Цифровые методы обработки данных при оценке тягового усилия тракторов

Вячеслав Филиппович Федоренко; Виталий Евгеньевич Таркивский; Николай Петрович Мишуров; Николай Владимирович Трубицын

Вячеслав Филиппович Федоренко ФГБНУ «Росинформагротех» https://orcid.org/0000-0001-6398-4463
Виталий Евгеньевич Таркивский Новокубанский филиал ФГБНУ «Росинформагротех» https://orcid.org/0000-0002-8488-0011
Николай Петрович Мишуров ФГБНУ «Росинформагротех» https://orcid.org/0000-0002-1058-6952
Николай Владимирович Трубицын Новокубанский филиал ФГБНУ «Росинформагротех» https://orcid.org/0000-0001-7451-9831

Ключевые слова: испытания, тяговое усилие, цифровой фильтр, импульсные помехи, тензометрический силоизмеритель, измерительная система

Аннотация

Введение. При проведении энергетической оценки сельскохозяйственных машин и тяговых испытаний тракторов важнейшим показателем является величина тягового усилия. Существующие методы определения тягового усилия тракторов подразумевают использование специализированных средств измерений, таких как тензометрические датчики и устройства обработки и отображения информации. На точность определения тягового усилия оказывают значительное влияние физико-механические свойства почвы. Для обработки полезного сигнала во время измерения тягового усилия поток данных тензометрического датчика необходимо подвергать дополнительной цифровой фильтрации с учетом условий функционирования сельскохозяйственного агрегата.
Материалы и методы. Проанализированы функции изменения тягового усилия, полученные на тракторе К-744Р2 на различных передачах. Разработан алгоритм цифровой обработки сигнала тензометрического силоизмерителя на основе медианного фильтра, позволяющий повысить точность измерений. Преимуществом предложенного метода является способность отсекать резкие кратковременные импульсные помехи и колебания амплитуды измеренной величины.
Результаты исследования. Предложен метод определения величины тягового усилия с помощью медианной обработки сигнала. Разработано устройство для определения тягового усилия при испытаниях сельскохозяйственных тракторов и агрегатов. Обоснован выбор основных компонентов устройства определения величины тягового усилия. В результате исследований было сконструировано и изготовлено устройство для измерения и цифровой обработки сигнала силоизмерителя на базе микроконтроллера и специализированного программного обеспечения для обработки исходных данных в реальном времени.
Обсуждение и заключение. Разработанный метод позволяет исключить негативный эффект импульсных помех, возникающих в процессе измерения тягового усилия трактора. Предложенное устройство для измерения тягового усилия тракторов совместимо на уровне протокола обмена с существующими устройствами, обладает высокой скоростью работы в реальном времени, имеет многоканальный режим.

Биографии авторов

Вячеслав Филиппович Федоренко, ФГБНУ «Росинформагротех»

научный руководитель ФГБНУ «Росинформагротех» (141261, Российская Федерация, р. п. Правдинский, ул. Лесная, д. 60), академик РАН, доктор технических наук, профессор, Researcher ID: A-9022-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6398-4463, fedorenko@rosinformagrotech.ru

Виталий Евгеньевич Таркивский, Новокубанский филиал ФГБНУ «Росинформагротех»

заведующий лабораторией разработки средств измерений и программного обеспечения Новокубанского филиала ФГБНУ «Росинформагротех» (352243, Российская Федерация, г. Новокубанск, ул. Красная, д. 15), доктор технических наук, Researcher ID: W-4417-2017, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8488-0011, tarkivskiy@yandex.ru

Николай Петрович Мишуров, ФГБНУ «Росинформагротех»

заместитель директора по научной работе ФГБНУ «Росинформагротех» (141261, Российская Федерация, р. п. Правдинский, ул. Лесная, д. 60), кандидат технических наук, Researcher ID: A-8970-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1058-6952, mishurov@rosinformagrotech.ru

Николай Владимирович Трубицын, Новокубанский филиал ФГБНУ «Росинформагротех»

ведущий научный сотрудник Новокубанского филиала ФГБНУ «Росинформагротех» (352243, Российская Федерация, г. Новокубанск, ул. Красная, д. 15), кандидат технических наук, Researcher ID: W-4426-2017, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7451-9831, trubicin@yandex.ru

Литература

1. Трубицын, Н. В. Современные микропроцессорные системы для разработки средств испытаний / Н. В. Трубицын, В. Е. Таркивский // Техника и оборудование для села. – 2013. – № 12. – С. 31–32. – URL: https://rosinformagrotech.ru/data/tos/arkhiv-zhurnala-besplatnyj-dostup/download/60-arkhiv-zhurnala-za-2013/401-tekhnika-i-oborudovanie-dlya-sela-dekabr-12-198-2013-g (дата обращения: 08.02.2021). – Рез. англ.

2. Арженовский, А. Г. Метод получения тяговой характеристики трактора в эксплуатационных условиях / А. Г. Арженовский, Д. С. Козлов, Н. А. Петрищев. – DOI 10.22314/2073-7599-2018-12-5-25-30 // Сельскохозяйственные машины и технологии. – 2018. – № 5. – С. 25–30. – URL: https://www.vimsmit.com/jour/article/view/287 (дата обращения: 08.02.2021). – Рез. англ.

3. Джабборов, Н. И. Оценка тягово-динамических показателей почвообрабатывающих агрегатов / Н. И. Джабборов, Д. А. Максимов, Г. А. Семенова // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. – 2017. – № 93. – С. 53–64. – URL: https://e.lanbook.com/reader/journalArticle/401479/#1 (дата обращения: 08.02.2021). – Рез. англ.

4. Уникальная система / В. Ф. Федоренко, Н. В. Трубицын, В. Е. Таркивский, М. В. Сазонов // Информационный бюллетень. – 2017. – № 8. – С. 45–47. – URL: https://rosinformagrotech.ru/data/byulleten/arkhiv-vypuskov/download/35-arkhiv-vypuskov-za-2017-god/317-avgust (дата обращения: 08.02.2021).

5. Метод повышения точности измерения тягового сопротивления в навесном устройстве трактора / Р. А. Косульников, А. А. Карсаков, С. Д. Фомин, Е. А. Назаров // Известия нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. – 2018. – № 1 (49). – С. 326–333. – URL: http://www.volgau.com/Portals/0/izv_auk/izv_auk_full/izvestiya_2018_49_1.pdf?ver=2018-03-26-143653-023 (дата обращения: 08.02.2021). – Рез. англ.

6. Шилин, Д. В. Повышение точности взвешивания сыпучих материалов на поточном расходомере-дозаторе с двумя тензометрическими датчиками / Д. В. Шилин, Д. А. Шестов, П. Е. Ганин. – DOI 10.24160/1993-6982-2019-3-116-123 // Вестник Московского энергетического института. – 2019. – № 3. – С. 116–123. – URL: http://vestnik.mpei.ru/index.php/vestnik/article/view/446 (дата обращения: 08.02.2021). – Рез. англ.

7. Пахоменков, Ю. М. Преобразователь сигналов мостовых тензометрических датчиков / Ю. М. Пахоменков // Системы управления и обработки информации. – 2017. – № 1. – С. 80–93. – URL: https://www.avrorasystems.com/upload/iblock/ef2/ef288dc4bda27d1b9dd828ef1786c97e.pdf (дата обращения: 08.02.2021). – Рез. англ.

8. Зеленцов, Ю. А. Исследование влияния схем термокомпенсации дрейфа начального разбаланса мостовых схем на выходной сигнал тензометрического датчика / Ю. А. Зеленцов, В. Ю. Зеленцов // Метрология. – 2007. – № 4. – С. 39–47. – URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=15245956 (дата обращения: 08.02.2021).

9. Костюченко, В. И. Удельное тяговое усилие колесного трактора, оптимальное по тяговому КПД / В. И. Костюченко // Вестник Южно-Уральского государственного университета. – 2011. – № 31. – С. 49–53. – URL: https://www.susu.ru/sites/default/files/v_31_248_2011.pdf (дата обращения: 08.02.2021).

10. Лашова, С. С. Вывод зависимости относительного удлинения, возникающего в тензометрическом датчике от его геометрических параметров / С. С. Лашова, В. И. Клевеко // Современные технологии в строительстве. Теория и практика. – 2017. – Т. 2. – С. 115–120. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=35090189 (дата обращения: 08.02.2021). – Рез. англ.

11. Мельник, В. И. Согласование тяговых возможностей трактора и рабочего сопротивления почвообрабатывающих машин / В. И. Мельник, С. А. Чигрина // Інженерія природокористування. – 2016. – № 2 (6). – С 113–118. – URL: http://enm.khntusg.com.ua/index.php/enm/article/view/178/144 (дата обращения: 08.02.2021). – Рез. англ.

12. Арженовский, А. Г. Совершенствование методов и средств определения тягово-динамических и топливно-экономических показателей трактора в эксплуатационных условиях / А. Г. Арженовский // Тракторы и сельхозмашины. – 2017. – № 11. – С. 29–35. – URL: https://old.mospolytech.ru/storage/f033ab37c30201f73f142449d037028d/files/Traktory_i_selhozmashiny_No11_2017_dlya_sajta.pdf (дата обращения: 08.02.2021). – Рез. англ.

13. Анализ функции преобразования датчика линейной плотности волокнистой ленты тензометрического типа / В. А. Авроров, В. В. Волков, В. С. Николаев, М. В. Горюнова // Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. – 2009. – № 2. – С. 83–86. – URL: https://ttp.ivgpu.com/?page_id=2526 (дата обращения: 08.02.2021).

14. Куликова, М. В. Численные методы нелинейной фильтрации для обработки сигналов и измерений / М. В. Куликова, Г. Ю. Куликов // Вычислительные технологии. – 2016. – Т. 21, № 4. – С. 64–98. – URL: http://www.ict.nsc.ru/jct/getfile.php?id=1744 (дата обращения: 08.02.2021). – Рез. англ.

15. Теоретические предпосылки создания математической модели тягового КПД трактора / К. А. Хафизов, Р. Н. Хафизов, А. А. Нурмиев, И. Г. Галиев. – DOI 10.12737/article_5db9748fc05 3c2.28431294 // Вестник Казанского государственного аграрного университета. – 2019. – Т. 14, № 3 (54). – С. 116–121. – URL: https://naukaru.ru/en/nauka/article/33457/view (дата обращения: 08.02.2021). – Рез. англ.

16. Transducers for Measurement of Draft and Torque of Tractor-implement System / C. R. Chethan, V. K. Tewari, B. Nare, S. P. Kumar // Agricultural Mechanization in Asia, Africa and Latin America. – 2018. – Vol. 49, No. 4. – Pp. 81–87. – URL: https://clck.ru/TCgBc (дата обращения: 08.02.2021).

17. Rovira-Más, F. Sensor Architecture and Task Classification for Agricultural Vehicles and Environments / F. Rovira-Más. – DOI 10.3390/s101211226 // Sensors. – 2010. – Vol. 10, Issue 12. – Pp. 11226–11247. – URL: https://www.mdpi.com/1424-8220/10/12/11226 (дата обращения: 08.02.2021).

18. Marcovich, L. A. Inferences from Optimal Filtering Equation / L. A. Marcovich. – DOI 10.1007/s10986-015-9289-5 // Lithuanian Mathematical Journal. – 2015. – № 7. – URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s10986-015-9289-5 (дата обращения: 08.02.2021).

19. Kulikova, M. V. Constructing Numerically Stable Kalman Filter‐Based Algorithms for Gradient-Based Adaptive Filtering / M. V. Kulikova, J. V. Tsyganova. – DOI 10.1002/acs.2552 // International Journal of Adaptive Control and Signal Processing. – 2015. – Vol. 29, Issue 11. – Pp. 1411–1426. – URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/acs.2552 (дата обращения: 08.02.2021).

20. Таркивский, В. Е. Цифровая обработка данных при тензометрировании сельскохозяйственной техники / В. Е. Таркивский, Н. В. Трубицын // Техника и оборудование для села. – 2016. – № 1. – С. 28–30. – URL: https://clck.ru/TPwuP (дата обращения: 08.02.2021). – Рез. англ.

21. Федоренко, В. Ф. Метод цифровой фильтрации при определении тягового усилия сельскохозяйственных тракторов / В. Ф. Федоренко, В. Е. Таркивский // Техника и оборудование для села. – 2019. – № 1. – С. 8–10. – URL: https://rosinformagrotech.ru/data/tos/content/mera-259-2 (дата обращения: 08.02.2021). – Рез. англ.

22. Таркивский, В. Е. Программное обеспечение измерительных информационных систем для испытаний сельскохозяйственной техники / В. Е. Таркивский, Н. В. Трубицын, Е. С. Воронин. – DOI 10.33267/2072-9642-2019-9-12-15 // Техника и оборудование для села. – 2019. – № 1. – С. 12–15. – URL: https://rosinformagrotech.ru/data/tos/content/mera-267-2 (дата обращения: 08.02.2021). – Рез. англ.