WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:   || 2 |

«АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПЛАНИРОВОЧНЫХ МАШИН НА БАЗЕ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ Омск • 2013 Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение ...»

-- [ Страница 1 ] --

В.С. Щербаков, Н.В. Беляев, П.Ю. Скуба

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ПЛАНИРОВОЧНЫХ МАШИН НА БАЗЕ КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ

Омск • 2013

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»

В.С. Щербаков, Н.В. Беляев, П.Ю. Скуба

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ПЛАНИРОВОЧНЫХ МАШИН НА БАЗЕ

КОЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ

Монография Омск СибАДИ УДК 681.5: 621. ББК 31.965: 39.311–06. Щ Рецензенты:

д-р техн.наук, проф. С.В. Корнеев (Омский государственный технический университет);

д-р техн.наук, проф. Р.Т. Файзуллин (Омский государственный технический университет) Монография одобрена редакционно-издательским советом академии.

Щербаков В.С.

Щ 61 Автоматизация проектирования планировочных машин на базе колесных тракторов: монография/ В.С. Щербаков, Н.В. Беляев, П.Ю. Скуба. – Омск: СибАДИ, 2012. – 131 с.

ISBN 978 - 5 - 93204 - 655 - В монографии проведен анализ тенденций развития планировочных машин, обоснован критерий эффективности их рабочего процесса, предложены математические модели процесса формирования обрабатываемой поверхности двух- и трехосных планировочных машин как сложные динамические системы; предложены аналитические зависимости как для двухосной, так и трехосной планировочных машин, устанавливающие связь между высотой неровностей микрорельефа под элементами ходового оборудования и изменением вертикальной координаты и угла наклона рабочего органа; выявлены функциональные зависимости, устанавливающие связь между основными конструктивными параметрами планировочных машин и критерием эффективности; предложены алгоритм и инженерная методика выбора основных конструктивных параметров двух- и трехосных планировочных машин на базе колесных тракторов; разработана система автоматизации проектирования основных конструктивных параметров двух- и трехосных планировочных машин на базе колесных тракторов.

Монография может быть полезна студентам вузов, аспирантам, инженерам, научным работникам, чья деятельность связана с исследованиями планировочных машин, их моделированием и проектированием.

Табл. 20. Ил. 80. Библиогр.: 134 назв.

ISBN 978 - 5 - 93204 - 655 - 5 © ФГБОУ ВПО «СибАДИ»,

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………………………….…………………... 1. Состояние вопроса в предметной области.……………………………… 1.1. Основные тенденции развития планировочных машин...……………. 1.2. Обзор и анализ существующих конструкций планировочных машин 1.3. Требования к точности работ, выполняемых планировочными машинами 1.4. Блок-схема модели процесса формирования планировочной машиной обрабатываемой поверхности……………….…………………………… 1.4.1. Блок-схема модели рабочего процесса двухосной планировочной машины на базе колесного трактора ………………………………………… 1.4.2. Блок-схема модели рабочего процесса трехосной планировочной машины на базе колесного трактора……………………

1.5. Анализ предшествующих исследований по теории копания грунта... 1.6. Анализ математических моделей микрорельефа грунта ……………. 1.7. Анализ и обоснование критериев эффективности планировочной машины………………………………………………………………………….. 1.8. Анализ предшествующих исследований, направленных на совершенствование планировочных машин………………………………………… 2. Математические модели планировочных машин…………………….. 2.1. Методы математического моделирования планировочных машин….. 2.2. Математическая модель двухосной планировочной машины………... 2.3. Математическая модель трехосной планировочной машины………. 2.4. Математическая модель микрорельефа обрабатываемой поверхности 2.5. Математическая модель влияния силы реакции грунта при копании на рабочий орган планировочной машины………………………………….. 2.6. Выбор шин……………………………………………………………….. 2.7. Методика экспериментальных исследований…………..…………….. 3. Теоретические основы инженерной методики проектирования планировочных машин

3.1. Методика теоретических исследований……………………………….. 3.2. Теоретические исследования математических моделей в статическом режиме…………………………………………………………………….. 3.2.2. Трехосная планировочная машина…………………………………… 3.3. Теоретические исследования динамического режима………………... 3.3.1. Двухосная планировочная машина………………………………….. 3.3.2. Трехосная планировочная машина…………………………………… 3.4. Оптимизационный синтез конструктивных параметров планировочных машин на базе колесных тракторов………………………………………. 3.4.1. Постановка задачи оптимизации……………………………………... 3.4.2. Аппроксимация функциональных зависимостей……………………. 3.4.3. Решение задачи оптимизации………………………………………… 3.4.4. Алгоритм нахождения оптимальных значений основных конструктивных параметров планировочных машин…………….……………………. 3.4.5. Результаты оптимизации основных конструктивных параметров … 3.5. Инженерная методика выбора конструктивных параметров планировочных машин на базе колесных тракторов……………………………….. 4. Система автоматизации проектирования……

4.2. Структура системы автоматизации проектирования………………….. 4.3. Интерфейс системы автоматизации проектирования…………………. 4.4. Алгоритм работы системы автоматизации проектирования…………. Заключение………………………………..……………………

Библиографический список…………..……………………………………...

ВВЕДЕНИЕ





В наши дни наблюдается бурное развитие систем автоматизированного проектирования (САПР) в машиностроении, которые используются для автоматизации конструкторских и технологических работ. Применение САПР в промышленности позволяет существенно снизить затраты времени и средств на создание новых и модернизацию существующих машин /61,76/.

Планировочная машина является одной из наиболее распространенных и универсальных землеройно-транспортных машин (ЗТМ). За последние годы наблюдается некоторое видоизменение этих машин. На различных заводах России с производства выходят планировочные машины, предназначенные для районов сельской местности на базе колесных тракторов с применением грейдеров в качестве прицепного и полуприцепного оборудования.

Конструкторским бюро транспортного машиностроения (г.

Омск) планируется разработка планировочной машины легкого типа на базе колесного трактора ЗТМ-82.

Необходимость создания такой техники возникла вследствие того, что неэкономично эксплуатировать средние и тяжелые планировочные машины в зимнее время года при уборке улиц от снега и льда.

Фермерам неэффективно приобретать серийные планировочные машины для ведения приусадебных работ, для строительства сельских грунтовых дорог.

Планировочная машина как землеройно-транспортная машина выполняет широкий круг работ, в том числе работ по возведению земляного полотна. Большая часть этих работ приходится на планировочные работы. Исходя из этого, эффективность исследуемой в настоящей работе машины оценивалась по планировочным и тяговым качествам.

В предшествующих исследованиях подобных землеройнотранспортных машин на базе промышленных колесных тракторов в полной мере не были установлены закономерности влияния её основных конструктивных параметров на планировочные свойства машин.

В связи с этим возникла необходимость исследования планировочных характеристик машины на базе колесного трактора и необходимость создания научно обоснованной методики по выбору рациональных конструктивных параметров планировочных машин на базе колесного трактора.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА В ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ

1.1. Основные тенденции развития планировочных машин Круг работ, выполняемый планировочными машинами, очень широк. Они используются для строительства и ремонта грунтовых, гравийных и черных дорог, при профилировании земляного полотна, возведении насыпей, планировке откосов, выемок и насыпей, устройстве корыт и боковых канав, при перемещении и распределении дорожно-строительных материалов, а также для очистки дорог от снега.

Кроме того, планировочные машины применяются для смешения грунтов с добавками и вяжущими материалами на полотне дороги /3, 56, 101,104, 120/.

Важное преимущество планировочной машины заключается в том, что ею можно выполнять практически полный цикл земляных работ и работ по распределению дорожно-строительных материалов при строительстве автомобильных и железных дорог, площадок, подъездных путей и т.д. /3,67,68/.

Большое разнообразие работ, выполняемых планировочной машиной, обеспечивается особенностью ее конструкции: рабочий орган (РО) – отвал с ножом, располагающийся в колесной базе машины, может иметь различные установки в плане и вертикальной плоскости, а также значительный вынос в сторону /3, 104/.

С целью повышения эффективности работы существующие конструкции этих машин постоянно совершенствуются. В настоящее время намечаются следующие тенденции развития планировочных машин:

разработка машин для районов сельской местности на базе тракторов с применением грейдеров в качестве прицепного и полуприцепного оборудования /29,78,111/;

повышение единичной мощности и тягово-сцепных свойств машины /14, 84,89,93/;

повышение транспортных скоростей с целью увеличения производительности /14/;

широкое применение модульного принципа конструирования на базе унифицированных узлов /15,16,17/;

дальнейшее совершенствование гидропривода машин /10,11,125/;

повышение степени автоматизации машин и оборудования в результате применения систем автоматики и микропроцессорной техники /2, 10,11,79,84, 106,113/;

разработка машин для работы в специфических условиях Крайнего Севера, Дальнего Востока и Сибири /86/;

повышение универсальности машин, благодаря использованию рабочего оборудования различного назначения /15,16, 37, 38, 115/;

одновременное использование нескольких рабочих органов с целью повышения производительности труда /99/;

разработка принципиально новых конструкций планировочных машин с целью повышения производительности машин: совершенствование устройства подвеса РО, повышение удобства управления и выноса РО, совершенствование рабочих органов на основе анализа закономерностей их взаимодействия с разрабатываемым грунтом /15, 59, 75, 92, 108, 117/.

Проводимая в этих направлениях работа базируется на использовании прогрессивных конструктивных решений и материалов, применении объемного гидропривода, унификации силового, ходового и рабочего оборудования и узлов и повышении их качества /9,15/.

За последние годы наблюдается отход от классических схем планировочных машин: освоен выпуск планировочных комплексов различного типа для скоростного строительства дорог /24,30,67,69,78/, опробован также выпуск планировочных машин на базе промышленных колесных тракторов.

Рис. 1.1. Землеройно-транспортная машина на базе трактора Т-150К Брянский завод дорожных машин освоил выпуск землеройнотранспортных машин (ЗТМ), агрегатируемых с колесным трактором Т-150К, унифицированным по основной раме, подвеске РО с автогрейдером ДЗ-143 (рис. 1.1).

Зарубежными фирмами также освоено производство подобных планировочных машин. Так, например, фирма «MELROE Europe»

производит малогабаритные землеройно-транспортные машины со сменным рабочим оборудованием (рис. 1.2). Область их применения – очистные, уборочные, строительные работы в промышленности и сельском хозяйстве.

Рис. 1.2. Землеройно-транспортная машина фирмы «MELROE Europe»

Конструкторским бюро транспортного машиностроения г. Омска готовится разработка планировочной машины на базе колесного трактора ЗТМ-82 (рис. 1.3 и 1.4). Предполагается, что область применения данной машины будет весьма широкой. Такие планировочные машины могут выполнять работы, подобные серийным автогрейдерам. Однако необходимость в создании новой техники возникла вследствие того, что нецелесообразно эксплуатировать серийно выпускаемые автогрейдеры в зимнее время года, неэффективно также приобретать их фермерам для ведения приусадебной работы, для строительства сельских грунтовых дорог.

Авторы, проводившие исследования подобных ЗТМ на базе промышленных колесных тракторов /44, 60, 78/, в полной мере не установили влияние изменения их основных конструктивных параметров на планировочные свойства машин. Возникает необходимость исследования планировочных свойств двух- и трехосных машин (см.

рис.1.3 и 1.4) и необходимость создания научно обоснованной САПР по выбору рациональных конструктивных параметров машин на базе колесных тракторов.

Рис. 1.3. Двухосная планировочная машина на базе трактора ЗТМ- Рис. 1.4. Трехосная планировочная машина на базе трактора ЗТМ- 1.2. Обзор и анализ существующих конструкций Первый опытный образец отечественной планировочной машины был изготовлен в 1939 г. /104/. В настоящее время планировочные машины выпускаются следующими предприятиями: Орловским заводом дорожных машин ПО «Автогрейд», АО «Брянский арсенал», Челябинским заводом дорожных машин им. Колющенко.

За рубежом выпуск планировочных машин налажен такими фирмами, как Caterpillar, Komatsu (Япония), John Deer (США), Fiat-Allis (Италия), Frish (Германия).

Основные параметры и размеры выпускаемых в настоящее время в России планировочных машин регламентированы /56/. К ним относятся: масса, мощность двигателя, удельная мощность двигателя и др.

По массе и мощности двигателя планировочные машины делятся на три типа: легкие (масса до 9 т, удельная мощность двигателя 6...7,5 кВт/т), средние (масса до 13 т, удельная мощность двигателя 7...9 кВт/т) и тяжелые (масса до 19 т, удельная мощность двигателя 9,5...10 кВт/т) /78, 104, 120/.

Планировочные машины можно классифицировать также по ряду конструктивных признаков: количеству колесных осей и типу колесной схемы, системе управления рабочими органами, типу рулевого управления и т.д. /104, 120/.

Современная планировочная машина представляет собой самоходную с одномоторным приводом машину. Конструкция планировочных машин характеризуется, прежде всего, принятой для их ходовой части колесной схемой. Последняя определяется колесной формулой АВС, где А – число осей с управляемыми колесами, В – число осей с ведущими колесами, С – общее число осей. Выбор колесной схемы имеет большое значение, т.к. она в значительной степени влияет на тяговые свойства планировочной машины, его устойчивость, маневренность и планирующую способность /104,120/.

Существуют следующее колесные схемы планировочных машин, выпускаемых промышленностью России: 112, 222, 123, 133, 333. Схема 123 обеспечивает планировочной машине при достаточной простоте конструкции хорошую планирующую способность.

Планировочные машины с колесной схемой 222 получаются более маневренными за счет меньшего радиуса поворота. Однако по сравнению с планировочными машинами со схемой 123 они обладают худшей планирующей способностью /104,120/.

Колесные схемы 133, 333 обеспечивают планировочной машине высокие тяговые качества и проходимость, а также хорошую маневренность. Однако машины, построенные по этим схемам, значительно сложнее конструктивно и в эксплуатации, следовательно, более дороги.

Наиболее важной характеристикой планировочных машин является сила тяжести, определяющая область применения машины. Легкие планировочные машины (обычно имеют колесную схему 122) служат главным образом для мелкого ремонта и содержания дорог, средние – для ремонта дорог и для их строительства в грунтах средней прочности, тяжелые применяются при разработке прочных грунтов и при больших объемах грейдерных работ /104,120/.

Большинство современных планировочных машин снабжается различными видами сменного рабочего оборудования, например бульдозерным, снегоочистительным, кирковщиком, рыхлителем и др.

О перспективности планировочной машины убедительно свидетельствуют большое число работ, посвященных повышению эффективности этой универсальной машины, а также непрекращающееся строительство дорог, аэродромов и других объектов, где успешно используется такой вид техники. Это также говорит о необходимости дальнейшего совершенствования планировочных машин.

1.3. Требования к точности работ, выполняемых При проведении планировочной машиной земляных работ их наибольший объем приходится на планировку и профилировку земляных сооружений /3, 104/.

Планировочные работы являются отделочными работами, наиболее ответственными, трудоемкими и требующими высокой квалификации оператора, и производятся на завершающем этапе возведения земляных сооружений /3, 104/.

В связи с этим нормативными документами /107/ предъявляются достаточно жесткие допуски к построению земляных сооружений.

Отклонения основных параметров при приемке и контроле земляных сооружений допускаются в пределах величин, указанных в табл. 1.1.

Высотные отметки про- Не более 10% результатов определений могут Не более 5% результатов определений модольного профиля иметь отклонения от проектных значений в гут иметь отклонения от проектных значепределах до 100 (20) мм, остальные – до ний в пределах до 100 (20) мм, остальмм ные – до 50 (10) мм Поперечные уклоны Не более 10% результатов определений могут Не более 5% результатов определений моиметь отклонения от проектных значений в гут иметь отклонения от проектных значепределах от –0,015 (–0,010) до 0,030 (0,015)ний в пределах от –0,015 (–0,010) до 0, Просвет под трехметровой рейкой оснований покрытий грунтов гравийно-песчаных и щебеночно-песчаных смесей, укрепленных органическими и неорганическими вяжущими материалами, 0,007 ( 0,005) м Примечание. Данные в скобках относятся к работам, выполняемым с применением машин с автоматической системой задания вертикальных отметок.

Минимальная величина допусков ограничивается лишь планирующими свойствами современных машин. Уменьшение величин допусков способствует улучшению эксплуатационных свойств дорожного полотна и экономии дорожно-строительных материалов /10/, поэтому улучшение планирующих свойств планировочных машин представляется весьма актуальной задачей.

Таким образом, возникают противоречия между тем, что ставятся довольно жесткие условия возведения земляного полотна, предъявляемые СНиПом /107/, и одновременно с этим отсутствуют требования к планировочной машине по точности выполнения работ.

В связи с этим появилось значительное число работ по исследованию планировочных характеристик серийно выпускаемых машин и влиянию основных параметров машины (расположение РО внутри колесной базы, наличие балансирных подвесок колес, величин зазоров в шарнирных сочленениях и др.) на качество планирования.

1.4. Блок-схема модели процесса формирования планировочной машиной обрабатываемой поверхности Как отмечено ранее, в конечном итоге целью рабочего процесса планировочной машины является земляное сооружение с требуемыми геометрическими параметрами, удовлетворяющими нормативам /107/.

Одним из факторов, оказывающих значительное влияние на точность планировочных работ, является кинематическое воздействие обрабатываемого и обработанного грунтов на ходовое оборудование планировочной машины. Это воздействие через элементы подвеса рабочего органа (РО) передается на сам РО, тем самым влияя на геометрические параметры формируемой поверхности /4, 103, 119/.

1.4.1. Блок-схема модели рабочего процесса двухосной планировочной машины на базе колесного трактора На рис. 1.5 и 1.6 представлены блок-схемы моделей процесса формирования планировочной машиной обрабатываемой поверхности.

Модель рабочего процесса двухосной планировочной машины (см. рис. 1.5) описана взаимодействием следующих подсистем (ПС):

человек-оператор;

базовая машина;

Рис. 1.5. Блок-схема модели процесса формирования обрабатываемой поверхности двухосной планировочной машиной ПС - грунт, представленная, в свою очередь, подсистемами микрорельефа и обработанного грунта;

ПС - РО с устройством подвеса;

рулевое управление.

Эти ПС определенным образом объединяются однопараметрическими связями (когда взаимодействие двух подсистем осуществляется одним параметром) и векторными связями (когда взаимодействие двух подсистем осуществляется по двум и более параметрам). Первые связи на схеме представлены одинарными стрелками, вторые – двойными стрелками. Параметры, входящие в векторные и однопараметрические связи, описаны в табл. 1.2.

Схемы процессов, отраженные на рис. 1.5 и 1.6, идеализированы.

При их составлении был принят ряд допущений:

планировочная машина движется с постоянной скоростью;

рассматривается процесс копания грунта уже заглубленным отвалом с постоянным углом резания;

рассматриваемые перемещения подсистем планировочной машины вызваны кинематическим воздействием без учета сил реакций копания, действующих на планировочную машину;

влияние зазоров в шарнирных сочленениях ПС РО не учитывается.

ПС-РО с установленными параметрами Ppo воздействует на ПСгрунт S1, тем самым формируя земляное полотно с параметрами P.

ПС-обработанный грунт воздействует на ходовое оборудование ПСбазовая машина (изменяя вертикальные координаты задних колес ПСбазовая машина по левой и правой колеям S 4 ), что вызывает вертикальное перемещение, а также угловой поворот ПС-базовая машина вокруг оси, совпадающей с направлением движения планировочной машины. С другой стороны, ПС-микрорельеф необработанного грунта воздействует на передние колеса ПС-базовая машина S 4. Таким образом, формируется вектор параметров S 6 неуправляемого воздействия на ПС-РО через устройство подвеса. Этот вектор осуществляет изменение параметров РО в пространстве Ppo.

От ПС-РО с некоторой погрешностью ПС-человек-оператор получает информацию о параметрах РО S1. ПС-человек-оператор посредством ПС-ГС привода РО S7 задает положение ПС-РО в пространстве, меняя необходимые параметры S8.

Описание параметров векторных и однопараметрических связей, Обозначение блок-схемах Вертикальная координата центральной точки режущей кромки Информация о вертикальной координате центральной точки режущей кромки РО, угле наклона РО в поперечной плоскости и угле захвата РО Информация о вертикальной координате центральной точки Вертикальные координаты обработанного грунта по левой и Микрорельеф обрабатываемой поверхности, воздействующий Вертикальное и угловое перемещения базового трактора S5 (см.рис.1.5) Вертикальное и угловое перемещения хребтовой балки S 6 (см.рис.1.5) Управляющие воздействия со стороны человека-оператора и S7, S Изменение положения РО в пространстве в результате управS8, S Связи, отражающие влияние человека-оператора и САУ на Информация о курсе движения планировочной машины S11, S Вертикальные координаты обработанного грунта по левой и Вертикальная координата центральной точки режущей кромки На параметры формируемого земляного полотна в значительной степени оказывает влияние то, насколько точно планировочная машина движется в заданном направлении, не отклоняясь от установленного курса.

Рис.1.6. Блок-схема модели процесса формирования обрабатываемой поверхности трехосной планировочной машиной ПС-человек-оператор с помощью ПС-рулевого управления S9 задает направление движения по установленному курсу S10. При этом ПС-человек-оператор получает информацию S11 о направлении движения ПС-базовая машина.

Помимо человека-оператора информацию о положении РО в пространстве воспринимают датчики ПС-САУ S 2.ПС-САУ сравнивает полученные параметры с заданными и с учетом параметра S3 формирует сигнал, который, усиливаясь, поступает на ПС-ГС привода РО S7. Последняя, в свою очередь, изменяет установки ПС-РО S8, который в итоге формирует в соответствии со СНиПом /107/ геометрические параметры земляного сооружения. Связь S3 устанавливается ПСчеловеком-оператором.

ПС-САУ участвует также в процессе управления движением планировочной машины по заданному курсу. Посредством ПС-рулевого управления S9 происходит изменение направления движения планировочной машины S10. Информация о курсе считывается датчиком ПС-САУ S11.

Таким образом, на блок-схеме модели процесса формирования обрабатываемой поверхности двухосной планировочной машины можно выделит пять замкнутых контуров системы.

Первый контур – неуправляемые перемещения ПСРО:

Второй контур – управляющее воздействие на РО человекаоператора: S1 S7 S8.

Третий контур – управляющее воздействие на РО подсистемы САУ частично исключает из контура управления подсистемы РО человека-оператора: S1 S3, S2 S7 S8.

Четвертый контур – управление курсом движения машины человек-оператор: S 9 S10 S11.

Пятый контур – управление курсом движения машины подсистемой САУ – частично или полностью исключает из системы четвертый контур : S 9 S10 S11.

1.4.2. Блок-схема модели рабочего процесса трехосной планировочной машины на базе колесного трактора Модель рабочего процесса трехосной планировочной машины (см. рис. 1.6) частично представлена взаимодействием подсистем, описанных в подр.1.4.1 для двухосной планировочной машины. Различие состоит лишь в ПС-базовая машина, в которой добавлено блока: ПС-базовый трактор (ПС-БТ) и ПС-хребтовая балка (ПС-ХБ).

Ходовое оборудование ПС-БТ перемещается по уже обработанному грунту. Вертикальные и угловые перемещения, вызванные изменением неровностей обработанного грунта, оказывают более сложное влияние на перемещение ПС-БТ с ПС-ХБ S 5, чем у двухосной планировочной машины. Контур неуправляемых перемещений ПС-РО с устройством подвеса будет описан следующим образом:

Анализ блок-схем моделей процесса формирования планировочной машиной обработанной поверхности (см.рис.1.5 и 1.6) с учетом анализа исследований по этому вопросу показал, что на точность позиционирования РО в большой степени влияют геометрические параметры обработанного и обрабатываемого грунтов, что необходимо отражать в математических моделях исследуемых планировочных машин.

1.5. Анализ предшествующих исследований Выбор модели процесса взаимодействия РО с разрабатываемым грунтом базируется на следующих предпосылках: обеспечение требуемой точности геометрических параметров земляного сооружения происходит на завершающих проходах ЗТМ по обрабатываемому участку, грунт при этом, как правило, разрыхлен, а толщина срезаемой стружки грунта не более 0,07 м. Сопротивление копанию зависит от физико-механических свойств грунта, толщины стружки, параметров РО /71/.

Теории копания можно разделить на группы /7,13,46,47/:

теории, базирующиеся на результатах экспериментальных исследований (В.П. Горячкин, А.Н. Зеленин, Ю.А. Ветров, а также зарубежные авторы: И. Ратье, Т. Кюн, Р. Шилд и др.);

теории, основанные на положениях механики сплошной среды и теории прочности (К.А. Артемьев, В.И. Баловнев и др.).

Данные теории позволяют определить сопротивление резанию и копанию при условии, что известны параметры РО, режим работы и параметры грунта /113/.

В реальных условиях большинство этих параметров носит случайный характер. Поэтому математическая модель силового воздействия со стороны грунта при проведении планировочных работ должна быть реализована как случайный процесс. Изменения реакции грунта Fро на отвале ЗТМ предлагается представить в виде где F т – низкочастотный тренд; Fф – высокочастотная составляющая (флюктуация), которая изменяется по случайному закону нормального распределения.

В качестве примера функция тренда приведена на рис. 1.7.

Корреляционные функции случайных флюктуаций можно представить в виде /113/ где ф2 – дисперсия флюктуаций; ф и ф – параметры корреляционной функции (табл. 1.3).

Рис. 1.7. Тренды сопротивлений копанию грунта Дисперсия флюктуации определяется следующим образом /118/:

где m ф – математическое ожидание флюктуации, численно равное тренду соответствующей составляющей реакции грунта; ф – коэффициент вариации флюктуации, соответствующей составляющей сопротивления копанию.

Значения параметров корреляционной функции Низкочастотную составляющую реакции грунта на РО в работах К.А.Артемьева предложено определять как сосредоточенный вектор, состоящий из трех составляющих и приложенный к центральной точке режущей кромки отвала.

Применительно к машине, выполняющей планировочные работы отвалом с ножом криволинейного профиля постоянного радиуса кривизны с острой режущей кромкой, справедливо равенство /118/ где Fх – горизонтальная составляющая вектора силы сопротивления копанию грунта; Fхл, Fyл – соответственно горизонтальная и вертикальная составляющие силы сопротивления резанию грунта при лобовом копании; Fпр – сопротивление перемещению призмы волочения; 1 – коэффициент трения грунта по металлу; – угол захвата отвала.

При косом копании горизонтальная Fx, вертикальная Fy и поперечная Fz составляющие силы резания определяются /7/:

Сопротивление призмы волочения Fпр выражается уравнением /118/ где пр – объемная масса грунта в призме волочения; g – ускорение свободного падения; В – ширина колеи машины; H г – высота отвала по хорде без участка, погруженного в грунт; 0 – угол внешнего трения; – угол внутреннего трения; – угол, составленный вертикалью и линией, соединяющей верхнюю точку отвала с точкой его контакта с поверхностью разрабатываемого грунта.

где p – угол резания; h – толщина срезаемой стружки; R0 – радиус кривизны отвала; H 0 – высота отвала по хорде.

Величина H г определяется по формуле /118/ Значения горизонтальной и вертикальной составляющих реакции грунта определяются по уравнениям /118/:

где – объемная масса грунта; С – коэффициент сцепления грунта.

где – угол, образуемый подпорной стенкой с вертикалью; – центральный угол дуги ножа криволинейного профиля, погруженного в грунт.

Анализ предшествующих работ по теориям копания грунта показал, что процесс взаимодействия РО с разрабатываемым грунтом может быть представлен математической моделью (1.1), включающей в себя низкочастотную составляющую (тренд) сопротивления копанию, зависящую от физико-механических свойств грунта, толщины срезаемой стружки, параметров призмы волочения, формы отвала, а также высокочастотную составляющую (флюктуацию), вызванную случайными явлениями, такими как неоднородность грунта, переменное значение толщины стружки грунта, неуправляемые колебания РО и др.

1.6. Анализ математических моделей микрорельефа грунта В зависимости от решаемых задач математическая модель рельефа может быть представлена детерминированными или стохастическими функциями /18/.

Детерминированные модели представляют собой математическое описание неровностей рельефа в виде детерминированных функциональных зависимостей вертикальных координат поверхности от горизонтальных координат. Они менее достоверны по сравнению со стохастическими и имеют ограниченные возможности. Их в основном используют при подтверждении адекватности создаваемых математических моделей, анализе частотных характеристик исследуемых машин и качественных показателей систем управления РО /113/.

Для изучения ЗТМ наиболее удобно пользоваться стохастическодетерминированной моделью земляного полотна. При этом корреляционная функция профиля задается детерминированной моделью, а по ней с использованием рекуррентных соотношений строится на ЭВМ псевдослучайный профиль /113/.

Профиль местности может быть условно разделен на макропрофиль, микрорельеф и шероховатость. К макропрофилю относят неровности значительной протяженности (более 100 м) и сравнительно большой амплитуды. Для шероховатости характерны неровности высокой частоты с длиной менее 0,5 м и малыми амплитудами. Как макрорельеф, так и шероховатости не представляют интереса с точки зрения планировочных свойств, так как макрорельеф вызывает очень медленное изменение во времени положения РО, а шероховатость компенсируется сглаживающей способностью шин /18/.

Взаимосвязь случайных значений функции по длине обрабатываемого участка земляного полотна можно охарактеризовать корреляционными функциями /74,128/.

Корреляционные функции случайного процесса с достаточной степенью точности аппроксимируют функциональной зависимостью /128/ где 1 и 2 – коэффициенты, характеризующие затухание этой функции; – коэффициент, характеризующий периодическую составляющую микропрофиля; при = 0 A1 A2 1.

В табл. 1.4 приведены некоторые аппроксимации корреляционных функций поверхностей, которые могут стать объектом планировочных работ /18/.

Большинство корреляционных функций аппроксимируется выражением (1.17). В ряде случаев нормированные корреляционные функции микропрофилей можно представить более простыми выражениями /128,74/:

где и – коэффициенты, зависящие от типа профиля; 2 – дисперсия функции микропрофиля поверхности; L / V, здесь L – расстояние, пройденное машиной от начала отсчета; V – скорость движения машины.

Функции (1.17) и (1.18) можно реализовать на ЭВМ с помощью следующего рекуррентного соотношения /128/:

– для уравнения (1.17):

– для уравнения (1.18):

где h – шаг дискретности времени; x(n) – реализация независимых нормально распределенных чисел со следующими параметрами: математическое ожидание m = 0, среднеквадратичное отклонение = 1.

Для случайных процессов с наиболее часто встречающимися корреляционными функциями моделирующие алгоритмы и его параметры приведены в табл. 1.5 /18/.

При формировании математической модели микрорельефа обрабатываемой поверхности целесообразно учитывать сглаживающие характеристики пневматических шин ходового оборудования.

Элементы ходового оборудования ЗТМ контактируют с грунтом на площадке длиной 2X0 /74,128/. Нивелирующая способность шин определяется уравнением где y (X ) – вертикальная координата микрорельефа; Y (X ) – результирующая вертикальная координата микрорельефа после сглаживающего действия шины.

С учетом сказанного при исследовании процесса взаимодействия элементов ходового оборудования с грунтом правомерно принять допущение о точечном контакте шин с грунтом, при этом вертикальные координаты микропрофиля должны определяться по формуле (1.34).

1.7. Анализ и обоснование критериев эффективности При формировании показателей эффективности необходимо, чтобы они обеспечивали /72/:

- отражение влияния на эффективность машины всего многообразия факторов: технических параметров, эксплуатационных и производственных условий и т.д.;

- получение обоснованных рекомендаций для выбора рациональных технических параметров машины и ее СУ, совокупность которых определяет ее технико-экономическую эффективность.

Кроме того, показатели эффективности должны удовлетворять следующим требованиям /72/:

- иметь технико-экономическую основу;

- соответствовать цели, достигаемой в результате применения оборудования;

- иметь иерархическую структуру, обеспечивая включение частных показателей в более общие.

Статистические свойства микрорельефа типовых грунтовых поверхностей /18/ Накатанная Грунтовая Грунтовая дорога го качества га на границе поля га возле пашни ем на песчаной вдоль пахоты поперек пахоты Примечание. h – шаг дискретности времени ; х/h/ – реализация независимых нормально распределенных чисел с параметрами: матожидание m=0, среднеквадратическое отклонение =1.

Для оценки эффективности целесообразно использовать систему показателей, сформулированных на базе такого обобщенного показателя, как приведенные удельные затраты, который с учетом соответствующих ограничений наиболее полно отвечает рассмотренным требованиям и позволяет оценить эффективность как в сфере производства, так и в сфере эксплуатации /78/.

Приведенные удельные затраты на единицу продукции /72/ где CУД = СМС / ПСМ – себестоимость единицы продукции; СМС – себестоимость машиносмены; ПСМ – эксплуатационная производительность машины в смену; kУД = Ц / ТСМ ПСМ – удельные капитальные затраты, т.е. сумма производственных основных фондов на единицу годового выпуска продукции; Е – нормативный коэффициент эффективности капиталовложений; Ц – расчетная стоимость машины; ТСМ – число смен работы машины в году в соответствии с установленным режимом работы.

Для показателей эффективности характерна иерархическая структура построения с точки зрения охвата параметров, определяющих протекание процесса с включением частных показателей более низкого уровня в более общие (табл. 1.6) /72/.

Показатель первого уровня применяется для оценки комплексов систем и машин, если известно, что коэффициенты удельных приведенных затрат для сравниваемых объектов существенно разнятся /72/.

Показатель второго уровня применяется для тех же целей, что и показатель первого уровня, но при условии, что для нового объекта коэффициенты приведенных затрат на эксплуатацию и основные фонды незначительно отличаются от эталонных /72/.

Показатели третьего уровня оценивают основные группы подсистем рабочего процесса планировочной машины. При этом важнейшим показателем является эксплуатационная производительность, так как все показатели более высокого уровня не могут быть определены без известного значения этого показателя /72/.

Показатели четвертого и пятого уровней характеризуют отдельные параметры рабочего процесса планировочной машины и позволяют определить их влияние на эффективность рабочего процесса при остальных неизменных параметрах, входящих в показатели более высокого уровня /72/.

Система показателей для оценки эффективности землеройных машин и отдельных рабочих процессов /72/ Коэффициент полезного действия Энергоемкость частной операции Так как часть показателей, входящих в состав удельных приведенных затрат, может быть установлена весьма приблизительно, целесообразней применять показатели более низкого уровня /72/.

Важным более низким по иерархической структуре показателем служит техническая производительность, которая является составляющим компонентом показателей более высокого уровня, и они не могут быть определены без известного значения производительности.

Применительно к планировочной машине этот показатель имеет вид /3/ где L3 – ширина захвата; n – число проходов по обрабатываемому участку до достижения требуемой точности по СНиПу /107/; V – рабочая скорость движения машины.

Число проходов по обрабатываемому участку до достижения требуемой точности зависит от планировочных свойств машины.

Одним из наиболее жестких условий выступает равенство нулю математического ожидания погрешности и минимум ее дисперсии или эквивалентное условие – равенство математического ожидания величины параметра точности по номинальному значению и минимуму дисперсии /4/.

Иногда в качестве критерия обеспечения точности принимают максимальную или допустимую величину вероятности нахождения параметра или погрешности в некоторых заданных пределах /4/.

Кроме рассмотренных могут быть и другие критерии при решении задач обеспечения точности землеройных машин, их выбор зависит от типа решаемой задачи, вида и объема исходной информации и др. /4/.

В ряде работ /36, 78, 99, 113/ оценку планирующих свойств машин предложено проводить с помощью коэффициентов сглаживания – в продольном K cy и поперечном K c направлениях:

где у, исх – среднеквадратические отклонения исходного профиля по вертикальной и угловой координатам; у, – среднеквадратические отклонения профиля по вертикальной и угловой координатам соответственно после прохода планировочной машины по обрабатываемому участку.

В настоящей монографии оценка эффективности исследуемых планировочных машин производится по производительности:

Количество проходов определяется как /124/ где Ky – коэффициент сглаживания в продольном направлении; K – коэффициент сглаживания в поперечном направлении; исх, исх – среднеквадратические отклонения исходного профиля по вертикальной и угловой координатам; y, треб – требуемые среднеквадратреб тические отклонения профиля по вертикальной и угловой координатам.

При этом количество числа проходов принимает большее из значений.

Таким образом, задача повышения эффективности каких-либо параметров планировочной машины сводится к задаче повышения производительности путем увеличения коэффициентов сглаживания.

1.8. Анализ предшествующих исследований, направленных на совершенствование планировочных машин Одной из наиболее ответственных и трудоемких операций, выполняемых планировочной машиной при возведении земляного полотна, является планирование грунта. При этом оператор, выполняющий данную операцию, должен иметь высокую квалификацию и обладать достаточным опытом с целью выполнения требований по точности возведения земляного полотна, указанных в подр. 1.3, и повышения производительности.

В связи с этим значительное число исследований планировочных машин было направлено на совершенствование этих машин с точки зрения повышения точности выполняемых ими работ.

Все предшествующие работы можно условно разделить на три группы:

1) работы по совершенствованию конструкций базовой машины и элементов рабочего оборудования /36, 75, 78, 99, 108/;

2) работы по совершенствованию систем гидропривода /10, 75/;

3) работы по совершенствованию систем автоматического управления /11, 86, 113/.

Авторы этих работ с разной степенью детализации рассматривали процесс планировки земляного полотна и давали рекомендации по повышению точности этих работ.

В.В. Беляев в работе /36/ с помощью модели рабочего процесса автогрейдера при проведении планировочных работ осуществил анализ влияния различных факторов на точность обработки грунта. Наиболее существенное влияние, по мнению автора, оказывает соотношение длины неровностей и базы планировочной машины, угол захвата планировочной машины, а также в меньшей степени влияет время запаздывания гидропривода и ряд других факторов. С целью улучшения планировочных качеств автогрейдера автор предложил исключить жесткую механическую связь базовой машины, колеблющейся под действием неровностей микрорельефа и реакции разрабатываемого грунта, с РО. При этом РО, названный инвариантным, опирается на уже спланированную поверхность.

В.В. Привалов в работе /99/ для снижения возмущающего воздействия грунта на автогрейдер, выполняющий планировочные работы, предложил установить перед колесами автогрейдера так называемые лидирующие РО, выполненные в виде небольших отвалов.

В работе /75/ В.Е.Калугин провел анализ влияния зазоров в устройстве подвеса РО и в самом РО автогрейдера на качество планирования откосов. Автор провел морфологический анализ устройств подвеса РО и предложил эффективную конструкцию – устройство подвеса РО на неповоротных кронштейнах.

В работе /108/ приводятся разработки Брянского завода дорожных машин, в частности, разработана конструкция подвески рабочего органа. Такая подвеска по сравнению с уже существующими обеспечивает повышенную жесткость, участие практически всех основных деталей в работе на растяжение-сжатие, что позволяет значительно снизить металлоемкость машины.

В.И. Колякин в своей работе /78/ провел исследования планировочных характеристик планировочных машин на базе промышленных тракторов. Были определены факторы, оказывающие наибольшее влияние на планирующие свойства автогрейдера на базе трактора Т-150К. К этим факторам, в частности, относятся: частотный состав обрабатываемого профиля, расположение отвала в колесной базе, расположение шарнира крепления хребтовой балки грейдера к раме трактора и др. Автором выделена наиболее перспективная из рассмотренных планировочная машина, у которой шарнир крепления хребтовой балки установлен на задней оси трактора, а также в базе тягача перед задними колесами крепятся дополнительные РО. В результате анализа гидропривода машин выявлено, что наиболее перспективными являются схемы многоскоростных гидроприводов и приводов с переменной скоростью перемещения РО.

В.А. Палеев в работе /96/ провел исследование в области систем управления отвалом автогрейдера, выполняющего планировочные работы. Для повышения точности этих работ было предложено применить гидромеханическую систему стабилизации отвала в поперечной плоскости, были определены параметры этой системы. Автор проанализировал планировочные свойства автогрейдера при изменении угла наклона отвала в поперечной плоскости с одновременным изменением угла захвата РО.

В работе /11/ А.Ф. Бакалов рассмотрел систему стабилизации РО автогрейдера и пришел к выводу, что можно повысить быстродействие системы, применив корректирующее звено, которое устраняет демпфирование маятника датчика относительно корпуса.

Исследовав в работе /10/ систему стабилизации отвала автогрейдера, В.А. Байкалов предложил двухскоростную систему стабилизации и определил ее основные параметры.

В работе /113/ В.В. Титенко предлагает повысить производительность автогрейдера, выполняющего планировочные работы, путем применения системы стабилизации отвала, включающей запоминающее устройство и устройство индикации. Такая система позволяет в процессе производства планировочных работ человеку-оператору визуально по устройству индикации следить за геометрическими параметрами формируемого земляного полотна и при достижении заданной точности, требуемой СНиПом, предотвратить лишние проходы по обработанному участку.

В результате проведенного анализа литературы выявлено, что выполнено довольно много исследований, направленных на повышение эффективности работы планировочных машин. Из них значительное число работ посвящено улучшению планировочных свойств автогрейдера.

Однако до сих пор с достаточной степенью не изучены планировочные характеристики планировочных машин на базе колесных тракторов, используемых при строительстве сельских грунтовых дорог, у которых грейдерное оборудование навешивается впереди базового трактора. Также отсутствуют научно обоснованные методики по выбору основных конструктивных параметров и компоновочных схем машин, алгоритмы автоматизации планировочных машин на базе колесных тракторов.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ПЛАНИРОВОЧНОЙ МАШИНЫ

2.1. Методы математического моделирования Проведение теоретических исследований вновь создаваемой техники невозможно без математического описания исследуемого объекта, т.е. без математического моделирования. В настоящее время широко распространено представление математических моделей в виде системы каких-либо уравнений (общих дифференциальных, частных дифференциальных и др.), которые с достаточной степенью точности отражают исследуемые свойства объекта /83/.

При математическом моделировании для рассматриваемого рабочего процесса планировочная машина представляет собой сложную динамическую систему, на которую действуют управляющие и возмущающие внешние воздействия, имеющие стохастическую природу.

Параметры подсистем планировочных машин (гидропривод, САУ положением РО, базовая машина) также флюктуируют во времени и имеют случайный характер. Но колебания этих параметров не соизмеримы с колебаниями внешних воздействий и растянуты во времени. Поэтому при составлении математических моделей планировочных машин принимается допущение о том, что параметры гидропривода, САУ РО и объекта исследования за время переходного процесса не изменяются и во время исследования берутся как фиксированные величины.

Математическая модель исследуемого объекта будет неполной без описания динамических свойств базовой машины, которые могут быть представлены в различной форме: дифференциальными уравнениями, переходными процессами, амплитудно-фазовыми и амплитудно-частотными характеристиками, передаточными функциями отдельных звеньев и др. /62, 83/.

Выбор того или иного типа представления динамики объекта в основном определяется задачами исследования, требованиями обеспечения наглядности проходящих процессов и т.д. В настоящей монографии целесообразно динамические свойства объекта исследования представить с помощью аппарата передаточных функций, который при компактности записи дает в достаточной степени полное представление о процессах, проходящих в звеньях системы.

2.2. Математическая модель двухосной При разработке математической модели двухосной планировочной машины (применительно к пространственной расчетной схеме) были приняты следующие допущения:

планировочная машина является пространственным шарнирно сочлененным многозвенником;

конструктивные элементы планировочной машины абсолютно жесткие;

элементы ходового оборудования имеют постоянный контакт с грунтом;

люфты в шарнирных сочленениях планировочной машины отсутствуют;

отвал постоянно погружен в обрабатываемый грунт;

проседание грунта под колесами планировочной машины пренебрежимо мало;

система голономна и стационарна;

силы трения в шарнирах отсутствуют;

планировочная машина движется прямолинейно с постоянной скоростью.

Анализ предшествующих исследований, направленных на повышение эффективности планировочных машин /10,11, 36, 86, 94, 99, 113/, позволил сделать вывод, что указанные допущения не влияют на правомерность выводов и позволяют получить результаты расчетов с необходимой точностью.

Для математического описания двухосной планировочной машины была составлена пространственная расчетная схема, представленная на рис. 2.1. На схеме даны следующие обозначения:

O0X0Y0Z0 – правая ортогональная неподвижная система координат, в которой ось O0X0 совпадает с направлением движения планировочной машины, ось O0Y0 направлена вертикально вверх, ось O0Z0 является третьей осью правой системы координат;

L – расстояние между осями передних и задних колес планировочной машины;

L1 – расстояние от оси передних колес до центральной точки режущей кромки РО;

L2 – расстояние от оси задних колес до центральной точки режущей кромки РО;

L3 – ширина колеи машины;

Y1л, Y1п – вертикальные координаты передних левого и правого колес планировочной машины;

Y2л, Y2п – вертикальные координаты задних левого и правого колес планировочной машины;

Y1, Y2 – вертикальные координаты условных точек грунта под центрами передней и задней осей;

Yрл, Yрп – вертикальные координаты крайних левой и правой точек режущей кромки РО;

Yр – вертикальная координата центральной точки режущей кромки РО;

V – поступательная скорость машины.

Элементами пространственной расчетной схемы являются следующие основные узлы планировочной машины, совершающие независимые перемещения друг относительно друга и определяющие его кинематические характеристики: хребтовая балка, жестко сочлененная с базовым трактором, передняя и задняя оси с колесами, тяговая рама и поворотный круг с РО.

С учетом того, что при проведении планировочных работ величина заглубления РО невелика и силы копания оказывают незначительное воздействие на планировочную машину, а также с учетом принятых допущений основными возмущающими воздействиями являются кинематическое воздействие на ходовое оборудование планировочной машины со стороны обрабатываемого и обработанного профилей.

Все элементы расчетной схемы имеют возможность перемещаться в определенных направлениях:

передняя ось планировочной машины может вращаться вокруг оси O0Х0;

базовый трактор с жестко связанной с ним хребтовой балкой может перемещаться по оси Y0 и вращаться вокруг осей O0X0 и O0Z0;

тяговая рама может вращаться вокруг осей O0X0 и O0Z0;

задняя ось планировочной машины жестко связана с базовым трактором, имеет возможность перемешаться вместе с трактором по оси Y0 и вращаться вокруг оси O0X0.

При формировании земляного полотна РО планировочной машины, как правило, установлен на угол захвата 90°. Существующие системы управления положением РО в поперечной плоскости не учитывают влияния угла на геометрические параметры земляного сооружения, в результате чего земляное полотно формируется с отличными от требований СНиПа значениями /124/. Следовательно, при составлении уравнений геометрических связей необходимо учесть влияние угла захвата РО.

Для определения положения в пространстве произвольных точек элементов расчетной схемы в любой момент времени и установления связи между положением РО и параметрами сформированной поверхности были получены уравнения геометрических связей двухосной планировочной машины.

В соответствии с методикой, изложенной в работе /124/, из пространственной расчетной схемы планировочной машины (рис. 2.1) определено:

Вертикальные координаты задних левого и правого колес будут равны вертикальным координатам режущих кромок отвала через соответствующие промежутки времени л и п /124/:

где л, п – время запаздывания, необходимое для прохождения машиной расстояния от режущей кромки РО до задних колес планировочной машины по левой и правой колеям:

При наезде задним правым колесом на неровность планировочная машина вращается вдоль оси EM (рис. 2.2). Следовательно, РО тоже будет вращаться вдоль оси EM в точке N. Необходимо найти величину x, которая зависит от угла захвата.

значит, При наезде левым задним колесом на неровность планировочная машина вращается вдоль оси EG. Следовательно, РО тоже будет вращаться вдоль оси EG в точке C. Величину y находим аналогичным образом.

Рис. 2.1. Пространственная расчетная схема двухосной планировочной машины Рис. 2.2. Расчетная схема перемещений рабочего органа Таким образом, учитывая вышеизложенное, можно записать формулы для определения вертикальных координат правой и левой точек РО.

где Кбп, Кбл – коэффициенты базы, характеризующие положение правой и левой комок РО в колесной базе планировочной машины.

Готовую поверхность можно описать двумя параметрами: вертикальной координатой центральной точки и углом поперечного уклона Рис. 2.4. Пространственная расчетная схема трехосной планировочной машин При этом динамика элементов ходового оборудования описывалась как колебательное звено второго порядка где ki – коэффициент передачи i-го колеса, ki = 1 / сi, здесь сi – коэффициент жесткости i-й шины; Ti1 – постоянная времени i-го колеса, Ti12 = mi / сi; Ti2 – постоянная времени i-го колеса, Ti2 = bi / сi; mi – масса, приходящаяся на ось; bi – коэффициент демпфирования i-й шины.

Уравнения (2.1) – (2.23) позволяют построить структурную схему (рис. 2.3) для двухосной планировочной машины, соответствующую пространственной расчетной схеме (см.рис. 2.1).

Для математического описания трехосной планировочной машины была составлена пространственная расчетная схема этой машины (рис.2.4). Основными элементами планировочной машины являются:

базовый трактор (БТ); передняя ось планировочной машины с колесами; оси БТ с колесами; хребтовая балка (ХБ), шарнирно сочлененная с БТ; тяговая рама и поворотный круг с РО.

В дополнение к пространственной схеме двухосной планировочной машины на схеме введены следующие обозначения:

L – расстояние между передней осью планировочной машины и шарниром S крепления ХБ к БТ;

L2 – расстояние от шарнира S до центральной точки режущей кромки РО;

L1б – расстояние между передней осью БТ и шарниром S;

L2б – расстояние между задней осью БТ и шарниром S;

Lб – межосевое расстояние БТ;

S – шарнир крепления ХБ к БТ;

Ys – вертикальная координата шарнира S;

Y2л, Y2п – вертикальные координаты передних колес БТ;

Y3л, Y3п – вертикальные координаты задних левого и правого колес БТ;

Y1, Y2 – вертикальные координаты условных точек грунта под центрами передней и задней осей БТ.

Допущения, принятые для пространственной модели двухосной планировочной машины, справедливы и для трехосной планировочной машины на базе колесного трактора.

Элементы расчетной схемы (рис. 2.4) имеют возможность перемещаться в следующих направлениях:

передняя ось планировочной машины, передняя и задняя оси БТ – по оси Y0 и могут вращаться вокруг оси O0X0;

БТ – по оси Y0 и вращаться вокруг оси O0Z0, а также вместе с ХБ – вокруг оси O0X0;

тяговая рама – по оси Y0 и вращаться вокруг осей O0Z0 и O0X0.

По аналогии с формулами для двухосной планировочной машины математическое описание трехосной планировочной машины представлено следующими формулами:

где л, п – время запаздывания, необходимое для прохождения машиной расстояния от режущей кромки РО до передних колес БТ по левой и правой колеям; б – время, необходимое для прохождения машиной расстояния Lб.

С учетом подстановок выражения примут вид где Кбп, Кбл – коэффициенты базы, характеризующие положение правой и левой кромок РО между передней осью планировочной машины и шарниром S; Кбб – коэффициент, характеризующий положение шарнира S в колесной базе БТ.

На основе уравнений (2.23) – (2.36) построена структурная схема трехосной планировочной машины, представленная на рис. 2.5.

В результате построены структурные схемы математической модели рабочего процесса двух- и трехосных планировочных машин.

Математические модели отдельных подсистем были собраны воедино методом композиции для дальнейшего решения задач анализа и синтеза. Эти сложные подсистемы описаны рядом уравнений, на основе которых построены обобщенные структурные схемы, изображенные на рис. 2.11 для двухосной планировочной машины и 2.12 для трехосной планировочной машины. Обозначения на рисунках соответствуют обозначениям, используемым ранее при описании каждой подсистемы в отдельности.

Таким образом, обобщенные математические модели обоих типов машин представлены структурными схемами, элементы ходового оборудования которых описаны с использованием аппарата передаточных функций.

2.4. Математическая модель микрорельефа Анализ рабочего процесса планировочной машины показал, что одним из важнейших факторов, определяющих точность формирования земляного полотна, является микрорельеф грунтовой поверхности, неровности которой приводят к стохастическим вертикальным и угловым перемещениям планировочной машины при движении и, следовательно, к неуправляемым перемещениям РО. Таким образом, составление математической модели микрорельефа является важным этапом в разработке обобщенной математической модели рабочего процесса планировочной машины. Это позволит установить основные закономерности движения планировочной машины по опорной поверхности, соответствующей реальной, выявить характер влияния микрорельефа на точность формирования земляного полотна.

Для моделирования микрорельефа левой и правой колей в монографии использовались корреляционные функции разных типов, определяемые выражениями /89, 111, 122/ Для реализации моделей микрорельефа грунтовой поверхности на ЭВМ использовались следующие рекуррентные уравнения:

• для уравнения (2.37):

• для уравнения (2.38):

b1 = 2 · e –n · cos(·n); p0 = e –·n (e –2·n – 1) · cos(·n); p1 = 1 – e –4·n, – среднеквадратическое отклонение исходного микрорельефа;, – коэффициенты затухания и периодичности корреляционной функции; n – шаг дискретного времени ti.

Переход от текущего времени ti к координате пути bi: xi = V · ti.

YЛЕВ, м 0, 0, -0, -0, Рис. 2.6. Фрагмент реализации микрорельефа по левой колее 0, 0, -0, -0, Рис. 2.7. Фрагмент реализации микрорельефа по правой колее При составлении программы на ЭВМ микрорельеф был сглажен по пятну контакта шины с микрорельефом /17, 87, 100, 111/:

где Y(m) – ординаты сглаженного микрорельефа; k = 0,5(x0 – 1); x0 – интервал усреднения; Y(i) – ординаты несглаженного микрорельефа.

На основании указанных уравнений была составлена программа в среде MATLAB для реализации микрорельефа на ЭВМ.

На рис. 2.6 и 2.7 в качестве примера приведены фрагменты реализации сглаженного микрорельефа по двум корреляционным функциям.

Приведенная выше математическая модель позволяет моделировать неровности микрорельефа грунта с заданными характеристиками.

2.5. Математическая модель влияния силы реакции грунта при копании на рабочий орган планировочной машины Помимо микрорельефа обрабатываемой поверхности на точность позиционирования РО оказывает влияние также сила реакция грунта на РО /36, 78, 113, 124/. Это необходимо учесть в математических моделях исследуемых планировочных машин.

Для математического описания влияния силы реакции грунта на РО планировочной машины на рис. 2.8 и 2.9 изображены фрагменты расчетных схем двух- и трехосных планировочных машин соответственно. На схемах введены следующие обозначения: Fx, Fy, Fz – горизонтальная, вертикальная и поперечная составляющие вектора равнодействующей силы реакции грунта на РО; R1, R2,..., R6 – силы реакций грунта на элементы ходового оборудования; С1, С2,..., С6 – коэффициенты жесткости элементов ходового оборудования; b1, b2,..., b6 – коэффициенты вязкости элементов ходового оборудования.

Элементы ходового оборудования представлены моделями, содержащими упруговязкие элементы (модели Фохта) /116, 124/.

В дополнение к допущениям, изложенным при составлении математической модели планировочной машины, введены следующие допущения: наложенные на планировочную машину связи являются голономными и стационарными; в шарнирных соединениях отсутствуют силы сухого трения; элементы ходового оборудования имеют одинаковые упруговязкие свойства; упруговязкие свойства гидрооборудования не учитываются; внешние силы, действующие на планировочную машину, рассматриваются как сосредоточенные; реакция грунта приложена к центру режущей кромки РО; призма волочения набрана.

С учетом указанных допущений можно записать где YF – вертикальная координата грунта под центром отвала; Yp – вертикальная координата грунта под центром отвала без учета действия сил реакции грунта; YR – изменение вертикальной координаты центра отвала под действием реакции грунта.

Величину YR можно определить, используя соотношения (2.1) – (2.23) для двухосной планировочной машины и (2.24) – (2.36) для трехосной планировочной машины.

Из принятых расчетных схем (см. рис. 2.8 и 2.9) можно записать /116/ где YiR – изменение вертикальной координаты i-й точки планировочной машины; Riпр и Ciпр – соответственно приведенные к i-й точке значения вертикальных компонентов изменения вектора силы и жесткости ходового оборудования.

На рис. 2.10 представлена структурная схема, описывающая математическую модель учета влияния силы реакции грунта при копании на точность позиционирования РО.

Учитывая выводы, сделанные при анализе теорий копания грунта в разделе 1, с учетом принятых допущений математическую модель влияния силы реакции грунта на РО можно представить уравнением (1.1), в котором флюктуация определяется корреляционной функцией (1.2), а тренд – по теории К.А. Артемьева с помощью уравнений (1.4) – (1.15).

В результате построены структурные схемы математической модели рабочего процесса двух- и трехосных планировочных машин.

Математические модели отдельных подсистем были собраны воедино методом композиции для дальнейшего решения задач анализа и синтеза. Эти сложные подсистемы описаны рядом уравнений, на основе которых построены обобщенные структурные схемы, изображенные на рис. 2.11 для двухосной планировочной машины и 2.12 для трехосной планировочной машины. Обозначения на рисунках соответствуют обозначениям, используемым ранее при описании каждой подсистемы в отдельности.

Таким образом, обобщенные математические модели обоих типов машин представлены структурными схемами, элементы ходового оборудования которых описаны с использованием аппарата передаточных функций.

Рис. 2.8. Фрагмент расчетной схемы к расчету влияния силы реакции грунта на точность позиционирования Рис. 2.9. Фрагмент расчетной схемы к расчету влияния силы реакции грунта на точность позиционирования Определение Рис. 2.10. Структурная схема математической модели процесса копания

ВЛИЯНИЕ

РЕАКЦИИ

ГРУНТА

Рис. 2.11. Структурная схема математической модели рабочего процесса двухосной планировочной машины

ГРУНТА

Рис. 2.12. Структурная схема математической модели рабочего процесса трехосной планировочной машины Тяговые качества, экономичность по расходу топлива и устойчивость землеройных машин в значительной степени зависят от параметров пневматических шин. В связи с этим при проектировании землеройных машин необходимо подбирать шины таких размеров, типов, рисунком протектора и давлением воздуха внутри, которые обладали бы совокупностью наиболее высоких эксплуатационных качеств в данных условиях /12,41,64,85/.

Пневматические шины классифицируются по назначению, габаритам, конструкции, принципу герметизации, внутреннему давлению, форме профиля и рисунку протектора.

В настоящее время на ЗТМ в зависимости от назначения устанавливают шины G-2, G-3, L-2 и L-3 по коду TRA (США) (табл. 2.1) /129/.

По конструкции пневматические шины делятся на диагональные и радиальные, которые, в свою очередь, по принципу герметизации могут изготавливаться как камерными, так и бескамерными /129/.

Радиальные шины имеют более равномерное и лучшее сцепление с дорогой, т.к. пятно контакта у диагональной шины имеет меньшую (эллипсовидного типа), а у радиальной (практически прямоугольного типа) – большую площадь (рис. 2.13) /129/.

По форме профиля поперечного сечения (в зависимости от соотношения высоты профиля Н к его ширине В) шины классифицируются в соответствии с данными, приведенными в табл. 2.2 /129/.

В зависимости от условий эксплуатации ЗТМ рисунки протектора шин могут быть следующих типов (рис. 2.14) /55/:

универсальный – для эксплуатации на дорогах с усовершенствованным покрытием, на грунтовых дорогах и в условиях бездорожья;

повышенной проходимости – для эксплуатации в условиях бездорожья и на мягких грунтах;

карьерный – для эксплуатации в карьерах, рудниках и шахтах.

Рис. 2.13. Пятно контакта шины с дорогой без нагрузки и под нагрузкой:

Классификация шин по форме профиля поперечного сечения Рис. 2.14. Рисунок протектора: а – универсальный;

Основой для выбора размеров шин является вертикальная нагрузка на колесо. Поэтому, располагая основными параметрами ЗТМ, необходимо определить наиболее нагруженные колеса машины в статическом состоянии. Причем рекомендуется, чтобы при выборе размера шин расчетная нагрузка, по которой подбирается шина, была больше на 10-20 % действительной нагрузки.

В соответствии с размером шины и характеристиками грунта устанавливается величина внутреннего давления в шине (табл. 2.3 – 2.7).

Существуют шины сверхнизкого, низкого и высокого внутреннего давления. На ЗТМ чаще применяют шины низкого давления, составляющего не более 0,3 МПа. Однако наилучшими сцепными качествами обладают шины переменного давления, что обусловливается двумя обстоятельствами – меньшим коэффициентом сопротивления качению и более высоким коэффициентом сцепления. Специальная конструкция пневматических шин с регулируемым давлением позволяет при работе в тяжелых грунтовых условиях снижать давление воздуха до 0,05...0,08 МПа и за счет этого повышать тяговые качества землеройных машин, а при работе на плотных грунтовых поверхностях доводить до 0,5...0,7 МПа в целях уменьшения расхода топлива и увеличения срока службы.

Важную роль в теории качения колеса играют коэффициент сопротивления качению f и коэффициент сцепления сц. Коэффициент сопротивления качению f в основном зависит от двух факторов: свойств грунта (его гранулометрического состава, плотности, влажности) и свойств шины (величины удельного давления, ее размеров). Величина сц зависит от многих факторов и в первую очередь от состояния поверхности качения (гранулометрического состава грунта и особенно влажности), параметров шин (внутренного давления в шине и особенно рисунка протектора), вертикальной нагрузки на шину.

Характеристики шин различных конструкций и основные показатели их тягово-сцепных свойств представлены в табл. 2.8 – 2.10.

Шины с регулируемым давлением (камерные и бескамерные) шины Наружный Ширина проНагрузка, кг Давление, МПа Нормы нагрузок на шины для выбора режима работы чение 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 шины 8.25–20 — — — — — — — — 1700 1750 1800 1875 1925 9.00–15 — — — — — — 1700 1830 1940 2060 2180 2300 2420 12.00– — — — — — — — — — — — — 3600 14.00– — — 2850 3000 3150 3350 3450 3600 3750 3875 — — — — — — — 2850 3000 3150 3350 3450 3600 3750 3875 4000 4150 4250 — — — — 2850 3000 3150 3350 3450 3600 3750 3875 4000 4150 4250 4375 — 14.00– — — — — — — 3760 — 4300 — 4830 — 5370 — 14.00– 2650 2800 3075 — — — — — — — — — — — — 16.00– 3600 3875 4125 — — — — — — — — — — — — 3600 3875 4125 4350 4575 4800 5000 5200 5450 5600 5800 6000 6150 — — 18.00– — — 5350 5650 5950 6200 6500 6800 7050 7300 — — — — — 18.00– — — — 5600 6000 6300 6500 6900 7100 7300 7500 7750 8000 — — 25 — — — — — — — — 7100 7300 7500 7750 8000 21.00– — — 7400 7800 8200 8600 9000 — — — — — — — — 17.5–25 4450 4750 5000 5300 5600 5800 6150 — — — — — — — — 4450 4750 5000 5300 5600 5800 6150 6300 6700 6900 7100 7300 — — — 3350 3650 3875 4000 4250 4500 4625 4875 5000 — — — — — — 4450 4750 5000 5300 5600 5800 6150 6300 6700 6900 7100 7300 7500 20.5–25 4500 4875 5150 5450 — — — — — — — — — — — 4500 4875 5150 5450 5800 6000 6250 6500 6700 7000 7250 7500 — — — 5950 6300 6700 7100 7500 7750 8250 8500 8750 9250 9500 9750 1000 26.5–25 7300 7750 8250 8750 9250 9500 9900 — — — — — — — — 16.00R24 2900 3150 3350 3650 3875 4125 4375 4625 — — — — — — — Обозначения, основные параметры, размеры камерных шин /53,55/ ние шины Шины широкопрофильные с регулируемым давлением Обозначение Максимальная нагрузка на шину и шины соответствующее ей давление Обозначения, основные параметры и размеры бескамерных шин /53,55/ Обозна- Тип (код) ривнутреннее давление Коэффициент сцепления ведущих колес с грунтом в зависимости от дорожных условий и влажности грунта /116/ воздуха, воздуха, Основные показатели сцепных и тяговых качеств шин /116/ С регулируемым давлением Низкого давления Арочная В соответствии с вышеизложенным составлен алгоритм выбора шин для ЗТМ на ЭВМ (рис. 2.15).

2.7. Методика экспериментальных исследований Принятый в настоящей монографии комплексный метод исследований предполагает такой этап работы, как проведение экспериментальных исследований, основными задачами которых являются: подтверждение адекватности математической модели объекта исследования; определение численных значений параметров, входящих в математические модели объекта; подтверждение работоспособности и эффективности технического решения, внедренного в производство /77, 90, 127/.

Общепринято использовать два метода проведения эксперимента:

активный и пассивный /77, 83, 90, 127/.

Пассивный эксперимент предусматривает измерение только выбранных показателей в результате наблюдения за объектом без искусственного вмешательства в функционирование. Пассивный эксперимент, по существу, является наблюдением, которое сопровождается инструментальным измерением выбранных переменных состояния объекта исследования /77, 83, 90, 127/.

Каталог шин Рис. 2.15. Блок-схема алгоритма выбора шин для ЗТМ на ЭВМ Активный эксперимент связан с выбором специальных воздействий и контролирует вход и выход исследуемой системы. Входными могут быть единичные ступенчатые воздействия на элементы ходового оборудования машины. Выходными характеристиками могут служить переходные процессы, снимаемые аппаратурой с характерных точек планировочных машин / 83, 90, 127/.

Важным условием проведения экспериментальных исследований является обеспечение достоверности экспериментальной информации с требуемой доверительной вероятностью рд. В настоящей монографии достаточной считалась доверительная вероятность рд0, /92,93/.

Для исключения грубых ошибок из полученных экспериментальных данных по упорядоченной выборке х1х2 … хn вычислялось среднее арифметическое выборки /1, 81/ и выборочное среднеквадратическое отклонение где хi – значение i-го наблюдения; n – число наблюдений.

Грубой считается ошибка, при которой выполняется неравенство где tk, – табличное значение параметра распределения Стьюдента при степени свободы k=n–1 и доверительной вероятности рд=1–у; здесь у – уровень значимости, у=1–рд.

Для определения доверительных интервалов полученных оценок математических ожиданий x и дисперсий D 2 принято допущеx ние, что полученные данные замеров подчиняются нормальному закону распределения случайных величин. С учетом этого можно записать /1, 23/ Необходимое количество замеров определяемого линейного и углового параметров для планировочных машин определено в работах /11, 124/ и равно 5 и 3 соответственно.

Таким образом, принятая в монографии методика экспериментальных исследований предусматривает проведение как активных, так и пассивных методов эксперимента.

2.8. Подтверждение адекватности математической модели При экспериментальном снятии статических характеристик осуществлялся подъем по очереди отдельных колес каждого типа планировочных машин. При этом проводились замеры вертикальных координат точек РО с помощью индикатора часового типа. Расчет угловых перемещений производился вычислением разности вертикальных перемещений правой и левой сторон режущей кромки РО планировочной машины.

Рис. 2.16. Зависимости вертикальных перемещений точки режущей кромки РО при подъеме левого переднего колеса двухосной планировочной машины: 1 – Рис. 2.17. Зависимости вертикальных перемещений точки режущей кромки РО при подъеме левого заднего колеса трехосной планировочной машины:

На рис. 2.16, 2.17 в качестве примера представлены результаты экспериментальных исследований. Расхождение теоретических и экспериментальных данных не превышает 11%.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ МЕТОДИКИ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПЛАНИРОВОЧНЫХ МАШИН

В настоящее время при изучении сложных взаимосвязанных друг с другом проблем широко используется системный анализ. В основе системного анализа лежит понятие системы, под которой подразумевается множество компонентов, обладающих определенными свойствами с фиксированными между ними взаимосвязями /83/.

В данной монографии системный анализ применяется при исследовании вновь создаваемой техники – двух- и трехосных планировочных машин на базе колесных тракторов. Эти машины рассматриваются как сложные системы, состоящие из отдельных взаимосвязанных друг с другом подсистем. Каждая выделенная подсистема имеет свои определенные свойства и законы функционирования, которые описываются математическими моделями. Математические модели подсистем в совокупности образуют сложные математические модели двух- и трехосных планировочных машин.

Решение поставленных в работе задач проводилось на основе базовых положений методологии системного анализа, состоящих в следующем /83/:

– целостность системы при ее взаимодействии с внешней средой;

– структурность системы в виде совокупности связей и их причинности;

– иерархичность системы, т.е. каждая планировочная машина, представленная как система, делится на подсистемы, которые, в свою очередь, делятся на другие подсистемы и т.д. до получения неделимых элементов системы.

Решение задач с применением системного анализа проводится в соответствии со следующими этапами /83/:

1. Постановка задачи – определяют объект, цели и задачи исследования, а также критерии для изучения и управления объектом.

2. Анализ решаемой задачи – очерчиваются границы изучаемой системы и определяется ее структура; объекты и процессы, имеющие отношение к поставленной цели, разбиваются на изучаемую систему и внешнюю среду. Затем выделяют отдельные составляющие части системы, устанавливают взаимодействие между ними и внешней средой. Составляются математические модели подсистем и системы в целом.

3. Решение поставленной задачи – исследование полученных математических моделей подсистем и системы в целом с целью определения количественной оценки связей между структурными составляющими системы. Затем формулируются выводы и принимаются решения, подлежащие реализации.

В настоящей монографии рабочим процессом двух- и трехосных планировочных машин являются планировочные работы. Процесс взаимодействия обоих типов планировочных машин с окружающей средой, представленный в виде блок-схем, описан в разделе 1.

Теоретические исследования проводились на ЭВМ с использованием пакета программ MATLAB 2009 /65/, позволяющим получать информацию на выходе как в числовой, так и в графической интерпретации. Для каждой математической модели какой-либо подсистемы составлен алгоритм работы модели на ЭВМ в виде блок-схем.

Подобные теоретические исследования называются вычислительным экспериментом, который обладает рядом преимуществ по сравнению с натурным: дешевизна, на любой стадии допускает вмешательство извне, позволяет моделировать условия эксперимента, которые невозможно воспроизвести в реальных условиях; довольно просто можно изменить условия, при которых функционируют подсистемы.

3.2. Теоретические исследования математических моделей Необходимым этапом теоретических исследований математических моделей планировочных машин является исследование их статических характеристик. В ходе данного исследования были решены следующие задачи:

1. Подтверждение адекватности математических моделей в статическом режиме.

2. Определение начальных условий для решения задач динамики.

Статические уравнения выражаются из полученных уравнений динамики путем обнуления их производных по времени. При снятии статических характеристик планировочных машин измерялись координаты центральной точки и угла поперечного уклона РО.

С целью проверки адекватности математической модели в статическом режиме в качестве выходного параметра системы была принята вертикальная координата центральной точки РО YРО в инерциальной системе координат O0X0Y0Z0, связанной с грунтом.

В качестве входных параметров были приняты следующие:

1. Перемещение переднего левого колеса Y1Л.

2. Перемещение заднего правого колеса Y2П (Y3П).

При снятии статических характеристик изменялось расстояние от оси передних колес до РО.

Полученные значения статических отклонений представлены на рис. 3.1 – 3.7.

Из графиков видно, что воздействие на переднее колесо оказывает влияние на вертикальную координату центральной точки РО и не влияет на угол поперечного уклона. Воздействие под заднее колесо оказывает влияние как на вертикальную координату, так и на угол поперечного уклона.

Рис. 3.1. График изменения вертикальной координаты центральной точки рабочего органа при воздействии на переднее левое колесо Рис. 3.2. График изменения вертикальной координаты центральной точки рабочего органа при воздействии на заднее правое колесо Рис. 3.3. График изменения угла поперечного уклона рабочего органа при воздействии на заднее правое колесо Рис. 3.4. График изменения вертикальной координаты центральной точки рабочего органа при воздействии на переднее левое колесо YРО, м 0, 0, 0, 0, 0, 0, Рис. 3.5. График изменения вертикальной координаты центральной точки рабочего органа при воздействии на среднее левое колесо YРО, м 0, 0, 0, 0, Рис. 3.6. График изменения вертикальной координаты центральной точки рабочего органа при воздействии на заднее правое колесо Рис. 3.7. График изменения угла поперечного уклона рабочего органа Из графиков видно, что воздействия под переднее и среднее колеса оказывают влияние на вертикальную координату центральной точки РО и не влияют на угол поперечного уклона. Воздействие под заднее колесо оказывает влияние как на вертикальную координату, так и на угол поперечного уклона.

3.3. Теоретические исследования динамического режима Основной задачей теоретических исследований математических моделей планировочных машин является определение численных значений основных конструктивных параметров и факторов, влияющих на их изменение.

Параметры модели были разделены на три группы:

• Фиксированные параметры.

• Параметры, носящие стохастический характер.

• Варьируемые параметры.

Данное разделение было необходимо для определения степени влияния различных параметров на процесс формирования земляного полотна.

К фиксированным параметрам были отнесены:

1. Геометрические размеры элементов базового трактора.

2. Тренд реакции грунта на РО.

3. Упругие и демпфирующие свойства элементов ходового и рабочего оборудования.

4. Массы элементов планировочных машин.

К случайным параметрам были отнесены:

1. Параметры неровностей микрорельефа.

2. Флюктуации реакции грунта на РО.

К варьируемым параметрам были отнесены:

1. Длина базы планировочной машины L.

2. Расстояние от оси передних колес до РО L1.

3. Угол захвата РО.

Дальнейшие исследования сводились к изучению влияния основных конструктивных параметров на геометрическую точность формирования земляного полотна.

В качестве входных воздействий использовались воздействия микрорельефа на элементы ходового оборудования и реакции разрабатываемого грунта на РО. Низкочастотная составляющая силы сопротивления копанию на РО соответствовала грунту II категории. Параметры математической модели базового трактора соответствовали реальной машине ЗТМ-82.

3.3.1. Двухосная планировочная машина Авторами были проведены исследования для значений длины базы машины L от 6 до 11 м. Расстояние от оси передних колес до РО изменялось в соответствии с длиной базы от 1,5 до (L – 3,5) м.

Угол захвата РО варьировался от 45 до 90°. Полученные значения коэффициентов сглаживания по вертикальной координате и углу поперечного уклона представлены попарно в виде поверхностей для различных значений длины базы планировочной машины (рис. 3.8, 3.11, 3.14, 3.17, 3.20, 3.23). Для примера представлены сечения этих поверхностей по оси расстояния от передних колес до РО и по оси угла захвата РО (рис. 3.9, 3.10, 3.12, 3.13, 3.15, 3.16, 3.18, 3.19, 3.21, 3.22, 3.24, 3.25).

Рис. 3.8. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата и расположения рабочего органа при длине базы 6 м KY, K Рис. 3.9. Зависимости коэффициентов сглаживания от расположения KY, K Рис. 3.10. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата при Рис. 3.11. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата и расположения рабочего органа при длине базы 7 м KY, K Рис. 3.12. Зависимости коэффициентов сглаживания от расположения KY, K Рис. 3.13. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата при Рис. 3.14. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата и расположения рабочего органа при длине базы 8 м KY, K Рис. 3.15. Зависимости коэффициентов сглаживания от расположения KY, K Рис. 3.16. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата при Рис. 3.17. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата и расположения рабочего органа при длине базы 9 м KY, K Рис. 3.18. Зависимости коэффициентов сглаживания от расположения KY, K Рис. 3.19. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата при Рис. 3.20. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата и расположения рабочего органа при длине базы 10 м KY, K Рис. 3.21. Зависимости коэффициентов сглаживания от расположения KY, K Рис. 3.22. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата при Рис. 3.23. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата и расположения рабочего органа при длине базы 11 м KY, K Рис. 3.24. Зависимости коэффициентов сглаживания от расположения KY, K Рис. 3.25. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата при Анализируя полученные функциональные зависимости, можно сделать вывод, что увеличение расстояния от оси передних колес до РО приводит к уменьшению коэффициента сглаживания по вертикальной координате, а на графиках коэффициента сглаживания по углу захвата просматривается явный максимум.

Увеличение угла захвата приводит к незначительному уменьшению коэффициента сглаживания по вертикальной координате и к увеличению коэффициента сглаживания по углу поперечного уклона.

3.3.2. Трехосная планировочная машина Для примера представлены сечения тех же поверхностей по оси расстояния от передних колес до РО и по оси угла захвата РО для трехосной планировочной машины (рис. 3.26 – 3.43).

Рис. 3.26. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата и расположения рабочего органа при длине базы 6 м KY, K Рис. 3.27. Зависимости коэффициентов сглаживания от расположения KY, K Рис. 3.28. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата при Рис. 3.29. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата и расположения рабочего органа при длине базы 7 м KY, K Рис. 3.30. Зависимости коэффициентов сглаживания от расположения KY, K Рис. 3.31. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата при Рис. 3.32. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата и расположения рабочего органа при длине базы 8 м KY, K Рис. 3.33. Зависимости коэффициентов сглаживания от расположения KY, K Рис. 3.34. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата при Рис. 3.35. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата и расположения рабочего органа при длине базы 9 м KY, K Рис. 3.36. Зависимости коэффициентов сглаживания от расположения KY, K Рис. 3.37. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата при KY, K Рис. 3.38. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата и расположения рабочего органа при длине базы 10 м KY, K Рис. 3.39. Зависимости коэффициентов сглаживания от расположения KY, K Рис. 3.40. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата при Рис. 3.41. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата и расположения рабочего органа при длине базы 11 м KY, K Рис. 3.42. Зависимости коэффициентов сглаживания от расположения KY, K Рис. 3.43. Зависимости коэффициентов сглаживания от угла захвата при Анализируя полученные функциональные зависимости, можно сделать вывод, что увеличение расстояния от оси передних колес до РО приводит к увеличению коэффициента сглаживания по углу, а на графиках коэффициента сглаживания по вертикальной координате просматривается явный максимум. Увеличение угла захвата приводит к незначительному уменьшению коэффициента сглаживания по вертикальной координате и к увеличению коэффициента сглаживания по углу поперечного уклона.

3.4. Оптимизационный синтез конструктивных параметров планировочных машин на базе колесных тракторов Методика синтеза в общем виде сводится к нахождению оптимального решения, соответствующего критерию эффективности, которое производится путем сопоставления вариантов. Такое сопоставление уместно при определении всевозможных технических решений, а в случае применения аппарата математического моделирования сравнение производится в ходе теоретических исследований составленной математической модели и определения решения, соответствующего принятому критерию эффективности.

НАЧАЛО

Получение оптимальных значений основных конструктивных параметров планировочной машины для разных значений Рис. 3.44. Алгоритм оптимизационного синтеза основных конструктивных параметров планировочной Алгоритм оптимизационного синтеза основных конструктивных параметров планировочной машины на базе колесных тракторов (рис.

3.44):

1. Постановка задачи оптимизации:

- выбор целевых функций;

- выбор ограничений.

2. Аппроксимация выявленных функциональных зависимостей коэффициентов сглаживания от анализируемых конструктивных параметров с целью получения уравнений регрессии:

- обоснование метода аппроксимации;

- определение уравнений регрессии.

3. Решение задачи условной оптимизации:

- обзор методов поиска решения в задачах условной оптимизации;

- алгоритм перехода к задаче безусловной оптимизации.

4. Решение задачи безусловной оптимизации:

- описание выбранного метода поиска решения в задачах безусловной оптимизации;

- получение рациональных значений анализируемых параметров как результата решения задачи безусловной оптимизации.

5. Нахождение скорректированного оптимального решения по критерию эффективности.

Задачи нелинейной оптимизации с точки зрения методов решения делятся на два класса /16, 74, 98/:

- задачи безусловной оптимизации;

- задачи условной оптимизации.



Pages:   || 2 |
 
Похожие работы:

«В.В. Цысь О.П. Цысь ОБРАЗОВАНИЕ И ПРОСВЕЩЕНИЕ НА СЕВЕРЕ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ В ХIХ — НАЧАЛЕ ХХ вв. Монография Издательство Нижневартовского государственного гуманитарного университета 2011 ББК 74.03(2) Ц 97 Печатается по постановлению Редакционно-издательского совета Нижневартовского государственного гуманитарного университета Рецензенты: доктор исторических наук, профессор, заведующий кафедрой истории России Уральского государственного университета Г.Е. Корнилов; доктор исторических наук, профессор...»

«Российский государственный педагогический университет им. А.И.Герцена Н.А. ВЕРШИНИНА СТРУКТУРА ПЕДАГОГИКИ: МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ Монография Санкт-Петербург 2008 УДК 37.013 Печатается по решению ББК 74.2 кафедры педагогики В 37 РГПУ им. А.И. Герцена Научный редактор: чл.-корр. РАО, д-р пед. наук, проф. А.П. Тряпицына Рецензенты: д-р пед.наук, проф. Н.Ф. Радионова д-р пед.наук, проф. С.А. Писарева Вершинина Н.А. Структура педагогики: Методология исследования. Монография. – СПб.: ООО Изд-во...»

«НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ ПРОМЫШЛЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЖИЗНЕСПОСОБНЫЕ СИСТЕМЫ В ЭКОНОМИКЕ РЕФЛЕКСИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ И УПРАВЛЕНИЕ В ЭКОНОМИКЕ: КОНЦЕПЦИИ, МОДЕЛИ, ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ МОНОГРАФИЯ ДОНЕЦК 2013 1 ББК У9(2)21+У9(2)29+У.В6 УДК 338.2:005.7:519.86 Р 45 Монографію присвячено результатам дослідження теоретикометодологічних аспектів застосування рефлексивних процесів в економіці, постановці...»

«УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИМ. А.А. ДОРОДНИЦЫНА РАН Ю. И. БРОДСКИЙ РАСПРЕДЕЛЕННОЕ ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИМ. А.А. ДОРОДНИЦЫНА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК МОСКВА 2010 УДК 519.876 Ответственный редактор член-корр. РАН Ю.Н. Павловский Делается попытка ввести формализованное описание моделей некоторого класса сложных систем. Ключевыми понятиями этой формализации являются понятия компонент, которые могут образовывать комплекс, и...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ    Уральский государственный экономический университет              Ф. Я. Леготин  ЭКОНОМИКО  КИБЕРНЕТИЧЕСКАЯ  ПРИРОДА ЗАТРАТ                        Екатеринбург  2008  ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Уральский государственный экономический университет Ф. Я. Леготин ЭКОНОМИКО-КИБЕРНЕТИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ЗАТРАТ Екатеринбург УДК ББК 65.290- Л Рецензенты: Кафедра финансов и бухгалтерского учета Уральского филиала...»

«Е.А. Урецкий Ресурсосберегающие технологии в водном хозяйстве промышленных предприятий 1 г. Брест ББК 38.761.2 В 62 УДК.628.3(075.5). Р е ц е н з е н т ы:. Директор ЦИИКИВР д.т.н. М.Ю. Калинин., Директор РУП Брестский центр научно-технической информации и инноваций Государственного комитета по науке и технологиям РБ Мартынюк В.Н Под редакцией Зам. директора по научной работе Полесского аграрно-экологического института НАН Беларуси д.г.н. Волчека А.А Ресурсосберегающие технологии в водном...»

«Российская академия наук Э И Институт экономики УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ РАН ВОСТОЧНАЯ И ЮГОВОСТОЧНАЯ АЗИЯ–2008: ЭКОНОМИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ В УСЛОВИЯХ КРИЗИСА Москва 2009 ISBN 978-5-9940-0175-2 ББК 65. 6. 66. 0 B 76 ВОСТОЧНАЯ И ЮГО-ВОСТОЧНАЯ АЗИЯ–2008: ЭКОНОМИЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ В УСЛОВИЯХ КРИЗИСА / Ответственный редактор: М.Е. Тригубенко, зав. сектором Восточной и Юго-Восточной Азии, к.э.н., доцент. Официальный рецензент сборника член-корреспондент РАН Б.Н. Кузык — М.:...»

«И. В. Челноков, Б. И. Герасимов, В. В. Быковский РЕГИОНАЛЬНАЯ ЭКОНОМИКА: ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ УПРАВЛЕНИЯ РЕСУРСАМИ РАЗВИТИЯ РЕГИОНА • ИЗДАТЕЛЬСТВО ТГТУ • МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ТАМБОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКА И ПРАВО И. В. Челноков, Б. И. Герасимов, В. В. Быковский РЕГИОНАЛЬНАЯ ЭКОНОМИКА: ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ УПРАВЛЕНИЯ РЕСУРСАМИ РАЗВИТИЯ РЕГИОНА

«Национальная академия наук Украины Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина Венгеров И.Р. ТЕПЛОФИЗИКА ШАХТ И РУДНИКОВ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ Том I. Анализ парадигмы Издательство НОРД - ПРЕСС Донецк - 2008 УДК 536-12:517.956.4:622 ББК 22.311:33.1 В29 Рекомендовано к печати Ученым советом ДонФТИ им. А.А.Галкина НАН Украины (протокол № 6 от 26.09.2008 г.). Рецензенты: Ведущий научный сотрудник Института физики горных процессов НАН Украины, д.ф.-м.н., проф. Я.И. Грановский; д.т.н.,...»

«Министерство образования Республики Беларусь УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ГРОДНЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ЯНКИ КУПАЛЫ В.Е. Егорычев ПРОДОВОЛЬСТВЕННАЯ ПОЛИТИКА СОВЕТСКОЙ ВЛАСТИ В БЕЛАРУСИ (1917 – 1920 гг.) Монография Гродно 2007 УДК 9(476) ББК 66.3(4Беи) Е30 Рецензенты: доктор исторических наук, профессор ГГАУ В.П.Верхось; кандидат исторических наук, доцент кафедры всеобщей истории ГрГУ им. Я. Купалы В.А.Хилюта. Рекомендовано советом факультета истории и социологии ГрГУ им. Я.Купалы...»

«НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ МАРКЕТИНГА ИННОВАЦИЙ ТОМ 2 Сумы ООО Печатный дом Папирус 2013 УДК 330.341.1 ББК 65.9 (4 Укр.) - 2 + 65.9 (4 Рос) - 2 Н-25 Рекомендовано к печати ученым советом Сумского государственного университета (протокол № 12 от 12 мая 2011 г.) Рецензенты: Дайновский Ю.А., д.э.н., профессор (Львовская коммерческая академия); Куденко Н.В., д.э.н., профессор (Киевский национальный экономический университет им. В. Гетьмана); Потравный И.М., д.э.н., профессор (Российский экономический...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ В.Н. ШИХИРИН, В.Ф. ИОНОВА, О.В. ШАЛЬНЕВ, В.И. КОТЛЯРЕНКО ЭЛАСТИЧНЫЕ МЕХАНИЗМЫ И КОНСТРУКЦИИ Монография ИЗДАТЕЛЬСТВО Иркутского государственного технического университета 2006 УДК 621.8+624.074: 539.37 ББК 22.251 Ш 65 Шихирин В.Н., Ионова В.Ф., Шальнев О.В., Котляренко В.И. Ш 65 Эластичные механизмы и конструкции. Монография. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. – 286 с. Книга может быть полезна студентам,...»

«Ю.Н. КАРОГОДИН седиментационная цикличность УДК 551.3.051 Карогодин Ю. Н. Седиментационная цикличность. M., Недра, 1980. 242 с. В книге рассмотрены вопросы, связанные с созданием науиой теории седиментационной цикличности. В ней обосновано место породио-слоевых тел - слоевых ассоциаций, циклитов среди тел геологического уровня организации материи. Рассматриваются качественные и колячеявенные методы и аряишшы выделения слоевых ассоциаций разного ранга в реа разрезах; обосновывается структурная...»

«ГБОУ ДПО Иркутская государственная медицинская академия последипломного образования Министерства здравоохранения РФ Ф.И.Белялов Психические расстройства в практике терапевта Монография Издание шестое, переработанное и дополненное Иркутск, 2014 15.05.2014 УДК 616.89 ББК 56.14 Б43 Рецензенты доктор медицинских наук, зав. кафедрой психиатрии, наркологии и психотерапии ГБОУ ВПО ИГМУ В.С. Собенников доктор медицинских наук, зав. кафедрой терапии и кардиологии ГБОУ ДПО ИГМАПО С.Г. Куклин Белялов Ф.И....»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Южно-Уральский государственный университет Кафедра общей психологии Ю9 P957 Л.С. Рычкова МЕДИКО-ПСИХОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ШКОЛЬНОЙ ДЕЗАДАПТАЦИИ У ДЕТЕЙ С ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМИ ЗАТРУДНЕНИЯМИ Монография Челябинск Издательство ЮУрГУ 2008 ББК Ю984.0+Ю948.+Ч43 Р957 Одобрено учебно-методической комиссией факультета психологии Рецензенты: Т.Д. Марцинковская, доктор психологических наук, профессор, заведующая...»

«Л. П. ДРОЗДОВСКАЯ Ю. В. РОЖКОВ МЕХАНИЗМ ИНФОРМАЦИОННО-ФИНАНСОВОЙ ИНТЕРМЕДИАЦИИ Хабаровск 2013 УДК 336.717:330.47 ББК 65.262.1 Д75 Дроздовская Л.П., Рожков Ю.В. Д75 Банковская сфера: механизм информационно-финансовой интермедиации: монография / под научной ред. проф. Ю.В. Рожкова. — Хабаровск : РИЦ ХГАЭП, 2013. — 320 с. Рецензенты: д-р экон. наук, профессор Богомолов С. М. (Саратов, СГСЭУ); д-р экон. наук, профессор Останин В.А. (Владивосток, ДВГУ) ISBN 978-5-7823-0588- В монографии...»

«И. Н. Андреева ЭМОЦИОНАЛЬНЫЙ ИНТЕЛЛЕКТ КАК ФЕНОМЕН СОВРЕМЕННОЙ ПСИХОЛОГИИ Новополоцк ПГУ 2011 УДК 159.95(035.3) ББК 88.352.1я03 А65 Рекомендовано к изданию советом учреждения образования Полоцкий государственный университет в качестве монографии (протокол от 30 сентября 2011 года) Рецензенты: доктор психологических наук, профессор заведующий кафедрой психологии факультета философии и социальных наук Белорусского государственного университета И.А. ФУРМАНОВ; доктор психологических наук, профессор...»

«Иркутский государственный технический университет Научно-техническая библиотека БЮЛЛЕТЕНЬ НОВЫХ ПОСТУПЛЕНИЙ Новые поступления литературы по естественным и техническим наукам 1 января 2013 г. – 31 января 2013 г. Архитектура 1) Кулаков, Анатолий Иванович (Архитектурный)     Архитектурно-художественные особенности деревянной жилой застройки Иркутска XIX XX веков : монография / А. И. Кулаков, В. С. Шишканов ; Иркут. гос. техн. ун-т. – Иркутск :  Изд-во ИрГТУ, 2012. – 83 с. : ил....»

«Российская академия естественных наук Ноосферная общественная академия наук Европейская академия естественных наук Петровская академия наук и искусств Академия гуманитарных наук _ Северо-Западный институт управления Российской академии народного хозяйства и государственного управления при Президенте РФ _ Смольный институт Российской академии образования В.И.Вернадский и ноосферная парадигма развития общества, науки, культуры, образования и экономики в XXI веке Под научной редакцией: Субетто...»

«СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ И ПРИКЛАДНОЙ МЕХАНИКИ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (СИБСТРИН) А.В. Федоров, П.А. Фомин, В.М. Фомин, Д.А. Тропин, Дж.-Р. Чен ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОДАВЛЕНИЯ ДЕТОНАЦИИ ОБЛАКАМИ МЕЛКИХ ЧАСТИЦ Монография НОВОСИБИРСК 2011 УДК 533.6 ББК 22.365 Ф 503 Физико-математическое моделирование подавления детонации облаками мелких частиц...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

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.