Рецензент

д-р техн. наук, проф. Н.С. Галдин (СибАДИ)

Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве СибАДИметодических указаний.

М74 Модел рован е землеройно-транспортных машин в среде MatlabSimulink [Электронный ресурс] : методические указания к лабораторным работам /

сост. : В. . Щербаков, А.А. Руппель, И.В. Лазута, С.А. Милюшенко. –

( ерия внутр вузовск х методических указаний СибАДИ). – Электрон. дан. – Омск :

ибАДИ, 2018. – URL: http://bek.sibadi.org/cgi-bin/irbis64r plus/cgiirbis 64 ft.exe. -

Режим доступа: для автор зованных пользователей.

Содержат кратк е теоретические сведения, методику и порядок выполнения лабораторных работ по моделированию землеройно-транспортных машин в про-

граммной среде Matlab-Simulink.

Имеют нтеракт вное оглавление в виде закладок. Содержат ссылки на видеоматериалы обучающего и демонстрационного характера, которые воспроизводятся с помощью проигрывателя Windows Media.

Предназначены для выполнения лабораторных работ по дисциплинам «Моделирование систем и процессов», «Моделирование средств и систем автоматизации», «Моделирование систем с применением программных пакетов», «Автоматизация и компьютеризация транспортных и транспортно-технологических машин и оборудования», «Автоматизация транспортно-технологических машин», «Системы автоматики подъемно-транспортных, строительно-дорожных машин», «Автоматизированное проектирование наземных транспортных машин» обучающимися всех форм направлений бакалавриата и магистратуры « втоматизация технологических процессов и производств», «Управление в технических системах», «Наземные транспортнотехнологические комплексы», «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» и специальности «Наземные транспортно-технологические средства».

Подготовлены на кафедре «Автоматизация производственных процессов электротехника».

Мультимедийное издание (500 КБ)

Системные требования : Intel, 3,4 GHz ; 150 МБ ; Windows XP/Vista/7 ; DVD-ROM ;

1 ГБ свободного места на жестком диске ; программа для чтения pdf-файлов : Adobe Acrobat Reader ; Foxit Reader

Техническая подготовка Н.В. Кенжалинова Издание 2-е, деривативное. Дата подписания к использованию 03.07.2018

Редакционно-издательский комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5. РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1

ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2018

ВВЕДЕНИЕ

Технические возможности отечественных землеройнотранспортных машин (ЗТМ) должны соответствовать лучшим мировым образцам. Наряду с дальнейшим совершенствованием традиционных конструкций необходимо создание новых конструктивных схем ЗТМ, которые бы соответствовали современным требованиям автоматизации процессов управления. Решен е такой проблемы в рамках существующих теорий ЗТМ

системпроект рован я разл чных автоматических и автоматизированных

во всех о ластях техники и народного хозяйства.

Целью проведен я данных лабораторных работ является

3

СТРУКТУРА ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

В настоящее время у нас в стране и за рубежом выпускается достаточно большое количество ЗТМ, отличающихся не только типоразмерами, но и своей структурой. К сожалению, до настоящего времени структуре ЗТМ в научной и технической литературе не было уделено достаточного внимания, в то время как без учета структурных свойств ЗТМ невозможно осуществить дальнейшее совершенст-

Структурная схема ЗТМ – графическое изображение математической модели маш ны как совокупности элементарных динамичезвеньев связей между ними. Структурная схема ЗТМ содержит звенья, которые отражают не конструктивные или функциональные

вование х с стем управления.

признаки маш ны, а ее динамические свойства.

совпадал с алгорчтобытмом функционирования реальной ЗТМ.

Звенья структурной схемы ЗТМ могут не совпадать с ее реаль-

элементов машины, обеспечивающаяАее цельность и тождественность самой себе, сохранение основных свойств машины при различных

Д нам ческ е свойства звеньев структурной схемы могут быть описаны передаточными функциями, частотными характеристиками или переходными функциями. По структурной схеме можно получить передаточные функции или динамические характеристики машины в

внешних и внутренних изменениях.

При рассмотрении вопросов точности работ, выполняемых ЗТМ, в качестве основных элементов структуры машиныИвыделяются: рама

машины, элементы ходового оборудования, рабочий орган, элементы навесного оборудования (толкающие брусья, тяговая рама и т.п.).

Внутренние изменения – изменения обобщенных координат, характеризующих положение элементов структуры в выбранных системах отсчета.

Анализ структуры ЗТМ по расположению рабочего органа относительно базы машины позволяет выделить три основных типа машин

(рис. 1):

•ЗТМ с рабочим органом в базе машины;

•ЗТМ с рабочим органом перед базой машины;

•ЗТМ с рабочим органом за базой машины.

4

Кроме рассмотренных существуют машины, представляющие собой сочетание признаков этих типов ЗТМ. Обычно такие машины содержат два или большее количество рабочих органов.

Рис. 1. Основные типы землеройно-транспортных машин:

а – в базе машины; б – перед базой машины; в – за базой машины

собой сочетание признаков этих типов ЗТМИ. Обычно такие машины содержат два или большее количество рабочих органов.

При анализе влияния структуры ЗТМ на точность обрабатываемой поверхности приняты следующие допущения:

• рассматриваются изменения больших значений координат элементов расчетной схемы;

• обрабатываемая поверхность формируется режущей кромкой рабочего органа;

• режущая кромка рабочего органа в процессе копания не выглубляется;

5

• влияние призмы волочения на формирование обрабатываемой поверхности не учитывается;

• машина представлена упрощенно в виде многозвенника, содержащего раму машины, переднюю и заднюю оси с колесами, рабочий орган, толкающие брусья;

• задняя ось и толкающие брусья закреплены на раме жестко, рабочий орган жестко крепится к толкающим брусьям, передняя ось имеет баланс рную подвеску;

мости или пространственныебрасчетные схемы.

Модел рован е ЗТМ состоит из нескольких стадий:

1.Принятие допущений, касающихся конструктивных особенностей машины, а также внутренних физико-механических связей её основных узлов.

2.Составление о о щенной расчетной схемы машины, задание линейных размеров и основных обобщенных координат.

3.Выявление основных геометрических связей узлов машины, вывод зависимостей между изменением обобщенных координат, составление аналитических выражений.

4.Выбор входных и выходных параметров ЗТМ, необходимых для исследования модели.

5.Составление структурной схемы математической модели машины, задание коэффициентов и передаточных функций, полученных из аналитических выражений.

Полученную структурную схему можно использовать для ис-

следования в пакете Simulink, поддерживающем визуально-блочное моделирование в виде структурных схем (рис. 2).АИ

6

7

8

где T1K и T2K – постоянные времени передаточной функции, завися-

щие от внутренней вязкости и жесткости шин.

Так как заднее колесо движется по неровностям опорной поверхности, находящимся под передним колесом, с запаздыванием τб, то можно записать уравнение для воздействия опорной поверхности

Рис. 5. Структурная схема модели симметричной балансирной тележки

9

Из формулы (1.2) и структурной схемы модели балансирной тележки (см. рис. 4) видно, что балансирная тележка снижает передачу воздействия от на ось YО < YП.

В табл. 1 приведены численные значения параметров математической модели балансирной тележки.

Таблица 1

1.Ознакомиться принципомДработы, расчетной схемой и математической моделью балансирной тележки.

2.Составить в обозначениях SimulinkИструктурную схему модели балансирной тележки по рис. 4.

3.Сформировать единичное ступенчатое воздействие опорной

поверхности под переднее колесо fп = 1(t). Для заданных численных значений параметров модели получить переходную временную характеристику системы и определить время переходного процесса tпп.

4.Для заданных численных значений параметров модели построить ЛАХ, ЛФХ и АФЧХ в LTI Viewer. Получить численные зна-

чения запасов устойчивости по амплитуде ∆L и фазе ∆ϕ. 5. Построить график характеристики tпп = f(Kбб).

10