Повышение производительности автогрейдера, выполняющего планировочные работы, совершенствование системы управления (стр. 6 из 11)
В решении поставленных в работе задач методом системного анализа можно выделить следующие основные этапы:
1) синтез структурной схемы рабочего процесса автоматизированного автогрейдера на планировочных работах;
2) теоретические исследования элементов структурной схемы с целью выявления закономерностей их влияния на процесс планировки и связей между ними;
3) введение при необходимости новых элементов или устранение «вредных» элементов и связей, отрицательно влияющих на качество планировочных работ. Формирование технических решений, позволяющих реализовать новую схему рабочего процесса автогрейдера;
4) теоретическое и экспериментальное изучение и оценка функционирования новой системы, корректировка при необходимости разработанных технических решений;
5) оценка результатов исследований.
2.2 Методика теоретических исследований
Математическое моделирование составляет основу теоретических исследований работы, при этом исследуемый объект заменяется его математической моделью, которая отражает с достаточной степенью точности исследуемые свойства объекта. Наиболее распространенным способом представления математической модели является система каких-либо уравнений, выбор которых соответствует уровню принятой математической модели с необходимыми для ее решения данными – начальными, граничными условиями, численными значениями коэффициентов. Наиболее рациональный, а часто и единственный реальный путь решения системы уравнений – это расчеты на ЭВМ численным методом.
Такое исследование называется вычислительным экспериментом. Вычислительный эксперимент обладает рядом преимуществ по сравнению с натуральным: вычислительный эксперимент, как правило, намного дешевле, легче и быстрее реализуем; допускает вмешательство извне на любой стадии; позволяет моделировать условия эксперимента, которые зачастую вообще невозможно воспроизвести в реальных условиях, и выполнять эксперименты на критических режимах, воспроизведение которых в условиях натурного эксперимента затруднительно, дорого, а порой и небезопасно.
2.4 Структура работы
В соответствии с целью для решения поставленных задач была сформирована структура работы, включающая выполнение следующих основных этапов:
1.1. Анализ критериев эффективности автогрейдера при производстве планировочных работ.
1.2. Анализ предшествующих исследований проблемы повышения точности планировочных работ, выполняемых автогрейдером.
1.3. Анализ математических моделей автогрейдеров.
1.4. Анализ математических моделей гидропривода.
1.5. Анализ математических моделей грунта.
1.6. Анализ математических моделей системы управления.
1.7. Формирование требований к системе управления.
2.1. Обоснование расчетных схем и составление математических моделей подсистем автогрейдера, микрорельефа грунта, человека-оператора.
2.2. Обоснование методов исследования на математических моделях.
2.3. Формирование обобщенной структурной схемы автоматизированного автогрейдера.
2.4. Составление алгоритмов и программ расчета на ЭВМ.
2.5. Оценка адекватности математических моделей.
2.6. Обоснование и выбор численных значений коэффициентов математических моделей и граничных значений диапазонов варьируемых параметров.
3.1. Выбор и обоснование критериев оценки эффективности технологического процесса планировочных работ.
3.2. Выбор и обоснование информационных параметров.
3.3. Анализ значимости параметров на эффективность технологического процесса планировочных работ.
3.4. Анализ параметров на ЭВМ.
3.5. Синтез алгоритмов работы перспективных систем управления.
3.6. Формирование структурной схемы системы управления.
3.7. Разработка инженерных решений.
Рис. 2.1. Структура работы
4.1. Экспериментальное исследование автогрейдера в производственных условиях.
4.2. Внедрение инженерных решений.
3. Математическое описание автогрейдера
3.1 Математическая модель микрорельефа грунтовой поверхности
Анализ рабочего процесса автогрейдера при планировочных работах показал, что одним из факторов, определяющих точность обработки грунта, является микрорельеф обрабатываемой грунтовой поверхности, неровности которой являются одним из источников вертикальных и угловых перемещений автогрейдера при движении и связанного с ними РО. Таким образом, составление математической модели микрорельефа является важным этапом в разработке обобщенной математической модели рабочего процесса автогрейдера. Это позволит установить основные закономерности движения автогрейдера по опорной поверхности, соответствующей реальной, выявить характер влияния на точность обработки грунта параметров обрабатываемого микрорельефа.
В работе использовались для моделирования микрорельефа левой и правой колеи корреляционные функции двух типов, определяемые выражениями и.
Для реализации моделей микрорельефа обрабатываемой грунтовой поверхности на ЭВМ использовались моделирующие алгоритмы, которые определяются выражениями.
На основании указанных выражений составлена программа SOIL реализации микрорельефа на ЭВМ. Блок-схема программы приведена на рис. 3.1. В программе используется стандартная функция RANDOM языка программирования Turbo Pascal 6.0, позволяющая вычислять псевдослучайные числа, нормально распределенные в интервале.
Рис. 3.1. Блок-схема программы SOIL, реализующей микропрофиль
На рис. 3. 2,3. 3,3.5 в качестве примера приведены фрагменты реализации микрорельефа с корреляционными функциями для левой колеи R = 29,16. 10-4. e-0,77ItI, дляправойколеиR = 29,16. 10-4. e-0,77ItI cos 1,35 t.
Реализованный микрорельеф сглажен по пятну контакта равному 0,15 м.
На рис. 3.4 представлена реализация колебаний условной средней точки переднего моста при движении автогрейдера по данным микрорельефам.
На основе приведенной выше математической модели можно смоделировать микрорельеф грунта с заданными характеристиками.
Рис. 3.2. Фрагмент реализации микрорельефа по левой колее
Рис. 3.3. Фрагмент реализации микрорельефа по правой колее
Рис. 3.4. Координата условной средней точки переднего моста автогрейдера
Рис. 3.5. Фрагмент реализации микрорельефа грунта
3.2 Математическая модель автогрейдера
Автогрейдер, оснащенный системой автоматического управления рабочим органом, грунт и микрорельеф обрабатываемой поверхности представляют в совокупности сложную динамическую систему. Оптимизацию параметров этой системы удобней вести на математических моделях.
Решение поставленных в работе задач требует составления уравнений геометрических связей автогрейдера, рассмотрения перемещения РО в пространстве под действием различных факторов, определения динамических характеристик объекта при различных возмущающих и управляющих воздействиях.
Анализ конструкций автогрейдеров и математических моделей предшествующих исследований позволил составить расчетную схему.
При составлении расчетной схемы были приняты следующие допущения:
– автогрейдер является пространственным шарнирно сочлененным многозвенником;
– конструктивные элементы автогрейдера абсолютно жесткие;
– элементы ходового оборудования имеют постоянный контакт с грунтом при длине пятна контакта вдоль направления движения 0,15 м;
– люфты в шарнирных сочленениях автогрейдера отсутствуют;
– отвал постоянно заглублен в обрабатываемый грунт;
– рассматриваются малые перемещения элементов расчетной схемы;
– в процессе копания перестановка элементов рабочего оборудования не производится, углы перелома основной рамы, выноса тяговой рамы и поворота отвала не меняются;
– углы перелома основной рамы и выноса тяговой рамы изменяются от 0 до 20 градусов;
Рис. 3.6. Расчетная схема автогрейдера
– уплотнение грунта колесами пренебрежимо мало;
– динамическими колебаниями рабочего оборудования пренебрегаем;
– автогрейдер движется прямолинейно с постоянной скоростью.
Элементами расчетной схемы выбраны основные узлы автогрейдера: хребтовая балка, подмоторная рама, левый балансир, правый балансир, передняя ось, тяговая рама и поворотный круг с РО.
Элементы расчетной схемы выбраны в соответствии с наметившимися тенденциями дальнейшего совершенствования конструкций автогрейдеров. Это относится, в частности, к основной раме, которая представлена в виде шарнирно сочлененных подмоторной рамы и хребтовой балки. Благодаря этому, обобщенная расчетная схема отражает наиболее существенные признаки реальных и перспективных конструкций автогрейдеров.
Для описания положения элементов расчетной схемы в пространстве принята правая ортогональная система координат OXYZ. Ось OX совпадает с направлением движения автогрейдера, ось OY направлена вертикально вверх.
На элементы расчетной схемы наложены ограничивающие связи.
При движении автогрейдера, при выполнении планировочных работ элементы расчетной схемы имеют следующие степени свободы.
Таблица 3.1. Степени свободы элементов расчетной схемы автогрейдера при выполнении планировочных работ