Учебное пособие 2165

отбора части мощности двигателя на привод вспомогательных механизмов и исполнительных механизмов управления рабочим органом, кВт; NТ.Р t –

тяговая мощность механической энергии, подведенная к рабочему органу технологической машины от двигателя с помощью передаточного механизма и

реализуемая непосредственно на разработку грунта, кВт; ПТ.К t – техническая производительность ЗТМ в процессе копания грунта, м3/ч.

Тяговая мощность на рабочем органе NТ.Р t и её силовая составляющая ТР t затрачиваются на преодоление сопротивления грунта копанию РК t , включающее в себя сопротивление вырезанию стружки грунта из массива РР t и сопротивления, связанного с формированием вырезанного грунта в

где BР , hР t – ширина и толщина вырезаемой стружки грунта.

Средняя производительность за время копания tК : ПТ.К t VГР tК / tК . Для данной машины и грунта количество разработанного в единицу

времени грунта VГР t и производительность ПТ.К t эквивалентны величине реализованной на рабочем органе механической энергии с тяговой мощностью NТ.Р t . Однако режим NТ.РMAX обеспечивает ЗТМ максимальную производительность ПТ.КMAX в том случае, если рабочий орган полностью реализует эту мощность непосредственно на вырезание грунта из массива, то есть когда ТР t = РР t , РПР t = 0. Это имеет место только в начальной стадии процесса копания, когда еще призма вырезанного грунта отсутствует, то есть ее объем VПР = 0, а в дальнейшем VПР t > 0 и Pпp(t) > 0. Кроме того, режим NТ.РMAX не учитывает расхода энергоносителя в процессе копания грунта. А критерий эф-

161

точной в общем энергетическом потоке (2.186) системы «ЗТМ – грунт». Особенности процесса копания грунта ЗТМ состоят в том, что максималь-

ные значения функций NТ.Р hР MAX , ПТ.К hР MAX , ЭП hР MAX , характеризующие эффективность их работы, не совпадают по величине аргумента hР t , то есть

режимы разработки грунта по этим критериям не совместимы [123]. Проанализируем первопричины этих особенностей.

При установившемся режиме резания грунта ( hР =const и Д = const) всей длиной ножа рабочего органа (отвала или ковша):

где KРЕЗ – удельное сопротивление грунта резанию, кПа; FР – площадь поперечного сечения вырезаемой в массиве стружки грунта, м2; ВP , hP – ширина и толщина вырезаемой стружки грунта, м.

Текущей координатой сопротивления грунта резанию PP является глубина резания (толщина вырезаемой стружки) PP hP , а сопротивления PПР – объем вырезанного грунта в призме перед отвалом или в призме перед заслонкой и в ковше скрепера

163

интенсивнее, чем ПТ.К .

На рис. 2.40 представлены характеристики процесса разработки суглинистого грунта III группы с KРЕЗ = 122 кПа бульдозером ДЗ-158 УХЛ на базе трактора Т-25.01 на 1-й передаче [25], перестроенные для режима копания ТР = PК = PР при PПР = 0. В этом случае сила тяги ТР и тяговая мощность NТ.Р на рабочем органе затрачиваются только на вырезание грунта из массива, что соответствует начальной стадии процесса копания, когда еще не сформировалась призма вырезаемого грунта, т.е. VПР = 0 и PПР = 0.

Рис. 2.40. Характеристики процесса резания грунта бульдозером ДЗ-158УХЛ

164

Выводы: 1. При ТР < 140 кН комплексный однореакторный гидротрансформатор ГТР 4802 работает в режиме гидромуфты (ГМ), а при ТР >140 кН – в режиме гидротрансформатора (ГТ).

2.При ТР > 230 кН гидротрансформатор работает на непрозрачном участке внешней характеристики, поэтому расход топлива дизелем 6V 396Т постоянный – GТ = 59,1…59,75 кг/ч const.

3.Функции NТ.Р , ПТ.К , ЭП = f( hP ) являются экстремальными, выпуклыми вверх на всем интервале аргумента hP [ 0, hР MAX ], то есть имеют глобальный

максимум при hОПТ

4. Так как PПР = 0 и ТР = PР , то NТ.Р = mах и ПТ.К = mах при hP = hP 0 = =0,46 м, что соответствует значению ТР = 240 кН. А с учетом вывода 2 и ЭП = =mах при том же значении hP . То есть в данном случае режимы NТ.РMAX , ПТ.КMAX ,

совпадают по аргументам hP и ТР , но это является исключением.

5. Остановка бульдозера ( Д = 0) происходит из-за буксования движителя при силе тяги на рабочем органе по сцеплению ТР = 351 кН, что соответствует при PПР = 0, hP MAX = hP 0 = 0,67 м.

Для ЗТМ с механической трансмиссией или с гидромеханической при работе гидротрансформатора на прозрачном участке внешней характеристики

165

Рис. 2.41. Характеристики энергетического показателя ЭП = f( PПР , hP ) при копании грунта бульдозером ДЗ-158УХЛ [54]: 0 – PПР = 0; 1– PПР = 40кН;

Таблица 2.5

Показатели характеристик процесса копания грунта бульдозером ДЗ-158 УХЛ

Выявленные особенности процесса копания грунта [54] позволяют оптимально сформировать структуру тягового привода, являющегося энергети-

166

ческой основой ЗТМ, и организовать управление их рабочим процессом на основе эффективного использования энергетического потенциала машины [53].

2.5.2. Техническая производительность ЗТМ – резутьтат процесса функционирования рабочего органа с грунтом

Производительность является одним из важнейших технико-экономи- ческих показателей работы машины. Специфика ЗТМ состоит в том, что рабочий процесс её представляет собой систему, состоящую из взаимосвязанных элементов (операций), функционирование которых направлено на достижение единой цели – максимальной производительности.

Наиболее энергоемкой операцией рабочего процесса ЗТМ является копание грунта. Эта операция, в конечном счете, формирует количество (объем, массу) готовой продукции (вырезанного из массива грунта), которое соотносится с соответствующим временем функционирования машины. В результате

получаем либо техническую ПТ , либо эксплуатационную ПЭ производительности.

Разработка грунта ЗТМ осуществляется в процессе движения за счет реализации на рабочем органе силы тяги, развиваемой движителем, поэтому вырезаемый ножевой системой из массива грунт одновременно заполняет рабочий орган (отвал, ковш) у ЗТМ циклического действия или перемещается в боковой валик у отвальных ЗТМ непрерывного действия.

В общей проблеме повышения эффективности работы ЗТМ оптимизация управления процессом копания грунта является первостепенной задачей. Ее решение возможно на базе соответствующего программного и приборного обеспечения системы управления. Важнейшие элементы программного обеспечения – информационные параметры и управляющие алгоритмы. В основе их разработки лежат соответствующие аналитические зависимости.

Системный подход использует принципы декомпозиции, иерархичности, локальной оптимизации с учетом конечной цели функционирования объекта [140]. Для рабочего процесса ЗТМ как системы производительность является надсистемным показателем эффективности, а максимум её – одним из критериев эффективности, то есть целевой функцией. Чтобы эффективно управлять

процессом копания грунта, понятие технической производительности ЗТМ ПТ необходимо перенести на этот отдельный процесс – ПТК , как этого требует

системный подход. Критерий эффективности определяется следующими законами, сформулированными на языке системотехники [88].

1.Критерий оценки эффективности должен быть объективно определим и должен быть физически измеримой величиной.

2.Оценка эффективности требует цельного охвата системы. Процедура оценки эффективности должна идти от целого к частному — сверху вниз.

167

3.Эффективность подсистемы любого уровня иерархии должна оцениваться по критерию надсистемы. Критерии оценки системы и всех ее подсистем должны быть связаны прямой зависимостью.

Исходя из сказанного, для организации управления процессом копания грунта как подсистемы общей системы рабочего процесса ЗТМ от технической производительности ЗТМ ПТ в общепринятом определении перейдем к техни-

ческой производительности ЗТМ в процессе копания ПТК , которая характери-

зует интенсивность движения грунтового потока от ножевой системы по рабочему органу, то есть количество грунта, разрабатываемого непрерывно в единицу времени [40].

Так как процесс копания протекает во времени, то введем понятия теку-

производительностей.

Учет разработанного грунта в конечном счете ведется в плотном теле, а по рабочему органу от ножевой системы грунтовый поток движется уже в разрыхленном состоянии. Поэтому, исходя из системного подхода, дополнительно

ному грунту, находящемуся в рабочем органе (перед отвалом в виде призмы или в ковше) в разрыхленном состоянии. Введение этих видов производительностей обусловливается исходными информационными параметрами, которые могут быть использованы в программном обеспечении системы управления процессом копания.

Чтобы эффективно управлять процессом копания, необходимо предвари-

параметров, выдаваемых соответствующими датчиками системы управления. А для этого необходимо первоначально получить развернутые функциональные зависимости технических производительностей, которые позволят установить эти информационные параметры.

Процессом копания можно управлять непрерывно по текущему значению

ПТК t MAX и дискретно – по среднему значению ПТК tК MAX . Как правило, оперативным управляющим воздействием на процесс копания грунта ЗТМ

является текущая глубина резания hР t , определяющая толщину вырезаемой стружки грунта.

Рассмотрим техническую производительность ПТК ЗТМ с пассивным рабочим органом в процессе копания.

168

Копание грунта ЗТМ осуществляется на тяговом режиме путем реализации на рабочем органе силы тяги, развиваемой движителем и регулируемой

толщиной вырезаемой стружки, то есть глубиной резания hР t . Операции

рабочего цикла ЗТМ циклического действия – транспортирование и выгрузка грунта, холостой ход и развороты – не связаны с процессом копания, поэтому они не могут влиять на количество разработанного грунта. Эти операции осуществляются на других режимах работы ЗТМ, требуют соответствующего подхода к их управлению и здесь не рассматриваются.

Введем следующие обозначения:

отвалом или в ковше объемы вырезанного грунта;

BР – ширина резания, определяемая параметрами ножевой системы рабочего органа;

FР t – текущая площадь поперечного сечения вырезаемой в плотном теле стружки грунта;

Д t – текущая скорость движения ЗТМ (скорость резания грунта);

kР – коэффициент разрыхления грунта в процессе его отделения от массива и заполнения им рабочего органа;

kП – коэффициент, учитывающий потери вырезанного грунта при заполнении

им рабчего органа.

ЗТМ циклического действия (бульдозер, скрепер).

169

геометрическими параметрами рабочего органа (отвала, ковша).

На основании формул (2.195) – (2.201) установим информационные параметры и сформулируем алгоритмы для расчета технических производительностей ЗТМ циклического действия в процессе копания грунта.

время tК и в операционном блоке по формуле (2.198) рассчитать

величину П t .

ТК K

3. Для определения П t необходимо с помощью аналогового датчика

ТК

(например, радиоволнового типа) замерять текущие значения VПР t и в

операционном блоке рассчитывать текущие значения П t по формуле

ТК

(2.199).

4. Для определения П t необходимо с помощью таймера замерить время t

ТК K К

и в операционном блоке по формуле (2.200) рассчитать величину П t .

ТК K

ЗТМ непрерывного действия (автогрейдер, универсальный бульдозер).

Процесс вырезания грунта из массива и одновременное перемещение его по косопоставленному отвалу в боковой валик осуществляется на устано-

170