Автореферат (1025325), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Блок-схема математической модели силовой установкипредставлена на Рис. 4()(())9Рис. 4. Блок-схема математической модели силовой установкиПри моделировании использованы характеристики реальных двигателей,установленных на объекте исследований (Рис. 5). КПД электродвигателя прималых частотах вращения составляет менее 50 %, в связи с чем возможендефицит мощности при старте автопоезда с места. Для повышенияадекватности расчетов в математической модели учтено изменение КПДтяговых электродвигателей (ТЭД) в зависимости от частоты вращения.абРис.
5. Характеристики двигателей: а – ТЭД; б – дизель-генераторМощность, потребная для питания всех тяговых электродвигателейопределяется следующим образом:=N потр ∑=( NТЭДi ηТЭДi ) ∑ ( 30 ⋅ ωкi ⋅ U кр ⋅ M ТЭДi π ⋅ ηТЭДi ) ,1414=i 1 =i 1(15)где ηТЭДi – КПД i-го ТЭД при заданной частоте вращения; Uкр – передаточноечисло колесного редуктора.Мощность, доступная для питания ТЭД, определяется скоростнойхарактеристикой дизель-генераторной установки (Рис. 5, б).В третьей главе проведена верификация математической модели движенияавтопоезда по недеформируемому опорному основанию.
Для верификациииспользованы данные, зарегистрированным в ходе пробеговых испытанийавтопоезда полной массой 120 т в составе тягача с колесной формулой 8х8 итрехосного полуприцепа. Испытательные заезды проводились на участкеровной горизонтальной дороги. Сбор и запись параметров движенияосуществлялись посредством бортовой информационно-управляющей10системы (БИУС) с частотой дискретизации 10 Гц. Значения всех параметровзаписывались в лог-файлы, для чтения и экспорта данных из которыхиспользована программа ScopeTest. Для верификации выделены фрагментызаписи, включающие в себя старт с места, движение и торможение до полнойостановки. Пример такого фрагмента представлен на Рис.
6.Рис. 6. Пример фрагмента записи, используемого для верификацииВерификация предусматривает импортирование в модель записанныхданных по крутящим моментам на валах ТЭД и их подстановку вдифференциальные уравнения динамики движителей. В среде имитационногомоделирования MATLAB/Simulink формируются матрицы, состоящие изэкспортированных данных: по крутящим моментам на валах ТЭД и по угловымскоростям с учетом частоты дискретизации записи параметров движения.Для корректного проведения процедуры верификации в исходныеданныематематическоймоделидинамикиавтопоездавводятсясоответствующие исходные данные (массовые и геометрическиехарактеристики, моменты инерции, начальные параметры движения и т.д.), втом числе определяющие характеристики опорного основания.Сравнение угловых скоростей колес (на примере колес 1 и 6),полученных при моделировании, со значениями, записанными в ходеиспытаний, представлено на Рис. 7.Рис.
7. Угловые скорости колес: 1 – моделирование; 2 – экспериментМаксимальное расхождение значений угловой скорости для колеса 1составило 7,8%, для колеса 6 – 8,1%. Сравнение результатов, полученных входе экспериментальных исследований, с расчетными даннымисвидетельствует об их высокой сходимости, что позволяет сделать вывод обадекватности разработанной математической модели динамики автопоезда и11ее пригодности для прогнозирования тягово-динамических свойств, а такжедля анализа эффективности законов и алгоритмов управления различнымисистемами.Во второй части третьей главы разработана методика адаптациирезультатов экспериментальных исследований на стенде типа «Грунтовойканал» для их использования при математическом моделировании в видетягово-энергетических fw(φ) и тягово-сцепных φ(Sб) характеристиквзаимодействия колесного движителя с деформируемым опорнымоснованием.
Схема стенда и пример адаптированных характеристикпредставлены на Рис. 8.абвРис. 8. Схема стенда типа «Грунтовой канал» (а) и пример характеристиквзаимодействия колеса с деформируемым опорным основанием:б – тягово-сцепная φ(Sб); в – тягово-энергетическая fw(φ)В четвертой главе разработан закон распределения мощности междузвеньями автопоезда с использованием аппарата нечеткой логики (fuzzylogic), направленный на повышение тягово-динамических свойств,проходимости и энергоэффективности.На первом этапе исследования с помощью вычислительныхэкспериментов была доказана эффективность использования активногоприцепного звена в составе исследуемого автопоезда.
Движение автопоездамоделировалось на трех типах опорного основания (недеформируемое скоэффициентами сцепления φx100% = 0,7 и φx100% = 0,1, а такжедеформируемое) при постоянном уровне воздействия на педаль акселератора(hгаз = 1). Базовый вариант автопоезда (с пассивным полуприцепом) при всехусловиях движения продемонстрировал самые низкие показатели поскорости, углу преодолеваемого подъема и массе перевозимого груза.На следующем этапе необходимо разработать закон, определяющийраспределение мощности между звеньями в зависимости от условий ирежимов движения.
В качестве источника информации для системыуправления выбрано значение продольной составляющей силы в сцепномустройстве. Подключение и степень задействования ТЭД полуприцепарегулирует коэффициент использования мощности (hпр), который изменяетсяот 0 (двигатель отключен) до 1 (работа по внешней характеристике). Спомощью вычислительных экспериментов определены границы диапазона, вкотором осуществляется управление приводом колес полуприцепа. Затемисследованы три закона изменения hпр, представленные на Рис.
9.12Рис. 9. Степень использования мощности ТЭД полуприцепа в зависимости отсиловых факторов в сцепном устройстве: 1 – линейный закон;2 – положительная экспонента; 3 – отрицательная экспонентаАнализ результатов вычислительных экспериментов показал, чтоиспользование подключаемого привода позволяет существенно повыситьскорость движения автопоезда на подъеме с высоким коэффициентомсцепления, а при подъеме на опорном основании с низким коэффициентомсцепления значительно уменьшается время разгона до максимальной скорости.Наиболее эффективным оказалось регулирование по отрицательной экспоненте(кривая 3 на Рис.
9). Однако при движении на опорных поверхностях спеременным коэффициентом сцепления данный закон распределения непозволяет достичь высоких результатов. В связи с этим закон был подвергнутдоработке. В закон управления введен дополнительный входной параметр –Δωотн, показывающий относительную разницу между средней угловойскоростью колес тягача и полуприцепа.
Предложенный закон управленияраспределением мощности основан на использовании «Fuzzy Logic»(нечёткой логики).Для входных (ΔPкрx и Δωотн) и выходной (hпр) величин были составленыфункции принадлежности сигналов (Рис. 10).абРис. 10. Функции принадлежности входных сигналов: а – ΔPкрx; б – Δωотн13На основании выбранных значений (термов) были составлены 8лингвистических правил, которые связывают входные параметры с выходнойвеличиной, с описанием режима движения для каждого случая.Представлены сравнительные результаты теоретических исследованийдинамики автопоезда в случае различных законов распределения мощностимежду звеньями:• закон 1 – постоянное соотношение мощности между звеньями (50/50);• закон 2 – пропорционально сцепному весу звеньев;• закон 3 – пропорционально силе в ОСУ;• закон 4 – распределение на основе анализа силовых факторов в ОСУ икинематических параметров движения с использованием аппарата нечеткойлогики.В качестве оценочного показателя тяговой динамики автопоездов примоделировании приняты: максимальный угол преодолеваемого подъёма(αmax); максимальная скорость при движении на αmax; мощность, затрачиваемаясиловой установкой при установившемся движении на максимальный14подъем; мощность, затрачиваемая на буксование ( N S= ∑ Rxi ⋅ ωкi ⋅ rк0i ⋅ Sбi )i =1при установившемся движении на максимальный подъем.
Исследованияпроведены на трех типах опорного основания (недеформируемое скоэффициентами сцепления φx100% = 0,7 и φx100% = 0,1, а такжедеформируемое). Анализ результатов позволил сделать вывод, что припостоянных условиях движения все рассмотренные законы распределениямощности между звеньями демонстрируют схожие результаты.
Затем былипроведены исследования движения автопоезда в изменяющихся условиях. Одиниз видов испытаний заключался в следующем: автопоезд начинает разгон соскорости 0,5 м/с на подъеме 15° с высоким коэффициентом сцепления(φx100% = 0.6), через 10 метров наезжает на участок с низким коэффициентомсцепления (φx100% = 0.1) протяженностью 5 м, после которого вновь идет участокс высоким коэффициентом сцепления. Испытание считается пройденным, еслиавтопоезд смог полностью преодолеть участок с низкими сцепными свойствами.Результаты вычислительных экспериментов представлены на Рис. 11.абРис.
11. Результаты вычислительных экспериментов:а – скорость движения; б – потери мощности на буксование14Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что автопоездсмог пройти испытание только при четвертом законе распределениямощности. В остальных случаях при наезде колес полуприцепа на скользкийучасток автопоезд терял подвижность. Кроме того, при четвертом законераспределения мощности были получены минимальные потери мощности набуксование, что позволяет сделать вывод о повышении энергоэффективности.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ1. На основе современных положений теории движения автомобиляразработана математическая модель динамики, которая позволяетпрогнозировать показатели опорной проходимости при прямолинейномдвижении седельного автопоезда с активным полуприцепным звеном понесвязным грунтам в случае различных законов распределения мощности втрансмиссии.Особенностьюмоделиявляетсяиспользованиеадаптированных экспериментальных интегральных (тягово-энергетических итягово-сцепных) характеристик взаимодействия одиночных движителей сопорными поверхностями, полученных с помощью стендовых испытаний;учет изменения вертикальной нагрузки в опорно-сцепном устройстве взависимости от условий и режимов движения седельного автопоезда; учетрассогласования углов дифферента корпусов тягача и полуприцепа взависимости от условий и режимов движения седельного автопоезда;реализация при математическом моделировании особенностей работыэлектромеханического привода движителей, связанных с временнымиограничениями по возможности использования всей имеющейся в системемощности, обусловленными динамикой дизель-генераторной установки.2.Сравнениемрезультатовимитационногомоделированияпрямолинейной динамики автопоезда при различных тяговых сочетанияхзвеньев доказано, что разработанная математическая модель, в которойиспользованы адаптированные тягово-энергетические и тягово-сцепныеэкспериментальные характеристики, пригодна для прогнозированияпоказателей опорной проходимости и оценки эффективности законовраспределения мощности в трансмиссии.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
