авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< 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

Система автоматизации проектирования устройства управления рабочим органом бульдозерного агрегата

На правах рукописи

ЛАЗУТА ИВАН ВАСИЛЬЕВИЧ

СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ РАБОЧИМ ОРГАНОМ

БУЛЬДОЗЕРНОГО АГРЕГАТА

Специальность 05.13.12 – Системы автоматизации проектирования

(промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Омск – 2010 1

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования “Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия”

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Щербаков Виталий Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Браилов Иван Григорьевич кандидат технических наук, доцент Минитаева Алина Мажитовна

Ведущая организация: ОАО «Конструкторское бюро транспортного машиностроения», г.Омск

Защита диссертации состоится 21 мая 2010 г. в 1400 ч. на заседании регионального диссертационного совета ДМ 212.250.03 при Государствен ном образовательном учреждении высшего профессионального образова ния “Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия” по адресу: 644080, г. Омск, пр. Мира, 5, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования “Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия”.

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 644080, г. Омск, пр. Мира 5, тел., факс: (3812) 65-03-23, e-mail: Arkhipenko_m@sibadi.org

Автореферат разослан 21 апреля 2010 г.

Ученый секретарь объединенного диссертационного совета ДМ 212.250.03, кандидат технических наук М.Ю. Архипенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. При разработке устройств управления (УУ), направленных на повышение эффективности землеройно-транспортных машин, возникает проблема синтеза их оптимальных параметров. Такие проблемы невозможно решать без применения вычислительной техники, так как оптимизация параметров УУ является сложным вычислительным процессом. Внедрение систем автоматизации проектирования (САПР) в машиностроительной отрасли позволяет существенно облегчить поиск оптимальных технических решений.

Разработка САПР УУ рабочим органом (РО) бульдозерного агрегата (БА) позволит значительно сократить затраты времени и средств при опти мизации основных параметров данного устройства, которое повысит эффек тивность процесса обработки земляного полотна и обеспечит экономиче ский эффект. Это особенно актуально при непрерывно возрастающей кон куренции на рынке строительных и дорожных машин.

Цель диссертационной работы: разработка системы автоматизации проектирования основных параметров устройства управления рабочим ор ганом бульдозерного агрегата.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) обосновать и выбрать критерий эффективности устройства управления рабочим органом бульдозерного агрегата, выполняющего планировочные работы;

2) разработать математическую модель сложной динамической системы рабочего процесса бульдозерного агрегата;

3) выявить функциональные зависимости критерия эффективности от основных параметров устройства управления рабочим органом бульдозерного агрегата;

4) разработать систему автоматизации проектирования основных параметров устройства управления рабочим органом бульдозерного агрегата.

В работе использованы методы Методы исследования.

математического моделирования, системного анализа, прикладной математики, теории алгоритмов и компьютерного моделирования.

На защиту выносятся:

математическая модель сложной динамической системы рабочего процесса (РП) бульдозерного агрегата, включающая в себя подсистемы:

«Грунт», «Бульдозерный агрегат» и «Устройство управления рабочим органом»;

установленные функциональные зависимости, отражающие связь критерия эффективности и основных параметров устройства управления рабочим органом бульдозерного агрегата;

алгоритм автоматизации проектирования основных параметров устройства управления рабочим органом бульдозерного агрегата.

Практическая ценность работы:

инженерная методика оптимизации и САПР основных параметров устройства управления рабочим органом бульдозерного агрегата.

Апробация результатов работы. Основные положения работы док ладывались и получили одобрение на следующих конференциях:

«Межвузовских научно-практических конференциях студентов, аспи рантов и молодых исследователей» (г. Омск 2007 - 2010 гг. РосЗИТЛП);

«ВТТВ 2007 IV Международный технологический конгресс» (г.

Омск 2007 г. СибАДИ);

«Машины, технологии и процессы в строительстве» Международ ный конгресс» (г. Омск 2007 г. СибАДИ);

«III Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Развитие дорожно-транспортного ком плекса и строительной инфраструктуры на основе рационального приро допользования», посвященной 100-летию со дня рождения К.Х. Толмаче ва» (г. Омск 2008 г. СибАДИ);

«62-я научно-практическая конференция СибАДИ» (г. Омск 2008 г.

СибАДИ);

«IV Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Развитие дорожно-транспортного ком плекса и строительной инфраструктуры на основе рационального приро допользования» (г. Омск 2009 г. СибАДИ);



«63-я научно-практическая конференция СибАДИ» (г. Омск 2009 г.

СибАДИ).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 1 статья в издании, рекомендованном ВАК.

Реализация работы. В «Конструкторском бюро транспортного маши ностроения (КБТМ)» г. Омска принята к внедрению САПР основных пара метров устройства управления рабочим органом бульдозерного агрегата.

Структура и содержание работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложений. Объем диссертации составляет в целом 148 страниц основного текста, в том числе 7 таблиц, 86 рисунков, список литературы из наименований и приложение на 1 странице.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована проблема, обоснована актуальность и приведены основные аспекты диссертационной работы.

В первой главе проведен анализ существующих конструкций БА:

подвеска ходового оборудования, навесное оборудование и рабочий орган.

Рассмотрены основные технологические операции, схемы разработки и теории копания грунта БА, основные аналитические зависимости, которые были использованы при моделировании РП. Проведен анализ требований точности обработки земляного полотна, который позволил сделать вывод о необходимости автоматизации РП БА. На основании проведенного анализа существующих технических средств, предложены современные лазерные приборы для автоматизации РП БА. Проведен анализ математических моделей отдельных подсистем машины, таких как гидропривод и ходовое оборудование БА. Проведен обзор и анализ методов автоматизации проектирования. Сформулированы цель и задачи диссертационной работы, а так же объект и предмет исследований.

Во второй главе изложена общая методика теоретических и экспери ментальных исследований. На основе методологии системного анализа выявлены основные этапы решения поставленных задач и определена структура работы.

В третьей главе обоснован критерий эффективности УУ РО БА при выполнении машиной планировочных работ KЭ, представляющий собой один из коэффициентов сглаживания земляного полотна в продольной KСZ или поперечной KС плоскости и ограничения в виде динамической устойчивости УУ, оцениваемой коэффициентом колебательности M:

K Э max ;

(1) M 0.

K CZ при K CZ K C ;

KЭ (2) K C при KCZ K C.

Составлена блок-схема сложной динамической системы РП БА, со стоящая из отдельных, взаимодействующих между собой подсистем: «Ба зовой машины», «Грунта» и «УУ РО». Обоснованы информационные па раметры, параметры управления и алгоритмы управления РО.





Представлена совокупность математических моделей отдельных под систем РП БА, на основании которых составлена общая математическая модель рабочего процесса - планировки земляного полотна.

Входными параметрами математической модели РП БА являются:

заданное положение режущей кромки бульдозерного отвала;

сила реакции обрабатываемого грунта на РО.

Выходными параметрами математической модели РП БА являются:

геометрические параметры обрабатываемой поверхности.

При математическом описании механической подсистемы базовой машины приняты следующие допущения:

обрабатываемая поверхность формируется режущей кромкой РО;

БА представлен в виде шарнирно-сочлененного многозвенника;

звенья машины являются абсолютно-жесткими стержнями;

расстояние между исполнительными гидроцилиндрами принимает ся равно ширине базы (колеи) БА;

катки имеют постоянный контакт с гусеницей;

элементы подвески ходового оборудования представлены телами Фохта;

связи в шарнирах голономные и стационарные;

люфты и силы сухого трения в шарнирах не учитываются;

машина движется прямолинейно с постоянной скоростью.

Для описания перемещений элементов пространственной расчетной схемы БА (рисунок 1) были приняты: две ортогональные системы коорди нат X0Y0Z0 и X1Y1Z1.

Коэффициент передачи навесного оборудования Kgz, отражающий связь между перемещением штоков гидроцилиндров SШТ и режущей кром кой РО ZРО, представлен уравнениями:

Z РОП ( РОЛ ) S ШТП ( ШТЛ ) K gz ;

(3) K gz cos lБ / l РО, (4) где – угол наклона гидроцилиндра к оси Z0, lБ. – горизонтальное расстоя ние от шаровой опоры бруса до режущей кромки РО, lРО. – горизонтальное расстояние от шаровой опоры бруса до точки крепления гидроцилиндра к бульдозерному оборудованию.

Y Z Z Y VБА ZПП ZBП lk L О lБ ZВ X ZАП ZПЛ О ZK ZВЛ СП PП ZП ZРОП lРО L РО ZА ZРО L ZРОЛ X Рисунок 1 – Пространственная расчетная схема бульдозерного агрегата В данной расчетной схеме, при принятых допущениях, продольные и поперечные колебания рамы БА оказывают непосредственное воздействие на РО, так как он жестко связан с рамой навесным оборудованием, что не обходимо учитывать при вычислении его положения в пространстве:

Z PO ( Z РОП Z РОЛ ) / 2 ;

(5) arctg( Z РОП Z РОЛ ) / L2 ;

PO (6) Z РОП Z К ( L1 lk ) tg БА L2 2 tg БА S ШТП K gz ;

(7) Z РОЛ Z К ( L1 lk ) tg БА L2 2 tg БА S ШТЛ K gz. (8) Вертикальные и угловые перемещения подрессоренной рамы БА вы числяется по следующим формулам:

БА arctgZ ВП Z ВЛ / L2 ;

(9) Z K Z П tg БА l K Z П l K ( Z П Z B ) / L ;

(10) БА arctg( Z П Z B ) / L, (11) Z П Z ПП Z ПЛ / 2 ;

(12) Z B Z BП Z BЛ / 2, (13) где БА – угол продольного наклона рамы БА относительно оси X0, БА – угол поперечного наклона рамы БА, SШТП и SШТЛ – перемещение што ка правого и левого гидроцилиндра соответственно, L – расстояние от пе редних до задних опорных катков (опорная база БА), L1 – расстояние от РО до передних опорных катков;

L2 – ширина базы БА, lK – расстояние от пе редних опорных катков до центра масс БА (K), ZПП и ZПЛ – координата пе реднего правого и переднего левого края подрессоренной рамы БА, ZВП и ZВЛ – координата заднего правого и заднего левого опорного катка.

Учитывая, что РО формирует поверхность, по которой движется хо довая система, можно записать, как для правой ZНП, так и для левой ZНЛ колеи движения, уравнения в операторной форме:

p Z НП Z РОП e L1 ;

(14) L1 L1 VБА, (15) где ZНП – вертикальная координата обработанной поверхности по правой колее движения;

L1 – время транспортного запаздывания от РО до перед них опорных катков, VБА – скорость движения БА.

Для определения сглаживающей способности ходового оборудования, как для правой ZСП(t), так и для левой ZСЛ(t) колеи движения использовано уравнение:

1 t0 L Z СП (t ) Z НП (t ) dt ;

(16) L t L L VБА, (17) где ZСП – вертикальная координата сглаженных воздействий опорной по верхности при движении гусеницы по недеформируемому грунту, L – время транспортного запаздывания от передних до задних опорных катков.

Перемещение опорных катков под действием опорной поверхности, как для правой, так и для левой колеи движения, описывается системой переда точных функций, полученных при рассмотрении зависимостей вертикальных координат переднего ZАП и заднего ZВП правого опорного катка от ZСП:

k1 dZ 1 e K p k 2 e K p при СП 0;

p dt Z (18) W АП ( p ) AП Z СП dZ K p при СП 0;

e dt dZ K p при СП 0;

e dt Z ВП (19) W BП ( p ) k dZ Z СП k 3 e K p 4 e K p e L p e L p при СП 0, p dt l V VБА L lK l L, k 4 БА, K K, L, k 2 K, k где k1, L lK lK VБА L lK lK VБА K – время транспортного запаздывания с момента воздействия на перед ний каток до центра масс БА.

Вертикальные колебания подрессоривающего правого ZПП и левого ZПЛ элемента рамы БА, описываются уравнениями в операторной форме:

T p 2 T2 П p 1 Z ПП Z АП (1 T2 П p ) k1П FZ, (20) 1П ( L L) M Р L lK P где T12 П, T2 П П, k1П 1, FZ – вертикальная со СП 2С П L 2 CП L ставляющая силы сопротивления копанию грунта, СП и РП – приведенные коэффициенты жесткости и демпфирования элементов подвески, MР – мас са подрессоренной рамы БА.

Для реализации на ЭВМ координат неровностей обрабатываемой по верхности принята корреляционная функция (21) и соответствующее ей рекуррентное уравнение (22).

RZf ( ) Z e z | k | cos z k ;

(21) Zf i(xi)=a0xi+a1xi-1 – b1Zf i-1 – b2Zf i-2, (22) где Z – среднеквадратическое отклонение высотной координаты;

Z – параметр, характеризующий затухание корреляции;

Z – параметр, харак теризующий периодичность корреляции, k – интервал времени корреля ции, xi – реализация независимых нормально распределенных чисел.

Сила сопротивления копанию грунта, согласно теории Федорова Д.И.

и Бондаровича Б.А., представляет собой сосредоточенную величину, при кладываемую к средней точки режущей кромки отвала, которая состоит из двух слагаемых: тренда и флюктуации:

FРО FT FФ, (23) где FPO – вектор силы реакции разрабатываемого грунта на РО, FT – век тор сил низкочастотной составляющей силы реакции (тренд), FФ – вектор сил высокочастотной составляющей силы реакции (флюктуация).

Корреляционные функции флюктуации при копании грунтов бульдо зерами аппроксимированы выражением:

RФ ( ) Ф e Ф k cos Ф k, (24) где Ф – среднеквадратическое отклонение силы флюктуации, Ф и Ф – параметры корреляционной функции флюктуации.

Значение тренда силы FTZ, влияющего на заглубление и выглубление РО, определяется как проекция сил сопротивления копанию грунта на ось Z0:

Z Z Z Z FТZ FЗАГЛ FРЕЗ FПР FГ, (25) где FЗАГЛ – сила сопротивления заглублению отвала;

FРЕЗ – сила сопротив ления резанию грунта;

FПР – сила сопротивления перемещению призмы волочения, FГ – сила сопротивления перемещению грунта вверх по отвалу.

Z FЗАГЛ k S н Lн, (26) где k’ – предел прочности грунта, Sн – ширина нижней площадки поверхно сти ножа, трущейся о грунт, Lн – длина ножа РО.

Z FРЕЗ k hСТР Lн tg Р, (27) где hСТР = -ZРО + Zf – толщина срезаемой стружки грунта, Р – угол реза ния, для неповоротного отвала равен 55°.

Z FПР V ПР g tg Р G ПР tg Р, (28) где VПР – объем призмы волочения;

– объемная масса грунта в призме;

– коэффициент внутреннего трения грунта о грунт, g – ускорение сво бодного падения.

Z FГ VПР g Г sin Р cos Р G ПР Г sin 2 Р / 2, (29) где Г – коэффициент внутреннего трения грунта о металл.

t lim V ПР t V ПР.

MAX (30) V ПР L н hСТР dt, t Таким образом, уравнения (21 – 30) использованы для реализации мо делирования силы сопротивления грунта копанию.

Для математического описания гидропривода перемещения РО был принят метод передаточных функций. Структурная схема математической модели гидропривода РО представлена на рисунке 2.

Передаточная функция золотника электрогидравлического распреде лителя с учетом общего запаздывания гидропривода:

x р k e гп р Wзол ( p ) зол, (31) i зол р Т зол1 p Т зол1 p где k1 – коэффициент усиления;

Тзол1 и Тзол2 – постоянные времени;

гп – общее время запаздывания гидропривода.

Направление рабочей жидкости в различные полости гидроцилиндра осуществляется сигналом управления xупр:

1 при x зол x зол ;

x упр 0 при x зол x зол x зол ;

(32) 1 при x x.

зол зол Динамика перемещения штока исполнительного гидроцилиндра – SШТ, описывается передаточной функцией [95]:

S р K ГЦ WЦ ( p ) ШТ, (33) x упр р TЦ p 1 p где ТЦ – постоянная времени гидроцилиндра, характеризующая инерцион ность динамической системы, KГЦ – коэффициент передачи гидроцилинд ра, соответствующий скорости движения штока – VШТ в установившемся режиме.

4 QН при x упр 1;

2 (d ц d ш ) K ГЦ 0 при x упр 0;

(34) 4 QН при x упр 1, dц где QН – подача насоса в полость гидроцилиндра, dц, dш – диаметры соот ветственно поршня и штока гидроцилиндра.

1 4 QН Txупр + p 2 (d ц d ш ) Ц VШТ 1 SШТ iзол xупр xзол Wзол(p) p 4 QН Txупр + Цp dц Рисунок 2 – Структурная схема математической модели гидропривода В связи с релейной характеристикой гидропривода РО, в данной рабо те предложено использование релейного порогового элемента (ПЭ) блока управления (БУ). Статическая характеристика ПЭ БУ имеет различные по роги срабатывания: b1 = |IВКЛ| – порог срабатывания на включение, b2 = |IВЫКЛ| – порог срабатывания на выключение, b = b1 + b2 – ширина нечувствительности ПЭ, kb = b1/b2 – отношение порогов срабатывания на включение/отключение ПЭ (рисунок 3).

Математическое описание статической характеристики ПЭ выполнено с помощью системы неравенств:

iзол 1 1 signI 1 1 signI d (I ) 1 1 sign(I b1 ) 1 sign(I b2 ) 1 при 2 dt 2, (35) iзол iзол 1 1 signI 1 1 sign(I b2 ) 1 1 signI 1 sign(I b1 ) 1 при d (I ) 2 dt 2 где iзол – ток управления, I – значение сигнала рассогласования между те кущим и заданным положением кромки РО.

iзол +iзол b b IВКЛ IВЫКЛ IВКЛ IВЫКЛ I b -iзол Рисунок 3 – Статическая характеристика порогового элемента Структура математической модели РП БА представлена как совокуп ность моделей отдельных её подсистем и их связей (рисунок 4).

Рисунок 4 – Блок-схема математической модели рабочего процесса Для подтверждения адекватности разработанной математической мо дели РП БА были проведены экспериментальные исследования, заклю чающиеся в регистрации переходных процессов перемещения РО при формировании единичных ступенчатых воздействий под элементами ходо вого оборудования и на гидропривод перемещения РО.

Сравнение экспериментальных данных с результатами машинного эксперимента показало, что расхождения теоретических и эксперимен тальных данных не превысили 13%.

В четвертой главе приведены результаты теоретических исследова ний РП БА, отражающие зависимости критерия эффективности УУ РО от основных его параметров.

При проведении теоретических исследований РП БА все параметры были разделены на три группы:

1) Фиксированные: геометрические и физическо-механические пара метры базовой машины, гидропривода и грунта;

2) Случайные: неровности микрорельефа и флюктуация силы реакции обрабатываемого грунта на РО;

3) Варьируемые: время запаздывания гидропривода – гп, скорость перемещения рабочего органа – VПОД, параметры статической характеристики ПЭ БУ – b1, b2, b = b1 + b2 и kb = b1/b2.

Исследования РП, представленные в качестве примера, проводились на модели грунта II категории с пределом прочности k’ = 0,1 МПа, пара метрами микрорельефа: Z = 0,05 м;

Z = 0,2 с-1;

Z = 0,15 с-1. Время моде лирования было взято равным 60 секунд. Глубина резания равнялась 0, м с поперечным уклоном 0,1 рад.

В результате исследования устойчивости УУ РО методом фазовых траекторий обоснована величина зоны нечувствительности ПЭ – b, обес печивающая отсутствие колебательности УУ (М = 0):

b VПОД гп. (36) При исследовании РП, анализируемыми параметрами приняты kb, VПОД и гп, а величина зоны нечувствительности b определялась от пара метрами гп и VПОД (36).

Полученные численные и графические зависимости критерия эффек тивности KЭ от VПОД и kb (рисунок 4) для различных значений времени за паздывания гидропривода гп.

KЭ гп = 0,1 с гп = 0,15 с гп = 0,2 с гп = 0,25 с гп = 0,3 с kb VПОД, м/с Рисунок 4 – Зависимости KЭ от VПОД и kb для различных значений гп Для нахождения целевой функции и решения задач оптимизации была проведена аппроксимация целевой функции KЭ = f(VПОД;

kb) уравнением регрессии. В работе было принято решение об аппроксимации зависимо стей методом наименьших квадратов, согласно алгоритму, блок-схема ко торого представлена на рисунке 6, а).

Найдены уравнения регрессии для зависимостей критерия эффектив ности KЭ от VПОД и kb (таблица 1). Графики функций KЭ = f(VПОД;

kb) для различных значений гп представлены на рисунке 5.

Таблица 1 – Уравнения регрессии зависимости KЭ = f(VПОД;

kb) для различных значений гп R гп,с Уравнение регрессии KЭ = f(VПОД;

kb) KЭ = 6,82 – 259,7VПОД – 0,73kb + 3009VПОД 2 + 260,2VПОДkb - 5,74kb – 13610VПОД 3 – 721,2VПОД 2kb – 248,6VПОДkb2 + 5,57kb3 + 21070VПОД 0,1 0, – 96,67VПОД 3kb + 662,2VПОД 2kb2 + 18,96VПОДkb3 + 1,04kb KЭ = 7,6 – 273VПОД – 6,27kb + 3300VПОД 2 + 222,9VПОДkb + 13,57kb – 15650VПОД 3 – 603,3VПОД 2kb – 232,4VПОДkb2 – 17,56kb3 + 25250VПОД 0,15 0, + 156,7VПОД 3kb + 486,2VПОД 2kb2 + 40VПОДkb3 + 9,84kb KЭ = 4,45 – 141,2VПОД – 7,93kb + 1696VПОД 2 + 188,8VПОДkb + 19,25kb – 8104VПОД 3 – 453VПОД 2kb – 206,1VПОДkb2 – 23,5kb3 + 13210VПОД 0,2 0, - 73,33VПОД 3kb + 431,6VПОД 2kb2 + 35VПОДkb3 + 11,77kb KЭ = 4,38 – 156,5VПОД – 3,11kb + 1872VПОД 2 + 168,5VПОДkb + 5,11kb – 8917VПОД 3 – 479VПОД 2kb – 168,5VПОДkb2 – 7,05kb3 + 14410VПОД 0,25 0, + 356,7VПОД 3kb + 295,9VПОД 2kb2 + 34,79VПОД kb3 + 4,48kb KЭ = 5,56 – 169,4VПОД – 10,48kb + 1774VПОД 2 + 240VПОДkb + 19,57kb – 8071VПОД 3 – 616,3VПОД 2kb – 246,7VПОДkb2 – 20,63kb3 + 12950VПОД 0,3 0, + 303,3VПОД 3kb + 429,6VПОД 2kb2 + 51,25VПОД kb3 + 9,95kb KЭ гп = 0,1 с гп = 0,15 с гп = 0,2 с гп = 0,25 с гп = 0,3 с kb VПОД, м/с Рисунок 5 – Графики зависимостей KЭ = f(VПОД;

kb) для различных значений гп Таким образом, полученные уравнения регрессии позволили перейти к поиску оптимальных параметров, согласно алгоритму, блок-схема кото рого представлена на рисунке 6, б).

Начало Начало @KЭ, pij, x0, lb, ub KЭnm, VПОДn, kbm Целевая функция, её Файл- Ввод цели и Ввод оптимум, точка функция условий уравнения начала оптимизации @KЭ оптимизации регрессии (x0) и граничные условия (lb, ub) Использование Переход от Расчет @KЭ метода условной к коэффициентов множителей безусловной уравнения Лагранжа оптимизации регрессии p00…pij, R2 Безусловная Вывод ко оптимизация эффициен методом тов p00…pij, R2 Ньютона Оптимальные KЭ, Конец Вывод VПОД и kb KЭ, VПОД и kb Конец а) б) Рисунок 6 – Блок-схемы алгоритмов оптимизационного синтеза основных параметров устройства управления: а) алгоритм аппроксимации, б) алгоритм оптимизации При решении задач оптимизации целевая функция и граничные усло вия представлены в следующем виде:

K Э f (VПОД ;

kb ) max;

(37) 0,05 VПОД 0,25 м/с;

0,2 kb 1. Для перехода от задачи условной к задаче безусловной оптимизации было решено воспользоваться методом множителей Лагранжа. При этом задача оптимизации представляется в виде функции Лагранжа:

m L( x j ;

i ) f ( x j ) i f i ( x j ) min(max) (38) i i 1...m, j 1...n.

Для решения задачи безусловной оптимизации был использован мо дифицированный метод Ньютона, основанный на пересчете матрицы Гессе формулой Бройзена-Флетчера-Гольдфарба-Шанно (алгоритм BFGS) и реа лизованный в программном комплексе Matlab.

В таблице 2 в качестве примера представлены полученные оптималь ные значения KЭ, Z, VПОД, b, kb, b1 и b2 для различных значений времени запаздывания гидропривода гп.

Таблица 2 – Оптимальные значения KЭ, Z, VПОД, b, kb, b1 и b2 для различных значений гп Z10-3 м b10-3 м b110-3 м b210-3 м гп,с KЭ VПОД, м/c kb 0,1 5,409 9,2 0,165 16,5 0,52 5,6 10, 0,15 4,569 10,9 0,160 24,0 0,52 8,2 15, 0,2 3,761 13,3 0,165 33,0 0,50 11,0 22, 0,25 3,223 15,5 0,16 40,0 0,52 13,7 26, 0,3 2,841 17,6 0,65 49,5 0,50 16,5 33, В пятой главе на основе проведенных в работе теоретических исследований РП БА разработана инженерная методика оптимизации параметров УУ РО.

Инженерная методика заключается в следующем:

1. Для имеющейся математической модели рабочего процесса бульдо зерного агрегата определить значения постоянных параметров:

a) по конструкторской документации на бульдозерный агрегат опре делить параметры базовой машины:, L, L1, L2, lK, lРО, lБ, CП, PП, MР, Lн, Sн, MAX VПР, Р, VБА;

b) по технической документации определить параметры гидроприво да бульдозерного агрегата: c1, с2, с3, mзол, гп, ТЦ;

c) выбрать тип обрабатываемого грунта и геометрические параметры неровностей его поверхности: среднеквадратическое отклонение, коэффици енты периодичности и затухания корреляционной функции микрорельефа и флюктуации силы реакции грунта на РО: k’,,, Г, Ф, Ф, Ф, Z, Z, Z;

d) исходя из проектной документации формируемого земляного по лотна задать высотную координату рабочего органа и угол его перекоса:

ZPO, РО.

2. Определение диапазона и шага изменения оптимизируемых пара метров устройства управления рабочим органом:

a) диапазон и шаг изменения скорости перемещения рабочего органа:

VПОД = (VПОД min: VПОД max, VПОД);

b) диапазон и шаг изменения коэффициента статической характери стики порогового элемента системы управления: kb = (kbmin:kbmax, kb).

3. Проведение исследований на ПЭВМ: решение математической мо дели РП БА, согласно условию устойчивости УУ b = VПОДгп, и получение массивов значений критерия эффективности KЭ от оптимизируемых пара метров VПОД и kb.

4. Аппроксимация полученных численных зависимостей критерия эффективности KЭ от VПОД и kb методом наименьших квадратов.

5. Оптимизация параметров VПОД и kb по полученной регрессионной зависимости целевой функции KЭ = f(VПОД;

kb) max, используя методы множителей Лагранжа и метод Ньютона.

6. Расчет оптимальных значений параметров b1 и b2 по полученным оптимальным значениям kb и b.

В качестве программной поддержки инженерной методики разработана САПР основных параметров УУ РО БА в программном комплексе Matlab, блок – схема алгоритма работы которой представлена на рисунке 8, и графи ческий пользовательский интерфейс САПР (рисунок 7), который взаимодей ствует с рабочей областью Matlab и его приложениями.

Рисунок 7 – Интерфейс САПР основных параметров устройства управления Начало Параметры базовой машины, Задание постоянных гидропривода, грунта и параметров математической модели устройства управления.

рабочего процесса Диапазон и шаг изменения скорости рабочего органа Задание оптимизируемых VПОД и коэффициента параметров устройства статической управления рабочим характеристики kb.

органом Получение значений KЭ Анализ для параметров VПОД и kb.

математической Запись массивов значений модели рабочего в файл.

процесса на ЭВМ Аппроксимация Аппроксимация зависимости KЭ от VПОД и численной kb полиномом 4-й степени.

зависимости KЭ Запись регрессионной от VПОД и kb зависимости KЭ=f(VПОД;

kb).

Использование методов Оптимизация множителей Лагранжа и параметров VПОД и kb Ньютона. Запись по целевой функции найденных оптимальных KЭ=f(VПОД;

kb) max значений параметров.

Оптимизация значений b и b2 по полученным оптимальным значениям kb и b Вывод рассчитанных KЭ, b1, b2, и VПОД.

значений параметров Конец Рисунок 8 – Блок-схема алгоритма работы САПР основных параметров устройства управления ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Проведенный анализ технологических операций бульдозерного аг регата и предшествующих исследований позволил обосновать критерий эффективности устройства управления рабочим органом бульдозерного агрегата в виде коэффициента сглаживания земляного полотна.

2. Разработанная математическая модель сложной динамической сис темы рабочего процесса бульдозерного агрегата, включающая в себя под системы: «Грунт», «Бульдозерный агрегат» и «Устройство управления ра бочим органом», позволила решить задачи анализа и синтеза основных па раметров устройства управления рабочим органом.

3. Проведенные экспериментальные исследования позволили подтвер дить адекватность разработанной математической модели рабочего процес са бульдозерного агрегата. Расхождения параметров полученных теоретиче ских и экспериментальных переходных процессов перемещения режущей кромки рабочего органа бульдозерного агрегата не превышают 13%.

4. Проведенные теоретические исследования рабочего процесса буль дозерного агрегата позволили установить влияние параметров математиче ской модели рабочего процесса на эффективность управления рабочим ор ганом и выявить функциональные зависимости критерия эффективности от основных параметров устройства управления.

5. Разработанная система автоматизации проектирования устройства управления рабочим органом бульдозерного агрегата позволяет оптимизи ровать основные параметры устройства управления.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

В изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Лазута И.В. Система автоматизации моделирования бульдозерно го агрегата // Вестник Воронежского государственного технического уни верситета. – Воронеж: ВГТУ, 2009. – № 8, Том 5. – с. 72 – 76.

В других изданиях:

2. Лазута И.В. Система автоматической стабилизации рабочего ор гана бульдозера // Межвузовский сборник трудов молодых ученых, аспи рантов и студентов. – Омск: СибАДИ, 2007. – Вып.4. – Ч.1. – с.176 – 178.

3. Лазута И.В. Система автоматического управления отвалом бульдо зера // «Теоретические знания в практические дела». Материалы межвузов ской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых исследователей, 14 – 16 марта 2007. – Омск: РосЗИТЛП, 2007. – с. 130 – 131.

4. Лазута И.В. Автоматическая система стабилизации рабочего ор гана бульдозера / Лазута И.В., Щербаков В.С. // «ВТТВ 2007». Материалы IV Международного технологического конгресса, 4 – 9 июня 2007. – Омск:

СибАДИ, 2007. – Ч.1. – с. 331 – 339.

5. Лазута И.В. Исследование динамики бульдозерного агрегата по его математической модели // «Машины и процессы в строительстве»

Сборник научных трудов. – Омск: СибАДИ, 2007. – Вып.6. – с.153 – 158.

6. Лазута И.В. Исследование динамики гидроприводов строительных и дорожных машин // Межвузовский сборник трудов молодых ученых, аспи рантов и студентов. – Омск: СибАДИ, 2008. – Вып.5. – Ч.1. – с.190 – 195.

7. Лазута И.В. Влияние алгоритмов управления рабочим органом бульдозерного агрегата на геометрические параметры земляного полотна // Сборник научных трудов. – Омск: НГАВТ, 2008. – Вып.6. – с.167 – 171.

8. Лазута И.В. Влияние геометрических параметров рабочего обо рудования бульдозерных агрегатов на их планировочные свойства // «Тео ретические знания в практические дела». Материалы межвузовской науч но-практической конференции студентов, аспирантов и молодых исследо вателей, 25 марта 2008. – Омск: РосЗИТЛП, 2008. – Ч.3. – с. 117 – 118.

9. Лазута И.В. Анализ систем автоматического управления рабочим органом бульдозерного агрегата // «Молодежь, наука, творчество – 2008».

Сборник статей VI межвузовской научно-практической конференции сту дентов и аспирантов, 13 – 16 мая 2008. – Омск: ОГИС, 2008. – с. 171 – 172.

10. Лазута И.В. Ходовое оборудование гусеничного трактора // «Раз витие дорожно-транспортного комплекса и строительной инфраструктуры на основе рационального природопользования». Материалы III Всероссий ской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, 21 – 22 мая 2008. – Омск: СибАДИ, 2008. – книга 2. – с. 64 – 68.

11. Лазута И.В. Математическая модель гусеничного движителя до рожной машины // «Научный потенциал высшей школы для инновацион ного развития общества». Сборник статей VI межвузовской научно практической конференции. Форум «Омская школа дизайна», 8 – 10 де кабря 2008. – Омск: ОГИС, 2008. – с. 173 – 176.

12. Лазута И.В. Моделирование рабочего процесса бульдозерного агрегата // Материалы 62-й научно-практической конференции СибАДИ, 10 – 11 декабря 2008. – Омск: СибАДИ, 2008. – книга 1. – с. 231 – 234.

13. Лазута И.В. Математическое моделирование бульдозерного агре гата в среде Matlab-Simulink // «Развитие дорожно-транспортного комплек са и строительной инфраструктуры на основе рационального природополь зования». Материалы IV Всероссийской научно-практической конферен ции студентов, аспирантов и молодых ученых, 20 – 21 мая 2009. – Омск:

СибАДИ, 2009. – книга 1. – с. 324 – 327.

14. Лазута И.В. Автоматизация проектирования основных парамет ров устройств управления рабочим органом бульдозерного агрегата. // Ма териалы 63-й научно-практической конференции СибАДИ, 9 – 11 декабря 2009. – Омск: СибАДИ, 2009. – книга 3. – с. 82 – 86.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

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.