Реферат: Система автоматической стабилизации пневмоколесной платформы для транспортировки крупногабаритных грузов
Большая длина автопоезда с очень тяжелым грузом создает проблему на поворотах. Ее решает гидромеханическая система управления поворотом колес следящего типа. С помощью этой системы прицепные звенья автоматически поворачиваются в зависимости от угла поворота тягача, и тяжеловоз довольно легко вписывается в габариты дороги на поворотах, маневрирует на строительных и заводских площадках. Например, 40-метровый автопоезд без проблем проходит поворот радиусом меньше 25 метров.
Оптимальный режим движения создает электромеханическая трансмиссия. Благодаря ней минимизируются потери на переходных режимах и при трогании с места, улучшаются тяговые и тормозные характеристики тяжеловоза, снижаются затраты на его обслуживание. Кроме того, с электромеханической трансмиссией проще управлять большим числом колес.
Чтобы многоколесный автопоезд имел постоянный контакт колес с дорожным полотном и равномерную нагрузку на все колеса, применяют независимую подвеску либо с упругими элементами, либо без них, но с балансирной связью между отдельными группами колес или со всеми колесами. Для повышения безопасности движения тормозная система прицепного звена делается многоконтурной (минимум - двухконтурной): отдельно для передних и задних колес всех звеньев.
Сегодня разрабатываются тяжеловозы в виде максимально унифицированных транспортных модулей грузоподъемностью по 60-120 тонн. Из них можно собирать большегрузные самоходные многоосные платформы практически любой грузоподъемности. Модули жестко соединяются в продольном и поперечном направлениях, образуя единую грузовую площадку. Такие самоходные агрегаты, оснащенные широкопрофильными шинами, могут найти применение в горнодобывающей, нефтяной и газовой отраслях. Они способны доставить к месторождениям, приискам и скважинам крупногабаритное оборудование, обогатительные фабрики, лаборатории или жилые комплексы. Тянуть туда железнодорожные ветки или строить специальные автодороги гораздо дороже. На подвижных платформах может быть смонтировано оборудование для обеззараживания почвы и переработки токсичных веществ, например в труднодоступных районах падения отработавших частей ракет.
По мнению специалистов, самоходные платформы-модули благодаря их высокой мобильности и большой грузоподъемности будут все более востребованы.
Специфика транспортируемого груза привела к ряду новых конструктивных решений многоопорных пневмоколесных платформ.
Для обеспечения проезжаемости транспортное средство большой массы не должно разрушать покрытие дорог, различные сооружения на них. Для этого нужно, чтобы нагрузка была распределена по опорной поверхности наиболее равномерно. Это приводит к ряду особенностей в конструкции и технологических требований. Транспортное средство должно быть многоопорным (многоколесным) с возможно более равномерным размещением опор по несущей поверхности. Обычно используется матричное расположение опор по дороге и, соответственно, по платформе. Возможны и другие, но не используются. Расстояния между опорами при этом определяются по соответствующим стандартам.
Возможное число опор ПКП ограничено стандартами, которые заставляют увеличивать нагрузку на опору вплоть до максимальной по несущей способности дороги. В этом случае в качестве подвески приходится использовать гидравлические цилиндры. Известно, что при движении в несвязанных опорах возникает существенный разброс по нагрузкам. Стремление уменьшить разброс нагрузок по опорам (и, следовательно, по дороге) привел к организации балансирных гидравлических связей между гидроцилиндрами опор, делая их как можно обширнее. Поэтому все транспортные средства имеют три или четыре (не более) гидробалансира. Главное назначение балансирных гидравлических связей подвесок в группах и групп по трех- или четырехточечной опорной схеме - обеспечение равномерного распределения вертикальных нагрузок по опорам. При трехточечной структуре подвески (три гидравлических группы) ПКП может двигаться по наиболее неровной дороге благодаря отсутствию изгибных деформаций. При четырехточечной опорной схеме (четыре гидравлических группы) обеспечивается устойчивость, которой обладает обычный двухосный автомобиль нормальной компоновки.
При движении транспортного средства все-таки возникает разброс нагрузок по опорам даже с учетом балансирных связей. Он порождается динамическими и статическими перегрузками, определяемыми инерционными силами и силой тяжести. Поэтому, во-первых, снижают скорость движения при возрастании массы груза. Таким образом, малая скорость движения есть технологическое требование или ограничение. Во-вторых, оснащают гидросистему подрессоривания гидроприводом и стабилизируют платформу в горизонтальном положении. Иногда используют изменение структуры балансирных связей, связывая это, впрочем, с устойчивостью и запасами устойчивости транспортного средства.
Большие размеры груза требуют использования большой площади погрузочной платформы и уменьшения опрокидывающих моментов на транспортное средство. В связи с этим конструкция ТС приобрела вид платформы с расположенными под ней колесными опорами. Недостаток такой конструкции - повышение уровня несущей части - компенсируется уменьшением радиуса колес и использованием систем стабилизации ПКП в горизонтальном положении.
При значительных габаритах ПКП возникает необходимость обеспечить маневренность ТС, то есть вписываемость его в габариты дорог и их кривизну. Для этого необходимо, чтобы все колеса были управляемыми, и поворот их обеспечивался на большие углы, доходящие до 90°. Механические тяги этого обеспечить не могут и используют электрогидравлическое рулевое управление с рулевыми программами: карусельное движение, поперечное движение, поворот с произвольным радиусом и т.д.
Еще один ряд особенностей транспортных средств для перевозки особо тяжелых грузов связан с габаритами и разнообразием груза.
Разнообразие груза находится в противоречии с серийностью выпускаемых транспортных средств. Желательно их унифицировать. Унификация конструкции привела к многомодульному построению транспортных комплексов. Причем типаж модулей достаточно широк - от двуосных модулей до восьмиосных. Они могут стыковаться как бортами, так и друг за другом. Из нескольких модулей могут собираться не только состыкованные транспортеры, но и разнесенные в пространстве и связанные грузом, либо грузовой балкой. Иногда в типаж включают одну опору с тем, чтобы наращивать не две ширины при стыковке бортами, а половину. Это немаловажно при ограничении ширины проезжей части.
Состыковка модулей в большие транспортные комплексы усложнила задачу равномерного распределения нагрузок по опорам ПКП. В настоящее время ее решают созданием единой гидравлической системы для всего транспортного комплекса, работающей подобно гидравлической системе одного модуля. При этом повышается мощность силовых установок, необходимая для функционирования системы стабилизации, и требуется одновременная работа нескольких насосных станций. Одним из возможных способов избежать создания дополнительной системы, обеспечивающей совместную работу нескольких насосных станций, является использование более полно систем стабилизации каждого модуля, входящего в транспортный комплекс.
Сложности, вызываемые длительностью и трудоемкостью такелажных работ, привели к изменению процесса погрузки-разгрузки. Используя систему подрессоривания как гидродомкрат, можно развести во времени такелажные и погрузочно-разгрузочные работы, устанавливая груз на некоей несущей платформе так, чтобы транспортное средство могло под нее заехать, поднять платформу, убрать опоры несущей платформы и, оставив груз на транспортере, двигаться уже с грузом.
Значительные размеры и масса транспортируемого оборудования определяют большие нагрузки, возникающие в конструкции ПКП и передаваемые на дорожную поверхность. Ограничения, налагаемые несущей способность дорожной поверхности, потребовали равномерного распределения нагрузок по опорам ПКП. Применение ряда новых конструктивных решений на таких транспортных средствах позволило достичь в этом направлении многого. Однако перераспределение нагрузки, возникающее в результате воздействия дорожных возмущений, компенсировать конструктивными изменениями не удается и поэтому в настоящее время равномерность распределения нагрузок по опорам при действии на ПКП дорожных возмущений достигается стабилизацией ПКП в горизонтальном положении при помощи управления гидроприводом системы подвесок. Управление обычно осуществляет оператор.
Появление возможности управлять подвесками ПКП позволило более эффективно использовать ПКП при проведении бескрановых погрузочно-разгрузочных работ, повысить устойчивость ПКП по опрокидыванию, расширить диапазон преодолеваемых дорожных неровностей, упростить создание многомодульных транспортных комплексов. Дальнейшее повышение эффективности использования ПКП ограничивается возможностями человека-оператора и требует разработки системы автоматической стабилизации (САС) ПКП в горизонтальном положении при движении по дороге и при проведении бескрановых погрузочно-разгрузочных работ.
Таким образом, система стабилизации модуля ПКП в горизонтальном положении является неотъемлемой частью ТС. Применение системы автоматической стабилизации ПКП позволит повысить безопасность движения ПКП, упростить проведение погрузочно-разгрузочных работ и расширить возможности модульной комплектации ТС для транспортировки крупногабаритных грузов.
Создание системы стабилизации ПКП является актуальной задачей.
2.1. Постановка задачи
Требуется разработать систему автоматической стабилизации пневмоколесной платформы для перевозки крупногабаритных грузов. Система должна обеспечивать горизонтальное положение платформы на заданной высоте с достаточной точностью как в движении, так и при проведении погрузочно-разгрузочных работ. Управление системой - микропроцессорное.
2.2. Требования
к процессу стабилизации ПКП в горизонтальном положении
С точки зрения протекания процесса управления, требования к системе автоматической стабилизации формируются по трем основным направлениям:
- точность;
- устойчивость;
- качество переходного процесса.
Точность системы задается и определяется в установившихся режимах. Устойчивость гарантирует затухание переходного процесса, после чего обеспечивается желаемое качество затухающего переходного процесса.
На движущуюся платформу действует только одно возмущение - дорожная поверхность. Она же определяет отклонение платформы от горизонтального положения. Возврат платформы в исходное положение подвеска, даже с упругим элементом, обеспечить не может. Поэтому устойчивость горизонтального положения должна достигаться при синтезировании закона управления. Вид закона управления определяется внутренними связями объекта управления и не зависит от каких-либо других условий.
Качество переходного процесса стабилизации пневмоколесной платформы целиком определяется уровнем дорожных возмущений и требуемой точностью стабилизации.
Таким образом, исходным требованием к процессу стабилизации платформы в горизонтальном положении, является точность стабилизации платформы. Поэтому представляется интересным и важным указать зависимости между точностью стабилизации платформы и требованиями эксплуатации транспортных средств такого класса, а также связать точность стабилизации с параметрами самого транспортного средства.
Среди преимуществ, которые дает управление гидробалансирными подвесками, основными являются три:
- обеспечение устойчивости платформы по опрокидыванию;
- подъем и опускание платформы при проведении погрузочно-разгрузочных работ;
- расширение диапазона преодолеваемых дорожных неровностей.
Очевидно, что обеспечение устойчивости платформы - единственное из перечисленных условие, которое накладывает ограничения на уровень стабилизации платформы.