Строительные и дорожные машины. Основы автоматизации

504

дует различать в процессе диагностирования. Композиция функционального модуля

Фек 1,j 5 Ee может быть осуществлена из алгоритмов Фек 1,j 5 элементарных

технологическихопераций. Приэтом в качестве диагностируемыхпараметров (мощность двигателя, работа муфты сцепления, внутренний и внешний шум, расход топлива, работа систем охлаждения и смазки, экологическая безопасность и тормозные свойства), используемых для решения задач диагностики, должны быть приняты следующие: е1 ре1, ре2,... множество идентификаторов измеренных и расчетных значений, участвующих в диагностике на данном текущем режиме; е2 се1,се2,... множество заданных по техническим условиям допустимых зон параметров e3 (me1, me2,...) − множество факторов (например, влияние организации технического oбслуживания и ремонта, периодичность и качество проведения ТО, режимы нагружения), влияющих на техническое состояние машины; е4 ie1,ie2 множество

(удельный расход топлива) значений, выступающих в качестве функциональных диагностических параметров; e6 nij − матрица взаимосвязи между различными

неисправными состояниями i i 1,2,...,k и внешними признаками их про-

явления через функциональные диагностические параметры pjg j 1,2,..,m ,

причем элемент nij 0, если i-е неисправное состояние агрегата не проявляется через j-й параметр, и nij 1, если может быть задано множество значений, кото-

рые принимаетj-й диагностический параметр при i-м неисправном состоянии агрегатов (двигателя, муфты сцепления, коробки и карданной передачи, тормозной системы, системы питания, зажигания; e7 pij − матрица вероятностей попадания j-го диагностического параметра в заданную область приi-м неисправном состоянии транспортных средств при эксплуатации ;e8 p 1, p 2,... множество априорных вероятностей нахождения технического состояния машины в неисправном состоянии. Поддержание машины в технически исправном состоянии возможно при своевременном проведении технического обслуживания (ТО). Результатом функционирования подсистемы своевременного проведения технического обслуживания должен быть вектор pn pn1, pn2,...pnn кодовых сигналов и векторов xn xn1,xn2,...xnn количество отказов на единицу наработки за п количество проведенных ТО, которые далее будут переданы другим функциональным алгоритмам через подсистему регистрации. При этом значения измеряемых параметров должны изменяться в выходных векторах рп и хп подсистемы измерения с частотой, равной или пропорциональной заданной по технологии периодичности проведеня ТО. В подсистеме измерения всех эксплуатационных показателей невозможно, а иногда и нецелесообразно обеспечить все измеряемые показатели. Поэтому в состав алгоритма Фэ Ее функционального модуля измерения показателей должен

505

быть включен унифицированный алгоритм Фэ Dтр тр . Он должен обеспечить по-

строение очереди проведения ТО по критерию оптимальности, характеризующий отношение удельных потерь на проведения ТО и текущий ремонт (ТР) к производительности машины. Он должен обеспечивать построение очереди в зависимости от заданной трудоемкости проведения ТР. По величине трудоемкости определяют среднее количество отказов на единицу наработки, количество проведенных обслуживании и ремонтов. Построение очереди запросов измеряемых параметров алгоритмом Фэ Dтр тр подсистемы измерения должно производиться на основе сле-

дующих соображений. При реализации конкретного технологического процесса возможны ситуации, когда реальное техническое воздействие несколько ниже или выше требуемого значения, то используется коррекция частот периодичности ТО. Коррекция может быть осуществлена либо пропорционально заданным частотам, либо на основе целевой функции, стремящейся к минимуму. В первом случае скорректированные значения периодичности (частот) f nj j 1,n должны определяться из

выражения

где Зн, Зф затраты нормативные и фактические соответственно на техни-

wj

j 1

где f тр ф, f тр н – функция удельной трудоемкости на ТО и ТР соответственнофактическаяинормативная.

Следует отметить, что назначение величин nj j 1,n и wj j 1,n

должно производиться с учетом решения уравнений, представленных в виде матрицы, непрерывной индикации измеренных и расчетных значений эксплуатационных показателей. Процесс измерения должен быть организован таким образом, чтобы очередность проведения ТО распределялась в соответствии с коэффициентомкоррекцииравномерно.

Однако выполнение условия равномерного проведения ТО с заданным коэффициентом коррекции возможно только при одинаковых значениях показателей. Поэтому алгоритм Фэ Dтр/ тр должен обеспечить некоторую оптимальную очередность выбора показателя для выполнения расчетов, когда функционал принимаетминимальноезначение.

506

12.6.Устройство для измерения оптимального режима работы

иресурса машины

Использование бортовых микропроцессорных систем и семейство датчиков на автомобилях дает возможность использования оптимального управления режима-

ми движения в различных условиях. С помощью микропроцессорной системы можно оптимизировать качество впрыскиваемого рабочей смеси, учитывать ресурс автомобиля, управлять системой зажигания и скоростью движения. Для создания нового класса системы учета и управления режимами движения автотранспортных средств возможно на основе учета энергетических затрат двигателя. Величина затраченной энергии автомобилем находится в тесной связи с условиями эксплуатации. В зависимости от нагрузки и дорожных условий изменяется величина затраченной энергии. На основе стендовых испытаний двигателей при скоростных и нагрузочных режимах получена зависимость между мощностью карбюраторного двигателя и давлением во всасывающем тракте. При этом мощность карбюраторного и газобаллонного двигателей равна

Pe kn e Pko pk kf ,

гдеkn − постоянный коэффициент пропорциональности, характеризующий тип двигателя; pko, pk давление во всасывающем коллекторе соответственно при холостом ходе и текущем значении давлении; kf коэффициент, учитывающий насосные потери мощности двигателя.

Энергия,создаваемаядвигателемтранспортноймашины,равна Je Pedt,

где t времяработыдвигателя.

Нарис.12.5показан блочнаясхема энергомера двигателявнутреннегосгорания.

Рис.12.5.Блочнаясхема энергомера двигателя

Содержит датчик давления, принцип действия которого состоит в измерении статического и динамического давления барометрическим методом. Барометрический метод измерения давления основан на использовании закона падения давления во всасывающем коллекторе с увеличением нагрузки на двигатель. Зависимость давления воздушной смеси от загрузки двигателя выражаетсяформулой

507

где ра —давление воздуха в подкапотном пространстве двигателя температурный градиент; R газовая постоянная, равная 29,27.

Для дизельных двигателей используются датчики, сигналы которых зависят от хода рейки топливного насоса и вращенияколенчатого валадвигателя.

На рис. 12.6 показаны датчика давления электромеханического типа, чувствительным которого является анероидная коробка, состоящая из двух мембран. Деформация мембраны зависит от разности давлений внутри и снаружи анероидной коробки. Давление внутри коробки равно давлению во впускном коллекторе, снаружи

– атмосферному давлению. При изменении давления во всасывающем коллекторе анероидная коробка деформируется и при этом через тягу 2, заштифтованную одним концом в верхнем центре, а другом в серге поворачивает ось сектора 3 на соответствующий угол. Ось сектора через тягу 4 соединена с балансировочным грузом, закрепленным напружине в стойке основания механизма винтом. Балансировочный груз 5 уравновешивает массу анероидной коробки для устранения ошибок в показаниях.

Рис.12.6. Общий вид потенциометрического датчика давления: 1–штуцер;2, 4тяги; 3–сектор;5– балансировочныйгруз; 6-–сегмент;7–трибка;8–пружина;9,17– уплотнили; 10–кольцо;11– диск;12–потенциометр; 13–ось;14–пружина;15–щетка;

16–крышка;17– крышка; 18–прокладка

На оси сектора укреплен сегмент 6, который находится в постоянном зацеплении с трибкой 7. На конце оси трибки укреплена контактная пружина 8 со щеткой, которая скользит по потенциометру. Потенциометр крепят винтами к основанию. Датчик работает в интервале температур внешней среды от –50 до +80° С, вы-

508

держивает перегрузочные давления по верхнему пределу 790 мм рт. ст. абс., по нижнему пределу 8 мм рт. ст. Погрешность измерения относительно сопротивления составляет от 0,2 до1,95%. Чувствительностьдатчика – 0,49 Ом/мм рт.ст. Выход потенциометра соединен с первым входом блока вычитания 2, выход датчика 3 частоты вращения вала двигателя и блока вычитания подключены к входам блока умножения 4, выход которого подключен к входу последовательно соединенного преобразователя напряжения в частоту 5 и счетчика 6. При работе двигателя напряжение U1 с выхода датчика 1 прямо пропорционально давлению впускного коллекто-

U2 k Uo U1 k Pko Pk ,

где Pko давление во всасывающем коллекторе на малых частотах вращения вала двигателя поступает на один из выходов блока 4, на другой вход которого поступает напряжение выхода датчика 3, прямо пропорциональное угловой скорости коленчатоговаламощностидвигателявтекущиймомент

U4 U2U3 k Uo U1 U3 k Pko Pk e ,

где e − угловаяскоростьвращенияколенчатоговаладвигателя.

Напряжение и4 поступает на вход преобразователя 5 напряжения в частоту, на входе которого частота следования импульсов прямо пропорциональна мгновенной мощностидвигателя.

Испытания опытного образца прибора в дорожных условиях показал, что при движении с минимальной скоростью величина расхода энергии возрастает за счет временного фактора. Повышение точности измерения затраченной энергии было достигнутоза счет уточнения уравнения

гдеk1,k2− постоянные коэффициенты, учитывающие геометрические параметры и насосные потери двигателя; 650, 600 − постоянные коэффициенты, учитывающие соответственно максимальное давление во всасывающем коллекторе и минимальные частотывращенияваладвигателя.

Датчики, работающие в режиме «ход-стоп», обеспечили корректировку величины затраченной энергии в режиме «ход». Разработанное устройство позволяет учитывать количество затраченной энергии и показывать оптимальные режимы движения.

На рис. 12.7 приведена принципиальная схема анализатора «ход-стоп» и перемноживающего цифро-аналогового преобразователя. Алгоритм работы счетного блокаследующий,рис.12.8.

Шаг 1. После начальной установкипри включении питания производится

509

ввод информации с датчиков частоты вращения вала двигателя, колеса ивпускного коллектора через буферные регистры и ввод команды с регистрации при ручном управлении.

Рис.12.7. Схема анализатора «ход-стоп»

Шаг 2. По количеству импульсов с датчика колеса фиксируется состояние автомобиля «ход-стоп» иопределяется величина затраченнойэнергии, призначении «стоп» расчет производится в масштабе реального времени t0, при значении «ход» − в мас-

штабеприведенноговремени tnp.

Шаг3.Значения , Pk,J1,J2 выводятсянаиндикаторпокоманде «счет». Шаг 4. Определяется выведенная команда. При вводе «старт» фиксируется теку-

щее значение J1, и алгоритм переходит в режим списания команды «стоп», фиксируется значения J2 ивычисляется J2 J1 J .

Результатыстендовыхиспытанийпоказали,чтопогрешностьизмерениянанагрузочномискоростномрежименеболее10%.

Для учета расхода топлива был использован расходомер объемного типа. Периодичностьдиагностирования можновобщемвиде определить

t0R ,

где – периодичность диагностирования в кВт∙ч; t0 коэффициент оптимальности, определяется аналитически и показывает, во сколько раз оптимальная периодичность больше или меньше средней наработки машины между отказами в кВтч; R средняя наработкамашинымеждуотказами.

Уравнение для определения оптимальной периодичности диагностирования име-

функция периодичности диагностирования первого поколения; сд.о затраты на выполнение плановой диагностики и обслуживания; св.р. затраты на внеплановые ре-

монты.

Решение уравнения зависит от закона распределения наработки на отказ. При экспоненциальном законе распределениянаработкина отказуравнение приметвид

e 1 cд.о tot .

св. р

Наоснове уравненийстроятсякривые оптимизации. Нарис.12.9 приведена криваяоптимальности диагностикидляэкспоненциальногозаконараспределения, котораязависитототношения сд.о /cв.р.Наоснове данногографикаможноопре-

делитьоптимальнуюпериодичностьдиагностикисборочнойединицыдляопределенных условийэксплуатации. Например, поданнымстатистики установлено,что сд.о /cв.р 0,3,известнасредняянаработканаотказвкВт∙ч R 600 или вку-

бометрахперерабатываемогоматериала,илиприведенноговремени3000ч.

511

Рис.12.9. Криваяоптимальностидиагностикидляэкспоненциального законараспределения

Необходимо определить оптимальную периодичность диагностики, которая находится по формуле п.ч,R toR . По графику 12.9 находим из соотноше-

rR 0,69 600 414 кВт∙ч, т. е. оптимальная периодичность диагностики должна

проводиться после переработки 2070 приведенных часов, или через 414 кВт ∙ч. На основе этих данных можно построить графики и определить периодичность диагностирования,соответствующуюминимумузатрат.

Контрольные вопросы по двенадцатой главе. 1. Что понимаем под технической экс-

плуатацией машин ? 2. Как производят обкатку новой машины ? 3. Основная цель плановопредупредительной системы обслуживания и ремонта. 4. Какие виды обслуживания машин проводят ? 5. Какие показатели используют для планирования периодичности обслуживания землеройных машин ? 6. Какие показатели используют для планирования периодичности обслуживания транспортных машин ? 7. Какие показатели используют для планирования периодичности обслуживания стационарных машин ? 8. От чего зависит срок службы детали ? 9. На какие виды подразделяют техническое обслуживание ? 10. Какие работы выполняют при каждом техническом обслуживании ? 11. На основании каких анализов принимают решение о проведении внепланового обслуживания ? 12. Перечень работ при проведении текущего ремонта. 13. Перечень работ при проведении капитального ремонта. 14. Какой вид ремонта называют агрегатным ?15. Что лежит в основе планирования оптимальной периодичности диагностики ?

512

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При изучении строительных машин студентами строительных специальностей нередко возникает вопрос, в какой мере и с какой степенью детализации следует изучать эту дисциплину. Прежде всего полученные знания должны быть достаточными для того, чтобы в будущей строительной практике специа- листы-строители правильно понимали технические возможности машин с целью совершенствования на этой основе технологических строительных процессов.

При изучении этой дисциплины следует учитывать, что уже сейчас многие технологические процессы с использованием элементов заводского изготовления утратили прежнюю строительную специфику и представляют по существу монтажные процессы, выполняемые машинами с участием механизаторов и ра- бочих-монтажников. С дальнейшим развитием механизации и индустриализации строительства эти тенденции будут углубляться. Этим предопределяются высокие требования к изучению машин студентами дорожно-строительных специальностей.

Вторая особенность изучения этой дисциплины заключается в том, что строительные машины представляют собой весьма динамичную продукцию хозяйственной деятельности человека. С развитием машиностроения, а также в соответствии с возрастающими требованиями дорожно-строительного производства строительные машины непрерывно совершенствуются, в ряде случаев создаются новые специальные машины, в других – в одной машине сочетаются несколько функциональных возможностей и т. д.

В современных условиях развития строительного производства нашей страны, в которых машиностроению отводится ведущая роль, уже в ближайшие годы следует ожидать существенных изменений в структуре парка строительных машин. Поэтому при более глубоком изучении строительных машин наряду с настоящим учебным пособием, в котором описаны машины, отражающие уровень науки и техники, достигнутый к середине 80-х годов, следует использовать также специальную литературу.

Особого внимания заслуживают вопросы технической эксплуатации строительных машин, которые изложены в книгах в весьма сжатом объеме, представляющем по существу лишь обоснованное предупреждение о том, что эффективная эксплуатация машин может быть обеспечена только при соблюдении полного регламента системы их обслуживания и ремонтов, а также при оснащении машин счетчиками учета энергозатрат (кВт∙ч) для обеспечения оптимального режима нагружения и проведения технического обслуживания, так как износ деталей имеет более тесную корреляционную связь с энергозатратами на 37 % выше, чем с мото-часами или километрами пробега. Эти вопросы более полно освещаются в специальной литературе и научно-технических журналах.

513

Библиографический список

Основная литература:

1.Баловнев, В. И. Дорожно-строительные машины и комплексы : учебник. 2-е изд.

перераб. и доп. /под ред. В. И. Баловнева, Г. В. Кустарев, Е. С. Локшин. – Омск: Си-

бАДИ, 2001. − 528 с.

2.Баловнев, В. И. Многоцелевые дорожно-строительные и технологические

машины : учебное пособие / В. И. Баловнев.– Омск – Москва : ОАО «Омский дом печати», 2006. − 320 с.

3.Вербицкий, Г. М. Комплексная механизация строительства : учебное пособие /Г. М. Вербицкий.– Хабаровск : Тихоок. гос. ун-т, 2006. − 274 с.

4.Доценко, А. И. Строительные машины и основы автоматизации : учебник для вузов /А. И. Доценко.– М.: Машиностроение, 1995. – 400 с.

5.Максименко, А. Н. Эксплуатация строительных и дорожных машин /А. Н. Максименко.– СПб.: БХВ-Петербург, 2006.− 400 с.

6.Справочник конструктора дорожных машин. Изд.2-е, перераб. и доп. /под ред. И. П. Бородачева.– М.: Машиностроение, 1973. − 492 с.

7.Строительные машины : справочник Т.1 и Т.2 /под ред. Кузина.– М.: Машино-

строение, 1991.− 325 с.

Дополнительная литература

8.Бочаров, В. С. Основы качества и надежности строительных машин : учебник. /В.

С. Бочаров, Д. П. Волков. − М.: Машиностроение, 2003. − 255 с.

9.Гоберман, Л. А. Прикладная механика колесных машин / Л. А. Гоберман. − М.: Машиностроение, 1976. – 311 с.

10.Гинзбург, Ю.В. Промышленные тракторы /Ю. В. Гинзбург. − М.: Машинострое-

ние, 1986. −213 с.

11.Добронравов, С. С. Строительные машины и основы автоматизации /C. C. Добро-

нравов, В. Г. Дронов. − М.: Высшая школа, 2001. – 574 с.

12Российская энциклопедия самоходной техники : Основы эксплуатации и ремонта самоходных машин и механизмов. Справочное и учебное пособие для специалистов отрасли «Самоходные машины и механизмы». В 2 Т. / гл. науч. руководитель В. А.

Зорин. − М.: Региональная благотворительная общественная организация «Просве-

щение», 2001.Т. 1. − 408 с. и Т. 2. − 358 с.

13.Колисниченко, В. В. Справочник молодого машиниста бульдозера, скрепера, грейдера /В. В. Колисниченко. − М.: Высшая школа, 1988. − 224 с.

14.Локшин, Е. С. Строительные и дорожные машины: Обзор современной отечественной самоходной техники : учебное пособие /Е. С. Локшин. − М.: РИА «Россбиз-

нес», 2004. − 304 с.

15.Скундин Г.И. Механические трансмиссии колесных и гусеничных тракторов./Г. И. Скундин. − М.: Машиностроение, 1969. − 220 с.

16.Тракторные дизели : справочник /Б. А. Взоров, А. В. Адамович, А. Г. Арабин и др.

под ред. Б. А. Взорова. − М.: Машиностроение, 1981. − 453 с.

17.Холодов, А. М. Землеройно-транспортные машины./А. М. Холодов, Л. В. Назаров.– Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьк. ун-те, 1982. − 192 с.