1070
.pdf
где ρT – плотность топлива (кг/м3); ge – удельный расход топлива (кг/Вт·час); Nд – мощность (Вт).
На рисунке 5 представлена структурная схема моделирования уравнений ДВС с регулятором в среде Simulink.
1 |
|
w |
|
|
|
|
|
|
Md(w, z) |
|
-K- |
|
s |
|
|
M'd(w) |
|
|
|
|
|
|
|
dw/dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Integrator |
|
Lookup Table |
M_z |
|
-K- |
|
|
|
|
|
Gain1 |
|
|
|
Mz |
|
k |
|
|
|
|
|
|||
1 |
|
|
Constant |
|
Gain |
|
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
w |
|
|
|
|
|
|
|
|
Md |
|
Mc |
|
1 |
|
-K- |
|
|
-K- |
|
|
|
|
|
-K- |
|
s |
z |
|
|
Gain3 |
|
|
|
|
Gain4 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Integrator1 |
|
Gain2 |
|
|
c_1 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
c |
F_1 |
F |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Constant2 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
a_1 |
|
|
|
|
Constant3 |
|
|
|
||
|
|
a |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Constant1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
dz/dt |
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 5 – Структурная схема моделирования двигателя внутреннего |
|
|
||||||||||
|
|
|
сгорания с регулятором в Simulink |
|
|
|
|
|||||
В четвертой главе обоснован критерий энергетической эффективности перемещения груза в пространстве конфигураций СГК, который представляет собой затраты топлива, израсходованного ДВС:
Ae = A7 A8 A9 A10 AT =
q7 кон |
|
q8кон |
q9 кон |
q10 кон |
(3) |
= G7 dq7 |
|
G8 dq8 |
G9 dq9 |
G10 dq10 T kT , |
|
q7 нач |
|
q8нач |
q9 нач |
q10 нач |
|
где qiнач и qiкон – соответственно начальное и конечное интервальные значения управляемой координаты qi; Gi – удельные энергетические
затраты при изменении управляемой координаты qi; i [7;10] – номер управляемой обобщенной координаты; AT – затраты топлива ДВС при некоторой заданной для рабочего режима угловой скорости вала в отсутствии перемещений рабочего оборудования; T – время перемещений; kT – эмпирический коэффициент пропорциональности.
Управляемые координаты изменяются с рациональными скоростями, являющимися функциями массы поднимаемого груза и грузового момента, учитывающими конструктивные ограничения и ограничения, которые устанавливает человек-оператор. Целевая функция оптимизации рабочего процесса СГК: Ae min.
На имитационной модели проведен полный факторный эксперимент. Экспериментальные исследования были проведены на СГК различных марок. В качестве примера представлены результаты экспериментальных
11
исследований и результаты имитационного моделирования крана Ивановец КС-45717. В процессе исследований были выявлены факторы, оказывающие влияние на удельные затраты топлива G7…G10, значения управляемых координат: угла наклона стрелы q8, длины стрелы q9 и массы груза mгр. Установлено, что значения управляемых координат угла поворота платформы q7 и длины грузового каната q10 не оказывают существенного влияния на изменения удельных затрат G7…G10, создаваемых управляемыми координатами q7…q10 на фоне затрат топлива
врежиме холостого хода. Значения факторов q8, q9 варьировались в пределах конструктивных ограничений СГК. Значение верхней границы
предела варьирования фактора mгр определялось согласно диаграмме грузоподъемности СГК. По результатам обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии, аппроксимирующие зависимости приращений удельных затрат топлива G7…G9 относительно затрат топлива
врежиме холостого хода при изменении управляемых координат q7…q9 (единицы измерения: л/рад для q7 и q8; л/м для q9):
|
|
G |
7 |
G |
9 |
= b b m |
гр |
b m2 |
|
b q |
9 |
b q |
9 |
m |
гр |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
гр |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
b q |
9 |
m2 |
b q2 |
b q2 |
m |
гр |
b q2 |
m2 |
|
b q |
8 |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
6 |
|
|
|
гр |
|
7 |
|
9 |
|
|
|
8 |
9 |
|
|
|
|
9 |
|
|
9 |
|
|
гр |
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
b q |
8 |
m |
гр |
b q |
8 |
m |
2 |
b q |
8 |
q |
9 |
b q |
8 |
q |
9 |
m |
гр |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
12 |
|
|
|
|
гр |
|
13 |
|
|
|
|
|
|
|
14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
(4) |
|||||||||||||||||||
b |
q |
8 |
q |
9 |
m2 |
b |
|
|
q |
8 |
q2 |
b |
|
q |
8 |
q2 |
m |
гр |
b |
|
q |
8 |
q |
2 |
|
m2 |
||||||||||||||||||||||||||
15 |
|
|
|
|
гр |
|
16 |
|
|
|
|
9 |
|
17 |
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
18 |
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
гр |
|
|||||||||||||||||
b q2 |
|
b q |
2 |
m |
гр |
b q |
2 |
m2 |
|
b q2 |
q |
9 |
b q2 |
q |
9 |
m |
гр |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||
19 |
8 |
|
|
|
20 |
|
|
8 |
|
|
|
|
21 |
|
8 |
гр |
|
|
|
|
22 |
|
8 |
|
|
|
|
23 |
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
b |
24 |
q |
2 |
q |
9 |
m2 |
b |
25 |
q2 |
q |
2 |
b |
26 |
q2 |
q |
2 |
m |
гр |
b q2 |
q2 |
m2 . |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
8 |
|
|
|
|
|
гр |
|
|
|
|
8 |
|
9 |
|
|
|
8 |
|
9 |
|
|
|
|
27 |
|
|
|
8 |
|
|
|
|
9 |
|
гр |
|
||||||||||||||
Уравнение регрессии удельных затрат топлива G10 (единица измерения л/м), отнесенных к изменению управляемой координаты q10, зависит только от одного из трех учитываемых факторов – массы груза mгр, и имеет вид:
G10 = (b1 b2 mгр )2 . |
(5) |
В уравнениях регрессии (4, 5) режимам подъема и опускания груза соответствуют разные значения коэффициентов. Все коэффициенты уравнений регрессии (4, 5), согласно t-критерию Стьюдента, значимы. Максимальная относительная погрешность аппроксимации не превышает 3,4%. Показатели качества полученных уравнений регрессии свидетельствуют о высокой объясняющей способности регрессии. В качестве примера на рисунке 6 представлены графические зависимости удельных затрат топлива при изменении управляемых координат, как функции технологических параметров рабочего процесса: q8, q9, mгр.
12
G7,
л/рад 24000 кг
q8, рад |
|
||
G9, |
|
|
24000 кг |
|
|||
л/м |
|
|
|
|
|
|
|
q8, рад
G7,
л/рад 8250 кг
6250 кг
4250 кг
2250 кг
250 кг
250 кг |
G8, |
л/рад |
24000 кг
q9, м q8, рад
G10, |
|
24000 кг |
|
л/м |
|
|
250 кг
q8, рад
q9, м
q9=0 м |
G9, |
|
|
л/м |
q9=0 м |
||
|
|||
|
|
24000 кг
mгр=250… 24000 кг
q8, рад
250 кг
q9, м
250 кг
q9, м
24000 кг
6250 кг
4250 кг
2250 кг
250 кг q8, рад
Рисунок 6 – Зависимости удельных затрат топлива, полученные по уравнениям регрессии в режиме опускания груза при значениях mгр от 250 до 24000 кг (пример)
Предложена методика оптимизации технологических параметров рабочего процесса СГК. Для решения обратной задачи кинематики СГК разработан алгоритм, блок-схема которого представлена на рисунке 7. Особенность алгоритма заключается в определении граничных значений
интервалов ([q8В; q8H], ([q9В; q9H], ([q10В; q10H]) управляемых координат и выборе решения из допустимых конфигураций механической подсистемы
по значению одной из управляемых координат, заданному внутри соответствующего интервала с последующим определением значений двух оставшихся.
13
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Начало |
|
|
Координаты точки |
|||
|
|
|
|
подвеса груза xгр, |
||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
yгр, zгр, |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
координаты шасси |
||
|
|
Ввод |
||||||
|
|
|
|
|
q1…q6, |
|||
|
|
исходных |
|
|
|
постоянных |
||
|
|
данных |
|
|
конструктивных |
|||
|
|
|
|
параметров крана |
||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
x1,2, y1,2, x3,33, y4,43, |
||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
q8max, q8min, q9max, |
||
|
|
Определение |
|
|||||
|
|
|
|
|
q9min, q10min. |
|||
|
|
ρ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В зависимости от |
||
|
|
|
|
|
|
текущего номера |
||
|
|
|
|
|||||
|
|
Определение |
|
|
|
итерации |
||
|
|
|
|
используются разные |
||||
|
|
q6,7 |
|
|
|
уравнения. |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определение |
|
|
|
|
|
|
|
|
q7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i=1, 4, |
|
|
|
|
|
|
|
|
шаг 1 |
|
|
В зависимости от |
|||
|
|
|
|
|
|
текущего номера |
||
|
|
|
|
|
|
|
итерации |
|
|
|
|
|
|
|
|
используются |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Определение |
|
|
разные уравнения. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
q8 иq9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определение |
|
|
|
|
|
|
|
|
q8,1, q8,1, R2,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определение |
|
|
|
|
|
|
|
|
ρi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i=1, 3, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определение |
|
|
|
|
|
Определение |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
шаг 1 |
|
|
|
|
|
q9 и q8 |
|
|
|
|
|
|
q10 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Нет |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
ρi≤ρ<ρi+1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
Вывод |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сообщения |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
Да |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
об ошибке |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
Определение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сообщениео |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
[q8В q8Н]; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
невозможности |
||||||
|
|
|
|
|
|
Да |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
обеспечить заданные |
||||||||||
|
|
|
|
|
[q9В q9Н] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
координаты груза |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
Определение |
|
|
|
|
|
Вывод значений: |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q8В, q8Н, q9В, q9Н, |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
[q10В q10Н] |
|
|
|
|
|
q10В, q10Н, q7, q8, q9, |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q10. |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q10В<q10min |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вывод |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
результатов |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нет |
|
|
|
|
|
|
Да |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(q10≥q10min)˄ |
|
|
|
|
|
Коррекция |
|
|
|
|
|
|
Конец |
||||||||
|
|
|
|
|
(q10Н<q10min) |
|
|
|
|
|
q10Н, q9Н, q8Н |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нет |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Задаетсяq8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Да |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
Нет |
|
|
|
|
|
|
Да |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
Задаетсяq9 |
|
|
|
|
|
Определение |
|
|
|
Определение |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q8 |
|
|
|
|
|
|
q9 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
Нет |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
Рисунок 7 – Блок-схема алгоритма определения значений управляемых координат стрелового грузоподъемного крана
Блок-схема алгоритма определения оптимальных значений управляемых координат СГК для заданного перемещения груза приведена на рисунке 8. Данный алгоритм позволяет в автоматизированном режиме определять оптимальные значения управляемых координат СГК в
начальной (q7нач, q8нач, q9нач, q10нач), конечной (q7кон, q8кон, q9кон, q10кон) и в
промежуточных точках на всей траектории перемещения груза, используя критерий оценки энергетической эффективности. В качестве примера на рисунке 9 приведена зависимость критерия энергетической эффективности Ae от управляемых координат в начальной и конечной точках траектории.
14
|
Начало |
|
Ввод |
|
исходных |
|
данных |
|
R1нач=A1-1·R0нач; |
|
R1кон=A1-1·R0кон |
|
Вычисление: |
|
q7 1; q8Н1; |
|
q8В1; q7 2; |
|
q8Н2; q8В2 |
|
q8 нач= |
|
=q8Ннач...q8Внач |
|
q8 кон= |
|
=q8Нкон...q8Вкон |
|
Вычисление: |
|
q9 нач; q10 нач; |
|
q9 кон; q10 кон |
|
Счетчик: |
|
m=m+1 |
2 |
1 |
|
1 |
|
qначm=[q7начq8нач |
|
|
|
|
|
|
|
q9начq10нач]; |
Вычисление |
qконm=[q7конq8кон |
||
q9конq10кон]; |
|||
n; |
qi; Ai=0, |
|
|
где i=7...10 |
Aem=A7+A8+ |
||
|
|
|
|
|
|
|
+A9+A10+AT |
|
j=0...n |
|
|
|
шаг 1 |
|
|
qi=qi+j· qi, |
Перемещение |
||
конструктивно |
|||
где i=7...10 |
недопустимо |
||
Вычисление |
2 |
||
|
mmax |
|
|
|
|
|
Да |
mгр > mmax |
|
||
Нет |
|
Aemin=min{Aem} |
|
|
|
||
Gi=Gi п при |
qi>0; |
|
|
Gi=Gi о при |
qi>0, |
Ввод |
|
где i=7...10 |
|||
|
|
|
результатов: |
|
|
|
Aemin; qнач; qкон |
Ai=Ai+Gi·| qi|, |
|
||
гдеi=7...10 |
Конец |
||
|
|
|
|
Рисунок 8 – Блок-схема алгоритма определения оптимальных значений управляемых координат стрелового грузоподъемного крана для заданной траектории перемещения груза
Эффективность СГК во многом определяется местом его установки на рабочей площадке. В связи с этим в работе был разработан алгоритм определения оптимальных значений координат базового шасси СГК относительно начального и конечного положений груза, с учетом запретных для расположения зон. Алгоритм заключается в оптимизации обобщенных координат базового шасси (q1, q3). В интервалах заданной области ([xш0min;
xш0max]; [zш0min; zш0max]) положений начала системы координат, связанной с базовым шасси. С помощью двух вложенных циклов для каждого сочетания
координат вычисляется значение целевой функции Aexш0,zш0 и выполняется проверка на принадлежность точки O1 с координатами xш0, zш0 запретным зонам методом трассировки луча (рисунок 10). В качестве примера на рисунке 11 приведена зависимость критерия энергетической эффективности Ae от координат базового шасси q1, q3.
15
|
|
|
Ae, л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
Точка минимума, Ae=8,274 10-3 л |
|
|
|
|
||||
|
|
|
0,08 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,06 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,04 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,02 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q8 кон, рад |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q9 кон, м |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q8 нач, рад |
||
q10 кон, м |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
q9 нач, м |
||||
|
15 |
|
8 |
|
|
0,5 |
|
|
|
|
0,8 |
|||
|
|
10 |
|
6 |
|
|
|
0,6 |
8 |
10 |
q10 нач, м |
|||
|
|
|
5 |
4 |
|
|
0,4 |
6 |
|
15 |
||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
10 |
|
|||||
|
|
|
|
|
2 |
0,2 |
4 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
0 |
|
2 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 9 – Зависимость целевой функции от управляемых координат в |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
начальной и конечной точках (пример) |
|
|
|
|||||
|
Начало |
|
|
qнач=[q7начq8нач |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
q9начq10нач]; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ввод |
|
|
qкон=[q7конq8кон |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
q9конq10кон]; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
исходных |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
данных |
|
|
|
Ввод |
|
Z0, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
результатов: |
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
xш0=xш0min |
|
|
|
AeГлоб; q1; q3; |
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
xш…0max |
|
|
|
qнач; qкон |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
Конечная точка |
|
|||
|
|
|
|
|
|
Конец |
|
Начальнаяточка |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
zш0=zш0min |
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
zш…0max |
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
Определение |
|
|
Вычисление |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Aexш0,zш0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
числа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пересеченийn |
|
|
|
|
-5 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Aeглоб= |
|
-10 |
|
|
|
|
Запретные зоны |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Нет |
n четное |
Да |
|
|
=min{Aexш0,zш0}; |
|
|
|
Точка минимума, Ae=1,246 10-3 л |
|||||
|
|
q1=xш0опт; |
|
-15 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
q3=zш0опт |
|
-5 |
0 |
5 |
10 |
15 |
X0, м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-10 |
||||||
|
|
Рисунок 10 – Блок-схема |
|
|
Рисунок 11 – Зависимость критерия |
|||||||||
|
|
алгоритма определения |
|
|
||||||||||
|
|
оптимальных значений |
|
|
энергетической эффективности Ae от |
|||||||||
|
координат базового шасси |
|
|
положений базового шасси q1, q3 (пример) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На |
основе |
данной |
|
|
|
|
По уравнениям регрессии |
методики |
|
разработан |
|||
|
|
|
модуль, входящий в состав |
||||||
|
|
|
|
По экспериментальнымданным |
|||||
|
|
|
системы |
автоматизации |
|||||
Aemin, |
|||||||||
л |
|
|
моделирования, |
|
подт- |
||||
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
верждающий |
работоспо- |
||
|
|
|
|
|
|
собность методики (рису- |
|||
|
|
|
|
|
|
нок 13). В качестве |
|||
|
|
|
|
|
mгр, кг |
примера, |
иллюстрирующе- |
||
|
|
|
xкон, м |
|
|
го работоспособность мето- |
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
дики, получены зависимос- |
|||
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Рисунок 12 – Аппроксимация зависимости |
ти критерия эффективнос- |
|||||
|
минимальных затрат топлива Aemin от массы |
ти от высотных координат |
|||||||
перемещаемого груза mгр и расстояния между |
начальной |
и |
конечной |
||||||
начальной и конечной точками xкон (пример) |
точек, расстояния |
между |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||
начальной и конечной точками, массы груза. Проведена аппроксимация полученных зависимостей (рисунок 12).
Разработанные алгорит- |
|
|||||
мы и методики легли в основу |
|
|||||
системы автоматизации моде- |
|
|||||
лирования СГК. Вид окна |
|
|||||
главного |
меню |
|
системы |
|
||
автоматизации |
моделирования |
|
||||
СГКпоказано нарисунке14, а. |
|
|||||
Графический |
|
интерфейс |
|
|||
системы |
позволяет |
вводить |
|
|||
параметры подсистем СГК и |
|
|||||
его элементов, |
параметры |
|
||||
моделирования, |
|
возму- |
|
|||
щающие |
и |
управляющие |
|
|||
воздействия, |
|
параметры |
|
|||
вывода |
результатов |
в |
Рисунок 13 – Вид окна оптимизации |
|||
математическую |
|
модель |
параметров рабочего процесса |
|||
(рисунок |
14, |
|
б). |
Вывод |
|
|
результатов моделирования осуществляется в графическом и табличном виде. Также возможен просмотр пространственных движений механической подсистемы СГК в виде трехмерной анимации (рисунок 14, в). Разработанное программное обеспечение внедрено в ОАО «Конструкторское бюро транспортногомашиностроения» городаОмска.
В пятой главе изложены результаты экспериментальных исследований СГК в реальных производственных условиях. Экспериментальные исследования производились на автокране Ивановец КС-45717К-2. В качестве регистратора параметров использовался прибор безопасности и его датчики, стационарноустановленныенаСГК.
17
a)
б) |
в) |
Рисунок 14 – Графический интерфейс системы автоматизации моделирования СГК: a) вид окна главного меню; б) вид окна ввода параметров базового шасси СГК; в) вид окна трехмерной анимации механической подсистемы СГК в процессе моделирования (пример)
Проведенные экспериментальные исследования позволили составить уравнения регрессии максимальных рациональных скоростей изменения управляемых координат СГК от массы груза и грузового момента, получить численные значения параметров, входящих в математическую модель СГК и подтвердить адекватность математической модели. Расхождение значений параметров, полученных теоретически и экспериментально, не превышает 12%.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1.Разработанные математические модели подсистем сложной динамической системы СГК: механической подсистемы, подсистемы гидропривода и ДВС, позволили решить задачи анализа, выявить закономерности влияния параметров модели на критерий эффективности. Проеденные экспериментальные исследования показали, что расхождения численных значений параметров не превышает 12%, что позволило подтвердить адекватность математических моделей.
2.Обоснованный критерий энергетической эффективности перемещения грузов в пространстве конфигураций СГК, представляет
18
собой приращение расхода топлива по управляемым обобщенным координатам относительно расхода топлива в режиме холостого хода;
3.Полученные многофакторные регрессионные уравнения, устанавливающие взаимосвязь удельных энергетических затрат при изменении управляемых координат СГК, от технологических параметров рабочего процесса, позволили определить расход топлива ДВС при выполнении заданных перемещений грузов, оптимизировать траектории перемещения груза по энергетическому критерию;
4.Разработанные методика и алгоритмы оптимизации технологических параметров рабочего процесса СГК позволили выявить закономерности, связывающие технологические параметры с критерием эффективности. Предложенные методика и алгоритм позволяют, в автоматизированном режиме путем оптимизации технологических параметров рабочего процесса СКГ для различных значений конструктивных параметров, решать задачи синтеза оптимальных конструктивных параметров СГК;
5.Разработанные алгоритмы и программное обеспечение подтвердило эффективность предложенных методик оптимизации технологических параметров рабочего процесса и методику автоматизации моделирования сложной динамической системы СГК.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ
В изданиях из перечня ВАК:
1.Котькин С.В., Корытов М.С., Щербаков В.С. Методика решения обратной кинематической задачи грузоподъемного крана // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. 2011. № 2 (20). С. 71–76.
2.Котькин С.В., Софин А.Н. Моделирование рабочего оборудования гидравлического экскаватора с помощью Matlab // Вестник Академии военных наук. 2011. № 2 (35). С. 179–185.
3.Котькин С.В., Корытов М.С., Щербаков В.С. Экспериментальные исследования рабочего процесса стрелового гидравлического автокрана // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. 2012. № 1 (24). С. 73–78.
4.Котькин С.В., Корытов М.С., Щербаков В.С. Построение регрессионной модели определения энергетических затрат рабочего процесса грузоподъемного крана // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2012. Т. 8, № 3. С. 92–95.
В других изданиях:
5.Котькин С.В. Simmechanics как система автоматизации моделирования строительных и дорожных машин // Сборник научных трудов. Вып. 8. Омск: ОИВТ (филиал) ФГОУ ВПО НГАВТ, 2010. С. 100–104.
6.Котькин С.В. Использование Simmechanics при моделировании рабочего оборудования строительных и дорожных машин // Теоретические
19
знания – в практические дела: Сборник научных статей XI Всероссийской научно-инновационной конференции аспирантов, студентов и молодых ученых. Ч. 2. Омск: Филиал ГОУ ВПО «РосЗИТЛП» в г. Омске, 2010. С. 156–158.
7.Котькин С.В. Моделирование элементов рабочего оборудования строительных машин в Simmechanics // Материалы 64 научно-технической конференции ГОУ «СибАДИ» в рамках юбилейного международного конгресса, посвященного 80-летию академии. Кн. 1. Омск: СибАДИ, 2010.
С. 306–310.
8.Котькин С.В. Моделирование механической подсистемы рабочего оборудования гидравлического экскаватора в Matlab // Теоретические знания – в практические дела: Сборник научных статей XII Международной научно-инновационной конференции аспирантов, студентов и молодых ученых. Ч. 2. Омск: Филиал ГОУ ВПО «РосЗИТЛП»
вг. Омске, 2011. С. 337–341.
9.Котькин С.В., Щербаков В.С., Корытов М.С. Simulink-модель двигателя внутреннего сгорания грузоподъемного крана // Вестник Сибирского отделения Академии военных наук. 2011. № 10. С. 393–398.
10.Котькин С.В. Моделирование стрелового грузоподъемного крана
всреде Simulink // Современная техника и технологии: проблемы, состояние и перспективы: Материалы I всероссийской научно-технической конференции 23–25 ноября 2011 г. Рубцовск: Рубцовский индустриальный институт, 2011. С. 588–593.
11.Котькин С.В., Корытов М.С. Обоснование критерия оценки эффективности перемещения груза грузоподъемным краном // Научные труды молодых ученых, аспирантов и студентов. Межвузовский сборник.
Вып. 9. Омск: СибАДИ, 2012. С. 116–119.
12.Электронный ресурс «Алгоритм оптимального по энергетическим затратам управления рабочим оборудованием стрелового грузоподъемного крана для реализации заданного перемещения груза в пространстве»: свидетельство о регистрацииэлектронного ресурса ОФЕРНИО № 18055 / С.В Котькин, М.С. Корытов, В.С. Щербаков. Инв.номер ВНТИЦ № 50201250381;
заявл. 03.03.2012; опубл. 26.03.2012. 1 с.
Подписанокпечати10.04.2012.
Формат60 90 1/16. Бумагаписчая Оперативныйспособпечати ГарнитураTimes New Roman Усл. п. л. 1,25, уч.-изд. л. 0,95.
Тираж120 экз. Заказ№121
____________________________________________________________________________
ОтпечатановподразделенииоперативнойполиграфииУМУ ФГБОУВПО«СибАДИ»
644080, г. Омск, пр. Мира, 5.