авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

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


Pages:     | 1 | 2 ||

«В.С. Щербаков, М.С. Корытов, С.В. Котькин СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ МОДЕЛИРОВАНИЯ СТРЕЛОВЫХ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ КРАНОВ Министерство ...»

-- [ Страница 3 ] --

Рис. 4.9. Расчетная схема для определения управляемых координат крана при нулевых углах наклона шасси Согласно расчетной схеме, изображенной на рис. 4. y 4, y5,7 = tg q8 arctg x + q ( + x1,2 );

(4.28) 3,33 y4, q8 arctg x + q ( + x1,2 ) ( yгр q2 + y1,2 ), q10 = tg (4.29) 3,33 где y4,43, x3,33, x1,2, y1,2 – постоянные конструктивные значения.

Далее определяются граничные значения интервала управляемой координаты [q10 В ;

q10 Н ] :

y 4, q10 В = tg q8 В arctg x + q ( + x1,2 ) ( y гр q2 + y1,2 );

3,33 9 В (4.30) y 4, q10 Н = tg q8 Н arctg x + q ( + x1,2 ) ( y гр q2 + y1,2 ).

3,33 9 Н Если полученное значение меньше минимальной конструктивно допустимой длины грузового каната от оголовка стрелы q10 В q10 min, то это означает, что невозможно обеспечить требуемые координаты груза. Если выполняется условие (q10 В q10 min ) (q10 Н q10 min ), то q10 Н = q10 min, а значения q9 Н и q8 Н корректируются по уравнениям (4.32) и (4.33) с подстановкой значения q10 Н.

Выбор решения из допустимых конфигураций механической сис темы осуществляется по значению одной из управляемых координат q8, q9, q10, заданному внутри соответствующего интервала [q8 В ;

q8 Н ], [q9 В ;

q9 Н ], [q10 В ;

q10 Н ] и последующего определения значений двух оставшихся управляемых координат.

Если задано значение управляемой координаты q8, тогда значе ние q10 вычисляется по уравнению (4.29), а значение q9 – по следую щей формуле:

x1,2 + y4,43 sin (q8 ) q9 =. (4.31) cos(q8 ) x3, Если задано значение управляемой координаты q9, тогда значе ние q10 вычисляется по уравнению (4.29), а значение q8 – по следую щей формуле:

y 4,43 x1,2 + + arccos.

q8 = arctg (4.32) x +q y 4,43 + ( x3,33 + q9 ) 3,33 9 Координаты точки Начало 1 2 подвеса груза x гр, yгр, z гр, координаты шасси Ввод q1…q6, Определение Определение i=1, 3, постоянных исходных шаг 1 q9 и q8 q конструктивных данных параметров крана x1,2, y1,2, x3,33, y4,43, Нет q8max, q8min, q9max, Определение q9min, q10min.

ii+ Вывод В зависимости от сообщения Да текущего номера об ошибке Сообщение о Определение итерации Определение невозможности используются [q8В q8Н];

Да обеспечить заданные разные уравнения.

q6, [q9В q9Н] координаты груза Вывод значений :

Определение Определение q8В, q8Н, q9В, q9Н, [q10В q10Н] q7 q 10В, q10Н, q7, q8, q 9, q10.

Вывод i=1, 4, q10Вq10min В зависимости от шаг 1 результатов текущего номера итерации Да Нет используются разные уравнения.

Определение Коррекция (q10q10min) Конец (q10Нq10min) q8 и q9 q10Н, q9Н, q8Н Нет Определение Задается q8 Да q8,1, q8,1, R2, Да Нет Определение Определение Определение Задается q i q8 q Нет 2 Рис. 4.10. Блок-схема алгоритма определения значений управляемых координат крана при нулевых углах наклона базового шасси Если задано значение управляемой координаты q10, тогда зна чение q8 вычисляется по уравнению (4.32), а значение q9 – по сле дующей формуле:

( ) x q9 = y4,43 + ( q10 + yгр q2 y1,2 ) 2 + ( x1,2 + ) 3,33. (4.33) Блок-схема алгоритма определения значений управляемых коор динат крана по известным значениям координат груза приведена на рис. 4.10. Данный алгоритм позволяет в автоматизированном режиме решать обратную задачу кинематики СГК при нулевых углах наклона шасси. Алгоритм может использоваться при планировании траекто рии перемещения груза, при решении задач кинематического анализа и синтеза конструктивных параметров, а также технологических па раметров рабочего процесса СГК.

4.2.2. Алгоритм определения оптимальных значений управляемых координат стрелового грузоподъемного крана для заданного перемещения груза Так как механическая подсистема СГК обладает кинематической избыточностью для реализации заданного перемещения, необходимо оптимизировать значения управляемых координат СГК.

Считаются известными координаты груза в начальной ( xнач, yнач, z нач ) и конечной ( xкон, yкон, z кон ) точках траектории груза, заданные в инерциальной системе координат O0 X 0Y0 Z 0, связанной с рабочей областью перемещений, а также координаты точки O1 начала системы координат O1 X 1Y1Z1, связанной с базовым шасси крана q1, q2, q3. Известна масса перемещаемого груза mгр. Для упрощения расчетов в качестве допущения принято, что базовое шасси крана на ходится в горизонтальном положении: q4 = 0 ;

q6 = 0 и ось O1 X 1 сов падает по направлению с осью O0 X 0. Необходимо найти оптималь ные значения управляемых координат q7 нач, q8нач, q9 нач, q10 нач, q7 кон, q8кон, q9 кон, q10 кон при перемещении груза из начальной точки в ко нечную точку. Поставленная задача решается при помощи изложен ного ниже алгоритма.

Координаты начальной и конечной точек переводятся в систему координат, связанную с базовым шасси. С помощью метода однород ных координат векторы, задающие положения начальной и конечной точек, умножаются на обратную матрицу перехода из локальной сис темы координат, связанную с базовым шасси, в инерциальную систе му координат:

R1нач = A11 R0 нач ;

R1кон = A11 R0 кон, (4.34) где R0 нач = [ xнач yнач z нач 1]T и R0 кон = [ xкон yкон z кон 1]T – векторы, за дающие точки начального и конечного положений груза в инерциаль ной системе координат;

A11 – матрица, обратная к матрице перехода из локальной системы координат O1 X 1Y1Z1 в инерциальную систему координат O0 X 0Y0 Z 0.

Определяются допустимые конфигурации механической системы в начальной и конечной точках. При решении обратной задачи кине матики определяются значения угла поворота платформы q7 нач и q7 кон, а также интервалы допустимых значений управляемых коорди нат [q8 Внач ;

q8 Ннач ], [q9 Внач ;

q9 Ннач ], [q10 Внач ;

q10 Ннач ] и [q8 Вкон ;

q8 Нкон ], [q9 Вкон ;

q9 Нкон ], [q10 Вкон ;

q10Нкон ] для начальной и конечной точек соот ветственно. Внутри интервалов управляемые координаты делятся на равные части и осуществляется последовательный перебор значений управляемых координат из интервалов, соответствующих начальной и конечной точкам (рис. 4.11). Изменение управляемых координат за писываются в следующем виде:

q 7 = q 7 нач + j q 7 ;

q 8 = q 8 нач + j q 8 ;

(4.35) q 9 = q 9 нач + j q 9 ;

q10 = q10 нач + j q10, где j = 0,1,K, n – параметр;

n – число частей разбиения интервала по каждой управляемой координате;

q7, q8, q9, q10 – значения ша гов дискретизации по управляемым координатам.

Число частей n определяется по уравнению | q7 кон q7 нач | | q8кон q8нач | | q9кон q9 нач | | q10кон q10 нач | + + + n=, (4.36) q7 q8 q9 q * * * * где q7, q8, q9, q10 – максимально допустимые шаги дискретиза * * * * ции по координатам q7, q8, q9 и q10 соответственно.

Значения шагов дискретизации по управляемым координатам оп ределятся уравнениями:

q7 кон q7 нач q q q7 = ;

q8 = 8кон 8нач ;

n n (4.37) q q q q q9 = 9кон 9 нач ;

q10 = 10кон 10 нач.

n n На каждом шаге проверяется выполнение условия превышения максимальной массы груза (mгр mгр max ), значение которой вычисля ется по уравнению (4.15). Выполнение условия свидетельствует о не допустимости рассматриваемого перемещения конструкцией крана.

Рис. 4.11. Графическая интерпретация определения энергетических за трат всех возможных перемещений в допустимые конфигурации для конечной точки из допустимых конфигураций для начальной точки Согласно принятому критерию оценки эффективности (4.10) энергетические затраты на перемещение в конфигурацию конечной точки из конфигурации начальной точки определяются как сумма энергетических затрат по всем управляемым координатам:

n n Ae = (G7 (q8, q9, mгр ) q7 ) + (G8 (q8, q9, mгр ) q8 ) + j =1 j = n n + (G9 ( q8, q9, mгр ) q9 ) + (G10 (mгр ) q10 ), (4.38) j =1 j = где G7, G8, G9, G10 – удельные энергетические затраты при измене нии соответствующей управляемой координаты q7, q8, q9, q10.

Уравнения, аппроксимирующие зависимости удельных энергети ческих затрат от основных технологических параметров рабочего процесса, были получены в результате вычислительного эксперимен та на имитационной модели крана. При вычислении энергетических затрат необходимо учитывать направление изменения управляемой координаты:

qi 0;

Gi1, при Gi = (4.39) qi 0, Gi 2, при где Gi1 и Gi 2 – удельные энергетические затраты при изменении управляемой координаты qi, направленном соответственно на подъем и опускание.

Начало q нач m=[q 7нач q8нач q 9нач q10нач];

q кон m=[q7кон q8кон Вычисление q9кон q10кон] Ввод ис n;

qi;

Ai=0, ходных где i=7... данных Aem=A7+A8+ +A9+A10 +AT j=0...n - R1нач=A1 -1·R0нач;

шаг R1кон=A1 ·R0кон Перемещение Вычисление :

qi=qi+j· qi, конструктивно q7 1;

q8Н 1;

q8В где i=7...10 недопустимо 1;

q7 2;

q8Н 2;

q8В q8 нач= Вычисление =q 8Н нач...q 8В нач mmax Да q 8 кон= mгр mmax =q8Н кон...q8В кон Aemin=min{Aem} Нет Вычисление :

Gi=Gi п при qi0;

q9 нач;

q10 нач;

Gi=Gi о при qi0, q9 кон;

q10 кон Вывод где i=7... результатов :

Aemin;

q нач;

q кон Счетчик:

m=m+ Ai=Ai+Gi·| qi|, где i=7... Конец 2 Рис. 4.12. Блок-схема алгоритма определения оптимальных значений управляе мых координат СГК для заданного перемещения груза Далее определяются минимальное значение целевой функции Ae и соответствующие ей значения управляемых координат в начальной и конечной точках: q7 нач, q8нач, q9 нач, q 10 нач, q7 кон, q8кон, q9 кон, q10 кон.

Блок-схема алгоритма определения оптимальных значений управляемых координат при перемещении груза из начальной точки в конечную приведена на рис. 4.12. Данный алгоритм включает в себя алгоритм решения обратной задачи кинематики.

Разработанный алгоритм позволяет в автоматизированном режи ме определять оптимальные значения управляемых координат СГК в начальной и конечной точках, используя предложенный критерий оценки энергетической эффективности.

4.2.3. Алгоритм построения траектории в пространстве управляемых координат При планировании траектории перемещения груза необходимо обеспечить соблюдение режима «разгон–торможение» с учетом нала гаемых ограничений на максимальные ускорения и максимальные скорости изменения управляемых координат.

Рис. 4.13. Временные зависимости управляемой координаты, скорости и ускорения Считаются известными значения управляемых координат в на чальной и конечной точках перемещения груза: q7 нач, q8нач, q9 нач, q10нач, q7 кон, q8кон, q9 кон, q10 кон. Необходимо построить траекторию в виде временных зависимостей перемещений, скоростей и ускорений для каждой управляемой координаты с учетом заданных ограничений на максимальные ускорения A7 max, A8 max, A9 max, A10 max и максималь ные скорости V7 max, V8 max, V9 max, V10 max изменения управляемых ко ординат, а также обеспечить заданное время Tji max, i[7;

10] режима «разгон–торможение».

На рис. 4.13 показано условное разделение временных зависимо стей управляемой координаты, скорости и ускорения на семь частей, где Tji – интервал времени разгона/торможения;

Tai – интервал вре мени, соответствующий движению с постоянным ускорением;

Tvi – временной интервал, соответствующий движению с постоянной ско ростью.

Учитывая ограничения, можно записать законы изменения управ ляемой координаты для трех возможных случаев:

1. Для разгона/торможения:

&&&i (t ) = J i max ;

qi (t ) = qi 0 + J i max t ;

qi (t ) = qi 0 + qi 0t + J i max t 2 ;

&& && & & && q 2 (4.40) 1 qi (t ) = qi 0 + qi 0t + qi 0t + J i max t.

2 & && 2 2. Для движения с максимальным ускорением:

&&&i (t ) = J i max ;

qi (t ) = qi 0 + J i max t ;

qi (t ) = qi 0 + qi 0t + J i max t 2 ;

&& && & & && q 2 (4.41) 1 qi (t ) = qi 0 + qi 0t + qi 0t + J i max t.

2 & && 2 3. Для движения с максимальной скоростью:

&&&i (t ) = 0;

qi (t ) = 0;

&& q (4.42) qi (t ) =Vi max ;

qi (t ) = qi 0 +Vi max t, & где qi 0, qi 0, qi 0 – соответственно начальные значения i -й управляе & && мой координаты, скорости, ускорения;

Vi max, J i max – соответственно ограничения на скорость и рывок для координаты i.

В начальной и конечной точках траектории накладываются огра ничения на скорость и ускорение:

&& & && & qi (tiнач ) = qi (tiнач ) = qi (tiкон ) = qi (tiкон ) = 0. (4.43) По заданным значениям максимальной скорости Vi max и времени Tji max разгона/торможения определяются значения рывка J i max и вре мя движения с постоянным ускорением Tai max :

Ai max V ;

Tai max = i max Tji max, J i max = (4.44) Tji max Ai max где Ai max – ограничение на ускорение для координаты i.

В зависимости от значения изменения управляемой координаты D i = q i кон q i нач накладываются дополнительные условия на времен ные интервалы. Возможны три варианта.

При выполнении условия ( Di Di1 ) : Tai = Tai max и Tji = Tji max, на интервале Tvi управляемая координата изменяется со скоростью Vi max. Время изменения управляемой координаты с максимальной скоростью вычисляется по уравнениям:

Di Di1 Ai max Vi max Vi + max.

Tvi = ;

Di1 = (4.45) Vi max J i max Ai max Если выполняется условие Di Di 2, то Tji = Tji max и Tvi = 0, т.е.

значение скорости изменения управляемой координаты стремится к максимальному значению Vi max. Время изменения управляемой коор динаты с максимальным ускорением вычисляется по уравнениям:

Ai2max Ai3max Di 3 Ai max + Tai = ;

Di 2 = 2 2. (4.46) 4 J i max Ai max 2 J i max J i max Если Di Di 2, то: Tvi = 0 и Tai = 0, ускорение управляемой коор динаты стремится к максимальному значению Ai max. Значение рывка определяется по уравнению Di J i max =. (4.47) 2Tji3max Время, за которое осуществляется изменение управляемой коор динаты qi, определяется по уравнению Ti = 4 Tji + 2 Tai + Tvi. (4.48) Блок-схема алгоритма построения траектории с ограничениями на максимальные ускорения и на максимальные скорости изменения управляемых координат приведена на рис. 4.14.

Рис. 4.14. Блок-схема алгоритма построения траектории с ограничениями на максимальные ускорения и на максимальные скорости изменения управляемых координат Разработанный алгоритм позволяет в автоматизированном режи ме планировать траектории перемещения груза в пространстве кон фигураций машины с учетом ограничений на максимальные ускоре ния и скорости изменения управляемых координат.

4.2.4. Алгоритм определения оптимального расположения базового шасси для заданного перемещения груза Оптимизация технологического параметра расположения базово го шасси относительно начального и конечного положений переме щаемого груза с учетом ограничений, создаваемых запретными для расположения крана зонами, производится путем многократного ре шения задачи оптимизации управляемых координат при различных значениях обобщенных координат базового шасси q1, q3 с после дующим сравнением значений целевой функции для каждого вариан та.

Считаются известными координаты груза в начальной ( xнач, yнач, z нач ) и конечной ( xкон, yкон, z кон ) точках траектории груза, заданные в инерциальной системе координат O0 X 0Y0 Z 0, связанной с рабочей областью перемещений. Известна масса перемещаемого гру за mгр. Для упрощения расчетов в качестве допущения принято, что базовое шасси крана находится в горизонтальном положении: q4 = 0 ;

q6 = 0. Заданы интервалы области положений начала системы коор динат базового шасси [ xш 0 min ;

xш 0 max ] ;

[ zш 0 min, zш 0 max ].

Необходимо найти координаты q1, q3 положения начала системы координат O1 X 1Y1Z1, связанной с базовым шасси СГК, соответствую щие глобальному минимуму целевой функции с учетом ограничений, создаваемых запретными для расположения крана зонами. Постав ленная задача решается при помощи изложенного ниже алгоритма.

В интервалах заданной области положений начала системы коор динат, связанной с базовым шасси, [ xш 0 min ;

xш 0 max ] ;

[ zш 0 min ;

zш 0 max ] с помощью двух вложенных циклов для каждого сочетания координат xш 0 min и zш 0 min вычисляется значение целевой функции Aexш 0, zш 0 с учетом кинематической избыточности механической подсистемы СГК.

Для каждого сочетания выполняется проверка на принадлеж ность точки O1 с координатами xш 0, zш 0 запретным зонам. Из рас сматриваемой точки O1 проводится горизонтальный луч l (рис. 4.15).

При пересечении лучом l сторон многоугольника будет выполнятся следующее условие:

( x j +1 x j )( zш 0 z j ) xш 0 x j +, (4.49) z j +1 z j где j – номер вершины многоугольника;

x j, z j – координаты j -й вершины многоугольника.

Чтобы исключить деление на ноль, необходимо выполнение сле дующего условия:

( zш 0 z j ) ( zш 0 z j +1 ). (4.50) Если луч l пересека ет границу многоуголь ника четное число раз, то точка O1 находится вне запретной зоны, если не четное число раз, – то внутри, что говорит о не допустимости рассматри Рис. 4.15. Решение задачи о принадлежности ваемого положения базо- точки начала координат базового шасси вого шасси. запретной для расположения крана зоне Результатом работы Начало алгоритма являются зна qнач=[q7нач q8нач чение глобального ми- q9нач q10нач ];

qкон=[q7кон q8кон нимума целевой функ- Ввод ис- q9кон q10кон ] ходных ции Aeглоб на рассматри данных ваемой области положе- Вывод результатов:

ний базового шасси, а Aeглоб;

q1;

q3;

xш0=xш0min также соответствующие qнач;

qкон … значения технологиче- xш0max ских параметров поло- Конец жения базового шасси zш0=zш0min xш 0 опт = q1 ;

zш 0 опт = q3 и … zш0max рабочего оборудования в начальной и конечной Вычисление Определение точках траектории: q7 нач, Aexш0,zш числа пересе чений n q8нач, q9 нач, q10 нач, q7 кон, q8кон, q9 кон, q10 кон.

Ae глоб= На рис. 4.16 приве- =min{Aexш0,zш0};

Нет n четное Да q1=xш0опт;

дена блок-схема алгорит- q3=zш0опт ма оптимизации техноло гического параметра по Рис. 4.16. Блок-схема алгоритма определения ложения базового шасси оптимального размещения базового шасси СГК для заданного пере мещения груза.

4.3. Система автоматизации моделирования стреловых грузоподъемных кранов В качестве программной поддержки предложенной методики и алгоритмов разработана система автоматизации моделирования СГК в программном комплексе MATLAB.

Рис. 4.17. Графический интерфейс системы автоматизации моделирования СГК:

a – вид окна главного меню;

б – вид окна ввода параметров базового шасси СГК;

в – вид окна трехмерной анимации механической подсистемы СГК в процессе моделирования (пример) Система автоматизации моделирования связана с математической моделью СГК, которая составлена в среде Simulink, с помощью m-файла. Программное обеспечение для автоматизации моделирова ния СГК состоит из компонентов: файл математической модели СГК в Simulink;

m-файлы с программами расчета;

графический интерфейс – окно главного меню, окна ввода параметров подсистем математиче ской модели СГК, окно оптимизации параметров рабочего процесса СГК. Вид окна главного меню системы автоматизации моделирова ния СГК показан на рис. 4.17, а. Графический интерфейс системы по зволяет вводить параметры подсистем СГК и его элементов, парамет ры моделирования, возмущающие и управляющие воздействия, пара метры вывода результатов в математическую модель (рис. 4.17, б).

Вывод результатов моделирования осуществляется в графическом и табличном виде. Также возможен просмотр пространственных дви жений механической подсистемы СГК в виде трехмерной анимации (рис. 4.17, в). Вид окна оптимизации параметров рабочего процесса СГК представлен на рис. 4.18. Разработанная система автоматизации моделирования СГК внедрена в ОАО «Конструкторское бюро транс портного машиностроения» г. Омска.

Рис. 4.18. Вид окна оптимизации параметров рабочего процесса СГК Для работы системы автоматизации моделирования СГК требу ется ПК с AMD или Intel x86 процессором с частотой не ниже 1300 МГц, укомплектованный оперативной памятью 1024 Мб и более, с установленной операционной системой Windows XP/2003/Vista/2008/7, программным комплексом MATLAB версии не ниже 7.0, включающий пакеты расширений: Simulink, SimMechanics, SimHydraulics, Statistics Toolbox. Расчеты на ПК производятся за от носительно короткий промежуток времени.

4.4. Результаты теоретических исследований по оптимизации технологических параметров рабочего процесса стрелового грузоподъемного крана В качестве примера, иллюстрирующего работоспособность мето дики, получены зависимости критерия эффективности от высотных координат начальной и конечной точек, расстояния между начальной и конечной точками, массы груза.

Ae, л 0.1 Точка минимума, Ae=8,274 10-3 л 0. 0. 0. 0. q8 кон, рад q9 кон, м q8 нач, рад q10 кон, м q9 нач, м q10 нач, м 8 0. 0.5 10 0. 6 8 0.4 5 0 0.2 Рис. 4.19. Зависимость целевой функции от управляемых координат в начальной и конечной точках при перемещении груза массой mгр = 2000 кг (пример) а) б) Рис. 4.20. Трехмерная анимация механической подсистемы СГК (пример):

а – в начальной точке;

б – в конечной точке В качестве примера на рис. 4.19 приведена зависимость энергетиче ских затрат Ae от управляемых координат в начальной и конечной точ ках при перемещении груза массой mгр = 2000 кг из начальной точки с координатами ( xнач, yнач, z нач ) = (0,2,5) в конечную точку с координатами координаты базового шасси ( xкон, yкон, z кон ) = (10,5,5), (q1, q2, q3 ) = (5,0,5). Точке минимума целевой функции Ae = 0,0082 л соответствуют значения управляемых координат: q7нач =1,1071 рад;

q7кон = 2,0344 рад;

q8нач = 0,6995 рад;

q8кон = 0,8275 рад;

q9нач = 6,2745 м;

q9кон = 8,3067 м;

q10 нач = 9,7043 м;

q10 кон = 9,7043 м.

На рис. 4.20 показана трехмерная анимация механической под системы крана в начальной и конечной точках траектории, соответст вующей минимуму целевой функции.

В качестве примера на рис. 4.21 приведена зависимость критерия энергетической эффективности Ae от положений базового шасси q1, q3.

Z0, м Конечная точка Начальная точка - Запретные зоны - Точка минимума, Ae=1,246 10-3 л - X0, м -10 -5 0 5 10 Рис. 4.21. Зависимость критерия энергетической эффективно сти Ae от положений базового шасси q1, q3 (пример) Были проведены исследования влияния высотных координат на чальной и конечной точек положения груза на энергетические затра ты и оптимальное положение начала системы координат базового шасси. В ходе вычислительного эксперимента моделировалось пере мещение груза массой mгр =1000 кг из начальной точки с координа тами (0, yнач,5) в конечную точку (0, yкон,5). Высотные координаты начальной yнач и конечной yкон точек варьировались в пределах от до 10 м с шагом изменения в 2 м.

а) б) Рис. 4.22. Виды рабочей области, совмещенные со шкалой затрат топлива, с про екциями точек положения начала системы координат базового шасси для высот ной координаты начальной точки y нач = 0 м: а – вид спереди;

б – вид слева а) б) Рис. 4.23. Виды рабочей области, совмещенные со шкалой затрат топлива, с про екциями точек положения начала системы координат базового шасси для высот ной координаты начальной точки yнач = 4 м: а – вид спереди;

б – вид слева На рис. 4.22, 4.23, 4.24, 4.25 показаны виды рабочей области спе реди и слева, совмещенные со шкалой затрат топлива, с проекциями точек положения начала системы координат базового шасси в про странстве, в скобках указаны высотные координаты начальной и ко нечной точек груза в форме [ yнач ;

yкон ].

На рис. 4.26, 4.27, 4.28 показаны проекции множества точек положе ния начала системы координат базового шасси в пространстве на видах спереди, слева и сверху рабочей области, совмещенные со шкалой затрат топлива, при варьировании высотных координат начальных и конечных точек груза в интервалах yнач = [0;

10] ;

yкон= [0;

10] м с шагом в 2 м.

а) б) Рис. 4.24. Виды рабочей области, совмещенные со шкалой затрат топлива, с про екциями точек положения начала системы координат базового шасси для высот ной координаты начальной точки y нач = 8 м: а – вид спереди;

б – вид слева а) б) Рис. 4.25. Виды рабочей области, совмещенные со шкалой затрат топлива, с про екциями точек положения начала системы координат базового шасси для высот ной координаты начальной точки yнач =10 м: а – вид спереди;

б – вид слева а) б) Рис. 4.26. Проекции множества точек положения системы координат базового шасси в пространстве, совмещенные со шкалой затрат топлива, при варьирова нии высотных координат начальных и конечных точек груза в интервалах yнач = [0;

10] ;

yкон= [0;

10] м с шагом в 2 м: а – вид спереди;

б – вид слева Рис. 4. 27. Виды рабочей области сверху с проекциями точек положения начала системы координат базового шасси Были проведены исследования влияния массы груза на энергетиче ские затраты и оптимальное разме щение базового шасси. В ходе вы числительного эксперимента моде лировалось перемещение груза из начальной точки с координатами ( xнач, yнач, z нач ) = (0,2,5) в конечную точку с координатами ( xкон, yкон, z кон ) = (10,2,5). Масса пе Рис. 4.28. Проекции множества точек ремещаемого груза mгр варьирова положения системы координат базо- лась в интервале [1000;

9000] кг с вого шасси в пространстве на виде шагом изменения в 1000 кг. На рис.

сверху при варьировании высотных координат начальных и конечных то- 4.29, 4.30 показаны виды рабочей чек груза в интервалах y нач = [0;

10] ;

области сверху с наложенным на нее графиком поверхности целевой yкон= [0;

10] м с шагом в 2 м функции расхода топлива в виде цветовой индикации для грузов различной массы.

Были проведены исследования влияния массы груза и расстояния между начальной и конечной точками на энергетические затраты и оптимальное размещение базового шасси.

а) б) Рис. 4.29. Виды рабочей области сверху с наложенным на нее графиком поверх ности целевой функции расхода топлива в виде цветовой индикации для грузов различной массы: а – mгр =1000 кг;

б – mгр = 3000 кг а) б) Рис. 4.30. Виды рабочей области сверху с наложенным на нее графиком поверх ности целевой функции расхода топлива в виде цветовой индикации для грузов различной массы: а – mгр = 5000 кг;

б – mгр = 7000 кг В ходе вычислительного эксперимента моделировалось переме щение груза из начальной точки с координатами ( xнач, yнач, z нач ) = (0,2,0) в конечную точку с координатами ( xкон, yкон, z кон ) = ( xкон,2,0), при этом xкон варьировалось в интервале [1;

20] м с шагом изменения в 1 м.

Рис. 4.31. Зависимости оптимальных координат базового шасси при изменении значений xкон и mгр (вид сверху на рабочую область) Рис. 4.32. Графическое изображение оптимальных значений координаты z1опт базового шасси при изменении значений xкон и mгр, совмещенных с соответст вующими минимальными значениями затрат топлива Aemin вдоль оси ординат графика Рис. 4.33. Графическое изображение оптимальных значений координаты x1опт базового шасси при изменении значений xкон и mгр, совмещенных с соответствующими минимальными значениями энергетических затрат Aemin вдоль оси ординат графика Масса перемещаемого груза mгр варьировалась в интервале [500;

20000] кг с шагом изменения в 500 кг. На рис. 4.31, 4,32, 4. показаны зависимости оптимальных координат базового шасси x1опт и z1опт при изменении значений xкон и mгр.

Аппроксимация зависимостей Уравнение регрессии, аппроксимирующее зависимость мини мальных затрат топлива от оптимальных координат базового шасси при перемещении грузов массой mгр от 1000 до 8000 кг из начальной точки с координатами ( xнач, yнач, z нач ) = (0,2,5) в конечную точку с ко ординатами ( xкон, yкон, z кон ) = (10,2,5) (рис. 4.34):

Aemin = 2 10 5 z1опт 310 4 z1опт 2810 4, + + (4.51) с коэффициентом детерминации R 2 = 0,992.

Рис. 4.34. Аппроксимация зависимости минимальных затрат топлива от оптимальных координат базового шасси при перемещении грузов массой mгр от 1000 до 8000 кг из начальной точки с координатами ( xнач, yнач, z нач ) = (0,2,5) в конечную точку с координа тами ( xкон, yкон, z кон ) = (10,2,5) Рис. 4.35. Аппроксимация зависимости минимальных за трат топлива от массы перемещаемого груза mгр Уравнение регрессии, аппроксимирующее зависимость минимальных затрат топлива от массы перемещаемого груза mгр (рис. 4.35):

Aemin = 110 11 mгр + 310 7 mгр + 810 4, (4.52) с коэффициентом детерминации R 2 = 0,991.

Уравнение регрессии, аппроксимирующее зависимость коорди наты z1опт оптимального положения базового шасси от массы пере мещаемого груза mгр и расстояния между начальной и конечной точ ками xкон (рис. 4.36):

z1опт b1 + b2 xкон+ b3 mгр + b4 xкон+ b5 mгр + b6 xкон+ 2 2 = + b7 mгр + b8 xкон mгр + b9 xкон mгр + b10 xкон mгр + 3 2 + b11 xкон mгр + b12 xкон mгр, 2 2 3 3 (4.53) где b1Kb12 – коэффициенты уравнения регрессии.

Рис. 4.36. Аппроксимация зависимости координаты z1опт оптимального положения базового шасси от массы перемещаемого груза mгр и расстояния между начальной и конечной точками xкон Значения коэффициентов уравнения регрессии (4.53) приведены в табл. 4.5.

Уравнение регрессии, аппроксимирующее зависимость мини мальных затрат топлива Aemin от массы перемещаемого груза mгр и расстояния между начальной и конечной точками xкон (рис. 4.37):

Aemin = b1 + b2 xкон+ b3 mгр + b4 xкон+ (4.54) + b5 mгр + b6 xкон mгр + b7 xкон mгр + b8 xкон mгр, 2 2 где b1Kb8 – коэффициенты уравнения регрессии.

Т а б л и ц а 4.5. Значения коэффициентов уравнения регрессии оптимального значения координаты базового шасси z1опт при изменении значений xкон и mгр Коэффициент b1 b2 b3 b 6,786 10 2 2,863 10 3 1,567 10 18, Значение Коэффициент b5 b6 b7 b 2,209 10 7 6,358 10 4 5,685 10 12 5,98110 Значение Коэффициент b9 b10 b11 b 7,527 10 6 3,349 10 9 1,173 10 9 4,04 10 Значение По уравнениям регрессии По экспериментальным данным Aemin, л mгр, кг xкон, м Рис. 4.37. Аппроксимация зависимости минимальных затрат топлива Aemin от массы перемещаемого груза mгр и расстояния между начальной и конечной точками xкон Т а б л и ц а 4.6. Значения коэффициентов bi ( i[1;

8] ) уравнения регрессии минимальных затрат топлива Aemin при изменении значений xкон и mгр Коэффициент b1 b2 b3 b 8,064 10 5 9,379 10 5 1,24110 8 1,19110 Значение Коэффициент b5 b6 b7 b 8,547 10 14 5,035 10 9 1,799 10 9 3,422 10 Значение Значения коэффициентов уравнения регрессии (4.54) приведены в табл. 4.6.

Значения показателей качества уравнений регрессии (4.53) и (4.54) приведены в табл. 4.7. Коэффициенты уравнений регрессии, со гласно t-статистике Стьюдента, значимы. Значения показателей каче ства уравнений регрессии указывают на высокую объясняющую спо собность уравнений.

Т а б л и ц а 4.7. Значения показателей качества уравнений регрессии опти мальных значений координаты базового шасси z1опт и минимальных затрат топлива Aemin при изменении значений xкон и mгр Показатель z1опт Aemin Коэффициент детерминации R 2 0,991 0, Скорректированный коэффициент детерминации R 2 0,981 0, Критерий Фишера F 3731,7 5,633 10 Сумма квадратов остатков RSS 1,66310 8,433 10 Стандартная ошибка уравнения регрессии SEE 0, Выводы по главе Обоснован критерий энергетической эффективности перемеще ния грузов в пространстве конфигураций СГК, представляющий со бой сумму элементарных затрат топлива по управляемым обобщен ным координатам.

Разработан план вычислительного эксперимента. Проведен вы числительный эксперимент на имитационной модели СГК согласно разработанному плану. Получены многофакторные регрессионные уравнения, устанавливающие взаимосвязь удельных энергетических затрат G7, G8, G9, G10 при изменении управляемых координат СГК q7, q8, q9, q10 от технологических параметров рабочего процесса, ко торые позволяют получить значение израсходованного ДВС топлива для заданных перемещений грузов.

Разработана методика и алгоритмы, позволяющие оптимизиро вать технологические параметры рабочего процесса СГК, а именно:

длину грузового каната от оголовка стрелы, величину выдвижения телескопического звена, угол наклона стрелы для заданных начальной и конечной точек перемещения груза и на всей траектории перемеще ния груза, а также координаты базового шасси. Решается задача син теза по энергетическому критерию оптимальных значений указанных технологических параметров q1, q2, q7 нач, q8нач, q9 нач, q10 нач, q7 кон, q8кон, q9 кон, q10 кон и задача синтеза траектории перемещения груза в пространстве конфигураций механической подсистемы СГК. Пред ложенная методика позволяет при многократной оптимизации техно логических параметров рабочего процесса СКГ для различных значе ний конструктивных параметров решать задачи синтеза оптимальных конструктивных параметров в САПР СГК. Полученные алгоритмиче ские решения позволяют снизить энергетические затраты за счет вы бора оптимальных законов движения и положения грузоподъемного крана и могут быть использованы при создании систем автоматиче ского управления СГК.

В результате проведенных теоретических исследований были вы явлены закономерности, устанавливающие связь между параметрами рабочего процесса СГК: высотными координатами начальной и ко нечной точек;

расстоянием между начальной и конечной точками;

массой груза и критерием энергетической эффективности. Проведена аппроксимация полученных зависимостей.

Разработано программное обеспечение, реализующее алгоритмы оптимизации технологических параметров рабочего процесса и по зволяющее производить моделирование сложной динамической сис темы СГК.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА СТРЕЛОВОГО ГРУЗОПОДЪЕМНОГО КРАНА Комплексный метод исследований предполагает сочетание экс периментальных и теоретических исследований. Одним из важных этапов исследования являлось проведение экспериментального ис следования рабочего процесса стрелового крана. Задачами экспери ментальных исследований являлись определение основных техноло гических параметров рабочего процесса стрелового грузоподъемного крана и подтверждение адекватности разработанной математической модели.


5.1. Объект и оборудование экспериментальных исследований Для получения экспериментальных данных были проведены экс периментальные исследования стрелового грузоподъемного крана в реальных производственных условиях. Экспериментальные исследо вания производились на автокране «Ивановец КС-45717К-2» грузо подъемностью 25 т на базе КамАЗ-65115 (рис. 5.1), в ООО «Кох Сибнефтехиммонтаж» (г. Омск, 2011 г.).

Рис. 5.1. Стреловой грузоподъемный кран КС-45717К-2 при экспериментальных исследованиях Исследовались процессы поворота поворотной платформы, изме нения угла наклона стрелы, изменения длины стрелы, а также верти кального перемещения груза при помощи грузовой лебедки. Выпол нение перечисленных операций производилось с грузами различной массы (от 100 кг до максимальной грузоподъемности 25000 кг) и при пустом крюке.

Согласно правилам ПБ 10-382-00 стреловые грузоподъемные краны обязательно оснащаются системами безопасности, это позво лило использовать ограничитель нагрузки крана ОНК-160С (рис. 5.2), установленный на испытуемом кране, в качестве регистратора пара метров.

В состав ограничителя нагрузки ОНК-160С для гидравлических кранов входят следующие контрольно-измерительные приборы: дат чик азимута (датчик угла поворота поворотной платформы крана, рис.

5.2, а);

два датчика для измерения давления в поршневой и штоковой магистралях гидроцилиндра наклона стрелы (рис. 5.2, б);

маятнико вый датчик угла наклона стрелы и датчик длины стрелы (рис. 5.2, в);

блок обработки данных со встроенным регистратором параметров (рис. 5.2, г). Регистратор параметров работы крана позволяет в режи ме реального времени зафиксировать на внутренней памяти блока об работки данных всю оперативную информацию, поступающую с кон трольно-измерительных приборов.

а) б) в) г) Рис. 5.2. Ограничитель нагрузки крана ОНК-160С: а – датчик азимута;

б – дат чики давления (в поршневой и штоковой магистралях гидроцилиндра наклона стрелы);

в – датчики угла наклона стрелы и длины стрелы;

г – блок обработки данных На рис. 5.2 обозначены места установки датчиков. Датчик азиму та располагается на оси вращения поворотной платформы (см. рис.

5.2, а). Основным элементом датчика азимута является сдвоенный проволочный переменный резистор, вал которого жестко связан с ме ханизмом поворота поворотной платформы. Датчики давления вреза ются в гидравлическую схему крана: поршневой – в поршневую ма гистраль, штоковый – в штоковую (см. рис. 5.2, б). Датчик длины стрелы (также проволочный переменный резистор, вал которого через редуктор связан с пружинным барабаном) совместно с маятниковым датчиком наклона стрелы устанавливаются на основной секции стре лы (см. рис. 5.2, в).

Все датчики, входящие в состав ограничителя нагрузки, установ лены на кране стационарно. Диапазон измерения угла поворота пово ротной платформы крана составляет от 0 до 360o. Диапазон измере ния угла наклона стрелы относительно горизонта составляет от до 85o.

Погрешность измерения и вычисления параметров в статическом режиме составляет не более: длины стрелы ( q9 ) ± 0,05 м;

угла накло на стрелы ( q8 ) ± 0,2o ;

азимута ( q7 ) ± 0,8o ;

массы поднимаемого груза ( mгр ) ± 3% ;

вылета ( R ) ±1,5%.

а) б) Рис. 5.3. Программа считывания и анализа информации РП ОНК-160С:

а – вкладка графической информации;

б – вкладка покадровой оперативной ин формации Для считывания информации, записанной регистратором пара метров в процессе работы крана, использовался считыватель телемет рической информации СТИ-3. С помощью специальной программы РП ОНК-160С (рис. 5.3) осуществлялся перенос информации из СТИ-3 в ПК для последующего анализа временных зависимостей из меряемых и вычисляемых параметров средствами MS Excel.

5.2. Определение основных технологических параметров рабочего процесса стрелового грузоподъемного крана В ходе эксперимента определялись максимальные рациональные скорости изменения управляемых координат крана v7 max (угла пово рота поворотной платформы вокруг вертикальной оси), v8 max (угла наклона стрелы), v9 max (длины стрелы), v10 max (длины грузового кана та).

Для определения основных технологических параметров работы стрелового грузоподъемного крана, к которым относятся максималь ные рациональные скорости изменения управляемых координат q7, q8, q9, q10 ( v7 max, v8 max, v8 max, v10 max ), из параметров, измеряемых датчиками и вычисляемых блоком обработки данных, использовались значения: угла поворота поворотной платформы q7, угла наклона стрелы q8, длины стрелы q9, массы груза mгр и вылета R. Первые три параметра ( q7, q8 и q9 ) прямо измеряются датчиками азимута, наклона и длины стрелы соответственно. Оставшиеся два параметра оказывают влияние на величины определяемых технологических па раметров крана и измеряются косвенно.

Ограничитель нагрузки работает под управлением программы, заложенной в память микроконтроллера блока обработки данных.

Измеряемые при помощи датчиков величины давлений в полостях гидроцилиндра наклона стрелы зависят от массы груза mгр на крюке крана, угла наклона стрелы q8 и ее длины q9. Вылет R также зависит от непосредственно измеряемых датчиками значений q8 и q9. Таким образом, использовались сигналы с датчиков азимута, угла наклона стрелы, длины стрелы и давлений в полостях гидроцилиндра наклона стрелы.

Значения управляемых обобщенных координат q7, q8, q9, изме ряемые непосредственно при помощи датчиков, зафиксированные в таблице покадровой оперативной информации, использовались для вычисления скоростей изменения обобщенных координат v7, v8, v на ПК путем численного дифференцирования:

qi (t j ) qi (t j 1 ) (5.1) vi (t j ) =, t j t j где j[1;

7276] – номер кадра информации в рассматриваемом экспе рименте;

i[7;

9] – номер управляемой обобщенной координаты qi ;

t j – значение времени для кадра j. В эксперименте анализировалось время непрерывной работы автокрана в течение 6 ч 15 мин. Мини мально возможный покадровый шаг квантования времени (t j t j 1 ), задаваемый программой работы ограничителя нагрузки ОНК-160С, составлял 1 с [19].

По результатам покадровой оперативной информации для каждо го значения времени t j было рассчитано значение грузового момента M гр как произведения двух параметров: массы поднимаемого груза mгр и вылета R, вычисляемых самим прибором по заложенной в него программе M гр (t j ) = mгр (t j ) R(t j ). (5.2) Рис. 5.4. Определение скорости изменения длины грузового каната по результа там цифровой видеосъемки Скорость вертикального перемещения груза v10 при помощи ка ната грузовой лебедки, которая не измерялась датчиками ограничите ля нагрузки, была экспериментально определена по временным ин тервалам прохождения характерной точкой на барабане грузовой ле бедки контрольной точки, в системе координат поворотной платфор мы, при обработке и анализе результатов цифровой видеосъемки (рис.


5.4).

Скорость вертикального перемещения груза определялась по следующей зависимости:

nб Dб v10 =, (5.3) k n t где nб – целое число оборотов барабана, определенных при совпаде нии точек, положение которых зафиксировано при замедленном (в раз) воспроизведении видеозаписи вращения с помощью программно го обеспечения для воспроизведения мультимедиа контента из файлов KMPlayer (см. рис. 5.4);

Dб – диаметр барабана с учетом уже имею щихся на нем витков каната, Dб = 0,37K0,46 м;

t – интервал време ни, в течение которого барабан повернулся на nб витков, c (определя ется по таймеру воспроизведения программы KMPlayer);

k n – крат ность грузового полиспаста исследуемого автокрана, k n = 5.

Использование видеозаписи вращения барабана для определения скорости движения груза через грузовой понижающий полиспаст по зволило повысить точность и достоверность экспериментальных дан ных.

Рис. 5.5. Графики экспериментальных и регрессионных зависимостей макси мальных рациональных скоростей изменения управляемых координат Путем обработки и анализа данных, полученных с регистратора параметров ограничителя нагрузки и в результате цифровой видео съемки грузового барабана были получены регрессионные зависимо сти максимальных рациональных скоростей изменения управляемых координат v7 max, v8 max, v9 max, v10 max от значения массы поднимаемо го груза mгр и грузового момента M гр в виде полиномов 3-й степени и линейных уравнений (рис. 5.5, табл. 5.1). Полученные уравнения регрессии использовались при планировании перемещений груза.

Данные зависимости позволяют учесть как конструктивные возмож ности и ограничения крана, так и ограничения по обеспечению безо пасной работы (отсутствие значительного раскачивания груза при за дании максимальных скоростей), вручную интуитивно устанавливае мые человеком-оператором.

Т а б л и ц а 5.1. Уравнения регрессии максимальных рациональных скоро стей и значения коэффициента детерминации Уравнение регрессии R v7 max = 210 7 M гр + 0,16 0, v8 max = 210 19 M гр + 210 13 M гр 110 7 M гр + 0, 3 0, v9 max = 310 4 mгр + 9210 4 mгр 0,1012mгр + 0, 3 0, v10 max = 110 5 mгр + 710 4 mгр 0,0137mгр + 0, 3 0, 5.3. Подтверждение адекватности математической модели Важным требованием, которое предъявляется к модели, является требование ее адекватности. Адекватность модели является одним из подтверждений правомерности выводов, полученных в результате теоретических исследований. Подтверждение адекватности модели стрелового грузоподъемного крана проводилось сравнительным ана лизом результатов, полученных расчетным путем, и эксперименталь ных данных.

Численные значения параметров, вводимых в математическую модель, были получены из технической документации к стреловому грузоподъемному крану KC-45717.

Пример сравнения теоретической и экспериментальной зависи мостей изменения давления в полости p A1 гидроцилиндра наклона стрелы представлен на рис. 5.6. На рис. 5.7 представлен пример срав нения теоретической и экспериментальной зависимостей изменения угла наклона стрелы q8.

Рис. 5.6. Теоретическая и экспериментальная зависимости изменения давления в поршневой полости p A1 гидроцилиндра наклона стрелы Угол наклона стрелы изменялся от 60 до 70o, масса поднимаемо го груза 20000 кг, длина стрелы 9 м. Максимальная относительная погрешность для давления в напорной полости гидроцилиндра p max не превышает 12% ;

для угла наклона стрелы q8 max 5%. Получен ные значения максимальных относительных погрешностей не превы шают значение допустимой относительной погрешности * =15%.

Рис. 5.7. Теоретическая и экспериментальная зависимости изменения угла наклона стрелы q Причины расхождения экспериментальных и теоретических зна чений заключаются в принятых допущениях, в неточных значениях параметров, закладываемых в модель, а также зависят от техническо го состояния испытуемого крана. Полученные значения расхождений теоретических и экспериментальных зависимостей приемлемы для решения поставленных задач.

Выводы по главе В результате проведения экспериментальных исследований в ре альных производственных условиях СГК «Ивановец КС-45717К-2»

были решены следующие задачи:

1. Получены уравнения регрессии максимальных рациональных скоростей изменения управляемых координат крана v7 max (угла пово рота поворотной платформы вокруг вертикальной оси), v8 max (угла наклона стрелы), v9 max (длины стрелы), v10 max (длины грузового кана та) от значения массы поднимаемого груза mгр и грузового момента M гр, позволяющие учесть конструктивные ограничения крана и ог раничения по обеспечению безопасной работы, вручную устанавли ваемые человеком-оператором.

2. Подтверждена адекватность математической модели сравни тельным анализом теоретических и экспериментальных зависимо стей. Расхождение не превышает 12%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В настоящей монографии изложены основные результаты науч ных исследований, проводимых в СибАДИ, по моделированию слож ных динамических систем, таких как СГК.

Разработанные математические модели подсистем сложной ди намической системы СГК – механической подсистемы, подсистемы гидропривода и ДВС – позволили решить задачи анализа, выявить за кономерности влияния параметров модели на критерий эффективно сти. Проведенные экспериментальные исследования показали, что расхождения численных значений параметров не превышают 12%, что позволило подтвердить адекватность математических моделей.

Обоснованный критерий энергетической эффективности переме щения грузов в пространстве конфигураций СГК представляет собой приращение расхода топлива по управляемым обобщенным коорди натам относительно расхода топлива в режиме холостого хода.

Полученные многофакторные регрессионные уравнения, уста навливающие взаимосвязь удельных энергетических затрат при изме нении управляемых координат СГК от технологических параметров рабочего процесса, позволили определить расход топлива ДВС при выполнении заданных перемещений грузов, оптимизировать траекто рии перемещения груза по энергетическому критерию.

Разработанные методика и алгоритмы оптимизации технологиче ских параметров рабочего процесса СГК позволили выявить законо мерности, связывающие технологические параметры с критерием эф фективности. Предложенные методика и алгоритм позволяют в авто матизированном режиме путем оптимизации технологических пара метров рабочего процесса СКГ для различных значений конструктив ных параметров решать задачи синтеза оптимальных конструктивных параметров СГК.

Разработанные алгоритмы и программное обеспечение подтвер дили эффективность предложенных методик оптимизации технологи ческих параметров рабочего процесса и методику автоматизации мо делирования сложной динамической системы СГК.

Библиографический список 1. Абрамович И.И. Грузоподъемные краны промышленных предприятий / И.И. Абрамович, В.Н. Березин, А.Г. Яуре. – М.: Машиностроение, 1989. – 359 с.

2. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины / М.П. Александров.

– 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа, 1985. – 520 с.

3. Александров М.П. Грузоподъемные машины / М.П. Александров. – М.:

МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2000. – 552 с.

4. Алексеева Т.В. Математическое моделирование элементов гидроприво дов строительных и дорожных машин: учеб. пособие / Т.В. Алексеева, В.С.

Щербаков, Б.П. Воловиков, Н.С. Галдин. – Омск: СибАДИ, 1986. – 34 с.

5. Арайс Е.А. Автоматизация моделирования многосвязных механических систем / Е.А. Арайс, В.М. Дмитриев. – М.: Машиностроение, 1987. – 240 с.

6. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем / Н.П. Бусленко. – 2-е изд., перераб. – М.: Наука, 1978. – 399 с.

7. Вайнсон А.А. Строительные краны / А.А. Вайнсон. – М.: Машинострое ние, 1969. – 458 с.

8. Вайнсон А.А. Подъемно-транспортные машины / А.А. Вайнсон. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1975. – 431 с.

9. Гилл Ф. Практическая оптимизация: пер. с англ. / Ф. Гилл, У. Мюррей, М. Райт. – М.: Мир, 1985. – 509 с.

10. Гойдо М.Е. Проектирование объемных гидроприводов / М.Е. Гойдо. – М.: Машиностроение, 2009. – 304 с.

11. Гохберг М.М. Справочник по кранам: в 2 т. Т. 1: Характеристики мате риалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металлических конст рукций / М.М. Гохберг, М.П. Александров, А.А. Ковин и др.;

под ред. М.М. Гох берга. – М.: Машиностроение, 1988. – 536 с.

12. Гохберг М.М. Справочник по кранам: в 2 т. Т. 2: Характеристики и кон структивные схемы кранов. Крановые механизмы, их детали и узлы. Техниче ская эксплуатация кранов / М.М. Гохберг, М.П. Александров, А.А. Ковин и др.;

под ред. М. М. Гохберга. – М.: Машиностроение, 1988. – 559 с.

13. Зайцев Л.В. Автомобильные краны / Л.В. Зайцев, М.Д. Полосин. – М.:

Высшая школа, 1974. – 328 с.

14. Зырянова С.А. Система автоматизированного моделирования стрелово го грузоподъемного крана: дис...канд. техн. наук: 05.13.12 / С.А. Зырянова. – Омск: СибАДИ, 2006. – 154 с.

15. Комаров М.С. Динамика грузоподъемных машин / М.С. Комаров. – 2-е изд. – М.: Машгиз, 1962. – 268 с.

16. Корытов М.С. Разработка методов измерения массы материала в ковше и запаса устойчивости фронтального погрузчика: дис...канд. техн. наук: 05.05. / М.С. Корытов. – Омск: СибАДИ, 1999. – 246 с.

17. Котькин С.В. Методика решения обратной кинематической задачи гру зоподъемного крана / С.В. Котькин, М.С. Корытов, В.С. Щербаков // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. – 2011. – Вып. (20). – С. 71–76.

18. Котькин С.В. Построение регрессионной модели определения энерге тических затрат рабочего процесса грузоподъемного крана / С.В. Котькин, М.С.

Корытов, В.С. Щербаков // Вестник Воронежского государственного техниче ского университета. – 2012. – Т. 8. – № 3. – С. 92–95.

19. Котькин С.В. Экспериментальные исследования рабочего процесса стрелового гидравлического автокрана / С.В. Котькин, М.С. Корытов, В.С. Щер баков // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии.

– 2012. – Вып. 1 (24). – С. 73–78.

20. Котькин С.В. Моделирование рабочего оборудования гидравлического экскаватора с помощью Matlab / С.В. Котькин, А.Н. Софин // Вестник Академии военных наук. – 2011. – № 2 (35). – С. 179–185.

21. Котькин С.В. Simulink-модель двигателя внутреннего сгорания грузо подъемного крана / С.В. Котькин, М.С. Корытов, В.С. Щербаков // Вестник Си бирского отделения Академии военных наук. – 2011. – № 10. – С. 393–398.

22. Лягушев Г.С. Направления и тенденции развития краностроения в странах СНГ и за рубежом / Г.С. Лягушев // Вестник МГТУ. – 2003. – № 2. – С. 95–99.

23. Малиновский Е.Ю. Математическое моделирование в исследовании строительных машин / Е.Ю. Малиновский, Л.Б. Зарецкий. – М.: НИИ по строи тельному, дорожному и коммунальному машиностроению, 1966. – 113 с.

24. Малиновский Е.Ю. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ / Е.Ю. Малиновский, Л.Б. Зарецкий, Ю.Г. Беренгард;

под ред.

Е.Ю. Малиновского. – М.: Машиностроение, 1980. – 216 с.

25. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования / И.П.

Норенков. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002.

– 336 с.

26. Пол Р. Моделирование, планирование траекторий и управление движе нием робота-манипулятора: пер. с англ. / Р. Пол. – М.: Наука, 1976. – 104 с.

27. Руппель А.А. Моделирование гидравлических систем в Matlab / А.А.

Руппель, А.А. Сагандыков, М.С. Корытов. – Омск: СибАДИ, 2009. – 171 с.

28. Фу К. Робототехника: пер. с англ. / К. Фу, Р. Гонсалес, К. Ли;

под ред.

В.Г. Гвардецского. – М.: Мир, 1989. – 624 с.

29. Щербаков В.С. Научные основы повышения точности работ, выпол няемых землеройно-транспортными машинами: дис...д-ра техн. наук: 05.05.04 / В.С. Щербаков. – Омск: СибАДИ, 2000. – 416 с.

30. Щербаков В.С. Моделирование и визуализация движений механических систем в Matlab/ В.С. Щербаков, М.С. Корытов, А.А. Руппель и др. – Омск: СибА ДИ, 2007. – 84 с.

31. Haaland S.E. Simple and Explicit Formulas for the Friction Factor in Turbu lent Flow / S.E. Haaland // Journal of Fluids Engineering (ASME). – 1983. – № 105. – С. 89–90.

32. The MathWorksTM. Matlab&Simulink. SimHydraulics®. Block Reference [Электронный ресурс]. URL: http://www.mathworks.com/help/toolbox/physmod/hydro/ (дата обращения: 01.07.2011).

33. The MathWorksTM. Matlab&Simulink. SimHydraulics®. User’s Guide [Электронный ресурс]. URL: http://www.mathworks.com/help/toolbox/physmod/hydro/ (дата обращения: 01.07.2011).

34. The MathWorksTM. Matlab&Simulink. SimMechanics®. Block Reference [Электронный ресурс]. URL: http://www.mathworks.com/help/toolbox/physmod/mech/ (дата обращения: 01.07.2011).

35. The MathWorksTM. Matlab&Simulink. SimMechanics®. User’s Guide [Электронный ресурс]. URL: http://www.mathworks.com/help/toolbox/physmod/mech/ (дата обращения: 01.07.2011).

36. Seber G.A.F. Nonlinear regression / G.A.F. Seber, C.J. Wild. – Canada: John Wiley & Sons Inc., 1989. – 781 pp.

Научное издание Виталий Сергеевич Щербаков, Михаил Сергеевич Корытов, Станислав Вячеславович Котькин СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ МОДЕЛИРОВАНИЯ СТРЕЛОВЫХ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ КРАНОВ Монография *** Редактор И.Г. Кузнецова *** Подписано к печати 27.08. Формат 60 90 1/16. Бумага писчая Оперативный способ печати Гарнитура Times New Roman Усл. п. л. 9,0 уч.-изд. л. 6, Тираж 500 экз. Заказ № Цена договорная Издательство СибАДИ 644099, г. Омск, ул. П. Некрасова, Отпечатано в подразделении ОП издательства СибАДИ

Pages:     | 1 | 2 ||
 





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

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