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 || 3 |

«В.С. Щербаков, Н.В. Беляев, В.В. Беляев СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ ЭСКИЗНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОГРЕЙДЕРА Омск • 2009 ...»

-- [ Страница 2 ] --

2.7. Методика экспериментальных исследований Комплексный метод исследований предполагает 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 [86,80].

При проведении экспериментальных исследований возможно использование двух методов: активного и пассивного [1].

Пассивный эксперимент предусматривает наблюдение за выходными координатами без вмешательства в процесс функционирования системы [1]. Результаты пассивного эксперимента используются для подтверждения адекватности математических моделей, проверки работоспособности конструкторских разработок, определения эффективности предложенных инженерных решений.

Активный эксперимент предусматривает формирование детерминированных воздействий на подсистемы и сложную динамическую систему в целом. Выходные координаты и переходные процессы дает информацию о свойствах объекта.

В данной работе целесообразно использовать методологию как пассивного, так и активного эксперимента, в силу того, что внешние возмущающие воздействия имеют стохастическую природу, а при подтверждении адекватности моделей целесообразно формировать детерминированные воздействия.

В качестве оценки достоверности экспериментальных данных использовалась доверительная вероятность – Px. В данной работе достаточной считалась доверительная вероятность Px 0,95.

Исключение грубых ошибок измерений проводилось в соответствии с ГОСТ 11.002-73. Для этого по данным упорядоченной выборки х1 х2 … хn вычислялось среднее арифметическое выборки [50]:

1n (2.47) m x xi n i и дисперсия:

1n (2.48) Dx xi m x, n 1 i где хi – значение i-го наблюдения;

n – число наблюдений.

Грубой считается ошибка, при которой выполняется неравенство:

xi m x t k,, (2.49) x где tk, – табличное значение параметра распределения Стьюдента при степени свободы k = n - 1 и доверительной вероятности рд = 1 - у;

где у – уровень значимости (у = 1 - рд).

С учетом принятого в работе допущения о нормальном законе распределения результатов наблюдений, истинное значение математического ожидания с вероятностью pд лежит в пределах:

t x t x (2.50) mx m x mx, n n где t – величина, характеризующая для нормального закона распределения число средних квадратических отклонений, откладываемых от центра рассеивания в обе стороны для того, чтобы вероятность попадания в полученный участок была равна pд.

Для среднеквадратического отклонения можно записать [86,110]:

t t x x x x x. (2.51) 2n 2n 2.8. Оценка адекватности математической модели автогрейдера Адекватность модели, как способность отображать с необходимой точностью характеристики исследуемого объекта при изменении его параметров и внешних воздействий, является одним из подтверждений работоспособности систем автоматизированного проектирования, правомерности использования предложенных методик проектирования и выводов, полученных при исследовании математической модели. Адекватность подтверждается сравнением результатов, полученных расчетным путем с помощью математической модели, с экспериментальными данными, расхождение между которыми для решения поставленных в работе задач не должно превышать 15%.

В качестве объекта исследования был выбран автогрейдер ДЗ-143.

Параметры переходных процессов являются основными показателями, характеризующими динамические свойства автогрейдера [68]. Переходные процессы регистрировались при сбрасывании колес автогрейдера, предварительно поднятых с помощью домкрата на 0,05 м.

Адекватность статической модели автогрейдера, реализуемой на ЭВМ в соответствии с алгоритмом, блок-схема которого представлена на рис. 2.4, оценивалась по вертикальному перемещению правой крайней точки режущей кромки отвала Yроп при подаче детерминированного воздействия под элементы ходового оборудования.

Задача оценки адекватности в статическом и динамическом режимах решалась путем регистрации перемещений основных элементов базовой машины относительно поверхности обрабатываемого грунта. Перемещения элементов с помощью потенциометрических датчиков преобразовывались в изменения электрического напряжения, которые фиксировались на фотоленте магнитоэлектрическим осциллографом К12-22. Схема размещения датчиков перемещения на автогрейдере приведена на рис. 2.19.

D D D D D D Рис. 2.19. Схема размещения датчиков перемещений на автогрейдере В качестве датчиков использовались проволочные потенциометры I класса точности типа ПЛП кругового вращения, питаемые стабилизированным постоянным напряжением. При колебаниях автогрейдера ось потенциометра поворачивается через шкив нитью, один конец которой закреплен на неподвижной опоре, а второй через пружину - на автогрейдере.

Непосредственное измерение угловых перемещений отвала технически трудно осуществимо. Поэтому угловые перемещения вычислялись по разности вертикальных перемещений правой и левой сторон отвала.

На рис. 2.20 в качестве примера приведен график вертикального перемещения правой крайней точки режущей кромки отвала Yроп при подъеме правого переднего колеса балансирной тележки автогрейдера. При расчете геометрические параметры автогрейдера принимались соответствующими автогрейдеру ДЗ-143. Угол захвата отвала =45o. Высота подъема изменялась от 0 до 0,1 м.

Анализ расчетной зависимости показал, что она достаточно близко совпадает с экспериментальной, полученной в результате натурных испытаний. Относительная ошибка соответствия математической модели ее оригиналу не превышает 10%.

YРОП,м 0. 0. Теоретическая 0. 0. Экспериментальная 0. 0 Y2П,м 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0. Рис. 2.20. Вертикальное перемещение крайней правой точки режущей кромки отвала при подъеме правого переднего колеса балансирной тележки Адекватность динамического математического описания автогрейдера была оценена сравнительным анализом поперечных угловых колебаний отвала.

Угол перекоса отвала является важной координатой, определяющей поперечный уклон дорожного полотна. На рис. 2. приведен фрагмент переходного процесса колебаний отвала автогрейдера в поперечной плоскости: расчетный переходный процесс, полученный при математическом моделировании с исходными данными, соответствующими автогрейдеру ДЗ-143 при =45o и переходный процесс, полученный экспериментальным путем при единичном ступенчатом воздействии высотой 0,05м под задним колесом балансирной тележки, что в рабочих условиях соответствовало бы съезду заднего колеса с неровности 0,05м.

Анализ переходных процессов показал, что они имеют сложную динамическую природу и, как указано в работе [65], могут быть аппроксимированы выражением k T2 4 2 2 t kt t 0 0 arctg e sin k T, (2.52) T 2 где 0 - начальное значение угла наклона;

T - период колебаний РО в поперечной плоскости;

k - коэффициент затухания колебаний.

Сравнительный анализ теоретической и экспериментальной кривых, полученных при одинаковых исходных данных, показал, что относительная погрешность по амплитуде колебаний 12%, по периоду колебаний 13%, по коэффициенту затухания 10%.

Достигнутая степень адекватности математической модели достаточна для решения поставленных в работе задач.

Степень расхождения зависит от точности параметров расчетной схемы и технического состояния реальной машины [110].

,рад 0. экспериментальная 0. 0. 0. 0. -0. -0. -0. теоретическая -0. t,c -0. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Рис. 2.21. Фрагмент переходного процесса колебаний отвала автогрейдера в поперечной плоскости 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОГРЕЙДЕРА 3.1. Методика теоретических исследований математической модели автогрейдера, выполняющего планировочные работы При изучении сложных динамических систем широко применяется методология системного анализа. В основе системного анализа лежит понятие системы, под которой подразумевается множество компонентов, обладающих определенными свойствами с фиксированными между ними взаимосвязями [71].

В данной работе системный анализ применяется при исследовании автогрейдера. Машина рассматривается как сложная система, состоящая 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 сложную математическую модель автогрейдера.

Решение поставленных в работе задач проводилось на основе базовых положений методологии системного анализа, состоящих в следующем [86]:

– целостность системы при ее взаимодействии с внешней средой;

– структурность системы в виде совокупности связей и их причинности;

– иерархичность системы, т.е. каждый автогрейдер, представленный 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 [71]:

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 отношения 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.

4) синтез системы – выбраны параметры системы, обеспечивающие требуемые показатели эффективности. Разработана инженерная методика расчета основных параметров автогрейдера с применением градиентного метода оптимизации.

В данной работе рабочим процессом автогрейдера является планировка грунтовой поверхности. В главе 1 описана блок-схема динамической системы планировочного процесса, представленная на рис. 1.5.

Теоретические исследования проводились на ЭВМ с использованием пакета программ MATLAB 7.4.0 (R2007a), 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.

Проведение теоретических исследований невозможно без математического описания исследуемого объекта, т.е. без математического моделирования. В настоящее время широко распространено представление математических моделей в виде системы дифференциальных уравнений, которые с достаточной степенью точности отражают исследуемые свойства объекта [71].

Математическая модель исследуемого объекта будет неполной без описания динамических свойств базовой машины, которые могут быть представлены в различной форме: дифференциальными уравнениями, переходными процессами, передаточными функциями отдельных звеньев и др. [55,71].

Выбор того или иного типа представления динамики объекта в основном определяется задачами исследования, требованиями обеспечения наглядности проходящих процессов и т.д. В настоящей работе 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.

3.2. Анализ влияния параметров рабочего процесса на планировочные свойства автогрейдера В первой части главы на основании составленной математической модели проведен анализ влияния отдельных параметров рабочего процесса автогрейдера и базовой машины на его устойчивость в продольной и поперечной плоскостях и планирующую способность.

Исследования проводились на обобщенной математической модели автогрейдера, структурная схема которой представлена на рис. 2.17, в которой была отключена СУ. При этом скорость автогрейдера была фиксирована и составляла V=1 м/с.

Исследуемые параметры оказывают различное влияние на планирующую способность автогрейдера. К таким параметрам относятся угол захвата отвала, соотношение базы машины и коэффициента базы к длине волны неровности обрабатываемой поверхности, параметры микрорельефа, распределение массы машины по осям, коэффициенты вязкого трения и жесткости шин.

3.2.1. Влияние угла захвата рабочего органа Для исследования влияния угла захвата РО использованы детерминированные воздействия на ходовое оборудование автогрейдера. Размеры автогрейдера приняты в соответствии с табл. 3.1.

В ходе эксперимента переднее правое колесо базовой машины съезжало со ступени высотой 0,1м. Выходными параметрами приняты вертикальные координаты центральной, крайних левой и правой точек режущей кромки отвала, его угол перекоса. Фактически это координаты формируемой поверхности. Угол захвата варьировался в диапазоне 45 - 900.

Таблица 3.1.

Численные значения параметров автогрейдера при экспериментах Параметр Численные значения Единицы измерения L 6 м L3 2 м L1 3 м LБ 1,5 м LБ1 0,75 м На рис. 3.1-3.4 представлены переходные процессы выходных параметров YРО f (t ), YРОП f (t ), YРОЛ f (t ) и РО f (t ) для разных углов захвата отвала.

При угле захвата =90o из графиков переходных процессов видно, что отвал формирует вертикальную ступень в обработанном земляном полотне перпендикулярно направлению движению автогрейдера, съезд с которой задними колесами не приводит к отклонению угла поперечного профиля.

При углах захвата 90 из графиков переходных процессов видно, что сформированная отвалом вертикальная ступень расположена под углом относительно направления движения автогрейдера, причем координаты правой и левой крайних точек ступени имеют различные значения, так как происходит поворот автогрейдера вокруг оси OoXo. При наезде на ступень задними колесами происходит поворот автогрейдера и отклонение угла поперечного профиля, так как левое и правое колеса не одновременно съезжают с “косой” ступени. При этом траектория движения центральной точки режущей кромки отвала не зависит от угла захвата.

Из полученных графических зависимостей можно сделать вывод о том, что амплитуда колебаний отвала в поперечной плоскости уменьшается с увеличением угла захвата в интервале 45 - 90о.

В результате по полученным графикам зависимостей YРО f (t ), YРОП f (t ), YРОЛ f (t ) и РО f (t ) сделан вывод об устойчивости машины в продольной плоскости вне зависимости от угла захвата, и неустойчивости в поперечной плоскости при углах захвата 90.

ро, рад 0. =45о 0. 0. =60о 0. 0. =75о 0.002 =90о -0.002 t,c 0 5 10 15 20 25 Рис. 3.1. График изменения величины угла перекоса отвала при подаче единичного ступенчатого воздействия -0,1 м под правое переднее колесо для разных значений угла захвата Ypo,м -0. -0. -0.03 =45 о, =60 о, =75 о, =90о -0. -0. t,с 0 5 10 15 20 25 Рис. 3.2. График изменения величины вертикальной координаты центральной точки режущей кромки отвала при подаче единичного ступенчатого воздействия -0,1 м под правое переднее колесо для разных значений угла захвата Ypoп,м -0. =45о -0. -0. =75о =60о -0. =90о -0. t,с 0 5 10 15 20 25 Рис. 3.3. График изменения величины вертикальной координаты крайней правой точки режущей кромки отвала при подаче единичного ступенчатого воздействия -0,1 м под правое переднее колесо для разных значений угла захвата Ypoл,м -0. -0. =75о =90о -0. -0. =45о -0. =60о t,с -0. 0 5 10 15 20 25 Рис. 3.4. График изменения величины вертикальной координаты крайней левой точки режущей кромки отвала при подаче единичного ступенчатого воздействия -0,1 м под правое переднее колесо для разных значений угла захвата 3.2.2. Влияние соотношения базы машины и коэффициента базы к длине волны неровности обрабатываемой поверхности Для исследования влияния отношений базы машины L и коэффициента базы K к длине волны неровности обрабатываемой поверхности использованы синусоидальные воздействия на ходовое оборудование автогрейдера с фиксированной амплитудой колебания.

При исследовании влияния отношения L/ фиксированным параметром являлась длина базы автогрейдера L, а варьируемым длина волны неровности. При исследовании влияния отношения K/ фиксированным параметром являлась длина волны неровности, а варьируемым коэффициент базы автогрейдера K. Выходными параметром является YРО.

Ypo,м 0. L/=0, L/=0, L/= 0.15 2 0. 0. -0. -0. L/= -0.15 Исх.профи L/= L/=0, ль -0.2 t,с 0 10 20 30 40 50 60 Рис. 3.5. График изменения величины вертикальной координаты центральной точки режущей кромки отвала при подаче синусоидального воздействия под передние колеса для разных значений отношения L/ На рис. 3.5 изображены графики зависимости YРО f (t ) при различных отношениях L/, на которых проявляется зависимость планирующей способности автогрейдера от отношений L/.

Причем при отношениях L/ 1 наблюдается резкое снижение амплитуды колебаний обработанной поверхности.

На рис. 3.6. изображен график зависимости коэффициента сглаживания K y от отношения L/.

Ky L/ 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5 2.75 3 3.25 3.5 3.75 4 Рис. 3.6. График зависимости K y f ( L/ ) Ypo,м 0.2 Исх.профиль K/=0,08 K/=0, 0. K/=0, -0. K/=0,14 K/=0, K/=0, -0. 20t,с 0 5 10 Рис. 3.7. График изменения величины вертикальной координаты центральной точки режущей кромки отвала при подаче синусоидального воздействия под передние колеса для разных значений отношения K/ На рис. 3.7 изображены графики зависимости YРО f (t ) при различных отношениях K/, на которых проявляется зависимость планирующей способности автогрейдера от отношения K/.

На рис. 3.8. изображен график зависимости коэффициента сглаживания K y от отношения K/.

Ky K/ 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 Рис. 3.8. График зависимости K y f ( K/ ) 3.2.3. Влияние параметров микрорельефа Для исследования влияния параметров микрорельефа использованы стохастические воздействия на ходовое оборудование автогрейдера, математическая модель которых описана в главе 2.

Выходными параметрами приняты YРО, РО при этом 2 из параметров микрорельефа,, остаются фиксированными. Таким образом, проявляется зависимость планирующей способности автогрейдера от конкретного параметра.

На рис. 3.9 изображен график переходного процесса величины вертикальной координаты земляного полотна до и после прохода автогрейдера при подаче стохастического воздействия под передние колеса Y f (t ) при следующих параметрах микрорельефа =0,6, =1,0, =0,2. Численные значения геометрических параметров автогрейдера соответствуют данным табл. 3.1, угол захвата =45.

Как видно из рисунка происходит значительное сглаживание микрорельефа грунта.

На рис. 3.10-3.15 представлены графики зависимостей K y f ( ), K y f ( ), K y f ( ), K f ( ), K f ( ), K f ( ) где,, параметры корреляционных функций, описывающих микрорельеф.

Значение параметра незначительно влияет на коэффициенты K y, K, интервал колебаний их значений не превышает 10%.

Максимум функций K y f ( ), K f ( ) наблюдается при значении =0,105 (рис. 3.10, 3.11), минимум - при значении =0,04.

Влияние параметра на коэффициенты K y, K выражено сильнее (рис. 3.12, 3.13). Функция K y f ( ) монотонно возрастает. Функция K f ( ) достигает максимума при =1,1, минимума при =0,1.

Интервал колебаний значений коэффициентов K y, K при изменении параметра находится в пределах 20% (рис. 3.14, 3.15).

Функция K f ( ) монотонно убывает. Функция K y f ( ) достигает максимума при =1,2, минимум при =0,35.

Y,м 0. 0. Yp 0. 0. -0. -0. -0. микрорель -0.4 t,c 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Рис. 3.9. График изменения величины вертикальной координаты земляного полотна до и после прохода автогрейдера при подаче стохастического воздействия под передние колеса Ky 3. 3. 3. 3. 3. 2.,м 2. 0.01 0.03 0.05 0.07 0.09 0.11 0.13 0.15 0.17 0.19 0. Рис. 3.10. График зависимости K y f ( ) при 0,6;

K 12. 11. 11. 11. 11.2,м 0.01 0.03 0.05 0.07 0.09 0.11 0.13 0.15 0.17 0.19 0. Рис 3.11. График зависимости K f ( ) при 0,6;

Ky 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2. Рис 3.12. График зависимости K y f ( ) при 0,6;

0, K 12. 12. 11. 11. 10. 10. 9. 9. 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 1.9 2. Рис 3.13. График зависимости K f ( ) при 0,6;

0, Ky 3. 3. 3. 3. 3. 3. 3. 3. 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1. Рис 3.14. График зависимости K y f ( ) при 0,1;

K 13. 13. 12. 12. 12. 11. 11. 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1. Рис 3.15. График зависимости K f ( ) при 0,1;

Таким образом, известны параметры корреляционных функций, описывающих микрорельеф, которые "положительно" (когда коэффициенты сглаживания достигают своего максимального значения) и "негативно" (когда коэффициенты сглаживания достигают своего минимального значения) сказываются на планировочном процессе автогрейдера.

3.2.4. Влияние параметров ходового оборудования YK R m сш b Рис 3.16. Расчетная схема вертикальных перемещений оси колеса Для исследования влияния параметров ходового оборудования на планирующую способность автогрейдера напомним, что колебания отдельной оси машины можно представить в виде одномассовой системы (рис 3.16) [91]:

m Y b Y c Ш Y R, (3.1) где m – масса, приходящаяся на ось;

b – коэффициент вязкого трения шин;

cШ – коэффициент жесткости шин;

Y – вертикальная координата перемещения оси;

R – сила, действующая на колесо со стороны грунта.

Уравнение звена, описывающего работу ходового оборудования, с использованием аппарата передаточных функций K, (3.2) WК ( p) 2 T1 p T2 p где K – коэффициент передачи колеса;

T1, T2 – постоянные времени m b колеса, T12, T2.

cШ cШ Таким образом, исследуем следующие параметры: распределение массы машины по осям, коэффициенты вязкого трения и жесткости шин. На рис. 3.17-3.18 изображены графики зависимости YРО f (t ), m РО f (t ) при различных значениях коэффициента K m 2, m определяющего массу автогрейдера, приходящуюся на задний мост.

Графики зависимостей K y f ( K m ), K f ( K m ), изображенные на рис. 3.19-3.20, показывают, что оптимальной для планировочного процесса является развеска по мостам с Km = 0,65 0,7, которой соответствуют автогрейдеры с колесной схемой 123.

Значения коэффициентов вязкого трения и жесткости шин менялись следующим образом: номинальное значение, значения минимально и максимально возможные. На рис. 3.21, 3. изображены графики зависимости YРО f (t ), РО f (t ) при различных значениях коэффициента жесткости шин c Ш, на которых проявляется зависимость планирующей способности автогрейдера от величины коэффициента жесткости. С увеличением жесткости шин планирующая способность автогрейдера ухудшается. На рис. 3.23, 3.24 изображены графики зависимостей K y f (c Ш ), K f (c Ш ).

Ypo,м 0, Km=0, Km =0,65 Km=0, 0, 0, 0, 0, 0, -0, -0, -0, Km=0,55 Km=0, -0,08 t,c 0 5 10 15 20 25 30 35 Рис. 3.17. График изменения величины вертикальной координаты центральной точки режущей кромки отвала при подаче стохастического воздействия под передние колеса для разных значений коэффициента Km РО, рад 0. Km=0,7 Km=0,5 Km=0, 0. 5 5 0. 0. 0. -0. -0. Km=0, -0. 5 Km=0, -0. t,c 0 5 10 15 20 25 30 35 Рис. 3.18. График изменения величины угла поперечного наклона отвала при подаче стохастического воздействия под передние колеса для разных значений коэффициента Km Ky 2. 2. 2. Km 2. 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0. Рис. 3.19. График зависимости K y f (K m ) K 9. 9. 9. 9. 8.9 Km 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0. Рис. 3.20. График зависимости K f (K m ) Y,м 0. сШном сШmax 0. 0. 0. 0. 0. 0. -0. -0.040 сШmin -0. -0. -0. -0. t,c 0 5 10 15 Рис. 3.21. График переходного процесса величины вертикальной координаты центральной точки режущей кромки отвала при подаче стохастического воздействия под передние колеса для разных значений коэффициента жесткости шин РО, рад 0. сШном сШmax 0. 0. 0. 0. 0. -0. -0. -0. -0. сШmin -0. t,c 0 5 10 15 Рис. 3.22. График переходного процесса величины угла поперечного наклона отвала при подаче стохастического воздействия под передние колеса для разных значений коэффициента жесткости шин Планирующая способность автогрейдера практически не зависит от величины коэффициента вязкого трения шин, что подтверждается графиками зависимостей K y f (b), K f (b), изображенными на рис. 3.25,3.26.

Ky 3. 2. 2. 1. сШ 1. сШmin сШном сШmax Рис. 3.23. График зависимости K y f (с Ш ) K сШ сШmin сШном сШmax Рис. 3.24. График зависимости K f (с Ш ) Ky 2, 2, 2, 2, b 2, bmin bном bmax Рис. 3.25. График зависимости K y f (b) K b bmin bном bmax Рис 3.26. График зависимости K f (b) 3.3. Результаты анализа влияния основных геометрических параметров на планировочные свойства автогрейдера Во второй части главы на основании составленной математической модели проведены исследования, позволившие проанализировать влияние основных геометрических параметров на планирующую способность автогрейдера, найти связывающие их зависимости и оптимальные значения [11,34].

Перед проведением исследований параметры модели были разделены на три группы:

фиксированные;

случайные;

варьируемые.

К фиксированным параметрам были отнесены:

1. Колея базовой машины L3.

2. Угол захвата.

3. Рабочая скорость V.

4. Коэффициенты жесткости C и вязкого трения b элементов ходового оборудования.

К случайным параметрам были отнесены:

1. Возмущения со стороны микрорельефа.

2. Сила реакции разрабатываемого грунта на РО.

К варьируемым параметрам были отнесены:

1. База машины L.

2. Коэффициент базы K.

3. Межосевое расстояние колес балансирной тележки LБ.

Данное разделение параметров математической модели обусловлено тем, что дальнейшие исследования сводились к изучению влияния основных геометрических параметров на планирующую способность автогрейдера, которое оценивалось на основе выбранных критериев эффективности K y, K [83].

В качестве входного воздействия использовались возмущения микрорельефа на элементы ходового оборудования и сила реакции разрабатываемого грунта на РО.

При реализации полнофакторного эксперимента на математической модели определяются значения критериев эффективности для всех возможных сочетаний значений варьируемых параметров [79,90]. В данном случае имеется варьируемых параметра, каждый из которых может принимать n значений, следовательно, для осуществления полного факторного эксперимента необходимо поставить n3 опытов.

Далее необходимо провести аппроксимацию методом наименьших квадратов полученных зависимостей критериев эффективности от анализируемых конструктивных параметров с целью получения уравнений регрессии [32,40,43].

Следующим шагом является постановка задачи условной оптимизации:

- критерии эффективности показывают, какое решение должно быть оптимальным;

- ограничения устанавливают зависимости между переменными;

- граничные условия показывают, в каких пределах могут изменяться значения параметров в оптимальном решении.

В данном случае задача условной оптимизации:

K (L, LБ, K) max ;

Lmin L Lmax ;

(3.3) LБ min LБ LБ max ;

K min K K max. K y(L, LБ, K) max ;

Lmin L Lmax ;

(3.4) LБ min LБ LБ max ;

K min K K max. Следующими шагами обработки результатов опытов являются [86,87]:

переход от задачи условной оптимизации к безусловной;

решение задачи безусловной оптимизации;

получение оптимальных значений конструктивных параметров автогрейдера для каждой целевой функции.

Алгоритм оптимизационного синтеза основных геометрических параметров автогрейдера приведен на рис. 3.27.

3.3.1. Аппроксимация функциональных зависимостей, полученных в результате машинного эксперимента Для нахождения целевых функций и решения задачи оптимизации необходимо провести аппроксимацию зависимостей критериев эффективности от варьируемых параметров уравнениями нелинейной регрессии методом наименьших квадратов:

K f(L, LБ, K) и K y f(L, LБ, K) [39].

Согласно этому методу наилучшими параметрами а1, а2 … аm в эмпирической зависимости считаются те, для которых сумма квадратов отклонений минимальна [80]:

n F(a 1, a 2... a m ) y i f x i, a 1, a 2... a m min. (3.5) i В силу необходимости условия экстремума функции многих переменных, частные производные этой функции по варьируемым параметрам обращаются в нуль [53]:

F(a 1, a 2... a m ) 0, a F(a 1, a 2... a m ) 0, a (3.6).........

F(a 1, a 2... a m ) 0.

a m Частные производные функции F(a1, a2... am ) по варьируемым параметрам:

F(a1, a2... am ) n 2 yi f xi, a1, a2... am f a1 xi, a1, a2... am. (3.7) a i A Начало B1 B Задачи, Ввод исходных критерии, данных ограничения C2 C Изменение Полнофакторный условий эксперимент эксперимента D Аппроксимация полученных зависимостей E2 E Постановка Изменение задачи ограничений условной оптимизации F Переход к задаче безусловной оптимизации G2 G Изменение Алгоритм метода безусловной оптимизации оптимизации H3Выбор H2 Нет Задача решения решена?

Да I Получение оптимальных значений параметров J Конец Рис 3.27. Алгоритм оптимизационного синтеза основных геометрических параметров автогрейдера По остальным параметрам а2, а3 … аm частные производные имеют аналогичный вид.

n y f x, a, a... a f x, a, a... a 0, i i i m a1 i m 1 2 1.................... (3.8) n yi f xi, a1, a 2... a m f am xi, a1, a 2... a m 0.

i Решение этой системы относительно а1, а2 … аm дало искомые наилучшие значения числовых параметров.

Регрессионные зависимости оцениваются мерой достоверности R, которая находится в пределах [53]:

0 R2 1. (3.9) При R = 0 величины, для которых определяются уравнения регрессии, являются независимыми;

при R2 = 1 имеет место функциональная (а не статистическая) зависимость. Принято считать допустимым R2 0,7 [53].

Программный продукт SigmaPlot позволяет находить уравнение регрессии для построенной поверхности y=f(x,z).

Аппроксимируемые зависимости соответствуют рабочему процессу полутяжелого автогрейдера ГС 18.07. Значения варьируемых геометрических параметров берутся как в сторону увеличения, так и уменьшения номинальных (табл. 3.2).

Таблица 3.2.

Значения варьируемых геометрических параметров Номинальное значение параметра Интервал варьирования L 6,2 м 5,2 L 7,2 м LБ 1,5 м 1 LБ 2 м K 0,4 0,3 K 0, Полученные зависимости K y f ( L, LБ, K) представлены в виде совокупности поверхностей (рис. 3.28). На рис. 3.29, 3. представлены сечения этих поверхностей, позволяющие более подробно увидеть, как отдельные параметры влияют на критерий эффективности.

Ky 6. L=7,2м 6. L=6,7м 5. L=6,2м L=5,7м 5. L=5,2м 4. 4. 3. 3. 2. 0.65 2. 0.60 1. 0. 0.50 1. 0.45 1. 0. K 0.35 м 1. Lб, 0. 1. Рис. 3.28. Графики зависимости коэффициента сглаживания в продольной плоскости от длины базы, длины базы балансира и коэффициента базы автогрейдера Ky 6. L=7,2м L=6,2м L=6,7м 5. 4. L=5,7м L=5,2м 4 Lб, м 1 1.25 1.5 1.75 Рис. 3.29. Графики зависимости коэффициента сглаживания в продольной плоскости от межосевого расстояния колес балансирной тележки и длинны базы автогрейдера при K=0, Ky 6. L=6,7м L=7,2м 5. 4. L=5,2м L=5,7м 3. L=6,2м K 2. 0.3 0.4 0.5 0.6 0. Рис. 3.30. Графики зависимости коэффициента сглаживания в продольной плоскости от длины базы и коэффициента базы автогрейдера при LБ=1,5м Полученные зависимости K f ( L, LБ, K) представлены в виде совокупности поверхностей (рис. 3.31).

K L=7,2м L=6,7м L=6,2м L=5,7м L=5,2м 0.65 2. 0.60 1. 0. 0.50 1. 0.45 1. 0. K 0.35 м 1. Lб, 0. 1. Рис. 3.31. Графики зависимости коэффициента сглаживания в поперечной плоскости от длины базы, длины базы балансира и коэффициента базы автогрейдера На рис. 3.32, 3.33 представлены сечения этих поверхностей, позволяющие более подробно увидеть, как отдельные параметры влияют на критерий эффективности.

K L=7,2 L=6,7 L=5, L=6,2м L=5, 11 Lб, м 1 1.25 1.5 1.75 Рис. 3.32. Графики зависимости коэффициента сглаживания в поперечной плоскости от межосевого расстояния колес балансирной тележки и длинны базы автогрейдера при K=0, K L=6, 16 L=7, L=5, м L=6,2 L=5,7м м 7 K 0.3 0.4 0.5 0.6 0. Рис. 3.33. Графики зависимости коэффициента сглаживания в поперечной плоскости от длины базы и коэффициента базы автогрейдера при LБ=1,25 м Анализируя полученные графические зависимости, можно сделать вывод о том, что изменение варьируемых геометрических параметров автогрейдера в указанных интервалах оказывает различное влияние на коэффициенты сглаживания обрабатываемой поверхности.

Наиболее существенное влияние оказывают значения коэффициента базы машины и длина базы. С увеличением значений коэффициента базы машины и длина базы автогрейдера улучшается его планирующая способность. Межосевое расстояние колес балансирной тележки не значительно влияет на планирующую способность в обеих плоскостях.

Результаты аппроксимации зависимостей критериев эффективности от варьируемых параметров приведены в табл. 3.3.

Таблица 3. Уравнения регрессии, аппроксимирующие зависимости критериев эффективности от основных геометрических параметров автогрейдера Критерий Длина Досто Уравнение регрессии эффек- базы верность R тивности L Ky=1.332+0.353*Lб+3.376*K-0.113*Lб2+2.586*K 5,2 0. Ky=1.337+0.623*Lб+2.33*K-0.21*Lб2+4.554*K 5,7 0. Ky=0.036+1.149*Lб+6.538*K-0.371*Lб2+0.918*K Ky 6,2 0. Ky=-1.208+1.363*Lб+11.316*K-0.423*Lб2-3.469*K 6,7 0. Ky=-2.651+1.670*Lб+16.985*K-0.523*Lб2-8.847*K 7,2 0. K=2.287+0.183*Lб+17.997*K-0.031*Lб2+0.454*K 5,2 0. K=1.590+0.632*Lб+18.475*K-0.142*Lб2+3.138*K 5,7 0. K=-0.785+1.859*Lб+24.544*K-0.5*Lб2-0.341*K 6,2 0. K K=-2.673+1.398*Lб+35.705*K-0.411*Lб2-9.914*K 6,7 0. K=-5.705+2.974*Lб+44.626*K-0.882*Lб2 7,2 0. 17.848*K 3.3.2 Алгоритм решения задачи безусловной оптимизации градиентным методом Одна из основных целей проектирования заключается в оптимизации решений, т.е. в достижении заданных характеристик при наименьших затратах или наилучших характеристик проектируемых систем при ограниченных затратах имеющихся ресурсов [15].

Сущность оптимизации сводится к отысканию при наложенных ограничениях таких значений переменных х1, х2, …, хn, которые дают минимум (или максимум) целевой функции [15] f ( X ) f x1, x2,..., xn. (3.10) Общая задача оптимизации может быть сформулирована в следующем виде. Необходимо найти значения переменных х1, х2, …, хn, при которых целевая функция f принимает экстремальное значение с учетом функциональных ограничений (равенств) и граничных условий (неравенств).

Задачи оптимизации с точки зрения методов решения делятся на два класса [15, 59, 86]:

- задачи безусловной оптимизации;

- задачи условной оптимизации.

Задача безусловной оптимизации представляет собой поиск оптимума целевой функции без всяких дополнительных условий [15, 59, 86]:

f(x) min(max). (3.11) Такие задачи на практике встречаются крайне редко, но метод их решения служит основой для решения практических задач оптимизации.

Задача условной оптимизации в общем виде записывается как [15, 59, 86]:

F = f(xj) min;

gi(xj) bi;

(3.12) dj xj Dj;

i = 1…m;

j = 1…n.

В систему уравнений (3.12) входят три составляющие:

- целевая функция показывает, в каком смысле решение должно быть оптимальным, то есть наилучшим, при этом возможны три вида назначения целевой функции: максимизация, минимизация, назначение заданного значения.

- ограничения устанавливают зависимости между переменными.

- граничные условия показывают, в каких пределах могут быть значения искомых переменных в оптимальном решении.

Метод множителей Лагранжа применим при наличии функциональных ограничений вида [15, 59] fj = fj (x1, x2,…, xn) = 0, (3.13) где j = 1, 2,…, m.

Для целевой функции Z (x1, x2,…, xn) справедливо уравнение [15, 59] Z Z Z dZ dx1 dx 2... dxn 0 (3.14) x1 x 2 xn или n Z dZ dxi 0. (3.15) i 1 x i Продифференцировав равенство (3.14), получим [15, 59] n f df1 1 dxi i 1 x i............................ (3.16) n f df m m dxi i 1 x i Каждое из полученных m уравнений теперь умножим на пока еще неизвестный параметр, называемый множителем Лагранжа [15, 59]:

f n 1 df1 1 1 dxi xi i f n dxi 2 df 2.

xi (3.17) i.....................................

f n m df m m m dxi xi i Сложив уравнения (3.17) и уравнение (3.15), получим [15, 59]:

n Z f f f 1 1 2 2... m m dxi 0. (3.18) xi i 1 x xi xi i Поскольку все параметры xi независимы, то для того, чтобы это уравнение удовлетворялось, достаточно, чтобы каждый из n членов равнялся нулю [15, 59].

Таким образом, получаем n уравнений [14, 59] Z f f f 1 1 2 2... m m 0. (3.19) xi xi xi xi Кроме того, имеется еще m уравнений (3.13), определяющих ограничения [15, 59].

Решение системы m + n уравнений и дает искомое оптимальное решение [15, 59].

Таким образом, задача оптимизации стала безусловной и свелась к нахождению экстремума целевой функции.

Задача безусловной оптимизации решена методом первого порядка – градиентным. Данный метод обеспечивает необходимую точность.

Алгоритм метода заключается в следующем (рис. 3.34) [86]:

1. Задать x0, 01, 1 0, 2 0, M – предельное число итераций.

Найти градиент функции в произвольной T f ( x) f ( x ) точке f(x) x,..., x.

n 2. Положить k = 0.

3. Вычислить f(xk).

4. Проверить выполнение критерия окончания f(xk) 1:

а) если критерий выполнен, то расчет окончен и x* = xk;

б) в противном случае перейти к пункту 5.

5. Проверить выполнение неравенства k M:

а) если неравенство выполнено, то расчет окончен и x* = xk;

б) если нет, перейти к пункту 6.

6. Задать величину шага tk.

7. Вычислить xk+1= xk- tk f(xk).

8. Проверить выполнение условия f(xk+1) - f(xk) 0:

а) если условие выполнено, то перейти к пункту 9;

tk б) если нет, то вернуться к пункту 7, положив t k.

9. Проверить выполнение условий xk+1- xk 2, f( xk+1)-f( xk) 2 :

а) если оба условия выполнены при текущем значении k и k=k-1, то расчет окончен, x* = xk+1;

б) если хотя бы одно из условий не выполнено, положить k=k+1 и перейти к пункту 3.

A Начало B1 B2 Ввод Значения исходных x0, M, 1, H1 H данных,, 0 2 tk Цикл для t k tk= C Нахождение I ) f (x k+ Расчет x D Цикл для k= c шагом J1 Нет k+1 k f (x )- f (x )0?

E Да k Расчет ) f (x K K1 Нет k +1 k |f (x )- f (x )| k=k+1 k +1 k ||x - x || 2?

F F Да 1 Да k || )|| f (x 1?

L k + x* =x Нет G G Да k M? M M Конец Нет 1 Рис. 3.34. Алгоритм решения задачи безусловной оптимизации градиентным методом 3.3.3.Выбор оптимальных значений геометрических параметров автогрейдера Выбор оптимальных значений параметров производился градиентным методом.

В результате подстановки целевых функций для каждого значения длины базы автогрейдера были получены оптимальные значения коэффициента базы машины и межосевого расстояния колес балансирной тележки, которые представлены в табл. 3.4.

Таблица 3. Cравнение результатов оптимизации и действительных геометрических параметров автогрейдера Исходный Найденные рациональные и параметр Автогрейдер действительные значения L,м K LБ,м New Holland F106.6 0,38 1, 5, Теоретический 0,67 1, Komatsu GD510R-1 0,44 1, 5, Теоретический 0,65 1, ГС 18.07 0,40 1, 6, Теоретический 0,63 1, Volvo G990 0,43 1, 6, Теоретический 0,68 1, Komatsu GD825A-2 0,44 1, 7, Теоретический 0,61 1, Исходя из данных, приведенных в табл. 3.4, можно сделать вывод о неоптимальности значений рассмотренных геометрических параметров у существующих автогрейдеров.

3.4. Тягово-сцепной расчет Как известно, тягово-сцепной расчет автогрейдеров заключается в определении основных параметров, в первую очередь полностью отвечающих требованиям тягового режима работы при выполнении различных технологических операций [20,21,57,58,78,81,102,104,105].

При возведении земляного дорожного полотна на один проход резания требуется 2—4 прохода по разравниванию и планировке грунта. Поэтому резание грунта автогрейдером необходимо производить при максимально допустимой по тягово-сцепным свойствам площади сечения стружки с тем, чтобы уменьшить число рабочих проходов и таким образом обеспечить максимальную производительность [20,21,93].

При выполнении тягового расчета автогрейдера необходимо задать исходные данные. Исходными данными для проектирования автогрейдера могут служить грунтовые условия, требуемая производительность и колесная схема.

Конструкция автогрейдера характеризуется прежде всего принятой для его ходовой части колесной схемой. Выбор колесной схемы имеет большое значение, так как она в значительной степени влияет на тяговые свойства автогрейдера, его устойчивость, маневренность и планирующую способность.

Автогрейдеры колесной формулой 1x2x3 отличаются постоянной величиной сцепного веса и силой тяги по сцеплению, лучшей планирующей способностью, лучшей конструктивной развеской но мостам, в связи с чем обеспечивается более устойчивое выдерживание прямолинейного движения. Автогрейдеры с колесной схемой по формуле 2x2x2 получаются более маневренными за счет меньшего радиуса поворота, проще по конструкции, достаточная сила тяги, однако они обладают худшей планирующей способностью.

Колесные схемы 1x3x3 и 3x3x3 обеспечивают автогрейдеру высокие тяговые качества и проходимость, а также хорошую маневренность.

Легкие автогрейдеры, предназначенные для работ по содержанию и ремонту дорог, могут быть с колесными схемами 1x1x2 и 1x2x2.

На вооружении Volovo G746B имеются отдельные режимы привода на 2, 4 и 6 колёс. Причём редко применяемый в конструкциях аналогичных машин привод только на 2 передних колеса обеспечивает исключительную точность управления ножом на заключительных планировочных этапах работы.

Производительность автогрейдера, м3/с на рабочем проходе при резании грунта определяется выражением [93]:

П F V, (3.20) где F - площадь сечения вырезаемой отвалом стружки, м ;

V — фактическая рабочая скорость движения, м/с.

У современных автогрейдеров значение первой рабочей расчетной скорости V, на которой осуществляется резание грунта составляет 0,9—1,6 м/с. Необходимо задать величину этой скорости.

Тогда из формулы (3.20) при требуемой производительности П и заданной скорости V:

П F. (3.21) V Площадь сечения стружки, которая может быть вырезана за один проход автогрейдера, определяется выражением [57]:

0 сц m g. (3.22) F k У автогрейдеров главным параметром принято считать массу m, поскольку она определяет тяговые качества.

Из формулы (3.22) с учетом числа проходов:

F k z, (3.23) m 0 сц g n где z = 1,25-1,35 - коэффициент, учитывающий неравномерность сечения стружки при последовательных проходах и возможное уменьшение силы сцепного веса из-за реакции разрабатываемого грунта на рабочий орган, 0 - коэффициент сцепного веса автогрейдера, учитывающий использование силы веса автогрейдера при различных колесных формулах (для автогрейдеров с колесными формулами 1x2x3 и 1x1x2 0 = 0,7-0,75, для автогрейдеров со всеми ведущими колесами 0 = 1;

сц - коэффициент сцепления ведущих колес с грунтом, зависящий от дорожных условий и вида шин (табл. 3.15, 3.16);

m – масса автогрейдера, кг;

g - ускорение свободного падения, g=9,81 м/с2 ;

k = 20000-24000 Н/м2 - расчетный коэффициент сопротивления копанию грунта.

Величина силы тяги автогрейдера зависит от распределения массы по мостам. Оптимальное распределение массы по мостам обеспечивает наибольшую устойчивость хода машины.

Распределение массы машины по мостам можно обозначить коэффициентом Km:

m Km 2, (3.24) m где m2 – масса автогрейдера, приходящаяся на задний мост;

m – общая масса автогрейдера. В табл. 3.5 представлены средние значения оптимального распределения массы по мостам.

Таблица. 3. Оптимальное распределение массы по мостам Коэффициент Значения коэффициентов развески для колесной схемы развески 112 122 113 123 Km 0,7 0,45 0,75 0,70 0, Наклонная установка колес улучшает восприятие машиной боковых нагрузок и увеличивает ее устойчивость. Практически наклон передних колес имеет значение только для трехосных машин с передним ведомым мостом, где он дает выигрыш в силе тяги до 10%.

Для определения силы сцепного веса автогрейдера кроме массы и колесной схемы необходимо знать некоторые геометрические параметры машины, такие как длина базы и расположение отвала в ней.

Длина отвала в метрах рассчитывается по формуле [104]:

m (3.25) B (0,7...0,76) 1,2.

Высота отвала в метрах [104]:

(3.26) H 0,2 B 0,12.

Минимальный размер базы определяется возможностью полного поворота отвала между колесами автогрейдера при его симметричном положении относительно продольной оси. Но при этом необходимо учитывать, что чем ближе отвал размещен к задней оси машины, тем лучше планирующая способность автогрейдера (рис. 3.35).

Минимальный размер базы двухосного автогрейдера в метрах [104]:

B1 D B 2 b 2 2. (3.27) Минимальный размер базы трехосного автогрейдера в метрах [104]:

B2 B1 0,5 D 2, (3.28) где D — внешний диаметр шины;

В — длина отвала, м;

b – ширина колеи автогрейдера, м;

- минимальный зазор между отвалом и шиной, м.

Ширина колеи автогрейдера в метрах рассчитывается по формуле [104]:

m. (3.29) b (0,86...0,87) Размеры шин подбирают по статическим нагрузкам на колесо.

Нагрузка на колесо переднего моста двухосной машины может быть до 0,2mg, трехосной — до 0,15mg, на заднее колесо двухосной машины — (0,3...0,35)mg, на колесо среднего и заднего мостов трехосных машин - (0,17...0,2)mg.

Исходя из вышеизложенного, определяется расположение отвала в базе.

D B b B B Рис. 3.35. Схема расположения ходового устройства и отвала автогрейдера Сила сцепного веса машины определяет максимальную силу тяги, которую могут развить (по сцеплению) ведущие колеса автогрейдера.

Сила сцепного веса может быть определена исходя из зависимостей, приведенных в табл. 3.6.

Для этого необходимо предварительно определить положение центра тяжести, распределение силы веса по осям и величину силы вертикального давления на нож.

Распределение нагрузок на ходовое оборудование автогрейдера при рабочем режиме может быть определено путем введения в расчет вертикальной составляющей реакции грунта на рабочий орган автогрейдера. При давлении на нож силы Р2 реакции грунта на колеса R1 и R2 (нагрузки на колеса) соответственно изменяются. Определение влияния величины и направления силы Р2 на нагружение осей машины в основных типах современных автогрейдеров можно произвести по зависимостям, данным в табл. 3.6.

Для учета направления силы Р2 перед значением силы, дей ствующей на нож, поставлены знаки плюс и минус. При проверке автогрейдеров на величину свободной силы тяги силу Р2 следует принимать направленной вверх. При этом нож, служащий как бы дополнительной опорой, будет разгружать ведущие оси автогрейдера, что должно быть учтено в тяговом расчете.

Таблица 3. Распределение нагрузок по осям автогрейдера [57] Колесная Схема Распределение Сцепной вес автогрейдера схема автогрейдера нагрузок по осям Сила P2 на Сила P2 на нож нож не действует действует 1х2х3 Рис 1.6, а) m l2 m l 2 P2 l GСЦ GСЦ L0 L m l 2 P2 l1 GСЦ m P 1х1х2 Рис 1.6, б) GСЦ m m L 1х3х3 Рис 1.6, а) m l2 m l 2 P2 l m1 m m2 P2 GСЦ GСЦ L0 L 2х2х2 Рис 1.6, б) GСЦ m GСЦ m P При определении максимальных нагрузок на ходовое оборудо вание (для выбора шин и расчета осей) перед силой Р2, действующей на нож в направлении заглубления, ставится знак плюс, т. е. силу Р2 принимают действующей вниз (рис. 3.36, 3.37).

Величина вертикальной силы на нож, создаваемой путем передачи на него части силы веса машины, является одним из основных параметров автогрейдера. Этот параметр определяет способность автогрейдера работать в тяжелых грунтовых условиях.

Величина максимально возможной силы на нож зависит от силы веса автогрейдера, распределения силы веса по осям и расположения ножа относительно центра тяжести машины [57].

Величина силы Р2 для автогрейдеров с колесными формулами 1x2x3, 1x1x2 и 1x3x3 при заглублении ножа может колебаться в пределах, указанных в табл. 3.7 [57].

Упрощенно сила сцепного веса автогрейдера может быть определена из зависимости [57,93]:

Gсц 0 m g. (3.30) m m m P Рис 3.36. Распределение нагрузок по осям трехосного автогрейдера m m m P Рис 3.37. Распределение нагрузок по осям двухосного автогрейдера Номинальная сила тяги Тн, соответствующая значению коэффициента буксования = 20%, при котором значение тяговой мощности близко к максимальной, может быть определена из выражения [57]:

TH (0,70...0,73) Gсц. (3.31) Величина силы сопротивления качению Рf определяется по формуле [57]:

Pf f m g, (3.32) где f – коэффициент сопротивления качению (табл. 3.15, 3.17).

Таблица 3. Величина силы Р2 для автогрейдеров разных классов [57] Вертикальная сила на нож Р2, Н Класс автогрейдеров Легкие (24500…39200) Средние (39200…58900) Тяжелые (58900…78500) Для рационального использования мощности двигателя авто грейдера на первой рабочей передаче целесообразно, чтобы при работе автогрейдера в режиме максимальной тяговой мощности, определяемой значением силы тяги Тmax или близкой к ней по величине номинальной силы тяги ТH с учетом отбора мощности двигателя на привод вспомогательных механизмов Neo.


Тогда мощность двигателя автогрейдера, Вт [57]:

(TH Pf ) V N e0, (3.33) N e max (1 ) т м где м – коэффициент уменьшения мощности двигателя из-за неустановившейся загрузки, для механической трансмиссии м = 0,88 0,9, для гидродинамической трансмиссии м = 1.

В соответствии с вышеизложенным составлен алгоритм определения параметров автогрейдера в соответствии с тягово сцепным расчетом на ЭВМ (рис. 3.38).

3.5. Выбор шин 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 и типов с оптимальным рисунком протектора и давлением воздуха внутри, которые обладали бы совокупностью наиболее высоких эксплуатационных качеств в данных условиях [8,33,56,102].

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

В настоящее время на автогрейдеры в зависимости от назначения устанавливают шины G-2, G-3, L-2 и L-3 по коду TRA(США) (табл. 3.8) [115].

По конструкции пневматические шины делятся на диагональные и радиальные, которые, в свою очередь, по принципу герметизации могут изготавливаться как камерными, так и бескамерными [114].

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. 3.39) [114].

A Начало B2 B Параметры грунта, Ввод исходных колесная схема, данных производительность С Цикл расчета D Площадь стружки, Расчет масса, кол- во проходов, F,m,n,B,H параметры отвала mmax E Выбор шин D,f, сц F Размер базы, колеи, Расчет силы сценого веса, тяги, B1,B2,b,GЦ, С сопротивления качению, TH,Pf,Ne max мощность двигателя G Нет G Возможность Проверка реализации Да H Запись файла данных I Конец Рис. 3.38. Блок-схема алгоритма определения параметров автогрейдера в соответствии с тягово-сцепным расчетом на ЭВМ Таблица 3. Классификация шин для автогрейдеров по коду TRA [115] Цифровой код Вид работ Тип рисунка Глубина протектора L-2 повышенного Обычная глубина сцепления протектора Планирование L-3 для каменистой Обычная глубина поверхности протектора G-2 повышенного Обычная глубина Профилирование, сцепления протектора перемещение G-3 для каменистой Обычная глубина грунта поверхности протектора 1) 2) Рис. 3.39. Пятно контакта шины с дорогой без нагрузки и под нагрузкой:

1 - диагональная шина;

2 - радиальная шина 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. 3.9 [114].

Таблица 3. Классификация шин по форме профиля поперечного сечения Форма профиля Н/В Обычного профиля 0, Широкопрофильные 0,5-0, Низкопрофильные 0,7-0, Сверхнизкопрофильные 0, Арочные 0,39-0, В зависимости условий эксплуатации автогрейдера рисунки протектора шин могут быть следующих типов (рис. 3.40) [48]:

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.

1) 2) 3) Рис. 3.40. Рисунок протектора: 1 - универсальный;

2 - карьерный;

3 - повышенной проходимости Основой для выбора размеров шин является вертикальная нагрузка на колесо. Поэтому, располагая основными параметрами автогрейдера, 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 (табл. 3.10 – 3.14).

В соответствии с размером шины и характеристиками грунта устанавливается величина внутреннего давления в шине (табл. 3.10 – 3.14).

Существуют шины сверхнизкого, низкого и высокого внутреннего давления. На автогрейдерах чаще применяют шины низкого давления, составляющего не более 0,3 МПа. Однако наилучшими сцепными качествами обладают шины переменного давления, что обусло вливается двумя обстоятельствами - меньшим коэффициентом сопротивлением 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 (внутреннее давление в шине и особенно рисунка протектора), вертикальной нагрузки на шину.

Характеристики шин различных конструкций и основные показатели их тягово-сцепных свойств представлены в табл. 3.15 - 3.17.

Таблица 3. Шины с регулируемым давлением (камерные и бескамерные) обычного профиля [47] Максимально допускаемая нагрузка Размеры шины, м10-3 на шину и давление, Обозначение соответствующее этой нагрузке шины Наружный Ширина Нагрузка, кг Давление, МПа диаметр профиля, не 300-457 1045±16 310 1480 0, 320-457 1085±16 330 1680 0, 340-457 1125±16 350 1900 0, 300-508 1100±16 310 1575 0, 320-508 1135±16 330 1790 0, 340-508 1175±18 350 2020 0, 370-508 1235±18 380 2400 0, 390-508 1260±18 390 2500 0, 420-508 1330±20 430 2860 0, 320-533 1160±16 330 1830 0, 340-533 1200±18 350 2060 0, 370-533 1260±18 380 2440 0, 420-533 1360±20 430 3150 0, 370-635 1360±20 380 2755 0, 420-635 1450±21 430 3520 0, 500-635 1605±24 510 4800 0, 530-635 1660±25 540 5500 0, 420-685 1500±22 430 3670 0, 500-685 1655±24 510 4950 0, 530-685 1710±25 540 5750 0, 600-685 1860±27 615 7300 0, В соответствии с вышеизложенным составлен алгоритм выбора шин для автогрейдера на ЭВМ (рис. 3.41).

Таблица 3. Нормы нагрузок на шины для выбора режима работы при различных внутренних давлениях [45] Обознач Нагрузка на шину, кг, при внутреннем давлении, кПа ение 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525 шины Диагональные шины обычного профиля 8.25-15 — — — — — — — — — — — — — — — 8.25-20 — — — — — — — — 1700 1750 1800 1875 1925 1975 9.00-15 — — — — — — 1700 1830 1940 2060 2180 2300 2420 2540 12.00-20 — — — — — — — — — — — — 3600 3690 14.00-20 — — 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 — 14.00-20 — — — — — — 3760 — 4300 — 4830 — 5370 — 14.00-20 — — — — — — — — — — — — 4420 — 14.00-24 2650 2800 3075 — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — — 16.00-24 3600 3875 4125 — — — — — — — — — — — — 3600 3875 4125 4350 4575 4800 5000 5200 5450 5600 5800 6000 6150 — — 18.00-24 — — 5350 5650 5950 6200 6500 6800 7050 7300 — — — — — — — — 5600 6000 6300 6500 6900 7100 7300 7500 7750 8000 — — 18.00- — — — — — — — — 7100 7300 7500 7750 8000 8250 21.00-28 — — 7400 7800 8200 8600 9000 — — — — — — — — Широкопрофильные диагональные шины 17.5-25 4450 4750 5000 5300 5600 5800 6150 — — — — — — — — 3350 3650 3875 4000 4250 — — — — — — — — — — 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 7750 20.5-25 4500 4875 5150 5450 — — — — — — — — — — — 5950 6300 6700 7100 7500 7750 8250 — — — — — — — — 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 1030 0 0 26.5-25 7300 7750 8250 8750 9250 9500 9900 — — — — — — — — Радиальные шины обычного профиля 16.00R24 2900 3150 3350 3650 3875 4125 4375 4625 — — — — — — — Таблица 3. Обозначения, основные параметры, размеры камерных шин [45,48] Максимальная допускаемая нагрузка на шину и Размеры шины, внутреннее давление, Тип (код) м10- Обозначен соответствующее этой рисунка, ие шины нагрузке протектора Давление, кПа Наружны Ширина Нагрузка, кг й диаметр профиля (пред. откл. 25) 14.00-20 Повышенной 1220 ± 18 375 ± 12 3875 проходимости 4250 (G-2, L-2) 4375 14.00-20 Карьерный (L-3) 1260 ± 20 375 ± 12 7500 14.00-24 Повышенной 1348 ± 20 362 ± 12 3075 проходимости (G-2) 16.00-24 Повышенной 1493 ± 23 432 ± 14 4125 проходимости 6150 (G-2, L-2) 18.00-24 Повышенной 1600 ± 25 498 ± 15 7300 проходимости (G-2) 18.00-25 Карьерный (L-3) 1615 ± 25 498 ± 15 8000 13600 8750 21.00-28 Повышенной 1790 ± 27 570 ± 20 9000 проходимости(G -2) 27.00-33 Повышенной 2220 ± 34 762 ± 24 15500 проходимости(G -2) 17.5-25 Повышенной 1348 ± 20 445 ± 15 3650 проходимости 6150 (G-2, L-2), 4250 карьерный (L-3) 7300 5000 20.5-25 Повышенной 1492 ± 22 520 ± 16 5450 проходимости 8250 (G-2, L-2) 7500 26.5-25 Карьерный (L-3) 1750 ± 26 673 ± 21 10000 15500 Таблица 3. Шины широкопрофильные с регулируемым давлением (камерные и бескамерные) [44] Размеры шин, м10- Обозначение Максимальная нагрузка на шину и шины соответствующее ей давление в Нагрузка, кг шине Давление, МПа Наружный Ширина диаметр профиля 980х375-457 1800 0,26 980±15 1020х400-457 2100 0,28 1020±15 1050х425-457 2400 0,30 1050±15 1090х450-457 2650 0,30 1090±16 1120х425-508 2500 0,31 1120±16 1140х450-508 2800 0,35 1140±17 1175х475-508 3100 0,39 1175±18 1200х500-508 3300 0,39 1200±18 1100х400-533 2300 0,31 1100±16 1220х400-533 2550 0,29 1220±16 1130х425-533 2600 0,34 1130±16 1160х450-533 2950 0,37 1160±18 1200х475-533 3200 0,39 1200±18 1230х500-533 3500 0,39 1230±18 1300х530-533 4000 0,39 1300±20 1340х560-533 4550 0,40 1340±20 1300х475-635 3500 0,39 1300±20 1335х500-635 3900 0,40 1335±20 1375х530-635 4400 0,39 1375±21 1420х560-635 4850 0,40 1420±21 1500х600-635 5750 0,37 1500±23 1520х630-635 6200 0,43 1520±23 Таблица 3. Обозначения, основные параметры и размеры бескамерных шин [45,48] Максимальная допускаемая - Размеры шины, м10 нагрузка на шину и соотв.


Обознач Тип (код) внутреннее давление ение рисунка шины протектора Наружный Ширина Нагрузка, Давление, кПа диаметр профиля кг (пред. откл. ±25) Повышенной 5450 20.5-25 проходимости 1492 ± 22 520 ± 16 8250 (G-2, L-2) 7500 карьерный 10000 26.5-25 1750 ± 26 673 ± (L-3) 15500 Таблица 3. Основные показатели сцепных и тяговых качеств шин [102] Тип шины Давление, Состояние Коэффициент Коэффициент сцепления сц МПа грунта сопротивления качению f С 0,07 Рыхлый 1,00 0, регулируемым 0,07 Плотный 1,00 0, давлением 0,1 Рыхлый 0,93 0, 0,2 Рыхлый 0,85 0, 0,2 Плотный 0,91 0, Низкого 0,5 Рыхлый 0,75 0, давления 0,5 Плотный 0,80 0, Арочная 0,14 Рыхлый 0,87 0, 0,14 Плотный 0,90 0, Таблица 3. Коэффициент сцепления ведущих колес с грунтом в зависимости от дорожных условий и влажности грунта [102] Коэффициенты сцепления сц при относительной влажности Давление воздуха, 0,12 0,25 0,4 0,5 0,6 0,8 0,9 1, МПа Грунтовая дорога 0,14 - 0,92 0,90 0,80 0,68 0,59 0,54 0, 0,21 - 0,88 0,84 0,71 0,57 0,47 0,42 0, 0,34 - 0,85 0,77 0,61 0,44 0,32 0,26 0, 0,48 - 0,84 0,71 0,53 0,35 0,24 0,17 0, 0,62 - 0,83 0,70 0,50 0,29 0,17 0,11 0, Грунт естественной плотности 0,21 0,95 0,93 0,89 0,83 0,71 0,53 - 0,34 0,92 0,89 0,83 0,79 0,62 0,38 - 0,48 0,90 0,85 0,78 0,69 0,53 0,26 - 0,62 0,88 0,82 0,74 0,63 0,42 0,12 - Вспаханное поле 0,14 0,75 0,76 0,77 0,78 0,77 0,72 0,56 0,21 0,73 0,73 0,74 0,74 0,71 0,64 0,44 0,34 0,71 0,71 0,71 0,70 0,67 0,57 0,30 0,62 0,70 0,70 0,70 0,68 0,64 0,50 0,16 A Начало B2 B Ввод Характеристики Исходные исходных грунта, вид работ, данные данных max нагрузка на колесо C Цикл D Выбор рисунка протектора, конструкции E О ределение п размера и вн.давления F Коэффициенты О ределение п сопротивления и f сц качению и сцепления G Наличие шин G2 Нет Каталог с выбранными Наличие шин параметрами Да H Запись файла данных I Конец Рис. 3.41. Блок-схема алгоритма выбора шин для автогрейдера на ЭВМ Таблица 3. Коэффициент сопротивления качению в зависимости от вида и влажности грунта [102] Давление Коэффициенты cопротивления качению при относительной воздуха, влажности МПа 0,12 0,25 0,4 0,5 0,6 0,8 0,9 1, Грунтовая дорога 0,21 - 0,04 0,04 0,05 0,05 0,05 0,06 0, 0,35 - 0,04 0,04 0,05 0,05 0,06 0,06 0, 0,63 - 0,03 0,04 0,05 0,06 0,06 0,07 0, Грунт естественной плотности 0,14 - 0,04 0,04 0,04 0,04 0,05 - 0,21 - 0,03 0,04 0,04 0,05 0,06 - 0,35 - 0,04 0,04 0,05 0,06 0,08 - 0,49 - 0,05 0,05 0,06 0,07 0,10 - 0,63 - 0,05 0,05 0,06 0,07 0,10 - Вспаханное поле 0,14 0,13 0,13 0,13 0,13 0,13 0,14 0,17 0,21 0,15 0,16 0,16 0,16 0,16 0,18 0,23 0,35 0,18 0,18 0,18 0,19 0,19 0,22 0,29 0,63 0,18 0,18 0,19 0,19 0,20 0,23 0,33 4. СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 4.1. Инженерная методика расчета основных параметров автогрейдера На основе проведенных в работе теоретических исследований разработана инженерная методики расчета основных параметров автогрейдера и алгоритм автоматизированного эскизно-технического проектирования автогрейдера.

Исходными данными для проектирования автогрейдера служат грунтовые условия, ТЗ и параметры машины.

Инженерная методика заключается в следующем:

1. Задать параметры проектируемого автогрейдера: колесную схему, размер колеи и поступательную скорость машины.

2. Задать грунтовые условия исходного профиля:

а) параметры необходимые для расчета силы реакции разрабатываемого грунта на отвал и изменения вертикальной координаты i-й точки автогрейдера:

- коэффициент трения грунта по металлу;

- предел прочности грунта;

- угол внешнего трения;

- угол внутреннего трения;

- объемная масса грунта;

- коэффициент сцепления грунта;

б) параметры необходимые для расчета вертикальных координат неровностей микрорельефа грунта, попадающего под передние колеса автогрейдера:

- коэффициент, характеризующий затухание функции микропрофиля;

- коэффициент, характеризующий периодическую составляющую микрорельефа;

- среднеквадратическое отклонение функции микрорельефа, м;

в) параметры необходимые для тягово-сцепного расчета и выбора шин для автогрейдера:

- расчетный коэффициент сопротивления копанию грунта;

- относительную влажность;

- плотность грунта;

- категорию грунта.

3. Ввести требования ТЗ:

а) проектные геометрические размеры:

- допустимые среднеквадратические отклонения обрабатываемой поверхности по СНиП;

б) производительность.

4. Произвести моделирование рабочего процесса автогрейдера в автоматизированном режиме в соответствии с алгоритмом реализации, представленном на рисунке 2.18.

5. По полученному массиву значений параметров YРО, РО произвести расчет коэффициентов сглаживания Ky, K для всех значений L, K, Lб по формулам yн, (4.1) Ky yк н, (4.2) K к где yн, yк - среднеквадратические отклонения профиля поверхности в продольной плоскости до и после прохода автогрейдера соответственно, н, к - среднеквадратические отклонения профиля поверхности в поперечной плоскости до и после прохода автогрейдера соответственно.

6. Получить оптимальные значения параметров L, K, Lб в соответствии с алгоритмом оптимизационного синтеза основных геометрических параметров автогрейдера, представленном на рис. 3.27.

7. По полученным значениям Ky, K для автогрейдера с оптимальными значениями параметров L, K, Lб произвести расчет необходимого числа проходов nпл необходимых для обеспечения требуемой точности.

Согласно зависимостей, предложенных Щербаковым В.С.

автогрейдер, точностные свойства которого характеризуются K c, должен совершить по обрабатываемому участку, неровность которого характеризуется н, для обеспечения требуемой точности к, число проходов, равное lg( yн / yк ), (4.3) nплy lg K y lg( н / к ) nпл. (4.4) lg K 8. Определить параметры автогрейдера по алгоритму, представленному на рис. 3.38, в соответствии с методикой тягово сцепного расчета. В исходные данные для расчета вводится необходимое число проходов nпл для обеспечения требуемой точности.

9. Проверить возможность полного поворота отвала между колесами автогрейдера при его симметричном положении относительно продольной оси, т.е. выполняется ли условие L B2.

Если условие не выполняется, то необходимо приравнять L к B2 и вернуться к пункту 6 методики и заново найти оптимальные значения K, Lб для L.

10. Проанализировать полученные результаты эскизного проектирования:

а) геометрические параметры:

- размер базы L;

- коэффициент базы K;

- межосевое расстояние колес балансирной тележки Lб;

- длина отвала В;

- высота отвала Н;

- диаметр колес D;

б) силовые характеристики:

- масса m;

- коэффициент распределения массы машины по мостам С2;

- сила, действующая на нож, Р2;

- сила сцепного веса Gсц ;

- номинальная сила тяги Тн;

- мощность двигателя автогрейдера Ne max;

в) параметры шин:

- конструкция;

- рисунок протектора;

- внутреннее давление S;

- диаметр колес D;

- коэффициент сопротивления качению f ;

- коэффициент сцепления сц;

г) планирующая способность:

- коэффициент сглаживания в продольной плоскости Ky;

- коэффициент сглаживания в поперечной плоскости K;

- необходимое число проходов n.

В соответствии с инженерной методикой составлен алгоритм автоматизированного проектирования автогрейдера на эскизном этапе, представленный на рис. 4.1.

4.2. Система автоматизации проектирования автогрейдера на эскизно-техническом этапе На основании методики была написана программа для расчета основных параметров автогрейдера.

В нормативных документах система автоматизированного проектирования (САПР) определена как организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации проекти рования, взаимодействующего с подразделениями проектной орга низации, и выполняющая автоматизированное проектирование [52].

Предложенная САПР структуры автогрейдера создана в среде разработки Matlab 7.4.0 GUI Builder, позволяющей создавать Windows-приложения.

Структурная схема разработанной САПР приведена на рис. 4.2.

Интерфейс САПР позволяет организовать в наглядной форме ввод исходных данных, ТЗ, параметров вывода результата.

Программа математического обеспечения САПР объединяет описание математических моделей проектируемых объектов и математических методов, реализованных в данной САПР. В нее входят:

подпрограмма инженерных расчетов - совокупность 1.

программных алгоритмов, предназначенных для выполнения различных расчетов.

подпрограмма моделирования 2. предназначена для автоматизированного получения различного рода математических моделей проектируемых объектов или процессов.

Программное обеспечение САПР представляет собой описание алгоритмов проектирования, использованных в данной САПР, а также документы с исходными текстами программ.

Программа оформления результатов в зависимости от выбранных режимов вывода организует вывод результатов автоматизированного проектирования в виде таблиц или графиков.

Программа машинной графики САПР обеспечивает возможность для ввода, обработки, хранения и вывода графической информации, реализуемых программными средствами.

A Начало B1 B Параметры Ввод машины,ТЗ, исходных грунтовые данных условия C Моделирование рабочего процесса D1 D Расчет n=n+ Ky, K E2 E Алгоритм L=B оптим.

синтеза F F2 Задача Нет Задача условной решена?

оптимизации Да H Алгоритм тягово сцепного расчета I2 Нет L B2 ?

Да J О ормление ф результатов K Конец Рис. 4.1.Алгоритм расчета основных параметров автогрейдера на ЭВМ Программа Интерфейс информационного поиска Программа Программа Программное оформления машинной обеспечение результатов графики Программа математического обеспечения Подпрограмма Подпрограмма моделирования инженерных расчетов Алгоритм тягово- ММ базовой сцепного расчета машины ММ микрорельефа Алгоритм выбора шин Алгоритма реализации ММ процесса ММ автогрейдера копания грунта Алгоритм реализации ММ рабочего ММ рабочего процесса процесса автогрейдера автогрейдера Алгоритм реализации ММ микрорельефа Алгоритм реализации ММ реакции грунта Рис. 4.2.Структурная схема САПР Программа информационного поиска — база данных, предназначенная для хранения различных данных, необходимых для выполнения автоматизированного проектирования, которые могут быть представлены в виде сведений справочного характера о материалах, комплектующих изделиях, типовых проектных решениях, параметрах элементов, параметров проектируемых объектов и т. п., возможность корректировки баз данных в процессе проектирования.

Интерфейс системы представляет собой набор последовательно всплывающих окон, вид которых типичен для Windows-приложений.

Каждое окно содержит строку заголовка и строку меню (рис. 4.3-4.14).

В строке заголовка указывается название системы (Расчет параметров автогрейдера). Строка меню состоит из 3 пунктов: Файл, Библиотеки, Графика. Пункт Файл состоит из 5 типичных для Windows-приложений групп, которые предназначены для создания проектов (Новый расчет), открытия существующих проектов (Открыть), сохранения проектов (Сохранить и Сохранить как...) и выхода из системы (Выход).

Пункт Библиотеки содержит подпункты работы с библиотеками:

СНиПы, ГОСТы, Грунты (микрорельеф, физико-механические свойства), Шины, Двигатели (рис.4.3). Эти пункты позволяют просматривать данные библиотек, добавлять и удалять элементы из библиотек.

Пункт Графика (рис.4.12) содержит подпункты Геометрические параметры (рис.4.14), Профиль поверхности (рис.4.13), позволяющие получить наглядное представление о результатах проектирования.

Стартовое окно программы расчета параметров автогрейдера предлагает выбрать вариант расчета: конструкторский или проверочный.

Рис. 4.3. Стартовое окно программы расчета параметров автогрейдера Рис. 4.4. Окно ввода данных программы расчета параметров автогрейдера Рис. 4.5. Окно ввода данных программы расчета параметров автогрейдера Рис. 4.6. Окно ввода данных программы расчета параметров автогрейдера Рис. 4.7. Окно ввода данных программы расчета параметров автогрейдера Рис. 4.8. Окно ввода данных программы расчета параметров автогрейдера Рис. 4.9. Окно вывода результатов программы расчета параметров автогрейдера Рис. 4.10. Окно вывода результатов программы расчета параметров автогрейдера Рис. 4.11. Окно вывода результатов программы расчета параметров автогрейдера Рис. 4.12. Окно вывода результатов программы расчета параметров автогрейдера Рис. 4.13. Окно отображения графических результатов Рис. 4.14. Окно отображения графических результатов Конструкторский расчет основывается на предложенной инженерной методике и предполагает по исходным данным и предъявляемым требованиям получение рациональных параметров автогрейдера.

Проверочный расчет имеет обратную логику, т.е. автогрейдер с определенными параметрами проверяется на соответствие требованиям и исходным данным.

Далее необходимо ввести исходные данные и требования ТЗ, нажать на кнопку «Расчет» и программа выдаст результаты в текстовой и графической форме.

Таким образом, разработанная программа позволяет рассчитать основные параметры автогрейдера.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В настоящей монографии подводится промежуточный итог научным исследованиям, проводимым в СибАДИ, по моделированию и проектированию сложных динамических систем, к которым относится автогрейдер.

Разработана обобщенная математическая модель, включающая в себя математические модели подсистем: базовая машина, система управления рабочим органом в поперечной и продольной плоскостях, микрорельеф обрабатываемой поверхности и сила реакции разрабатываемого грунта на рабочий орган автогрейдера.

Предложенная модель дает возможность комплексного исследования динамической системы рабочего процесса автогрейдера.

Установлены закономерности влияния основных геометрических параметров автогрейдера на коэффициенты сглаживания обрабатываемой поверхности. Разработан алгоритм оптимизационного синтеза основных геометрических параметров автогрейдера с учетом тягово-сцепных свойств машины.

Предложена инженерная методика расчета основных параметров автогрейдера, алгоритм которой использован при разработке программного продукта для расчета основных параметров автогрейдера в автоматизированном режиме.

Библиографический список 1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. – М.: Наука, 1976. – 279 с.

2. Алексеева Т.В., Щербаков В.С. Оценка и повышение точности землеройно-транспортных машин: Учеб. пособие. – Омск: СибАДИ, 1981. – 99 с.

3. Амельченко В.Ф. Управление рабочим процессом землеройно транспортных машин. – Зап.-сиб. кн. изд-во, Омское отделение, 1975. – 232 с.

4. Артемьев К. А. Теория резания грунтов землеройно-транспортными машинами: Учеб. пособие. – Омск: ОмПИ, 1989. – 80 c.

5. Афанасьев Б.А., Бочаров Н.Ф., Жеглов Л.Ф. и др. Проектирование полноприводных колесных машин: в 2т. Т.1. Учеб. для вузов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1999. - 488 с.

6. Байкалов В.А. Исследование системы управления рабочим органом автогрейдера с целью повышения эффективности профилировочных работ: Дис.

... канд. техн. наук. – Омск: СибАДИ, 1981. – 189 с.

7. Бакалов А.Ф. Совершенствование системы стабилизации положения рабочего органа автогрейдера: Дис.... канд. техн. наук. – Омск: СибАДИ, 1986. – 231 с.

8. Балабин И.В. Автотракторные колеса: Справочник. - М.:

Машиностроение, 1985.- 272 с.

9. Баловнев В.И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин: Учеб. пособие для студентов ВУЗов. 2-е изд., перераб. – М.: Машиностроение, 1994. – 432 с.

10. Баловнев В.И. Основные направления повышения эффективности и интенсификации дорожно-строительных машин. // Интенсификация рабочих процессов дорожных машин. – М.: МАДИ. – 1981. – с. 4-11.

11. Баловнев В.И., Завадский Ю.В., Кустарев Г.В. Использование ЭВМ при исследовании эффективности дорожных машин методами математического моделирования. Учебное пособие/МАДИ. – М., 1987. – 104 с.

12. Баловнев В.И., Хмара Л.А. Интенсификация разработки грунтов в дорожном строительстве. - М.: Транспорт, 1993. - 382 с.

13. Баловнев В.И., Хмара Л.А. Повышение производительности машин для земляных работ: Производств. издание. – М.: Транспорт, 1992. – 136 с.

14. Беляев В.В. Математическая модель поверхности грунта, обрабатываемой автогрейдером// Строительные и дорожные машины, 2006. №8 – С.33-39.

15. Беляев В.В. Основы оптимизационного синтеза при проектировании землеройно-транспортных машин. Издание 2-е, доп. и перераб. – Омск: Изд-во ОТИИ, 2006. – 143 с.

16. Беляев В.В. Повышение точности планировочных работ автогрейдерами с дополнительными опорными элементами рабочего органа:

Дис. … канд. техн. наук. – Омск, 1987. – 230 с.

17. Беляев В.В., Беляев Н.В. Сравнительный анализ строительно-дорожных машин как объектов автоматизации// Строительные и дорожные машины. – №5, 2008 – С.50-51.

18. Беляев В.В., Колякин В.И., Беляев Н.В. Морфологический анализ конструкций планировочных машин. // Строительные и дорожные машины. – 2006. - №3 – С.30-31.

19. Беляев Н.В. Автоматизация процесса профилирования земляного полотна автогрейдером// Машины и процессы в строительстве: Сб. науч. тр.

№6.- Омск: СибАДИ, 2007. – С.126-133.

20. Беляев Н.В. Алгоритм определения параметров автогрейдера в соответствии с тягово-сцепным расчетом на электронно-вычислительной машине// Вестник СибАДИ: Научный рецензируемый журнал. – Омск:

СибАДИ. – №3 (9). – 2008. – С.92-95.

21. Беляев Н.В. Алгоритм оптимизационного синтеза основных геометрических параметров автогрейдера// Вестник Воронежского государственного технического университета. – Том 4, №12, 2008. – С.63-67.

22. Беляев Н.В. Анализ влияния параметров ходового оборудования автогрейдера на его планирующую способность// Материалы 62-й научно технической конференции СибАДИ. – Омск: СибАДИ, 2008. – Кн. 1 – С.40-45.

23. Беляев Н.В. Влияние конструктивных параметров автогрейдера на его планирующую способность// Молодежь, наука, творчество – 2008: VI Межвузовская научно-практическая конференция студентов и аспирантов (Омск, 13-16 мая 2008 года). Сборник статей. – Омск: ОГИС, 2008. – С.186.

24. Беляев Н.В. Влияние структуры землеройно-транспортных машин на их устойчивость// Межвузовский сборник трудов молодых ученых, аспирантов и студентов. – Омск: СибАДИ, 2007. – Вып.4. Ч.1. – С.37-42.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 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.