выполняющая определенные самостоятельные функции.
К элементам автоматики обычно относят :
Датчики (или первичные измерительные преобразователи), которые преобразуют контролируемую или управляемую величину в сигнал, физическая природа которого наиболее удобна для дальнейшего использования (преобразования, усиления, передачи и т.д.). В принципе датчик может состоять из одной или более ячеек, выполняющих различные функции. Иногда датчик называют чувствительным элементом, первичным преобразователем, воспринимающим органом или измерительным органом. Задающие и сравнивающие элементы иногда входят в состав датчиков.
Задающий элемент (задатчик) - предназначен для установки заданного значения регулируемой величины.
Сравнивающий элемент предназначен для определения знака и величины рассогласования между сигналом, заданным задатчиком, и действительным значением сигнала, определяющего управляемую величину.
Усилители служат для увеличения сигнала на их входе, без изменения его физической природы.
Стабилизатор - устройство, предназначенное для автоматической поддержки постоянного значения выходной величины независимо от изменения (в определенных пределах) его входной величины.
Релейный элемент - дискретный элемент, в котором при достижении определенного значения входной величины выходная величина изменяется скачком до некоторого значения и при обратном изменении входной величины вновь принимает прежнее значение.
Логические и функциональные элементы представляет собой устройства, осуществляющие логические операции и создающие определенные функциональные зависимости между входными и выходными величинами.
Вычислительные элементы - элементы, выполняющие определенные математические операции (суммирование, вычитание, умножение, деление, дифференцирование, интегрирование и т.п.).
Преобразовательные элементы служат для преобразования сигнала одной формы или физической природы в другую форму или в сигнал другой физической природы (постоянное напряжение - в серию импульсов и наоборот; перемещение - в электрический сигнал и т.п.).
Исполнительные элементы - устройства, которые в соответствии с получаемым сигналом приводят в действие регулирующий орган.
Регулирующий орган - устройство, осуществляющее непосредственное воздействие на объект управления.
Исполнительный элемент (например, электрический двигатель) и регулирующий орган (например, механическая заслонка) представляют собой устройство, непосредственно воздействующее на объект регулирования.
Особую группу представляют собой средства автоматики, такие как регуляторы, которые содержат сочетания различных элементов автоматики, объединенных в одно целое для выполнения определенной регулировочной функции.
Все средства автоматики обладают общими для них параметрами: передаточный коэффициент, или в некоторых случаях коэффициент чувствительности, коэффициент усиления, коэффициент стабилизации, надежность некоторые другие специальные параметры.
Применительно, например, к датчикам статические и динамические передаточные коэффициенты называют статическими и динамическими коэффициентами чувствительности, а по отношению к усилителям коэффициентами усиления или преобразования (например, усилитель мощности, на входе которого действует входное напряжение).
Для стабилизаторов существенным параметром является коэффициент стабилизации, который определяется как величина, обратная относительному передаточному коэффициенту (относительной передаточной чувствительности) Sотн,
, (9.1) Надежность работы любого элемента устройства или системы является одним из самых важных параметров, определяющих качество их функционирования. Надежность - это способность элементов и средств автоматики выполнять заданные функции при сохранении в определенных пределах величины их параметров.
Надежность характеризуется такими показателями, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.
Безотказность - способность устройства непрерывно работать в течение определенного времени.
Долговечность - способность устройства работать вплоть до достижения предельного состояния с учетом проведения различного рода ремонтных мероприятий.
Ремонтопригодность - возможность предупреждения отказов и обнаружения причин их возникновения с целью устранения.
Сохраняемость - способность сохранять рабочее состояние в период хранения и транспортировки.
Одним из самых существенных событий в работе любого технического устройства является отказ - событие, результатом которого является потеря работоспособности. Отказы можно разделить на внезапные, постепенные, кратковременные.
Количественной временной величиной, характеризующей надежность работы, является наработка на отказ - среднее время tср между двумя соседними отказами в работе устройства.
, (9.2)
где n - число отказов за время наблюдения; ti - время исправной работы устройства между i-1 и i-м отказами.
Расчет надежности элементов и систем начинают с определения интенсивности отказов.
Интенсивность отказов однотипных элементов определяется как отношение числа отказывающих в единицу времени элементов к среднему числу элементов, которые продолжают работать
(9.3)
D N=Nн - Nк,
где DN- число элементов, отказавших в течение времени Dt; Nн - число элементов, исправно работавших в начале наблюдения; Nк - число элементов, исправно работавших в конце наблюдения; Dt - время наблюдения.
Этот параметр - интенсивность - отказов выражают числом отказов на 1 час работы, или в процентах на 1000 часов.
За время работы элементы и устройства автоматики проходят три этапа:
первый этап - приработка (повышенное число отказов);
второй этап - нормальная работа (относительно малое число отказов при постоянной величине интенсивности отказов);
третий этап - износ и старение (увеличение интенсивности отказов).
При расчетах всегда ориентируются на второй этап работы.
Параметр l (t) - интенсивность отказов используют для определения вероятности безотказной работы р(t) и вероятности отказов q(t). Эти величины связаны следующим образом
p(t)=1-q(t) (9.4)
Вероятность безотказной работы показывает вероятность того, что в пределах определенного времени работы отказа не будет:
где k - поправочный коэффициент, учитывающий влияние окружающей среды на увеличение интенсивности отказа l(t), определенный в лабораторных условиях (для лабораторий k=1, для стационарных сельхозмашин k=10...15, для мобильных k=25...30).
Поскольку у большинства элементов и устройств преобладают внезапные отказы, то закон распределения долговечности будет экспо-ненциальным, а интенсивность отказов постоянной, и предыдущая формула примет вид
(9.5)
та как l(t)=l=const.
Все устройства, средства, системы автоматики собраны из отдельных элементов, а поэтому в целом их надежность определяется надежностью каждого отдельно взятого элемента и типа их соединений (последовательное, параллельное,смешанное).
Для устройства из n последовательных элементов вероятность безотказной работы определяется по формуле
(9.6)
где рi(t) - вероятность безотказной работы i-го элемента; li – интенсивность отказа i-го элемента.
При параллельном соединении из m элементов вероятность безотказной работы вычисляют по формуле:
(9.7)
где рj(t) - вероятность безотказной работы j-го элемента.
В случае смешанного соединения из n последовательных и m параллельных элементов вероятность безотказной работы рассчитывают по формуле:
(9.8)
Следует в заключение отметить, что все количественные характеристики надежности носят вероятностный характер, а поэтому невозможно с полной уверенностью сказать, когда произойдет отказ.
<Назад> |
