2065

обеспечить решение вопросов, касающихся установления технико-экономической целесообразности практического применения объекта в группе машин разного типоразмера с учетом условий эксплуатации, производства, потребностей и перспектив развития промышленности.

Систему показателей для оценки эффективности землеройных машин целесообразно формировать на базе такого обобщенного показателя как приведенные удельные затраты, который с учетом соответствующих связей и ограничений наиболее полно отвечает рассмотренным требованиям и позволяет оценить эффективность машины как в сфере производства, так и в сфере производительности

[64].

Приведенные удельные затраты являются комплексным показателем оценки эффективности сложных систем наиболее высокого уровня. В наиболее общем виде этот критерий учитывает эффективность соответствующего объекта техники в сферах производства и эксплуатации. Приведенные удельные затраты определяются [69]

где суд. - себестоимость единицы продукции; СМС - себестоимость машино-смены; ПСМ - эксплуатационная производительность машины в смену; kуд. - удельные капитальные затраты, т.е. сумма

производственных основных фондов на единицу годового выпуска продукции; Е - нормативный коэффициент эффективности капиталовложений, характеризующий средний размер экономии от снижения себестоимости продукции, приходящийся на 1 руб. дополнительных капиталовложений; Ц - расчетная стоимость машины; ТСМ - число смен работы машины в году в соответствии с установленным режимом работы.

Все узлы, элементы и подсистемы машины можно условно разделить на две основные подсистемы: двигатель как энергетическую установку и машину без двигателя и представить зависимость для расчета приведенных удельных затрат в виде

30

следующей функции от энергоемкости и металлоемкости системы как частных технико-экономических показателей более низкого уровня

[64]:

где а1, а2, а3, а4 - капитальные и эксплуатационные затраты, с учетом затрат на повышение надежности, технологичности, ремонтопригодности и т.п., приходящиеся на единицу мощности двигателя (массы машины) в расчете на смену; mуд. -

Показатель приведенные удельные затраты целесообразно применять если известно, что коэффициенты, входящие в показатель для сравниваемых объектов техники, изменяются в значительной степени [13].

Недостатком этого критерия является то, что часть показателей, входящих в него, не могут быть определены с необходимой точностью, поэтому целесообразно применять более низкие по иерархической структуре показатели (энергоемкость, материалоемкость и т.д.), которые позволяют определять качество машины при неизменных параметрах, входящих в показатели более высокого уровня [13].

Более низким по иерархической структуре общим показателем служит обобщенный показатель оценки. Он позволяет оценить экономию энергетических и материальных затрат и определяется [64]

где Пуд - удельная производительность, которая, в свою очередь, определяется

целесообразно применять при условии, что для нового объекта коэффициенты приведенных удельных затрат не эксплуатацию и основные фонды значительно не меняются по сравнению с эталоном.

31

Ниже по иерархической структуре находятся энергоемкость и материалоемкость, входящие в приведенные удельные затраты, оценивающие основные группы подсистем машин или комплексов энергетического и технического назначения. Энергоемкость процесса оценивают показателем Nуд [64]

определяющим затраты материалов на единицу готовой продукции

[64]

где m - масса машины.

Важным более низким по иерархической структуре показателем служит производительность, которая является составляющим компонентом показателей более высокого уровня, и они не могут быть определены без известного значения производительности. Этот показатель важен при определении эффективности функционирования объекта. Применительно к автогрейдеру этот показатель имеет вид [64]:

где b3 - ширина захвата; n - число проходов автогрейдера по обрабатываемому участку до достижения требуемой точности по СНиП [49]; V - рабочая скорость движения машины.

Необходимость соблюдения точностных требований геометрических параметров земляных сооружений объясняется их функциональным назначением. В связи с этим проектной документацией, СНиП на производство и приемку работ в большинстве случаев предусматриваются допускаемые отклонения от основных проектных размеров. В табл. 1.4 даны численные значения предельных отклонений и соответствующих им средних квадратических отклонений высотных отметок и поперечных уклонов земляного полотна дороги.

32

Таблица 1.4

Связь геометрических параметров земляного полотна, предусмотренных СНиП 3.06.03-85

с среднеквадратическими отклонениями [96]

Примечание. Значения в скобках указаны для работ, выполненных автоматизированными машинами.

Критериями, характеризующими точность обработки грунта автогрейдером могут служить вероятностные характеристики случайных функций, описывающих рабочий процесс, например, [110]

где ~y,~p - математические ожидания соответственно вертикальной координаты и угла наклона поперечного профиля; yном, pном -

номинальные значения соответственно вертикальной координаты и угла наклона поперечного профиля; y , - среднеквадратические

отклонения соответственно вертикальной координаты и угла наклона поперечного профиля.

В тех случаях, когда нецелесообразно или невозможно использовать абсолютные значения математического ожидания и среднеквадратического отклонения, есть смысл применять

среднеквадратических отклонений параметров рельефа до прохода и после прохода ЗТМ [46].

Сравнительный анализ автогрейдеров, осуществляющих планировочные работы, целесообразно проводить с помощью векторного критерия

Применяемый критерий K не исключает использования в данной работе единичных критериев более низкого иерархического уровня, например, критериев устойчивости и качества систем управления, показателей переходных процессов и амплитудно-частотных характеристик, времени запаздывания и величины перерегулирования и др.

Таким образом, задача повышения эффективности каких-либо параметров автогрейдера сводится к соблюдению следующих тенденций:

Ky max, K max, m min.

34

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА АВТОГРЕЙДЕРА

2.1. Морфологический анализ конструкции автогрейдера

Декомпозиция расчетных схем, морфологический анализ конструкций автогрейдеров, созданные на его основе математические модели подсистем с возможностью формирования различных обобщенных моделей землеройно-транспортных машин методом структурно-кинематического объединения (композиции) агрегатных динамических подсистем позволили разработать алгоритм и методику принятия проектных решений при автоматизированном проектировании структуры и основных параметров автогрейдера

[18].

Под структурой понимается совокупность функциональных составляющих и их отношений, необходимых для достижения системой заданной цели [18], в данном случае – повышение точности профилирования и производительности. Решение задачи синтеза структур, имеющих требуемые характеристики, невозможно без классификации составных частей. Рассмотрение типовых технических и патентных решений позволяет провести их классификацию по числу структурных составляющих и характеру взаимосвязей.

С целью выявления основных структурных элементов и подсистем был проведён морфологический анализ известных компоновочных схем автогрейдеров (рис. 2.1).

Автогрейдер состоит из ряда элементов разных по назначению, форме и размеру, но выполняющих одну и ту же функцию в различных конструкциях при выполнении земляных работ [13].

Основными структурными элементами, представленными на рис. 2.1, являются: корпус 1, в который входят кабина оператора, двигатель, коробка перемены передач и прочее; балансирная тележка 2; шарнирно-сочлененная хребтовая балка 3; ось колес 4 и навесное оборудование с РО 5.

Из полученных элементов аналогично могут быть составлены практически все типы традиционных, а также ряд существенно модернизированных конструкций автогрейдеров [13]. При их составлении необходимо варьировать параметры, в наибольшей степени влияющие на планирующую способность автогрейдера. К

35

таким можно отнести: колесную схему, длину базы, расположение отвала в базе, размер балансирной тележки, конструкцию навесного оборудования.

Успешное решение вопроса автоматизированного синтеза новых конструктивных решений предлагаемым методом композиции требует наличия их математических моделей [13].

Рис. 2.1. Структурные элементы автогрейдера

2.2. Обобщенная математическая модель автогрейдера

Для составления уравнений геометрических связей автогрейдера, рассмотрения перемещения РО в пространстве под действием различных факторов, определения динамических характеристик объекта при различных возмущающих и управляющих воздействиях составлена пространственная расчетная схема автогрейдера (рис. 2.2).

36

При составлении расчетной схемы были приняты допущения [101]:

-автогрейдер является пространственным шарнирносочлененным многозвенником;

-конструктивные элементы автогрейдера абсолютно жесткие;

-люфты в шарнирных сочленениях автогрейдера отсутствуют;

-отвал постоянно заглублен в обрабатываемый грунт;

-рассматриваются малые перемещения элементов расчетной схемы;

-уплотнение грунта колесами пренебрежимо мало;

-автогрейдер движется прямолинейно с постоянной скоростью;

-эффективная длина РО принимается примерно равной ширине колеи автогрейдера.

Указанные допущения не влияют на правомерность выводов, и позволяют получить результаты расчетов с необходимой точностью.

Для описания положения элементов пространственной расчетной схемы в пространстве принята правая ортогональная инерциальная система координат O0X0Y0Z0 , связанная с грунтом. Ось O0X0 совпадает с направлением движения автогрейдера, ось O0Y0 направлена вертикально вверх [101].

Элементами пространственной расчетной схемы выбраны основные узлы автогрейдера, совершающие независимые перемещения друг относительно друга и определяющие его кинематические характеристики: хребтовая балка, подмоторная рама, левый балансир, правый балансир, передняя ось, тяговая рама и поворотный круг с РО.

Положение элементов расчетной схемы определяется положением соответствующих правых локальных систем координат

(табл. 2.1).

Для определения положения в пространстве произвольных точек

геометрических связей автогрейдера.

Положение РО в пространстве можно охарактеризовать

где К - коэффициент базы, характеризующий положение РО в колесной базе автогрейдера, Y1, YБ – вертикальные координаты центральных точек передней оси и балансирной тележки.

балансирной тележки автогрейдера, L1- расстояние от оси передних колес до центральной точки режущей кромки РО.

Для определения вертикальных координат осей правого балансира YБП и левого балансира YБЛ используем коэффициент базы