Методика обработки результатов экспериментальных исследований тягового режима автогрейдера

constructional durability of a steel are investigated. It is established that the alloying highmanganesian austenite elements Mo, Ni and modifying Gd raises its strength in 1,22 - 1,32 times, impact strength in 1,55 - 2,09 times and in 5-6 times are reduced by the sulfur and phosphorus maintenance in a material.

Завьялов Виктор Николаевич - кандидат техн. Наук, доцент. Основные направления научной деятельности: Расчет конструкции и повышение их надежности. Общее количество опубликованных работ: 12.

Самсонов Александр Николаевич - соискатель, ст. преподаватель военно-учебного центра СибАДИ. Основные направления научной деятельности: Автомобильный транспорт. Общее количество опубликованных работ: 6.

Пивоваров Артем Дмитриевич - инженер, преподаватель. Основные направления научной деятельности: Расчет конструкции и повышение их надежности. Общее количество опубликованных работ: 1.

Гвоздев Александр Валерьевич - Основные направления научной деятельности: Автомобильный транспорт. Общее количество опубликованных работ: 3.

УДК 621.878:629

МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЯГОВОГО РЕЖИМА АВТОГРЕЙДЕРА

В. А. Мещеряков, В. В. Вебер

Аннотация. Предложена методика обработки экспериментальных данных, полученных при исследовании рабочего процесса автогрейдера. Методика основана на положениях теории цифровой обработки сигналов.

Ключевые слова: автогрейдер, экспериментальные исследования, цифровая обработка сигналов.

Введение

Исследование динамики рабочего процесса автогрейдера требует измерения и регистрации большого количества показателей, быстро изменяющихся во времени. При исследовании тягового режима интерес представляют сила сопротивления копанию грунта, скорость машины, буксование, тяговая мощность [1].

С целью оценки адекватности математической модели тягового режима автогрейдера выполнены автоматизированный сбор и обработка экспериментальных значений силы сопротивления копанию грунта Р , скорости машины V, коэффициента буксования 8, тяговой мощности N [4]. Сбор данных выполнен с помощью бортового измерительного комплекса (БИК) на основе ЭВМ.

Методика обработки данных

Перед установкой измерительного комплекса на автогрейдер выполнена тарировка датчика усилия и настройка усилителя сигнала тензодатчика. На каждом шаге нагружения

на гидравлическом прессе известному значению нагрузки РТ ставится в соответствие значение напряжения иТ усиленного сигнала с тензодатчика [2]. В результате обработки измеренных зависимостей между иТ и РТ методом наименьших квадратов в МА^АВ получена линейная аппроксимирующая зависимость Р(и) (уравнение регрессии), необходимая для пересчета электрического напряжения (В) в усилие (Н):

Р = 6,2-104 -2,7-104 ит.

Экспериментальные исследования выполнены при полевых испытаниях автогрейдера ДЗ-98. Для проведения эксперимента был выбран горизонтальный прямолинейный участок грунтовой дороги длиной 180 м, грунт II категории (супесь). Работа велась на первой передаче трансмиссии с включенным передним мостом. Выполнен рабочий проход -зарезание и перемещение грунта основным отвалом. Угол резания составлял 40°, угол захвата - 50°.

Полученные в ходе эксперимента первичные данные - это аналоговые электрические сигналы с датчиков. Выполнена дискретизация сигналов при помощи аналогового цифрового преобразователя (АЦП). Оцифрованные сигналы иР (напряжение с датчика усилия), иВ (напряжение с датчика частоты вращения ведущего колеса), иП (напряжение с датчика частоты вращения «пятого колеса») сохранены на жесткий диск ЭВМ. Задана частота дискретизации сигналов во времени ? 300 Гц.

Обработка полученных экспериментальных данных основана на положениях теории случайных процессов и цифровой обработки сигналов. Среда программной обработки -МАТЬАВ [3,5].

Значения напряжения иР(0 с помощью уравнения (1) пересчитаны в значения силы сопротивления копанию Р(0 (рис. 1). На этапе тарировки получены коэффициенты аппроксимирующего полинома

а = {б,2-104; -2,7-104}. Значение силы Р(0 рассчитывается с помощью функции МА^АВ ‘ро^а!()’.

I, с

Рис. 1. - Сила сопротивления копанию

Путем обработки данных эксперимента получена действительная скорость машины

). По той же методике для оценки коэффициента буксования 8 получена теоретическая скорость машины Ут . Теоретическая

скорость машины получена путем обработки сигнала с датчика частоты вращения ведущего колеса - напряжения ив ({). За один оборот колеса магниторезистивный датчик формирует 90 импульсов напряжения (рис. 2).

Рис. 2. Напряжение с датчика угловой скорости ведущего колеса

Вычислены конечные разности между со- Определяем моменты времени передних седними отсчетами сигнала ив () при помо- и задних фронтов импульсов сигнала ив () щи функции МА^АВ ‘diff ’[5]: (рис. 3).

dи ^ ) = ив

Рис. 3. К определению моментов времени фронтов импульсов

и„(+)> иП,

Моменты передних фронтов определяются условием

где иП - заданное пороговое значение. Моменты задних фронтов определяются

условием

Результатом нахождения моментов времени фронтов импульсов являются массивы

моментов времени Ґ+ и ‘в .

Находим частоту оборотов ведущего колеса по интервалам времени между фронтами импульсов с датчика. Конечные разности

массива моментов времени їв :

бів (і )= ів (і )- ‘в (і-1).

Частота вращения колеса

f (‘в ) =1 -±-

90 бів

Информация о частотах, измеренных по передним и задним фронтам импульсов, объединена с помощью функции МА^АВ ‘unique()’ [3]. Получена теоретическая ско-

рость Ут (в) как сигнал в зависимости от массива времени с неравномерным шагом 1в :

Ут

где г - радиус колеса.

При помощи одномерной линейной табличной интерполяции сигнала Ут (в) определена зависимость теоретической скорости от времени с частотой 300 Гц Ут (^). Интерполяция выполнена при помощи функции МА^АВ Мегр1()’.

При изменении частоты дискретизации в сигнале могут появиться так называемые «ложные частоты» [Сергиенко]. Для их устранения полученные значения теоретической скорости пропускаем через дискретный фильтр нижних частот (ФНЧ). Использованы функции МА^АВ ‘Иг1 ()’ и ‘filter2()’ [3].

Для выявления тенденций в сигнале Ут устранены высокочастотные колебания с помощью сглаживания сигнала простой скользящей средней при помощи функции МА^АВ ^тооШО’ (рис. 4).

140

Рис. 4. Действительная и теоретическая скорости автогрейдера

Аналогично с помощью ведомого «пятого колеса» определена действительная скорость

у({) автогрейдера (рис. 4).

Рабочий процесс автогрейдера сопровождается значительными колебаниями коэффициента буксования [1]:

5

Ут

Коэффициент буксования рассчитан на основе теоретической и действительной скоростей автогрейдера на временном интервале 80-140 секунд. Сглажены мелкие случайные колебания коэффициента буксования с помощью простой скользящей средней (рис. 5).

Тяговая мощность автогрейдера [1], затрачиваемая на копание грунта, определена как

N

Временной интервал для номинальной загрузки привода автогрейдера представлен на рис.6.

Заключение

Согласно разработанной методике, все экспериментально измеренные сигналы приведены к одной частоте дискретизации 300 Гц, устранены случайные высокочастотные колебания и «ложные частоты». Полу-

ченные экспериментальные значения показателей рабочего процесса использованы для получения экспериментальных зависимостей между переменной нагрузкой на отвале, скоростью машины, буксованием, тяговой мощностью, что позволит оценить адекватность

математической модели тягового режима автогрейдера.

Библиографический список

1. Ульянов Н. А. Колесные движители строительных и дорожных машин. Теория и расчет. - М.: Машиностроение, 1982. - 279 с.

2. Мещеряков В. А. Нейросетевое адаптивное управление тяговыми режимами землеройнотранспортных машин: Монография. - Омск: ОмГТУ, 2007. - 219 с.

3. Сергиенко А. Б. Цифровая обработка сигналов. - СПб.: Питер, 2002. - 608 с.

4. Мещеряков В. А., Вебер В. В. Результаты экспериментальных исследований рабочего процесса автогрейдера ДЗ-98: Сб. науч. тр.№1 - Омск: Изд-во СибАДИ,2011. - С. 155-157.

5. Ануфриев И. Е. MATLAB 7. - СПб.: БХВ-Петербург,2005. - 1104 с.

METHODS OF PROCESSING THE RESULTS OF EXPERIMENTAL INVESTIGATIONS OF TRACTION MODE GRADERS

V. A. Meshcheryakov, W. W. Weber

The procedure of processing of the motor grader experimental investigation data is suggested. The procedure is based on the digital signal processing theory.

Мещеряков Виталий Александрович - Доктор технических наук, доцент, Профессор. Основные направления научной деятельности 6: - идентификация, моделирование, управление рабочими процессами строительных машин;- интеллектуальные системы управления;- совершенствование конструкций машин;- моделирование экономических систем. Общее количество опубликованных работ: 86. e-mail:mva@webservis.ru

Вебер Виталий Викторович - Зав. лабораторией каф. СМ СибАДИ. Основные направления научной деятельности моделирование, управление рабочими процессами строительных машин. Общее количество опубликованных работ: 6. em ail: veber_vit@m ail. ru

УДК 625.058

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОГО МЕСТА УСТАНОВКИ ДАТЧИКА ПОЛОЖЕНИЯ ОТВАЛА НА ТЯГОВОЙ РАМЕ АВТОГРЕЙДЕРА

В. А. Палеев, А. И. Терёхин, А. И. Ермолаева

Аннотация. Приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований по определению величины инерционных возмущающих воздействий на датчики систем стабилизации, установленные на тяговой раме автогрейдера. Определены ускорения, действующие на чувствительный элемент системы стабилизации. Выбрано наиболее рациональное место установки датчика.

Ключевые слова: автогрейдер, датчики, тяговая рама, отвал, ускорение.

Современные автогрейдеры достаточно широко оснащаются различными системами, позволяющими автоматически поддерживать заданные поперечные уклоны и высотные отметки продольного профиля [1].

Одним из способов контроля и автоматического поддержания заданных поперечных уклонов обрабатываемой поверхности является установка маятниковых датчиков различных конструкций на тяговой раме автогрейдера [2].

Результаты экспериментальных исследований с различными системами стабилизации положения отвала показали, что выбор места крепления маятникового датчика на тяговой раме оказывает существенное влияние на устойчивость работы системы и точность установки отвала в заданное положение [3,4]. Причиной являются инерционные возмущающие воздействия, действующие на маятниковый датчик.

Инерционные воздействия на маятниковый датчик возникают при включении гидро-