123660 (Повышение производительности автогрейдера, выполняющего планировочные работы, совершенствование системы управления), страница 6

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 _к и периодичности _к корреляционной функции, среднеквадратичное отклонение микрорельефа моделируемого грунта, шаг h дискретности времени, интервал усреднения М_С 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 y_П и y_Л, что фактически является вертикальными координатами формируемого микрорельефа. Статистическая обработка данных проводилась с помощью подпрограммы SKO, вычисляющей среднеквадратичное отклонение данных от заданного значения.

Размеры автогрейдера принимались фиксированными и соответствующими табл. 4.1.

Таблица 4.1. Численные значения параметров автогрейдера при экспериментах

4.1 Погрешности показаний датчика системы стабилизации отвала автогрейдера в поперечной плоскости от места установки датчика и угла захвата рабочего органа

Основным источником информации ССО автогрейдера в поперечной плоскости является маятниковый датчик, установленный на автогрейдере. В большинстве серийно выпускаемых ССО маятниковый датчик устанавливается на тяговой раме или отвале автогрейдера. Известны исследования, в которых с различных позиций, в зависимости от поставленных в работе задач, проанализированы места установки маятниковых датчиков, их статические и динамические погрешности, доказана необходимость коррекции показаний датчика, установленного на отвале, в зависимости от положения тяговой рамы и угла захвата РО. Однако, в предшествующих исследованиях отсутствует анализ величины погрешности маятникового датчика в зависимости от места его установки и не показаны пути достижения более достоверной оперативной информации о фактическом поперечном уклоне формируемого земляного полотна.

Для решения поставленных в работе задач на основе предложенной математической модели автогрейдера были проведены исследования погрешности показаний маятникового датчика, зависящие от места установки датчика и угла захвата РО. Исследования проводились на математической модели автогрейдера, в которой была отключена ССО. Под правое переднее колесо автогрейдера с вертикальной координатой Y_1п подавалось единичное ступенчатое воздействие, равное 0,1 м. РО не вынесен в сторону. РО формирует профиль по всей колее. «Реальным профилем» в момент времени t считался уклон _реал поперечного сечения сформированного полотна, проходящего через точку, максимально приближенную к задним колесам автогрейдера.

Рис. 4.1. Поперечный угол наклона _реал «реального» профиля

На рис. 4.2–4.16 в качестве примера приведены переходные процессы перемещения характерных точек автогрейдера таких, как средняя точка отвала Y и крайние точки отвала Y_л и Y_п, а также угол поперечного уклона сформированного земляного полотна и показания «идеального» датчика при различных углах захвата РО , в различных местах установки датчика. При этом скорость автогрейдера была фиксирована и составляла V=1 м 53,691818 с.

На рис. 4. 18,4.19 в качестве примера приведены функциональные зависимости, построенные для численных значений корреляционных функций, приведенных в табл. 4.2.

Таблица 4.2. Численные значения параметров корреляционных функций микрорельефа

Из рис. 4.18 видно, что для принятых интервалов параметров коэффициент K_Y практически не зависит от численных значений параметров апроксимирующей корреляционной функции микропрофиля.

Рис. 4.18. Зависимости K_Y от параметров корреляционных функций микропрофиля _к, _к и _к.

Рис. 4.19. Зависимости K от параметров корреляционных функций микропрофиля: 1 – то _к; 2 – от _к; 3 – от _к.

Коэффициент K также практически не зависит от численных значений _к. На рис. 4. 19,2 в качестве примера представлена зависимость K от _к. Функциональная зависимость K от коэффициента _к представлена на рис. 4. 19,3, она имеет вид линии близкой к прямой и отражает прямопропорциональную зависимость.

Исходя из выше сказанного можно сделать вывод, что планирующие свойства автогрейдера в продольной плоскости не зависят от параметров корреляционных функций, описывающих микрорельеф обрабатываемой поверхности. В поперечной плоскости планирующие свойства автогрейдера при 90 существенно зависят от коэффициентов _к и _к. Причем, с их увеличением K увеличивается при прочих равных условиях. Это объясняется тем, что при 90 вертикальное перемещение режущей кромки отвала формирует «косую ступень» в обрабатываемом грунте, которая в свою очередь при наезде на нее задних колес приводит к перекосу автогрейдера.

4.3 Влияние угла захвата РО автогрейдера на планировочные свойства

Планировочные свойства автогрейдера в данной работе оценивались коэффициентами передачи в поперечной К и продольной К_Y плоскостях.

Был проведен машинный эксперимент для определения зависимости коэффициента K от угла захвата . Был смоделирован процесс наезда передних колес автогрейдера на ступень различной высоты, при этом _Y соответственно равен высоте ступени. Анализ результатов машинного эксперимента показал, что коэффициент передачи К при детерминированном воздействии не зависит от величины единичной ступени и определяется только углом захвата .

Рис. 4.20 Зависимость K от угла захвата .

На рис. 4.20 в качестве примера представлен график зависимости K от угла захвата , при наезде на ступень высотой 0.1 м.

Анализ полученной зависимости показал, что при увеличении угла захвата величина влияния перемещений передних колес на поперечный угол сформированного грунта уменьшается и при значениях угла близких к 90^o стремится к нулю. Таким образом при =90^o автогрейдер в поперечной плоскости является устойчивой системой.

В работе было также проанализировано влияние угла захвата на коэффициент K_Y. На рис. 4.21 представлена зависимость коэффициента K_Y от угла захвата .

Рис. 4.21. Зависимость планирующих свойств автогрейдера, определяемых коэффициентом K_Y, от угла захвата

Как видно из функциональной зависимости, угол захвата практически не влияет на планировочные свойства автогрейдера в продольной плоскости.

4.4 Анализ влияния основных параметров ССО и гидропривода на планировочные свойства автогрейдера

Анализ влияния параметров ССО и гидропривода на планировочные свойства автогрейдера в продольной плоскости достаточно подробно рассмотрен в работе. В данной работе целесообразно провести исследования влияния параметров ССО и гидропривода на планировочные свойства автогрейдера в поперечной плоскости. В качестве основных параметров ССО и гидропривода принимались _гид – запаздывание в гидросистеме, сек; A₂ - ширина зоны нечувствительности системы, рад; w – скорость изменения угла перекоса отвала, сек^-1.

При анализе использовалась математическая модель автогрейдера, которая приведена в гл. 3. При решении задач анализа варьируемые параметры исследовались в широком диапазоне, соответствующем существующим и перспективным моделям машин. В качестве примера представлены графические зависимости для численных значений параметров, приведенных в табл. 4.3.

Таблица 4.3. Значения варьируемых параметров

В качестве исходного принимался профиль, описываемый по правой и левой колее движения корреляционными функциями:

Критерием качества планировочной характеристики автогрейдера принимался коэффициент передачи вертикальных возмущений обрабатываемого грунта на поперечный уклон формируемого профиля К.

Используя этот коэффициент, было установлено, что наилучшие планировочные свойства автогрейдера при К0.

Блок-схема алгоритма анализа влияния скорости изменения угла перекоса отвала w на планировочные свойства автогрейдера представлена на рис. 4.22, где GRADE – программа реализующая обобщенную динамическую структурную схему автогрейдера, представленную на рис. 3.14.