Добавил:

mihail1000 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Воронежский государственный технический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Учебное пособие 2165

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

30.04.2022

Размер:

9.42 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 2223 / 2523 24 25 > Следующая >>>

а также через величину необходимой подачи энергоносителя в двигатель GT t ,

ибо

hP t TP t NT.P t NДВ t GT t

в соответствии с энергетическим потоком (3.66) через обратную связь системы автоматического управления (САУ) подачей энергоносителя. Что подтверждает правильность принятия на основе системного подхода и энергетической

концепции в качестве целевой функции функционирования тягового привода

ЗТМ энергетического показателя ЭП t

(2.189), а в качестве критерия опти-

мальности управления процессом функционирования ЭП t max .

При установившемся режиме резания ( hP const

и Д const

) всей дли-

ной косопоставленного отвала сопротивление грунта копанию

на рабочем

органе ЗТМ (автогрейдере, универсальном бульдозере) будет равно:

PK PР PПР

;

(3.79)

РПР РПР1

РПР 2 РПР 3 ,

где РP – сопротивление грунта резанию, связанное с отделением стружки

грунта

от массива; РПP – сопротивления,

вызванные призмой вырезанного

грунта объёмом VПР в результате его трения о грунт

РПP1 , перемещения вверх

РПP 2 и вдоль РПP 3 по отвалу. При этом [136]:

РР КРЕЗ FP КРЕЗhP BO sin ;

РПР1 VПР ГР 1 sin ;

РПР 2 VПР ГР 2 cos

sin ;

(3.80)

РПР 3 VПР ГР 1 2 cos ;

BO HO hP 2

VПР

КЗ ,

2tg

ПР

где К

РЕЗ

– удельное сопротивление грунта резанию, кН/м2 (кПа); F

– площадь

поперечного сечения вырезанной в массиве стружки грунта,

м2;

–

длина

отвала,

м; НO – высота отвала, м; –

угол захвата отвала,

град.;

– угол

резания отвала, град., 1 , 2 – коэффициенты трения грунта о грунт и грунта о поверхность отвала; ГР – объёмный вес вырезанного грунта, находящегося в призме, кН/м3; ПР – угол естественного откоса грунта в призме волочения, град.; КЗ – коэффициент заполнения отвала грунтом.

221

Таким образом, сопротивление грунта копанию PK , преодолеваемое силой тяги на рабочем органе TP , при установившемся режиме резания всей длиной косопоставленного отвала будет равно

РЕЗ

B sin h

ГР

( sin

ПР

cos2 sin

cos )V .

(3.81)

ПР

Объём грунта, находящегося в призме VПР , определяется параметрами

отвала BO , НO

и величиной его заглубления в грунт hP . Максимальный объём

имеет место при hP 0 и равен

B Н

ПР MAX

2tg ПР

а минимально возможный по тяговой способности машины имеет место при

hP MAX , когда TP TP , и равен

VПР MIN

P MAX

КЗ.

2tg ПР

При hP 0 резание отсутствует и сила тяги на рабочем органе реализу-

ется только не перемещение вырезанного грунта объёмом VПР O

T T

BO НО2

( sin

cos2 sin

cos ).

ГР

Р PO

2tg ПР

Из выражения (3.81)

B К

VПР hP

2HOhP hP

2tg ПР

BO НО КЗ

BO НО

КЗ

VПРО VПР hP

;

2tg ПР

tg ПР

(3.82)

НО2

VПРО

КЗ VПР MAX

;

2tg ПР

BO НО КЗ

VПР

tg ПР

Итак,

ТР КРЕЗ BOsin hP ГР ( 1sin 2 cos2 sin 1 2 cos ) VПРО VПР hP .

222

Обозначим:

К	B sin ;	2		ГР	( sin		cos2 sin	cos ).	(3.83)
1	РЕЗ O	2		ГР	1	2	1 2

Тогда

ТР 1hP 2 (VПР О VПР hP ) 1hP 2VПР О 2 VПР hP TPO ThP ,

где TPO 2VПР О ; T 1 2 VПР .

На рис. 3.11 представлена экспериментально-расчётная характеристика процесса копания грунта ЗТМ. Копание суглинистого грунта III категории (плотность по ударнику ДорНИИ 12…17 ударов и массовая влажность 15…18%) автогрейдером ДЗ – 122А – 2 на первой передаче косопоставленным

отвалом при дискретном изменении глубины резания hP

для каждого отдель-

ного опыта. Анализ этих графиков показывает,

что функции VПР hP

и TР hP

на всём интервале hP 0...hP MAX ,

а функции

Д hP

GT hP на интервале

hP 0...hP ПТ.К близки к линейным.

Таким образом,

для

математического

анализа

функций

NT.Р hP ,

ПT.К hP , ЭП.ЗТМ hP ,

ЭП hP

в первом приближении рассмотрим линейную

модель процесса копания грунта ЗТМ с характеристиками:

ТР ТРО ТhP ;

ДО

h ;

(3.84)

GT GTО G hP ,

где

TPO 2VПР О ;

ГР

T 1 2 V

ВО sin [KРЕЗ

(3.85)

tg ПР

ПР

р 1 2ctg )] const 0.

( 1 2cos

223

				П Т											ТР , Д		GT , кг/ч
				П Т											кН м/с		GT , кг/ч
				м 3/ч
			NТ.Р ,				Д					G
			кВт1800										T
			кВт1800									П			60	1,6		18
												П	Т.К
	ЭП ,														Т
	м 3/кг50														Р
	м 3/кг50			1500											50	1,2 б		14
												NТ.Р
VПР , м		3							П Т
VПР , м			40	1200											40	0,8	0,8	10
	80		40	1200											40	0,8	0,8	10
												ЭП						ЭП.ЗТМ
																		ЭП.ЗТМ
0,5	60		30	900											30	0,4	0,6	кВт
																		кг/ч
										ЭП.ЗТМ
0,4	40		20	600											20	0	0,4	2,0
										VПР			б
0,3	20		10	300											10		0,2	1,0
0,2	0		0	0	0,02	0,04	0,06	0,08	0,10	0,12	0,14	0,16	0,18	0,20	0		0	0
															0		0	0
															hP , м
									h	hPN	h	h
									PЭ	Т.Р	PЭ	PП
									П.ЗТМ		П	Т.К

Рис. 3.11. Характеристики процесса копания грунта автогрейдером ДЗ – 122А–2 на режиме резания hP const

Итак, имеем действительные функции TР hP , Д hP , GT hP аргумен-

та hP , определённого на интервале hP 0; hP MAX с ограничением hP hP MAX приД hP MAX 0 , когда коэффициент буксования движителя 1,0 , а сила тяги на

рабочем органе TP TP .

Как видно из рис. 3.11, при непрерывном возрастании аргумента hP в

диапазоне hP 0...hP MAX функции TР hP и GT hP непрерывно монотонно возрастают, а функция Д hP непрерывно монотонно убывает. Для анализа функ-

ций NT.Р hP , ПT.К hP , ЭП hP и ЭП.ЗТМ hP , являющихся производными от

выше названных, рассмотрим модель процесса копания грунта отвальной ЗТМ,

имеющей линейные характеристики TР , Д , GT f

(3.84).

Тогда:

T.P

T.PО

(

ДО

T )h

; N

T.PО

ДO

PO P

ПТ.К FP Д ВО sin hP Д ВО ДO sin hP ВО sin hP2.

NT.P

. (3.86)

П.ЗТМ

GTO G hP

T.PО

ДО

P Т

ПТ.К

ВО sin

ЭП

( ДОhP hP2 ).

TO G

224

Как видно из рис. 3.11 и выражений (3.86) функции

NT.Р ,

ПT.К , ЭП.ЗТМ ,

ЭП f hP являются экстремальными. Проведём их анализ.

Необходимым условием существования экстремума непрерывно диффе-

ренцируемой функции f

x в некоторой окрестности точки хО

является равенство

нулю производной этой функции в точке

хО [11], т.е. f

Достаточные

x 0 .

условия существования экстремума [11]: если

f x

дважды непрерывно диф-

ференцируема

некоторой

окрестности

точки

хО

, а

f x 0

( f x0 0), то функция

f x имеет в точке хО

локальный минимум (максимум).

Из

0 имеем

T.P

ДО

P ОПТ

P NT.P

При

имеем N

, т.к.

P NT.P

T.P MAX

T.P

Из

0 имеем

Т.К

VДО

. При h h

P ОПТ

P ПТ.К

PПТ.К

имеем П

, т.к.

2В sin 0.

T.К MAX

T.К

При этом hP NT,P hPПТ.К

на величину ТО

2 Т .

VДО

при T

0 ,

2 V

P NT , P

PПТ . К

т.е. при отсутствии призмы вырезанного грунта VПPO 0. Реально у ЗТМ

VПPO 0 .

Из

имеем

ДО

1 .

P ОПТ

PЭП

При hP hPЭП

имеем ЭП max , т.к.

225

2 G

G h

G TO

G ДO P

ТО

G ДO

hP2 П P

G P

Т.е.

VПPO

Из

0 имеем

П.ЗТМ

ДО

РО

1 .

P ОПТ

PЭП.ЗТМ

hPЭП.ЗТМ hPЭП . При TPO 0 ,			т.е. при отсутствии призмы вырезанного грунта
0, hPЭП.ЗТМ hPЭП . Реально у ЗТМ VПPO 0 .
При hP hPЭП.ЗТМ имеем ЭП.ЗТМ MAX , т.к.
			2
				ЭП.ЗТМ hP 0;
			h2
			P
При TPO 0 и Т 1 имеем
	2				2
		ЭП.ЗТМ hP				ЭП	hP .
	h2				h2
	P				P

Выводы:

Математической основой управления процессом функционирования ЗТМ являются синтез её целевой функции - энергетического показателя ЭП hP max на основе системного подхода и энергетической концепции к

процессу разработки грунта и анализ этой функции для выбора метода управления и разработки алгоритма управления процессом функционирования.

Все рассмотренные функции F NT.P hP , ПТ.К hP ,ЭП.ЗТМ hP ,ЭП hP являются экстремальными и имеют локальный максимум в точке hP ОПТ , т.к.

2
h2 F hP 0. Эти функции выпуклы на всём интервале аргумента hP 0;hP MAX ,
P
поэтому их локальный максимум является и глобальным.
Оптимальные значения аргументов hP ОПТ при максимальных значениях
рассмотренных функций FMAX не равны hP NT,P	hPПТ.К hPЭП.ЗТМ hPЭП , т.е. режи-
мы разработки грунта при NT.P MAX , ПT.К MAX ,	ЭП.ЗТМMAX , ЭП MAX не совместимы

по параметру hP , что подтверждается также графиками на рис. 3.11. При этом

hP NT,P hPПТ.К , hPЭП. ЗТМ hPЭП , а также hPЭП.ЗТМ hPЭП hPПТ.К .

226

Энергосберегающее оптимальное управление процессом функционирования ЗТМ может быть осуществлено экстремальной системой автоматического управления [44], которая непрерывным шаговым поиском выявляет в процессе копания грунта максимальное значение энергетического показателя ЭП MAX и поддерживает его, обеспечивая разработку максимального количества

грунта на единицу затраченного энергоносителя, что равносильно затрате минимального количества энергоносителя на единицу разработанного грунта.

При выборе управляющих воздействий на процесс функционирования ЗТМ необходимо помнить, что ряд параметров установки рабочего органа является связанными. Так, у автогрейдера [16] и бульдозера с поворотным отвалом – это будет глубина резания hP и угол резания P , а также ширина

вырезаемой стружки грунта BP и угол захвата отвала α. При увеличении P увеличивается hP , при увеличении α увеличивается BP . У скрепера с увеличением P увеличивается hP . Параметры hP и BP непосредственно формируют

площадь поперечного сечения стружки вырезаемого грунта, т.е. непосредственно сказываются на сопротивление грунта резанию РР КРЕЗhP BP (3.80),

связанного с отделением стружки грунта от массива. Это необходимо учитывать при разработке систем управления рабочим органом и процессом копания грунта ЗТМ.

Связь параметров α и BP представляется зависимостью

BP BO sin ,

где BO – длина ножа.

Связь приращений параметров P и hP , т.е. P и hP более сложная и зависит от конструктивной схемы механизма регулирования угла резания.

3.6. Автоматизация управления процессом функционирования ЗТМ

На основе режимного показателя ЭП MAX на уровне изобретения [44] раз-

работан способ автоматизированного управления процессом функционирования ЗТМ при копании грунта и устройство для его осуществления, цель которых повышение эффективности функционирования ЗТМ [55].

ЗТМ, спроектированная для определённых условий работы, в процессе эксплуатации адаптируется к конкретной рабочей среде для достижения максимальной эффективности либо изменением параметров машины ZЗТМ (t), либо

регулированием воздействий на рабочий процесс X(t).

Оперативным управляющим воздействием на процесс копания грунта ЗТМ является параметр установки рабочего органа uPO (t) – заглубление или

выглубление рабочего органа в результате изменения глубины резания hP , так

227

как для замкнутой системы «ЗТМ – грунт» hP РК ТРО t , где РК – сопротивление грунта копанию. В данном случае uPO (t) ≡ hP (t).

Управление процессом копания грунта ЗТМ определяется режимными показателями, а так же выбранными информационными параметрами и характером их ввода в систему управления.

Информационные параметры. Техническая производительность ЗТМ ПТ (t) определяется количеством грунта, вырезаемого в плотном теле, то есть в грунтовом массиве. Поэтому представим ПТ (t) в функции оперативного управляющего воздействия hP (t), то есть ПТ (t) = f [ hP (t),t] [40, 53]:

П	Т	(t) F	(t)	Д	(t); F (t)			ξ(t)sinα;
	Т	P		Д			P		(3.87)
ξ (t) B h (t);							(t) h2		(3.87)
ξ (t) B h (t);					ξ	2	(t) h2	(t) / sin2β,
1		H	P			2	P

где FP (t) – текущее значение площади поперечного сечения стружки грунта, вырезаемой в массиве; ξ1 (t), ξ 2 (t) – текущие коэффициенты площади поперечного сечения стружки грунта, вырезаемой в массиве всей длинной ножа рабочего органа (режим 1) и углом ножа рабочего органа (режим 2); ВН – длина ножа рабочего органа; α и β – углы захвата и зарезания ножа рабочего органа, устанавливаемые оператором (в процессе копания они редко изменяются).

Параметры процесса копания грунта hP (t), α, β, Д (t), GТ (t) измеряются соответствующими датчиками, а показатели FP (t), ПТ (t); ЭП (t) определяются в соответствующих операционных блоках по формулам (3.87) и ЭП (t) = ПТ (t)/ GТ (t).

Информационными параметрами являются параметры установки рабочего органа α, β, ВН , hP (t) и параметры Д (t), GТ (t), которые (кроме ВН = const)

измеряются в текущем режиме аналоговыми датчиками и вводятся в операционные блоки для последующих расчётов.

Функция ЭП = ЭП ( hP ), как и ПТ = ПТ ( hP ) для процесса копания грунта ЗТМ является экстремальной [43, 78]. Значению ПT MAX соответствует глубина

резания hР.ПT , а ЭП MAX – глубина резания hР.ЭП . При этом hР.ЭП < hР.ПT , что необходимо учитывать при организации процесса копания, который и формирует количество готовой продукции ЗТМ, разработанной на единицу затраченного энергоносителя.

Так как функция ЭП = ЭП ( hP ) является экстремальной, то задача реализации режима копания грунта по критерию ЭП MAX решается с помощью системы

автоматизированного управления [44], которая в соответствии с алгоритмом управления осуществляет непрерывный поиск и поддержание экстремального значения критерия ЭП (t)→max.

228

Управление процессом копания грунта в режиме ЭП MAX ведётся в усло-

виях неопределённости рабочей среды (грунта), исходя только из энергетического потенциала ЗТМ, добиваясь эффективного использования его.

Алгоритм управления. Выбор критерия эффективности ЭП (t)→max и оценка технической производительности ПТ (t) [40] накладывают определённые

требования и на алгоритм автоматического управления процессом копания грунта ЗТМ, который включает следующие этапы:

1.задание режима копания грунта (резание грунта всей длинной ножа рабочего органа (режим 1) или углом (режим 2));

2.задание параметров установки рабочего органа ВН = const, α, β;

3.задание начального значения глубины резания hPО ;

4.пуск системы управления в автоматическом режиме работы в процессе движения машины за счёт изменения величины hPО в сторону увеличения или

уменьшения;

5. регистрация текущих значений информационных параметров hP (t), α, β, Д (t), GТ (t);

6.вычисление текущих значений энергетического показателя ЭП (t) по текущим данным информационных параметров и формирование режимной функции ЭП (t) = ЭП [ hP (t), t];

7.управление рабочим органом при заглублении или выглублении для

поиска экстремума функции ЭП = ЭП ( hP ) по следующему алгоритму:

при приращениях ∆ hP > 0 (+) и ∆		ЭП > 0 (+) (восходящая ветвь
функции	ЭП = =f( hP )) необходимо hP	увеличить (+), то есть заглубить
рабочий орган;
при ∆ hP	> 0 (+) и ∆ ЭП < 0 (–) (спадающая ветвь функции) необходимо
hP уменьшить (–), то есть выглубить рабочий орган;
при ∆ hP	< 0 (–) и ∆ ЭП > 0 (+) (спадающая ветвь функции) необходимо
hP уменьшить (–), то есть выглубить рабочий орган;
при ∆ hP	< 0 (–) и ∆ ЭП < 0 (–) (восходящая ветвь функции)
необходимо hP увеличить (+), то есть заглубить рабочий орган;
при hP ≠ 0 и ∆ ЭП ≈ 0 (экстремум функции ЭП = f( hP )), а именно при

ЭП (t)=max, необходимо hP оставить без изменения (0), то есть не

изменять положение рабочего органа.

Структурная схема системы управления. Для алгоритма управления выбирают приборы системы управления и формируют её структуру. Функциональная схема системы автоматического управления процессом копания грунта ЗТМ в режиме ЭП MAX [39] представлена на рис. 3.12.

229

Рис. 3.12. Функциональная схема системы автоматического управления процессом копания грунта автогрейдером в режиме ЭП MAX

Приборное обеспечение включает аналоговые датчики 1 – 5, регистрирующие текущие информационные параметры машины hP (t), α, β, Д , GТ

(датчик 1, в отличие от остальных, имеет три выхода – 1,2,3); операционные блоки 6 – 14, выполняющие соответствующие математические операции; блок управления 15, представляющий собой трёхпозиционный элемент; исполнительный механизм 16, управляющий заглублением – выглублением рабочего органа (± hP ); трёхконтактный переключатель 17 режимов резания грунта. При резании грунта в массиве всей длинной ножа рабочего органа (режим 1) переключатель 17 устанавливается в положение 1. В этом случае контакт ВК1 замкнут, а контакты ВК2 разомкнуты. При резании грунта в массиве углом ножа рабочего органа (режим 2) переключатель устанавливается в положение 2. В этом случае контакт ВК1 разомкнут, а контакты ВК2 замкнуты. Датчик 1выходом 1 соединён с блоком 13, а выходом 2 и контактом ВК1 – с блоком 8, выходом 3 и одним из контактов ВК2 – с блоком 9. В операционных блоках 8 и 9 определяются текущие коэффициенты площади поперечного сечения стружки грунта ξ1 и ξ 2 , вырезаемой в массиве в режимах 1 и 2. В операционных блоках 10… 12 определяются текущие значения площади поперечного сечения стружки грунта FP , вырезаемой в массиве, технической производительности ПТ и энергетического показателя ЭП . Сигналы, пропорциональные текущим значениям hP от датчика 1 с выхода 1 и от блока 12, поступают на входы соответствующих операционных блоков 13 и 14 определения знаков приращений одновременно глубины резания sign∆ hP = =sign(∆ hР (i 1) –∆ hР i ) и энергетического

показателя sign∆ ЭП = sign(∆ ЭП (i 1) –∆ ЭП i ), индекс i имеет предыдущее, а индекс

230

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 2223 / 2523 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
30.04.20228.87 Mб14Учебное пособие 2158.pdf
#
30.04.2022331.97 Кб2Учебное пособие 216.pdf
#
30.04.20229.07 Mб14Учебное пособие 2160.pdf
#
30.04.20229.14 Mб2Учебное пособие 2161.pdf
#
30.04.20229.36 Mб2Учебное пособие 2163.pdf
#
30.04.20229.42 Mб14Учебное пособие 2165.pdf
#
30.04.20229.5 Mб4Учебное пособие 2166.pdf
#
30.04.20229.63 Mб5Учебное пособие 2167.pdf
#
30.04.20229.72 Mб7Учебное пособие 2168.pdf
#
30.04.20229.8 Mб2Учебное пособие 2169.pdf
#
30.04.2022332.28 Кб5Учебное пособие 217.pdf