Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Автоматизация проектирования устройств управления положением платф

.pdf
Скачиваний:
58
Добавлен:
12.06.2019
Размер:
5.71 Mб
Скачать

В.С. Щербаков, М.С. Корытов, М.Г. Григорьев

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

УСТРОЙСТВ УПРАВЛЕНИЯ

ПОЛОЖЕНИЕМ ПЛАТФОРМЫ

СТРОИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

Министерство образования и науки Российской Федерации ГОУ ВПО «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»

В.С. Щербаков, М.С. Корытов, М.Г. Григорьев

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ УСТРОЙСТВ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ ПЛАТФОРМЫ СТРОИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

Монография

Омск

СибАДИ

2011

УДК 621.87 : 681.5 ББК 38.6-445.22 : 31.965

Щ 60

Рецензенты:

д-р техн. наук, проф. В.Н. Сорокин (ОмГТУ); д-р техн. наук, проф. Д.И. Чернявский (ОмГТУ)

Монография одобрена редакционно-издательским советом СибАДИ.

Щербаков В. С. и др.

Щ 60 Автоматизация проектирования устройств управления положением платформы строительной машины : монография / В.С. Щербаков, М.С. Коры-

тов, М.Г. Григорьев. – Омск: СибАДИ, 2011. – 119 с.

ISBN 978–5–93204–576–3

В монографии проведен анализ современного рынка строительных машин, для которых необходимо устройство управления положением платформы; предложен алгоритм работы устройства управления положением платформы, на основе которого составлена математическая модель процесса управления положением платформы; представлена методика автоматизированного проектирования основных параметров устройства управления положением платформы; приводится алгоритм работы системы автоматизированного проектирования основных параметров устройства управления. Описан программный комплекс для автоматизированного проектирования.

Монография может быть полезна студентам вузов, аспирантам, инженерам, научным работникам, чья деятельность связана с проектированием и исследованием строительных машин и их систем управления.

Табл. 7. Ил. 68. Библиогр.: 37 назв.

ISBN 978–5–93204–576–3

ГОУ «СибАДИ», 2011

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение............................................................................................................

5

1. Анализ состояния вопроса в предметной области. Обзор сущест-

 

вующих систем горизонтирования опорных платформ строительных

 

машин................................................................................................................

6

1.1. Обзор и анализ строительных машин, имеющих платформу

 

с выносными аутригерами........................................................................

6

1.2. Патентный обзор систем горизонтирования опорных платформ

 

строительных машин.................................................................................

10

1.3. Обзор технических характеристик датчиков угла наклона..............

17

1.4. Анализ математических моделей гидропривода управления

 

положением платформы строительной машины .....................................

21

1.5. Обзор существующих САПР строительных машин.........................

24

1.5.1. Тяжелый класс САПР..............................................................

25

1.5.2. Средний класс САПР ..............................................................

27

1.5.3. Легкий класс САПР.................................................................

29

1.6.Обзор принципов и методов автоматизированного

проектирования .........................................................................................

31

2. Общая методика исследований системы управления положением

 

платформы строительной машины ..............................................................

36

2.1. Методика теоретических исследований системы управления по-

 

ложением платформы строительной машины .........................................

36

2.2. Методика экспериментальных исследований...................................

38

3.Разработка математической модели устройства управления

положением платформы строительной машины........................................

39

3.1. Обоснование критерия эффективности процесса управления

 

положением платформы строительной машины .....................................

39

3.2. Структурная схема процесса управления положением платформы

 

строительной машины...............................................................................

42

3.3. Обоснование информационных параметров процесса управления

 

положением платформы строительной машины .....................................

44

3.4. Ориентация датчиков для измерения угла наклона платформы......

45

3.5. Алгоритм работы устройства управления положением платформы

 

строительной машины...............................................................................

52

3.6. Математическая модель процесса управления положением

 

платформы строительной машины...........................................................

59

3.6.1. Математическая модель платформы......................................

59

3.6.2. Математическая модель исполнительной части устройства

 

управления платформой ...................................................................

60

3.6.3. Математическая модель порогового элемента ......................

76

3.6.4. Математическая модель блока управления............................

77

3.7. Структура математической модели процесса управления

 

положением платформы строительной машины с применением ЭВМ..

86

3

4. Результаты теоретических исследований процесса управления

 

положением платформы строительной машины........................................

89

4.1. Обоснование параметров, подлежащих исследованию....................

89

4.2. Определение условий проведения теоретических исследований

 

и обоснование границ варьируемых параметров.....................................

90

4.3. Исследование процесса управления платформой строительной

 

машины на устойчивость..........................................................................

94

4.4. Оптимизационный синтез основных параметров устройства

 

управления положением платформы строительной машины .................

96

5. Система автоматизации проектирования основных параметров

 

устройства управления положением платформы

 

строительной машины....................................................................................

109

Заключение.......................................................................................................

115

Библиографический список ...........................................................................

116

4

ВВЕДЕНИЕ

Внастоящее время на российском рынке представлено множество строительных машин, имеющих платформу с аутригерами. Для всех этих машин необходимо во время работы выдерживать платформу в горизонтальном положении. На данный момент устройства автоматического горизонтирования платформ строительных машин отсутствуют. Для сокращения времени разработки и повышения качества таких устройств необходима система автоматизации проектирования (САПР) параметров устройства управления положением платформы строительной машины.

При разработке устройств управления, направленных на повышение эффективности и безопасности строительных машин, возникает проблема синтеза их оптимальных параметров. Такие проблемы невозможно решать без применения вычислительной техники, так как оптимизация параметров устройства управления является сложным вычислительным процессом. Внедрение САПР в машиностроительной отрасли позволяет существенно облегчить поиск оптимальных технических решений.

Разработка САПР параметров устройств управления положением платформы строительных машин позволит значительно сократить затраты времени и средств при оптимизации их основных параметров, повысит эффективность и безопасность работы строительных машин

иобеспечит экономический эффект. Это особенно актуально при непрерывно возрастающей конкуренции на рынке строительных машин.

Для решения задачи автоматизации проектирования устройств управления положением платформы строительной машины выбран пакет расширения Simulink среды MATLAB.

Вработе приводится общая методика автоматизированного проектирования основных параметров устройств управления положением платформы строительных машин, представлены алгоритмы автоматизированного проектирования устройств управления и описание программного комплекса для решения поставленных задач.

5

1.АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА В ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ ГОРИЗОНТИРОВАНИЯ ОПОРНЫХ ПЛАТФОРМ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН

1.1.Обзор и анализ строительных машин, имеющих платформу

свыносными аутригерами

Проанализировав современный рынок строительных машин, имеющих платформу с выносными аутригерами, можно разделить их по трем основным направлениям. К этим направлениям относятся [9, 36]:

1. Автокраны, краны-манипуляторы и самоходные грузоподъемные краны на пневмоходу (рис. 1.1).

а)

в)

б)

Рис. 1.1. Внешний вид: а – автокран; б – кран-манипулятор; в – самоходная грузоподъемная машина

На российском рынке свои автокраны и самоходные грузоподъемные краны в настоящее время продвигаются следующими компаниями:

6

Компания ДОНЭКС. ОАО «Донецкий экскаватор» – это одно из динамично развивающихся предприятий машиностроительной отрасли России. Компания серийно выпускает и реализует автокраны моделей: КС-55743, КС-55743Б, КС-55719Д-1.

ОАО «Галичский автокрановый завод» является одним из крупнейших производителей гидравлических автомобильных кранов

вРоссии. Компания серийно выпускает и реализует автокраны моде-

лей: КС-35719-1-02, КС-35719-3-02, КС-35719-5-02, КС-35719-7-02, КС-45719-3А, КС-45719-5А, КС-45719-7А, КС-45719-8А, KC-55713- 1Б, КС-55713-1, KC-55713-1, КС-55713-3, КС-55713-4, КС-55713-5, КС-55713-6, КС-55729B, КС-55729-1В, КС-55721, КС-65713-1, а так-

же кран-манипулятор модели КМ-34000.

ОАО «Автокран» выпускает автокраны «Ивановец». Компания серийно выпускает и реализует автокраны моделей: КС-35714, КС- 35714-2, КС-35714К-2, КС-35714К-3, КС-35715, КС-45717-1, КС- 45717A-1, КС-45717K-1, КС-45717K-1, КС-45717K-2, КС-54711-1, КС-5576Б, КС-5576К, КС-5576К, КС-6476, КС-6478, КС-8973.

а)

б)

 

 

Рис. 1.2. Внешний вид: а – сваезавинчивающей машины; б – бурильной машины

– Юргинский машзавод выпускает автокраны «Юргинец». Автокраны отличаются повышенной маневренностью. Улучшенные грузовые характеристики и расширенная зона работы с грузом значительно расширяют сферу применения автокранов «Юргинец». Компания серийно выпускает и реализует автокраны моделей: КС-45727-1, КС-

7

55722, КС-55722-1, а также самоходный кран серий КС-4372 и КС5871.

Автокраны XCMG. Производятся китайским концерном XCMG (Xuzhou Construction Machinery Group Inc.). Компания серийно вы-

пускает и реализует автокраны моделей: QY25K, QY35K, QY50K, QY65K.

Автокраны Zoomlion. Zoomlion Heavy Industry & Science – ве-

дущая компания по производству строительного оборудования в Китае. Компания серийно выпускает и реализует автокраны моделей: QY100H-3, QY20H-2.

2. Сваезавинчивающие и бурильные машины (рис. 1.2). На российском рынке свои бурильные машины в настоящее время представляют такие компании, как:

Компания «Алтайгеомаш» (г. Барнаул) серийно выпускает машины для бурения серии УКБС-5С (на шасси автомобиля «Урал- 4320-1912»).

Компания «Геомаш» (Курская область) серийно выпускает машины для бурения серии ПБУ-2 (на шасси ЗИЛ, «Урал», КамАЗ), АЗА-ЗМ (на шасси ЗИЛ-131, «Урал-4320»), ЛБУ-50 (на шасси ЗИЛ131), УБР-12 (на шасси «Урал-4320-1912-30»).

Компания «Стройдормаш» (Свердловская область) серийно выпускает машины для бурения серии БГМ-1 (на шасси автомобиля ЗИЛ-131), БКМ-1511 (на шасси автомобиля КрАЗ-65101), БКМ-1512 (на шасси автомобиля «Урал-4320-1912-30»), БКМ-1513 (на шасси автомобиля КамАЗ-53228).

Кунгурский машиностроительный завод (Пермская область) серийно выпускает машины для бурения серии 1БД15в ( на шасси автомобиля МАЗ-5337) и БА15 ( на шасси автомобиля «Урал-4320»).

Завод им. В. В. Воровского (г. Екатеринбург) выпускает машину для бурения серии УРБ-2А-2 (на шасси автомобилей ЗИЛ-131, «Урал-4320» и КамАЗ-43101).

Среди машин для завинчивания свай наибольшее распространение получила МЗС-219. Она была создана в Конструкторском бюро транспортного машиностроения при научном сопровождении Сибирской автомобильно-дорожной академии (СибАДИ) на основе машины «Анкер». В конструкцию новой машины внесен ряд изменений, позволивших увеличить крутящий момент до 200 кНм, снизить себестоимость изготовления и улучшить удобство эксплуатации. Увеличение крутящего момента достигнуто в результате повышения прочности трансмиссии и металлоконструкции вращателя, снижение себе-

8

стоимости – в результате уменьшения номенклатуры материалов, унификации по гидрооборудованию с массовыми моделями экскаваторов и тракторов (ЭО-2621, ЗТМ-60), а также упрощения трансмиссии привода вращателя. Применение шасси КРАЗ-250 позволило исключить необходимость доработки тормозной системы.

3. Автовышки (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Внешний вид автовышек

Автовышки подразделяются на два основных типа: телескопические и коленчатые (автогидроподъемники).

Телескопические автовышки состоят из базового автомобиля, на котором установлена рабочая платформа, на которой непосредственно укреплен телескопический механизм автовышки. Принцип действия телескопической системы подъема напоминает антенну – элементы автовышки расположены один в другом. Автовышка этого типа приводится в действие при помощи гидравлической системы, наиболее надежной и простой в эксплуатации и обслуживании [9, 36].

В настоящее время автоподъемники выпускают несколько заводов в России, Украине и Белоруссии. Широко известны современные автоподъемники производства:

– ОАО «Пожтехника» (г. Торжок). Выпускает малогабаритные автоподъемники для городского хозяйства АПТ-12, автоподъемники на вездеходном шасси АПТ-14, универсальные автоподъемники АПТ17, АПТ-18, АПТ-22, АПТЛ-17, которые могут быть изготовлены на вездеходных и двухкабинных автошасси, средневысотные АПТ-28 и ПАРТ-28, а также высотные АПТ-32, АПТ-35, АПТ-50, коленчатые

9