Повышение производительности автогрейдера, выполняющего планировочные работы, совершенствование системы управления (стр. 5 из 11)
В работе случайный процесс, изменения реакции Е грунта на отвале автогрейдера, предлагается представить в виде:
Е = Ет + Еф,
где Ет – низкочастотный тренд; Еф – высокочастотная составляющая, которая изменяется по случайному закону нормального распределения.
Корреляционные функции случайных флюктуаций можно представить в виде:
,где sф2– дисперсия флюктуаций; aф и bф – параметры корреляционной функции.
Значения aф и bф приведены в табл. 1.2.
Таблица 1.2. Значения параметров корреляционной функции для определения флюктуаций Еф
| Предел прочности | Параметр | |
| грунта, МПа | aф | bф |
| 0 – 0,2 | 0,8 – 1,5 | 2,5 – 8 |
| 0,2 – 0,4 | 1,2 – 1,8 | 4 – 10 |
| 0,4 – 0,6 | 1,5 – 2,0 | 6 – 12 |
| 0,6 – 0,8 | 1,8 – 3,0 | 8 – 16 |
Коэффициенты вариации флюктуации yф составляющих сопротивления копанию приведены в табл. 1.3.
Для определения низкочастотного тренда Ет реакции грунта можно использовать различные теории копания. В работах для этой цели предложено использовать теорию копания, предложенную К.А. Артемьевым и его учениками.
Таблица 1.3. Коэффициенты вариации составляющих сопротивления копанию
| Предел | Составляющие сопротивления копанию | ||
| прочности грунта, МПа | касательная | нормальная | боковая |
| 0 – 0,2 | 0,08 – 0,1 | 0,1 – 0,12 | 0,08 – 0,09 |
| 0,2 – 0,4 | 0,11 – 0,14 | 0,14 – 0,16 | 0,08 – 0,1 |
| 0,4 – 0,6 | 0,14 – 0,17 | 0,17 – 0,2 | 0,09 – 0,1 |
| 0,6 – 0,8 | 0,19 – 0,22 | 0,22 – 0,24 | 0,09 – 0,1 |
Горизонтальная составляющая вектора силы сопротивления копанию грунта ножом криволинейного профиля постоянного радиуса кривизны с острой режущей кромкой применительно к отвалу автогрейдера выражается в виде:
Wx= .sin2j + Wпр. sinj,
где Ех,Еу – соответственно горизонтальная и вертикальная составляющая силы сопротивления резанию грунта при лобовом копании; Wпр – сопротивление перемещению призмы волочения; m1 – коэффициент трения грунта по металлу; j – угол захвата отвала.
При косом копании вертикальная Еуj и поперечная Еzj составляющие силы резания определяются
Еуj = Еу.sin j; Ezj = Ex. cos j.
,где gр– объемная масса грунта в призме волочения;
g – ускорение свободного падения;
b – длина отвала;
Hг– высота отвала по хорде без участка, погруженного в грунт;
rо– угол внешнего трения;
e– угол, составленный вертикалью и линией, соединяющей верхнюю точку отвала с точкой его контакта с поверхностью разрабатываемого грунта, равен
где aр– угол резания; h – толщина срезаемой стружки; Rг– радиус кривизны отвала; Ho – высота отвала по хорде.
Величина Hгопределяется по формуле
.Значения Ехи Еу записываются в виде
где gг – объемная масса грунта.
М1R = 1+tg ro. tg;
M2R = tg - tg ro;
где b1– угол, образуемый подпорной стенкой с вертикалью; wг– центральный угол дуги ножа криволинейного профиля, погруженного в грунт.
wг = arccos-aр;
.Автогрейдер является универсальной машиной и при выполнении планировочных работ ему приходится работать с грунтами различных категорий. Однако финишные, отделочные планировочные операции автогрейдер проводит на разрыхленных грунтах, при этом толщина снимаемого слоя не превышает 0,07 м, то есть процесс планировки земляного полотна несколько отличается от процесса копания грунта толщиной срезаемой стружки и прочностью грунта, а следовательно, и диапазоном изменения реакции грунта копанию, действующей на отвал.
Таким образом, анализ показал, что проблеме определения сопротивления копанию грунта посвящено достаточно много работ, математический аппарат определения сопротивления копанию хорошо проработан и отражает детерминированными выражениями зависимость сил реакции грунта на РО от физико-механических свойств грунта, толщины стружки и параметров РО, а так же флюктуации реакций, носящих случайный характер, и позволяет использовать их для достижения поставленных в работе целей.
1.3 Цели и задачи исследования
Анализ литературы, посвященной проблемам повышения эффективности автогрейдеров при проведении планировочных работ, позволил сделать вывод, что в соответствии с поставленными в различных работах задачами автогрейдер, как объект управления, математически описан достаточно часто. Коренного изменения конструкции автогрейдеров в ближайшее время не ожидается. Наиболее перспективной является схема автогрейдера с шарнирно сочлененной рамой. Эффективность систем автоматического управления рабочим органом путем улучшения элементной базы существенно повысить не возможно. Необходима разработка новых алгоритмов функционирования систем автоматического управления. На наш взгляд, повышение эффективности систем автоматического управления автогрейдера, при производстве планировочных работ, может быть повышена путем применения такого алгоритма работы системы, который позволяет повысить производительность планировочных работ в целом, но требует применения запоминающих устройств и устройств индикации.
Цель данной работы – повышение производительности автогрейдера, выполняющего планировочные работы. Поставленная цель достигается путем применения системы стабилизации отвала, включающей запоминающее устройство и устройство индикации, позволяющей в процессе производства планировочных работ человеку-оператору визуально по устройству индикации следить за геометрическими параметрами формируемого земляного полотна и при достижении заданной точности, требуемой СНиПом, предотвратить лишние проходы по обработанному участку.
Для достижения поставленной цели необходимо провести исследования, в процессе которых решить следующие задачи:
– обосновать основные пути совершенствования системы управления рабочим органом автогрейдера, выполняющего планировочные работы;
– разработать математическое описание автогрейдера, выполняющего планировочные работы;
– выявить основные закономерности рабочего процесса и обосновать технические решения, позволяющие повысить производительность планировочных работ;
– разработать и внедрить систему стабилизации отвала с устройством индикации.
2. Методика исследований
2.1 Общая методика исследований
Системный подход является общепринятым направлением методологии, определяющим ориентацию научных исследований и занимает ведущее место в научном познании. В связи с этим в данной работе системный подход использовался в качестве общей методики исследований.
Системный подход характеризуется следующими основными признаками: целостностью, иерархаичностью, структурностью, множественностью описаний, взаимозависимостью системы и среды.
Суть системного подхода состоит в том, что автогрейдер рассматривается как система, состоящая из ограниченного множества элементов, объединенных в единое целое связями. Группы элементов, объединенных одним функционально завершенным преобразованием, будут являться подсистемами. Целостность автогрейдера, как системы, заключается в том, что его свойства не могут быть поняты и оценены без знания свойств его подсистем. Иерархаичность и структурность автогрейдера, как системы, характеризуется тем, что каждая его подсистема может рассматриваться в свою очередь как система с возможностью ее описания с помощью сети связей. Множество моделей, которыми может быть описан автогрейдер по различным аспектам, является одним из основных принципов системного подхода. Принцип взаимозависимости определяет рассмотрение свойств автогрейдера во взаимосвязи с окружающей средой.
Выделенные подсистемы автогрейдера целесообразно формализовать, то есть абстрактно представить некоторой математической моделью их функционирования. При этом под математической моделью понимается совокупность математических объектов и связей между ними, отражающих важнейшие свойства изучаемого объекта и позволяющих получить новую, ранее неизвестную информацию об объекте.
Используя метод математического моделирования, который является важной методологической основой, можно решать поставленные задачи и обеспечить повышение темпов поиска новых решений при минимуме материальных затрат. Математическое моделирование целесообразно использовать на всех этапах системного анализа путем моделирования всей системы автогрейдера и отдельных его частей, таких, как система управления, гидропривод, микрорельеф и др.
Так как системный анализ предусматривает комплексный подход в решении задач, важной частью работы, наряду с разработкой математической модели и проведением на основе ее теоретических исследований, является натурный эксперимент на реальном объекте, основными задачами которого являются подтверждение адекватности математической модели объекту, а следовательно, и правомерности полученных теоретических выводов, и проверка правильности предлагаемых технических решений в производственных условиях.