Повышение производительности автогрейдера, выполняющего планировочные работы, совершенствование системы управления (стр. 7 из 11)
| № п/п | Название элемента расчетной схемы | Степени свободы элемента |
| 1 | Балансир правый | Y, поворот вокруг оси OZ |
| 2 | Балансир левый | Y, поворот вокруг оси OZ |
| 3 | Рама подмоторная | Y, поворот вокруг осей OX, OZ |
| 4 | Хребтовая балка | Y, поворот вокруг осей OX, OZ |
| 5 | Передняя ось | Y, поворот вокруг оси OX |
| 6 | Тяговая рама | Y, поворот вокруг осей OX, OZ |
| 7 | Поворотный круг с РО | Y, поворот вокруг осей OX, OZ |
Положение хребтовой балки определяется координатами по OX, ОY и углом a1, образованным в плоскости, OXZ осью OX и осью хребтовой балки, положение тяговой рамы определяется углом b1, образованным в плоскости OXZ осью OX и осью тяговой рамы, угол j характеризует положение РО и образуется в плоскости OXZ осью OX и режущей кромкой РО.
Для определения положения произвольных точек звеньев расчетной схемы в любой момент времени от начала отсчета и установления связи между положением РО и параметрами сформированной поверхности были получены уравнения.
Положение в пространстве РО целесообразно определять по координате его центральной точки y и углу перекоса g' в момент времени t:
,где yП, yЛ – вертикальные координаты правой и левой крайних точек режущей кромки отвала в момент времени t; LОТ – ширина отвала автогрейдера.
Для положения отвала, изображенного на рис. 3.6, поперечный профиль обрабатываемого земляного полотна, соответствующий центральной точке отвала, сформирован лишь на половине пройденного пути, расположенной справа от точки А. С другой стороны отвала профиль в момент времени t пока не сформирован, так как отвал еще не дошел до этого места. Таким образом, в момент времени t угол поперечного профиля верен для точки отвала С, максимально приближенной к задним колесам.
Тогда yпр = y;
при j£ 90О 
при j> 90О,где yпр – вертикальная координата профиля под центром отвала в момент времени.
,где V – рабочая скорость автогрейдера. Из расчетной схемы видно, что
; 
; 
; 
,где y1П, y2П, y3П, y1Л, y2Л, y3Л – соответственно вертикальные координаты грунта в условных точках контакта первых, вторых и третьих правых и левых колес автогрейдера;
yПБ, yЛБ – условные вертикальные координаты правого и левого балансиров; y1 и y2 – условные вертикальные координаты центра передней и задней осей.
Так как оси балансиров жестко связаны с подмоторной рамой автогрейдера, то угол поворота автогрейдера вокруг оси OX можно выразить:
,где L2 – ширина колеи автогрейдера.
А угол поворота вокруг оси OZ:
,где L1 – проекция на ось OX расстояния между y1 и y2.
Из рис. 3.7 видно, что
y = y' – Dy',
где y' – условная вертикальная координата точки пересечения прямой DE и плоскости, перпендикулярной оси OX и проходящей через точку А; Dy' – приращение вертикальной координаты точки y', обусловленное перекосом автогрейдера вокруг оси OX на угол :
,где
; 
; 
; 
,где L3 = LT cos ;
LT – длина тяговой рамы;
LХР – длина хребтовой балки.
Вертикальные координаты правой и левой крайних точек режущей кромки отвала yП, yЛ будут равны:
yП = y + Dy1 + Dy2 = y + Dy;
Рис. 3.7. Расчетная схема автогрейдера
yЛ = y – Dy1 – Dy2 = y-Dy,
где Dy1 – приращение вертикальной координаты точки y, обусловленное перекосом автогрейдера вокруг оси OX на угол ;
Dy2 – приращение вертикальной координаты точки y, обусловленное перекосом автогрейдера вокруг оси OZ на угол b;
Dy = Dy1 + Dy2.
.Подставив в, получим:
; 
.Подставив в, получим:
.При движении автогрейдер колесами балансирной тележки обычно движется по обработанному грунту. Поэтому определим вертикальные координаты задних колес.
;;
;
tП = 93838383.
В работе использовалась двухконтурная ССО. Структурная схема двухконтурной ССО представлена на рис. 3.13. Схема состоит из контура автоматического А и полуавтоматического В управления. В отличие от большинства серийных систем в схему введено устройство индикации УИ, позволяющее человеку-оператору в процессе работы контролировать геометрические параметры обработанного грунта и в случае достижения достаточной точности отключать автоматический контур.
На рис. 3.13 показаны: 1 – датчик угла; 2 – элемент сравнения; 3 – пороговый элемент; 4 – электрогидравлический привод.
Рис. 3.13. Структурная схема ССО
На схеме человек-оператор представлен в виде блока, выполняющего функции, близкие к безинерционному реле, так как в задачи данной работы не входит исследование особенностей человека как звена систем управления, этой проблеме посвящен ряд работ представленных в разд. 1.2.
3.5 Обобщенная математическая модель автоматизированного автогрейдера
Поставленные в работе задачи требуют разработки обобщенной динамической структурной схемы автоматизированного автогрейдера. Разработанная структурная схема представлена на рис. 3.14, где 1 – блок, имитирующий передний мост автогрейдера; 2 и 3 – блоки, имитирующие соответственно правый и левый балансир; 4 – блок системы ССО; 5 – блок, имитирующий реакцию грунта при копании.
Особенности обобщенной динамической структурной схемы автоматизированного автогрейдера состоят в следующем. В процессе проведения планировочных работ автогрейдер производит копание и перемещение грунта. При этом на автогрейдер действует реакция грунта копанию и перемещению, которая имеет случайный характер, а также зависит от величины срезаемой стружки. Таким образом в обобщенной структурной схеме необходима связь блоков, формирующих реакцию грунта и вертикальную координату средней точки отвала у. Используя характерный для систем типа «Профиль» способ управляющего воздействия на РО при изменении угла перекоса РО g, структурная схема изменяет вертикальную координату средней точки отвала у.
Обозначения на схеме соответствуют принятым в разд. 3.3–3.5.
Рис. 3.14. Обобщенная динамическая структурная схема автоматизированного автогрейдера
В работе использовалась статистическая модель микрорельефа грунта по которому движется автогрейдер. Эта модель позволила разработать алгоритм и программу цифровой реализации на ЭВМ с использованием рекурентных уравнений псевдослучайного профиля.
На основе предложенной расчетной схемы и принятых допущений разработана математическая модель автогрейдера, позволившая выявить функциональные зависимости его основных параметров.
Принятая в работе математическая модель реакции грунта на РО включает в себя компоненты вектора реакции грунта и стохастические составляющие, представленные корреляционными функциями.
Математическая модель системы управления автогрейдера отражает динамические свойства маятникового датчика, блока управления и исполнительного гидропривода.
Разработанная обобщенная структурная схема автоматизированного автогрейдера отражает наиболее общие свойства существующих и перспективных конструкций автогрейдеров и их систем управления. Она позволяет на ее основе решать задачи анализа и синтеза систем управления автогрейдером.
4. Выявление основных закономерностей системы управления РО автогрейдера
Исследования проводились на математических моделях микрорельефа грунта, автогрейдера, системы управления рабочим органом. Для реализации численных значений вертикальных координат анализируемого микрорельефа с заданными параметрами корреляционной функции использовалась программа SOIL, блок-схема которой представлена на рис. 3.1. Входными параметрами этой программы являются коэффициенты затухания a к и периодичности b к корреляционной функции, среднеквадратичное отклонение s микрорельефа моделируемого грунта, шаг h дискретности времени, интервал усреднения МС и число точек N сглаженного профиля, а выходными параметрами вертикальные координаты микрорельефа грунта по правой и левой колее движения автогрейдера. Для описания автогрейдера использовалась программа GRADER реализующая обобщенную динамическую модель автоматизированного автогрейдера структурная схема которой, представлена на рис. 3.14. Она включает в себя уравнения геометрической связи автогрейдера с учетом динамических колебаний, сопротивление копанию и модель системы стабилизации РО. Выходными параметрами являются вертикальные координаты центральной точки режущей кромки РО y, крайних точек режущей кромки РО yП и yЛ, что фактически является вертикальными координатами формируемого микрорельефа. Статистическая обработка данных проводилась с помощью подпрограммы SKO, вычисляющей среднеквадратичное отклонение данных от заданного значения.