Методика определения погрешности информационно-измерительных устройств для системы управления глубиной копания одноковшовым экскаватором

Библиографический список

1. Шабалин, Д. В. Стабилизация температуры надувочного воздуха: монография / Д. Ю. Фадеев, Е. С. Терещенко. - Омск: Омское книжное издательство, 2013. - 100 с.

2. Гулиа, Н. В., Инерционные аккумуляторы энергии / Н. В. Гулиа. - Воронеж: Изд-во вГу, 1973 - 240 с.

3. Гулиа, Н. В., Инерция / Н. В. Гулиа. - М: Наука, 1982 - 152 с.

METHOD OF INCREASING THE INJECTIVITY OF COMBINED DIESEL ENGINE

D.V. Shabalin, E.S. Tereshchenko, D.Y. Fadeev

Abstract. The paper offers a problem solving for reducing the injectivity of combined diesel engines due to the persistence of turbo compressor. For reducing the negative consequences of supercharge, the method of increasing injectivity of combined diesel engine, based on the idea of recuperation of kinetic energy by inertial accumulators, is proposed. It is shown that the inertial mechanical energy storage systems to which flywheel-type energy accumulators belong, implement the accumulation of mechanical energy in the flywheel (flywheel system), energy conservation at rotation of the flywheel and its delivery to consumers with required secure parameters. When analyzing the results of the conducted researches a conclusion on the effectiveness of different methods of acceleration modes' intensification is drawn.

Keywords: compressor, turbine, energy storage, flywheel, persistence.

Bibliographic list

1. Shabalin D. V. Charge air temperature stabilization: monograph / D. Fadeev, E. S. Tereshchenko. - Omsk: Omsk Book Publishers, 2013. - 100.

2. Gulia N. V., Flywheel energy storage [/ N. V. Gulia. - Voronezh Univ VSU, 1973 - 240 p.

3. Gulia N. V., Inertia / N. V. Gulia. - Moscow: Nauka, 1982 - 152 p.

Шабалин Денис Викторович - кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры двигателей Омского

автобронетанкового инженерного института г. Омск. Основные направления научной деятельности: воздухоснабжение

комбинированных дизелей, автоматизация систем управления двигателей транспортных средств многоцелевого назначения. Общее количество опубликованных работ: 45. shabalin_d79@mail. ru

Терещенко Евгений Сергеевич - кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры двигателей Омского

автобронетанкового инженерного института г.Омск. Основные направления научной деятельности: воздухоснабжения

комбинированных дизелей, автоматизация систем управления двигателей транспортных средств многоцелевого назначения Общее количество опубликованных работ: 47. tesa1978@mail. ru

Фадеев Дмитрий Юрьевич - кандидат технических наук, доцент кафедры ремонта Омского автобронетанкового инженерного института г.Омск. Основные направления научной деятельности: автоматизация систем управления двигателей транспортных средств многоцелевого назначения. Общее количество опубликованных работ: 44. dima11780@inbox.ru

УДК 621.878.25

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТИ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГЛУБИНОЙ КОПАНИЯ ОДНОКОВШОВЫМ ЭКСКАВАТОРОМ

Д. А. Шеховцова

Аннотация. В статье приведена методика определения погрешностей информационно-измерительных устройств системы управления одноковшового экскаватора, которая состоит из краткого описания выбора математической модели одноковшового экскаватора, вывода основного уравнения погрешности, возникающей на режущей кромки ковша, приведения матрицы планирования вычислительного эксперимента и исследования влияния погрешностей информационно-измерительных устройств на отклонения режущей кромки ковша.

Ключевые слова: одноковшовый экскаватор, методика, математическая модель, метод однородных координат, уравнение геометрической связи.

Введение

Анализ допускаемых отклонений вертикальной отметки земляного сооружения, возводимого одноковшовыми экскаваторами,

показал, что к точности выполнения земляных работ одноковшовыми

экскаваторами предъявляются высокие требования. Однако в большинстве случаев

машинист не располагает достоверной информацией о вертикальной координате положения рабочего органа. Поэтому целесообразным является - оснастить одноковшовый экскаватор системой управления глубиной копания [1].

Уравнение геометрической связи между элементами рабочего

оборудования

Для приведения анализа кинематических характеристик ОЭГ, оснащенного АКСУ, необходимых для выявления основных закономерностей влияния изменения обобщенных координат расчетной схемы ОЭГ, погрешностей координат расчетной схемы одноковшового экскаватора, погрешностей информационно-

измерительного устройства, конструктивных параметров ОЭГ, параметров

разрабатываемого земляного сооружения, коэффициентов передаточных функций по управляющему воздействию со стороны гидропривода на отклонение вертикальной координаты режущей кромки ковша, характеризующей точность разработки грунта одноковшовым экскаватором, необходимо составить уравнение геометрической связи между элементами рабочего оборудования.

При исследовании кинематики звеньев экскаватора задачи преобразования координат из одной системы координат в другую решались методом однородных координат. Достоинством этого метода является возможность осуществления преобразования переноса и поворота осей систем координат посредством умножения на соответствующую матрицу, размером 4x4 [2].

Вывод уравнения погрешности, возникающей на режущей кромки ковша одноковшового экскаватора

Так как для решения поставленной в работе задачи необходимо в любой момент времени знать координаты характерной точки в рабочем пространстве ОЭГ, то наибольший интерес представляет ориентация рабочего органа относительно инерциальной системы координат.

Матрица перехода из нй системы координат в инерциальную имеет вид:

Т = А ...  А , =1,2,3,4,5. (1) / 1 /

Используя дифференциальный метод теории точности, можно определить погрешность, возникающую на режущей кромки ковша в зависимости от приращений обобщенных координат, характеризующих положение ОЭГ в пространстве:

- 7 д Т5 -К 05 = Е  R 5 dq I

= 1 д q - >

I = 1^ ]

где Я05 - вектор, соединяющий начало инерциальной системы координат с режущей кромкой ковша, К5 - вектор, соединяющий начало локальной системы координат 05 Х5 Y5 Z5 с режущей кромкой ковша, Т5 - матрица преобразования вектора Я5 в инерциальную систему координат.

Выражение (1) указывает, что приращения значений обобщенных координат вызывают приращения вектора яо5, характеризующего отклонение вертикальной координаты режущей кромки ковша. Введем обозначения: дТ

—= сп = АпЕуАпА13А14А15А16А2АзА4А5 '

дТ

= С12 = Ап А12 А1З Еу А14 А15 А16 А2 А3 А4 А5 '

д$2 дТ

= С1з = Ап А12 А1З А14 А15 А16 А2 АЗ А4 А5 '

дЧз дТ

= С23 = А1А21А22А23 А24Еу А25 А26А3А4А5 '

дq4 дТ

= С35 = А1А2 А31А32 А33 А34 Еу А35 А36 А4 А5 '

дq5 дТ

= С46 = А1А2 А3 А41А42 А43 А44Еу А45 А46 А5 '

дТ

= С57 = А1А2 Аз А4 А51А52 А53 А54 Еу А55 А56 '

д?7

где

Е =

0 0 0 0

'Е =

0 0 0 0

0 0 10 0 -10 0 0 0 0 0

Е =

0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 10 0 1 0 0 0. 0 0 0 0 0 0 0 0

Тогда коэффициенты к принимают вид:

к 11 = С11 R 5 ; к 24 = С24 R 5 ; к 12 = С12 R 5; к 13 = С13 R 5; к 35 = С35 R 5; к 46 = С46 R 5;

к 57 = С57 Л 5.

С учетом введенных обозначений выражение 1 можно представить в виде:

= к lldq1 + к 12 dq2 + к lзdq3 + к 24 dq4 + (ц) + к 35 dq5 + к 46 dq6 + к 57 dq7

Анализ полученного выражения позволяет сказать, что на отклонение вертикальной координаты режущей кромки ковша приращение обобщенных координат Аq1, Ад2, Ад4 оказывает незначительное влияние, которые можно отнести к величине второго порядка малости.

Следовательно, выражение 13 принимает вид: _ _ _ _ _

dR 05 = k 13 Аq3 + k 35 Аq5 + k46 Аq6 + k 57 Аq7.

Выражение (14) дает возможность исследовать влияние каждого отдельного параметра на изменение вертикальной координаты режущей кромки ковша при движении по прямолинейной плоскости.

Формирование матрицы планирования вычислительного эксперимента:

Для выявления самого неблагоприятного сочетания знаков при соответствующих углах между элементами рабочего оборудования был поставлен вычислительный эксперимент для разных глубин копания, начиная от Н=-5м, заканчивая Н=3м. По результатам эксперимента были составлены матрицы планирования.

Матрица планирования вычислительного эксперимента для определения

неблагоприятного сочетания знаков при углах между элементами рабочего оборудования q3=0, q7=3,05рад, q6=2,09рад, q5=0,785рад и Н=-5м приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Матрица планирования вычислительного эксперимента

№ опыта Значения углов Погрешность AY

Aq3 Aq5 Aq6 Aq7

1 + + + + 0.043074307439570

2 + + + - 0.054976608427304

3 + + - + 0.089178457068142

4 + + - - 0.101080758055875

5 + - + + -0.086987955895244

6 + - + - 0.075085654907511

7 + - - + 0.040883806266673

8 - - - - 0.043074307439570

9 - - + + 0.101080758055875

10 - + + - 0.040883806266673

11 - + - + 0.075085654907511

12 - + - - 0.086987955895244

13 - + + + 0.028981505278939

14 - - + - 0.089178457068142

15 - - - + 0.054976608427304

16 + - - - 0.028981505278939

Введем допущение:

dqj =Ад^.

Тогда:

dRo5 = k llАq1 + k 12 Аq2 + klз Аq3 + k 24 Аq4 + (13) + k 35 Аq5 + k 46 Аq6 + k 57 Аq7

Для реализации выражения (13) была составлена программа «mkovsh» в среде МА^АВ, с помощью которой можно проводить расчеты отклонения вертикальной координаты режущей кромки ковша и одновременно визуализировать положение рабочего оборудования в пространстве (рис.1) [3].

File Edit View Insert Tools Desktop Window Help

.): j * ь ч % -1 a I  в 1  a

a

Рис. 1. Визуализация положения рабочего оборудования в пространстве

Анализ вычислений показал, что самое неблагоприятное сочетание наблюдается для 4 и 9 опыта. Именно для этого сочетания знаков при углах рабочего оборудования и построены приведенные зависимости.

0,25

Построение графических зависимостей, визуализирующих отклонение,

возникающее на режущей кромки ковша

0,15

од

0,05

О 0,5 1 1,5 2 2,5

Л, Ж

Рис. 2. Зависимость отклонения режущей кромки ковша от погрешности информационно-измерительных устройств для одноковшового экскаватора ЭО-33221

Из графика видно, что с увеличением глубины копания ДY уменьшается. В зоне действия рабочего оборудования

одноковшового экскаватора, оснащенного устройством управления глубиной копания,

характер изменения вертикальной координаты режущей кромки ковша представлен на следующих зависимостях:

Рис. 3. Зависимость отклонений режущей кромки ковша одноковшового экскаватора ЭО-33221 в зоне возможных планировок для погрешностей информационно-измерительных устройств Д=1,5%

Рис. 4. Зависимость отклонений режущей кромки ковша одноковшового экскаватора ЭО-33221 в зоне возможных планировок для погрешностей информационно-измерительных устройств Д=1%

Из графиков, показанных на рисунке видно, что величина ДYр (на графиках это функция Z) уменьшается с увеличением глубины копания и по мере приближения режущей кромки ковша к базе экскаватора, максимальная погрешность на режущей кромки ковша возникает при максимальном удалении режущей кромки от экскаватора на уровне стоянки экскаватора.

Заключение

По приведенной методике можно сделать вывод о выборе максимальной относительной погрешности информационно-измерительных устройств для обеспечения требуемой точности копания. В соответствии с существующими нормами (СНиП Ш-6.1-75) [4], допускаются недоборы грунта в основании земляных сооружений, разрабатываемых экскаваторами 0,05 -0,1метра. Поэтому целесообразно выбирать информационно-измерительные устройства с относительной погрешностью не более 1 %. Иначе, вследствие, недобора и перебора грунта, будет увеличено время рабочего цикла экскаватора, что приведет к увеличению энергозатрат и затрат на строительство в целом.

Библиографический список:

1. Шеховцова, Д. А. Математическое моделирование кинематических характеристик одноковшового экскаватора в среде MATLAB / Д. А. Шеховцова, А. А. Руппель - Состояние и перспективы развития социально-культурного и технического сервиса: материалы II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием 24-25 апреля 2014 года. В 2 ч. Алт. гос. техн. ун-т. - Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2014. - 99 с.

2. Шеховцова, Д. А., Руппель, А. А. Методика исследования основных характеристик одноковшового экскаватора с гидроприводом. -Сборник научных трудов: вып. / Сост. В.А. Глушец. - Омск: ОИВТ (филиал) ФГОУ ВПО НГАВТ, 2013.

3. Дьяконов, В. MATLAB: учебный курс / В. Дьяконов / - СПб.: Питер, 2001. -531 с.

4. Строительные нормы и правила. Часть II. (СНиП II-42-80). - M.: Стройиздат, 1980.

METHOD OF DETERMINATION OF INACCURACY OF INFORMATIVE AND MEASURING DEVICES

FOR SYSTEM MANAGING DIGGING DEPTH OF A BUCKET EXCAVATOR

D.A. Shekhovtsova

Abstract. The article describes the method of determining the inaccuracies of informative and measuring devices for system managing digging

depth of a bucket excavator, which consists of a brief description of selection of a bucket excavator's mathematical model, derivation of the basic error equation occurring on the cutting edge of the bucket, reduction of the matrix of planning calculating experiment and influence's investigation of inaccuracies of informative and measuring devices on the deviations of the bucket's cutting edge.

Keywords: a bucket excavator, methodology, mathematical model, method of homogeneous coordinates, equation of geometrical constraint.

Bibliographic list

1. Shehovtsova D. A., Ruppel A. A. Mathematical modeling of the kinematic characteristics of shovel in the environment MATLAB. - Status and prospects of socio-cultural and technical service: Materials II All-Russian scientific and practical conference with international participation, 24-25 April 2014. In 2 hours

Alt. Reg. tehn. Univ. - Bijsk Univ Alt. Reg. tehn. University Press, 2014. - 99 p.

2. Shehovtsova D. A., Ruppel, A. A. Technique to study the basic characteristics of a hydraulic shovel. -Collection of scientific works: MY. / Comp. VA Glushets. - Omsk JIHT (branch) FSEIHPE NGAVT, 2013.

3. Dyakonov V. MATLAB: a training course. - St. Petersburg. : Peter, 2001. -531 p.

4. The Building Regulations. Part II. (SNIP II- 42 -80). - M.: Stroyizdat , 1980 .

Шеховцова Дарья Алексеевна - аспирант кафедры АППиЭ Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). Основные направления научной деятельности: Система автоматизации проектирования устройства управления глубины копания одноковшовым экскаватором. Общее количество опубликованных работ: 12. E-mail: Ruppel_da@mail. ru