Шестаков В.С. Расчет на ЭВМ нефтегазового оборудования. Учебное пособие для МНГ-2015 (811778), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Схема по рис. 4.3 позволяет в большейстепени формализовать процесс разработки алгоритма, поэтому можно применять в дальнейшем эту схему.Формализацию разработки алгоритма рассмотрим на примеререшаемой задачи. Алгоритм разрабатывается в следующейпоследовательности:1. В качестве условия выхода из цикла принимаем x<Lo и заносим его в элемент сравнения 4 (рис. 4.5) и помещаем его в нижнюючасть листа, на котором изображается алгоритм.108НачалоНачало11Ввод данныхВвод данных2Начальные условия3Вычислениепараметра ПДаПроверкадостиженияпараметра ПзаданногоПо значения44ДаП<ПоКонецНетНетП<По2Начальные условияВычислениепараметра ПКонецРис. 4.3.
Блок-схема с проверкойпосле вычисления параметра3Рис. 4.4. Блок-схема с проверкойдо вычисления параметраOption ExplicitНачалоSub Разгон_до_макс_скорости()Dim Fdv, Fc, m, Lo, dT, I1Lo,m,Fдв,Fc, tCall Ввод (Lo,M,Fdv,Fc,dt)Call Расчет(Lo,M,Fdv,Fc,dt)t=0, v=0, x=0End Sub2Sub Ввод(Lo,M,Fdv,Fc,dt)3Lo=Worksheets("Лаб1").Range(“D3")v=v+(Fдв–Fc)t/mM =Worksheets("Лаб1").Range("D4")Fdv = Worksheets("Лаб1").Range("D5")Fc=Worksheets("Лаб1").Range("D6")x = x+ v tdT = Worksheets("Лаб1").Range("D7")End Sub.Т = Т+ tSub Расчет(Lo,M,Fdv,Fc,dt)Dim V,X,TНетДаT=0: V=0 : X=0x<LоWhile x < Lo4Т, vV = V + (Fdv - Fс) * dT / MX = X + V * dTT = T + dTWendКонецWorksheets("Лаб1")..Range("D9") = TWorksheets("Лаб1")..Range("D10") = VРис. 4.5. Блок-схема алгоритмаEnd Subрасчета времени перемещения1092.
Введенное неравенство анализируется по определенностивходящих в него переменных. В программировании переменная считается определенной, если ей присвоено какое-либо значение. Переменные, входящие в правые части вычисляемого выражения или в обечасти логического, должны быть обязательно определены. В рассматриваемом логическом выражении Lo является заданным значениемрасстояния, следовательно, эту переменную указываем в блоке вводаданных 1.3. Выше блока сравнения 4 для определения переменной x, присутствующей в логическом выражении, в алгоритм вводится выражение для вычисления путиx = x+ vt.
В правой части этого выражения должны быть определены переменные x, v, t. Шаг интегрирования t вводится в блоке ввода данных 1. Для определения x используем начальное состояние ударника – в начале движения путь равен нулю, поэтому выражение x = 0 вводим в блок начальных условий 2.4. Выше выражения расчета пути вводится выражение для расчетаскоростиv,необходимойдлявычисленияx,v = v +( Fдв – Fc) t / m.Для определения переменных правой части этого выражениядобавляем в блок ввода данных 1: Fдв , Fc,, m, и v =0 - в блок начальных условий 2 .5. При формальном подходе для расчета параметра больше нетребуется ни одного выражения и можно завершать цикл расчетов.Выражение для расчета времени Т = Т+ t потребуется, когда будетрешаться вопрос вывода результатов расчетов – значения Т.
Его можно ввести как выше выражения расчета скорости, так и ниже выражения расчета пути, но это выражение должно обязательно попасть вцикл. После ввода выражения для расчета времени в блок начальныхзначений добавляют условие Т=0. Блок-схема алгоритма определениявремени перемещения на заданное расстояние показана на рис. 4.5.Разработка программы на ЭВМПервым этапом при разработке программы необходимо на листеExcel сформировать форму ввода-вывода.
Для данной задачи она может иметь вид, приведенный на рис. 4.6. Листу присвоим имя «Лаб1».Программа составляется по разработанному алгоритму. Для упрощения отладки программу разбивают на отдельные подпрограммыпо условию: каждая функция выполняется отдельной подпрограммой.В этой задаче можно выделить подпрограммы ввода и расчета.110Наименования переменных желательно применять такие же, что используются в математической модели. Для пояснений в программувведены комментарии. Передача данных между подпрограммамиздесь выполнена через аргументы.В нижней части алгоритма, представленного на рис.
4.5, выполняется проверка x<Lо. Если это условие выполняется, то должен бытьвыполнен возврат к расчету скорости v.В программе для осуществления возврата после какого-либосравнения из нижней части алгоритма к верхней применяют операторы цикла. Для реализации алгоритма можно применять несколькоразличных операторов цикла. Какую особенность необходимо учитывать при выборе того или иного оператора цикла? При выборе оператора цикла While или Do While с условием в начале цикла, необходимопроверять параметры, входящие в условие оператора цикла на определенность. Иногда один из параметров определяется внутри цикла, втаком случае, перед циклом этому параметру необходимо присвоитьзначение такое, чтобы цикл начал выполняться первый раз. Для реализации подобных алгоритмов можно рекомендовать применениеоператора цикла с проверкой условия в конце цикла.12345678910ABCDCРасчет времени перемещения элемента на заданное расстояниеИсходные данные1.
Расстояние перемещения, м12. Масса поршня, кг203. Движущее усилие, Н1004. Усилие сопротивления, Н105. Шаг интегрирования, с0.001Результаты расчетов1. Время перемещения, с2. Скорость в конце хода, м/сРис. 4.6. Расположение информации на листе Excel4.4. Расчет времени поворота звена на заданный уголЭта задача аналогична предыдущей, только в математическомописании в выражениях (4.1)-(4.3) необходимо заменить движущееусилие на движущий момент (Fдв Mдв ), усилие сопротивления намомент сопротивления (Fc Mc ), массу на момент инерции(m J) , линейную скорость на угловую (V ), перемещение на111угол (х ) заданное расстояние на заданный угол (Lo o).После указанной замены и тех же действий, что и в предыдущейзадаче, получим аналогичный алгоритм и программу.4.5.
Расчет времени изменения скорости механизмомвращательного движенияПодобная задача решается при расчете времени и угла при торможении платформы экскаватора, барабана лебедки и для других механизмов.Подробное описание процесса решения задачи рассмотрено в п.4.3. В этой и последующих задачах будут приводиться только дополнения и рассматриваться особенности решения без повторения известного.Анализ задачи. Торможение начинается со скорости о. Приторможении на платформу действует тормозной момент, направленный встречно движению.
В некоторых задачах движущий момент и момент сопротивления в процессе торможения остаются постоянными, а в других они меняются по законам, задаваемым илиграфически, или непосредственно математической зависимостью. Вданном примере рассматривается вариант механизма с постояннымдвижущим моментом и моментом сопротивления.Решение должно быть прекращено при полной остановке платформы. В алгоритме остановка может быть задана условием 0 .Математическое описаниеУравнение движения имеет вид-Мдв-Mc=J d/dt,(4.7)где Мдв, Mc – движущий момент и момент сопротивлений, соответственно; J–суммарный момент инерции платформы с вращающимисяэлементами привода, приведенный к элементу приведения; – текущее значение угловой скорости.Для расчета, при необходимости, угла поворота используетсявыражение определения скорости: скорость– это первая производнаяпути (угла) по времени = d/dt.(4.8)112Время определяется в процессе расчета при реализации выраженияТ= dt.(4.9)Преобразование в численную форму выполняется аналогично п.
4.3.Разработка вычислительного алгоритма выполняется также, как и в п. 4.3, при использовании условия повторения цикла >0. Блок схема алгоритма приведенана рис. 4.7. При изменении моментов по соответствующим выражениям они вводятся внутрь циклаперед выражением расчета .НачалоJ, Mдв,Mc,, o,tt=0, =o, =0= +( -Mдв–Мc)t/J = + tТ = Т+ tДа>0НетTКонецРис.
4.7. Алгоритма расчета4.6. Расчет времени изменения скорости рабочего органамеханизмом поступательного движенияТакая задача должна решаться при расчете глубины внедрениялезвий бурового инструмента в породу, при расчете пути торможения ударника и др. В этих задачах рабочий орган, после разгона донекоторой скорости v,тормозится до полной остановки,т. е. до v=0 под действием тормозного усилия (постоянного или меняющегося по заданному закону).Задача аналогична предыдущей, только в математическом описании в выражениях (4.7)..(4.9) необходимо заменить движущий момент на движущее усилие (Mдв→Fдв ), момент сопротивления на усилие сопротивления (Mc→Fc ), момент инерции на массу (J→m), угловую скорость на линейную (→v), угол на перемещение (→х), заданный угол на заданное расстояние (o→Lo).После указанной замены и тех же действий, что и в предыдущейзадаче, получим аналогичный алгоритм и программу.
Подобный рис.4.6 алгоритм получается для механизмов, у которых в процессе изме113нения скорости действует постоянное движущее усилие и усилие сопротивления. Если указанные усилия меняются, то в алгоритм добавляются соответствующие выражения их расчета, причем эти выражения должны быть обязательно в цикле.4.7. Определение максимального хода поршня-ударникаТакая задача решается при проектировании пневмо- и гидроударников для буровых станков. При совершении возврата после нанесения удара по буровой коронке поршень-ударник должен останавливаться сжатым воздухом и не наносить ударов по задней крышке. Длярасчета оптимальных размеров корпуса и необходимо знать ходпоршня-ударника при возврате. В этом, по существу, и заключаетсяпоиск оптимального решения при поиске размеров корпуса.Формулировка задачиОпределить максимальный ход поршня-ударника и время его перемещения. Поршень после удара перемещается горизонтально в исходное положение сжатым воздухом с давлением Ро, подаваемым вправую камеру.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
