Дипломная работа: Повышение производительности автогрейдера, выполняющего планировочные работы, совершенствование системы управления

Показатель производительности для автогрейдера имеет вид

м² 85с.

Сравнительная оценка только по показателю производительности, без учета показателей, характеризующих планирующие свойства автогрейдера, не позволяют объективно и всесторонне оценить эффективность машины. В качестве критериев, характеризующих точность обработки грунта автогрейдером, могут быть выбраны различные ограничивающие и экстремальные условия, но общим для них является то, что они являются вероятностными характеристиками случайных функций, описывающих рабочий процесс автогрейдера.

Одним из наиболее жестких условий является равенство нулю математического ожидания погрешности и минимум ее дисперсии:

или эквивалентное условие – равенство математического ожидания величины параметра точности по номинальному значению и минимум дисперсии:

В ряде случаев достаточно задать ограничения по дисперсии:

где -допустимое значение дисперсии.

Выполнение условия при незначительном проигрыше в точности землеройной машины, по сравнению с условиями и, может дать значительный выигрыш в других ее показателях, например, уменьшить массу, габариты, стоимость, трудозатраты в эксплуатации и др.

Однако в ряде случаев нецелесообразно, а иногда и невозможно использовать абсолютные величины дисперсий для проведения сравнительных оценок точностных параметров машин. В этом случае в качестве критерия точности в работе предлагается использовать, так называемый, коэффициент сглаживания, равный отношению среднеквадратических отклонений параметра, определяемых до и после реализации рабочего процесса. В работе предложено производить оценку планирующей способности автогрейдера двумя коэффициентами сглаживания – в продольном и поперечном направлениях. Недостатком коэффициента сглаживания в поперечном направлении является не совсем корректный выбор параметра, определяемого до реализации рабочего процесса, т.е. определяется отношение среднеквадратических отклонений угла поперечного профиля до и после обработки. Тогда как на формируемый угол поперечного профиля в силу конструктивных особенностей подавляющего большинства конструкций существующих автогрейдеров, основное влияние оказывают вертикальные премещения средней точки переднего моста автогрейдера.

Исходя из этого, в данной работе вводится коэффициент передачи возмущающих воздействий от вертикальных перемещений переднего моста автогрейдера в продольном К_Y и поперечном К_g направлениях.

Коэффициент К_Y равен отношению среднеквадратических отклонений вертикальной координаты, определяемых после и до реализации рабочего процесса.

Коэффициент К_g равен отношению среднеквадратических отклонений угла поперечного профиля после обработки и среднеквадратических отклонений вертикальной координаты до обработки.

Комплексный показатель достаточно объективно характеризует эффективность рабочего процесса, но определение весовых коэффициентов вызывает существенные трудности и связанно с субъективными оценками. Поэтому более целесообразно использовать векторный критерий эффективности, представляющий собой набор единичных показателей, характеризующих автогрейдер с различных сторон.

Таким образом, векторный критерий эффективности автогрейдера при выполнении планировочных работ имеет вид:

,

где Р₁ – единичный показатель, характеризующий планирующую способность автогрейдера в продольном направлений К_Y ; Р₂ - единичный показатель, характеризующий планирующую способность автогрейдера в поперечном направлении К_g ; Р₃ – единичный показатель, характеризующий рабочую скорость автогрейдера V.

Таким образом, задача оценки эффективности того или иного усовершенствования автогрейдера или оценки влияния на качество работ того или иного параметра автогрейдера и его системы управления трансформируется в задачу определения векторного критерия при условии, что требуемые тенденции изменения единичных показателей имеют вид

Р₁ ® max,Р₂ ® max,Р₃ ® max.

Кроме рассмотренных, могут быть и другие критерии эффективности при решении задач обеспечения точности автогрейдера. Их выбор зависит от типа решаемых задач, вида и объема исходной информации и др.

На основе вышеприведенного обзора критериев эффективности можно сделать вывод, что для оценки эффективности целесообразно применять более низкие по иерархическому уровню показатели, в частности производительность. На показатель производительности большое влияние оказывает количество проходов автогрейдера по обрабатываемому участку до достижения точности, установленной СНиПом. Особенности рабочего процесса автогрейдера, при проведении планировочных работ, позволяют при сокращении лишних проходов снизить затраты расходного материала. Таким образом перспективным направлением повышения эффективности автогрейдера, при проведении планировочных работ, является разработка новых систем управления рабочим органом, позволяющих добиться заданной точности геометрических параметров земляного полотна за минимальное число проходов по обрабатываемому участку.

1.2 Анализ предшествующих исследований

1.2.1 Анализ математических моделей автогрейдеров

Автогрейдерам и системам управления рабочим оборудованием автогрейдеров посвящено значительное число исследований. Был разработан ряд математических моделей автогрейдеров, снабженных автоматической системой стабилизации положения рабочего органа. Так как эти математические модели разработаны в разное время, для различных конкретных задач, они отличаются степенью детализации.

В работах В.С. Дектярева и А.М. Васьковского рассматривается автогрейдер, снабженный электрогидравлической системой стабилизации угла наклона отвала в поперечной плоскости. Расчетная схема автогрейдера выполнена в виде одномассовой системы на упругих опорах, математическое описание представлено дифференциальным уравнением второго порядка.

Для математического описания автогрейдер может быть представлен механической системой в виде шарнирно сочлененного многозвенника с голономными связями. В работах В.А. Палеева, В.А. Байкалова, В.Е. Калугина и А.Ф. Бакалова предложены обобщенные расчетные схемы автогрейдера, представленные пятизвенной системой с 13-ю степенями свободы и наложенными на нее упруговязкими связями. В зависимости от конкретных задач исследований математические модели различаются наличием дополнительных элементов и связей. В качестве элементов расчетной схемы выбраны: подмоторная рама, хребтовая балка, левый и правый балансиры, передняя ось и тяговая рама с рабочим органом. Математическая модель автогрейдера описывается системой уравнений Лагранжа второго рода. Для решения задач исследования пространственных кинематических цепей, которыми представлен автогрейдер, используется метод переходных матриц. Суть метода состоит в том, что задаются неподвижная система координат, связанная с неподвижным звеном или звеном, движущимся равномерно и прямолинейно, и локальные системы координат, жестко связанные с подвижными звеньями. В работах получены уравнения геометрической связи, определяющие положение произвольной точки локальной системы отсчета относительно однородной, связи между контролируемыми параметрами земляного полотна и значениями обобщенных координат автогрейдера, колебаний автогрейдера и др.

В работах В.В. Беляева, В.В. Привалова для описания перемещений элементов расчетной схемы была принята правая ортогональная система координат. Пространственное положение отвала характеризуют вертикальная координата его центральной точки и угол перекоса. Выведены уравнения кинематических связей, определяющих положение произвольных точек звеньев расчетной схемы в неподвижной системе координат в любой момент времени от начала отсчета и устанавливающих связь между положением рабочего органа и параметрами сформированной поверхности.