Диссертация (1173099), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Выглубление рыхлителяПри выглублении рыхлителя на него действуют силы R02 и R01, а уголрыхления максимальный: αрв > αр (рисунок 4.1 г).Отметим,чтопризаглубленииивыглубленииуголотклонениярезультирующей сил сопротивления больше, чем в процессе установившегосярыхления: φз > φ и φв > φ [78].4.2.3. Силы рыхления, действующие на наконечникРезультирующая сила рыхления Р может быть представлена двумясоставляющими – Р1 и Р2 (рисунок 4.2). Составляющая Р1 способствует внедрениюрежущей кромки наконечника в сезонно-мерзлый грунт, а сила Р2, направленная97перпендикулярнолобовойповерхностинаконечника,воздействуетнаскалываемый элемент грунта.
Сила Р2 может быть разложена на две составляющиепо отношению к поверхности скола: Р3– сила, смещающая скалываемый элементгрунта вдоль поверхности скола; Р4 – сила, прижимающая (отжимающая)отделяемый элемент к (от) поверхности скола. Отметим, что сила Р4 врассматриваемом случае способствует перемещению отделяемого элемента вверхпо рабочему органу (наконечнику), так как она отжимает скалываемый элементгрунта от поверхности скола, и сила трения по ней не создается [78].Возможны три случая установившегося процесса рыхления мерзлого грунта,зависящие от сочетания величин углов θ и αр.Рисунок 4.2 - Расчётная схема установившегося процесса рыхления мерзлогогрунтаУпомянутые случаи имеют место в реальной практике земляных работ.
Прирыхлении грунтов слоя сезонного промерзания характерен случай θ < 90 – αр. Притаких параметрах глубина рыхления наибольшая, а угол скалывания меньше, чем вдвух других случаях.98Активные силы рыхления и равные им сопротивления мерзлых грунтоврыхлению возрастают с увеличением прочностных свойств мерзлого грунта, сростом глубины рыхления и износа наконечника.Таким образом, эффект «плавающего» состояния наконечника рыхлителянаблюдается со времени начала применения мощных статических рыхлителей приразработке высокопрочных и мерзлых грунтов.Процесс рыхления грунта на глубине «плавания» уменьшает значение егосопротивления.
Соответственно на величину коэффициента глубины «плавания»снижается и величина активной силы рыхления, что обеспечивает снижениенагрузок на металлоконструкцию рыхлителя и стабильность рабочей скоростимашины. Таким образом, усилие, возникающее при работе на глубине «плавания»,является реальным усилием рыхления грунтов.Рациональную глубину рыхления сезонно-мерзлого грунта определяют сучетом минимальной энергоемкости процесса. Вероятно, в рассматриваемомслучаеминимальнаяэнергоёмкостьпроцессарыхленияимаксимальнаяпроизводительность будет достигнута при работе машины на глубине «плавания»наконечника [78].Был проведен реальный эксперимент разработки тяжелого мерзлого грунтастандартным гусеничным рыхлителем (рисунок 4.3, а).Профилограмма грунтовой прорези, полученной при этом, приведен нарисунке 4.3, б.
Результаты анализа эксперимента показали, что значение глубины«плавания» зуба рабочего органа рыхлителя находится в пределах 0,6 – 0,8 отнаибольшего возможного значения его заглубления. Коэффициент «плавания» приэтом составит kпл = 0,6…0,8.99а)б)Рисунок 4.3 – Грунтовая прорезь после прохода рыхлителя, участок расчищеннойгрунтовой прорези с видимыми зонами сжатия и развала мерзлого грунта (а),профилограмма одного из участков грунтовой прорези (б)100Исследования механики процесса рыхления мерзлого грунта показали, чтозначение глубины «плавания» зуба рабочего органа рыхлителя определяется целойсовокупностью факторов, связанных с физико-механическими характеристикамигрунта, геометрией самого зуба, и мощностью рыхлительной машины, главнымииз которых являются прочность разрабатываемого грунта и мощность базовоготягача.Экспериментальное исследование позволило установить оптимальноезначение глубины «плавания» зуба рыхлителя (0,6…0,8), что позволяетосуществить выбор наиболее эффективного рыхления мерзлого грунта.Особенности процесса рыхления показывают, что он наиболее эффективенна глубине «плавания» наконечника рыхлителя.
Этой глубине рыхления прочногогрунтасоответствуетминимальнаяэнергоёмкостьпроцессарыхленияимаксимальная производительность. Работа машины на глубине «плавания»наконечникаможетбытьзафиксированапоминимальномузначениюпотребляемой мощности. Внедрение экстремальной системы регулирования,поддерживающей резонансный режим рыхления, позволяет получить этуинформацию и использовать ее оператором для поддержания эффективногозначения глубины рыхления [78].4.3. Функциональная схема СЭРПри разработке СЭР виброрыхлителем необходимо использовать рядусловий, обуславливающих работоспособность автоматических экстремальныхсистем оптимизации, связанных с их динамическими свойствами, определяющимирежимустойчивогопоискаэкстремума.ФункциональнаясхемаСЭРтехнологическим процессом виброрыхления рыхлительной машиной представленана рисунке 4.4.101Рисунок 4.4 - Функциональная схема СЭР процессом виброрыхления:ИМ МС – источник мощности; МС – магнитострикционный вибровозбудитель срыхлящим зубом; УГ – генератор мощности; ВН – выпрямитель напряжения; ИU,ИI – измерители напряжения и тока; Ф1, Ф2 – формирователи сигналов, ПУ –перемножающее устройство; БЭР – экстремальный регулятор; ПД –программируемый делитель; ТГ – генератор тактовых импульсов.Случайные изменения силы сопротивления грунта при рыхлении FМСвлияют на изменение тока i , в обмотке магнитостриктора.ИМ МС вибросистемы рыхлителя 1 является источником мощностигенератора 2, генерирующего электроимпульсы импульсы напряжения U счастотой, определяемой величиной тока, зависящей от изменении мощности,идущей на создание усилия резания грунта.Электрические импульсы попадают после формирователей (Ф1) и (Ф2) в ПУ7, а дальше в экстремальный регулятор (БЭР) 8, который осуществляет поисковыедвижения к экстремуму статической характеристики магнитострикционноговибровозбудителя с рыхлящим зубом за счет изменения его частоты вибраций пока102эта частота не станет резонансной.
При этом мощность, затрачиваемая на процессрыхления будет минимальной.БЭР вырабатывает сигнал, попадающий в делитель 9 (ПД), куда так жепоступает сигнал от генератора 10.Основным элементом функциональной схемы на рисунке 4.4 служит БЭР,входнымсигналомкоторогоявляютсязначенияординатэкстремальнойстатической характеристики. Назначение регулятора:•задать вид мощности вибросистемы к минимальному значению;•определять значение экстремума статической характеристики объекта;•реверсировать систему при наличии условия•осуществлятьрежимустойчивыхпериодическихколебанийвокрестности точки экстремума статической характеристики объекта.4.4 Функциональная схема БЭРФункциональная схема экстремального регулятора, показанная на рисунке4.5, работает следующим образом.
Формирователи Ф1 и Ф2, получая сигналы отдатчиков напряжения и тока, доводят их до необходимых уровней и передают наустройство перемножения (ПУ), где они перемножаются.Перемножающее устройство получает на своем выходе напряжение, прямопропорциональное мощности, потребляемой стрикционным вибровозбудителеммагнитостриктора, поступающее затем на БЭР. Непостоянные свойства грунтаизменяютусилиерыхления,частотуимощностьвыходногосигналамагнитостриктора, что приводит к изменению положения его рабочей точки настатической характеристике. Экстремальный регулятор в процессе управленияизменяет управляющий сигнал в виде частоты вибраций магнитостриктора до техпор, пока его выходной сигнал мощности N1 не станет равен экстремальномузначению.103Рисунок 4.5 - Функциональная схема блока экстремального регулятораСогласование работы всех элементов БЭР осуществляется тактовымгенератором (ТГ) и устройством управления (УУ).
По тактовому импульсу УУдвоичный код сигнала частотомера поступает в регистры (RGA) и (RGB) и нареверсивный счётчик, трансформируя его выходной код, поступающий в блокуправления. Таким образом, меняется положение рабочей точки мощности Pf1 настатической характеристике магнитострикционного органа виброрыхлителя.Цифровой код нового значения мощности попадает только в регистр (RGA).
Вустройстве сравнения происходит сравнение этого значения с зафиксированным напредыдущем шаге в регистре (RGB) значением мощности. Если код в регистре(RGA) меньше кода в регистре (RGB), когда величина мощности Pf1 стала меньшеранее полученного значения, то устройство управления вырабатывает сигналразрешения логической единицы, и импульс с его выхода через схему совпаденияпопадает на вход управляющего триггера, включая реверсивный счетчик.
Процессбудет продолжаться до момента получения экстремума. Дальнейшее движение104системы в том же направлении, минуя экстремум, приведет к тому, что сигнал навыходе устройства сравнения поменяет свой знак. Это вызовет переборуправляющего триггера и изменение направления работы реверсивного счетчика,что приведёт к уменьшению значения кода на выходе реверсивного счётчика, куменьшению частоты колебаний магнитостриктора и к перемещению рабочейточки статической характеристики P=F(f) в направлении к экстремуму.4.5 Влияние случайных возмущений на работу СЭРСАО виброрыхлителя относится к классу систем экстремальногорегулирования; она может оказаться неустойчивой при воздействии навиброрыхлитель случайных и монотонно вырастающих возмущений. Фильтрацияслучайных помех, действующих на САО, производится при включении на входесистемы простых фильтров, которые разрабатываются, учитывая свойства объектауправления и характер случайных помех.
Наиболее простыми являются фильтры ввиде инерционного звена, реализуемого с помощью пассивной цепочки.Уменьшение среднеквадратичного значения ошибки случайного возмущения σ спомощью фильтра определяется по выражениям соответствующих дисперсий D: () =σ21+(βф )2�2ф−�1 − −2β� + �σ2, =1 + βф2ф−− 1� βф + 1�,где Тф – постоянная времени фильтра; β – степень затухания переходного процесса.Первое выражение в формуле описывает процессы в постоянно включенномфильтре, а второе – в подключаемом только на время формирования ошибки.Процесс фильтрации случайных помех приводит к управлению времени ихкорреляции τк на выходе фильтра, которое для стационарного режимасуществования помехи определяется из выражения:11τк =� − βф2 �.1 − βф βУвеличение τк сопровождается уменьшением количества сбоев системы завыбранный отрезок времени.Низкая частота возмущенного воздействия λ1(t) ограничена полосойпропускания объекта управления. Передаточная функция виброрыхлителя сдостаточной степенью точности описывается инерционным звеном первого105порядка, с постоянной времени Тд и полосой пропускания, находящейся в пределахω=1/Tg, где Tg – максимальная частота низкочастотной составляющейвозмущающего воздействия λ1(t) равна ω=1/Tg.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
