Выбор рационального места установки датчика положения отвала на тяговой раме автогрейдера

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-

цилиндров подвеса тяговой рамы, а также передаются от колёс автогрейдера, перекатывающихся по неровностям дорожного профиля.

В данной работе приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований по определению величины инерционных возмущающих воздействий на датчики систем стабилизации, установленные на тяговой раме автогрейдера, выбору на тяговой раме зон рациональной установки датчиков систем стабилизации положения отвала.

Экспериментальная часть исследований была проведена на автогрейдере ДЗ-99. Теоретическая часть задачи была решена с помощью пространственной математической

модели автогрейдера. На рис.1 приведена расчётная схема, на которой автогрейдер представлен в виде пятимассовой динамической системы - передней оси, тяговой рамы с отвалом, левого и правого балансиров, основной рамы. Система дифференциальных уравнений, описывающих перемещение основных элементов автогрейдера, представлена в векторном виде:

АЧХ"+ВЧХ'+СЧХ =Fq ,

где Fq - вектор-столбец обобщённых сил, X, X', X" - вектор - столбцы обобщённых перемещений, скоростей и ускорений, Аф Вф С

- матрицы коэффициентов инерции, трения и упругости.

і 5'

.0

)>

кг

Рис. 1. Расчётная схема автогрейдера

С помощью математической модели автогрейдера можно определить ускорения, действующие на чувствительный элемент гидромеханической системы стабилизации.

Для этого в системе XYZ определим координаты точки подвеса маятникового датчика к

тяговой раме автогрейдера (точки К):

Хк Хт Х 0

Ук = ут + Матр у 1 0

Zк 7 т 7 7 0

где Матр и Матр2 - матрицы преобразования координат, формируемые на основе углов поворота (тангажа, рыскания и крена) автогрейдера в целом, и углов поворота (тангажа,

рыскания и крена) тяговой рамы [5], Хо(02), Yо(02), Z0(O2) - координаты начала локальной системы тяговой рамы О2^2п2£2 в связанной с автогрейдером системе тХ^^0, ^2(К), п2(к)> ^2(К) - координаты точки К (точки подвеса маятника) в локальной системе тяговой рамы О2^2, Хт , Ym , Zm -координаты начала связанной с автогрейдером системы тХ^^0 в инерциальной системе отсчёта OXYZ .

Перемещение точки К по оси Y определяем по формуле:

ук ^+ръ*щ+р4*6+р5*ф+р6*щ +р1*в1 +р8*<%,

где ф, 0, ф - углы тангажа, крена и рыскания автогрейдера, ф2, 02, ф2 - углы тангажа, крена и рыскания тяговой рамы (определяются путём численного решения системы уравнений (1)) , р13...р18- частные производные

по обобщенным координатам от функции Ук , определяемой уравнением (2).

дУК дУК

Р =ів

дУ„

дУ

Р\5 ~ ;р16 ~ ;Р\7

д<р дщ2

да

дУК

;Р8 =д_

д%

Ускорение точки К по оси Y определим двукратным численным дифференцированием и определим, как изменяется величина ускорений, действующих на маятниковый датчик, в различных точках тяговой рамы.

Для этого воспользуемся методом полного факторного эксперимента (ПФЭ) 23.

Метод полного факторного эксперимента 23 предполагает проведение восьми независимых опытов. На рис. 2. изображено положение области эксперимента на тяговой раме автогрейдера - восемь точек, в которых определялось ускорение У к . В таблице 1 приведены области определения факторов, интервалы варьирования, координаты нулевой точки эксперимента и соответствующие им кодированные значения факторов.

Рис. 2. Положение области эксперимента на тяговой раме автогрейдера

Таблица 1 - Интервалы варьирования и кодированные значения факторов ПФЭ 2

Фак- Уровни факторов Интервал Область определения

торы -1 0 +1 варьирования Верхние Нижние

границы границы

§2 - 0,5 м -0,25м 0 0,5 м 0 -1,8 м

П2 -0,25м 0 +0,25м 0,5 м +0,5 м -0,5 м

?2 -0,5 м -0,25 м 0 0,5 м +0,3 м -0,5 м

Ускорение точек тяговой рамы определялось при ступенчатом возмущающем воздействии на колесо передней оси, на отвал и на колесо балансирной тележки автогрейдера.

В таблице 2 приведена матрица планирования ПФЭ 23, в которой даны уровни факторов и максимальные значения амплитуд ускорений, полученных при ступенчатом воздействии:

- на колесо передней оси (I);

- на отвал (II);

- на колесо балансирной тележки автогрейдера

Коэффициенты регрессии определялись по формуле [7]:

N

^ X * у

г и у и

* _ и=1 /л\

где і - номер столбца в матрице планирования;

и - номер опыта (номер строки в матрице планирования);

N - число опытов;

у - функция отклика;

х- кодированное значение фактора в матрице планирования эксперимента

Таблица 2 - Матрица планирования эксперимента ПФЭ 23

№ ОПЫ -ТА X 0 X! X 2 X 3 1—1 сч X! X 3 23 X! X 2 X 3 ФУНКЦИЯ ОТКЛИКА м/с2

^1 Y1 ш

1 + + - + - + - - 0,530 0,0635 0,240 0,480

2 + - - + + - - + 0,386 0,704 0,160 0,320

3 + + + + + + + + 0,530 0,0635 0,240 0.480

4 + - + + - - + - 0,386 0,704 0,160 0,320

5 + + - - - - + + 0,532 0,120 0,212 0,224

6 + - - - + + + - 0,389 0,852 0,214 0,228

7 + + + - + - - - 0,532 0,120 0,212 0,224

8 + - + - - + - + 0,389 0,852 0,214 0,228

Анализируя значения ускорений, полученных в различных точках тяговой рамы можно сделать следующие основные выводы:

1. При всех рассмотренных возмущающих воздействиях смещение точки крепления маятникового датчика вдоль поперечной оси тяговой рамы (вдоль оси п2 ) не влияет на величину горизонтального ускорения, действующего на маятник в поперечной плоскости автогрейдера.

2. При возмущающем воздействии на ходовое оборудование автогрейдера (как передней оси, так и балансирных тележек) смещение точки крепления маятникового дат-

чика вдоль продольной оси тяговой рамы - от точки О2 к точкам крепления штоков гидроцилиндров уменьшает величину горизонтального ускорения, действующего на маятник в поперечной плоскости автогрейдера.

3. При возмущающих воздействиях на отвал автогрейдера смещение точки крепления маятникового датчика вдоль продольной оси тяговой рамы от точки О2 к точкам крепления штоков гидроцилиндров увеличивает величину горизонтального ускорения, действующего на маятник в поперечной плоскости автогрейдера.

4. п - кратное увеличение (уменьшение) величины ступенчатого возмущающего воз-

действия вызывает п - кратное увеличение (уменьшение) величины горизонтального ускорения, действующего на маятник в поперечной плоскости автогрейдера.

5. Уравнения регрессии, позволяющее определять и сравнивать ускорения в различных точках тяговой рамы, в кодированных значениях факторов имеют следующий вид:

а) при возмущающем воздействии на колесо передней оси автогрейдера (рис. 3):

м ,м/с2

Ті = (0,45925 + 0,07175X. - 0,00125X3 + 0,00025X. *X3)-

1 3 1 3 0,02

где Лh - высота ступеньки, на которую

наезжает колесо передней оси автогрейдера

(в метрах);

2 2

Рис. 3. Величина горизонтального ускорения м/с -10" при возмущающем воздействии на колесо передней оси автогрейдера

б) при возмущающем воздействии на отвал автогрейдера (рис. 4.);

2

Уп =

где ДР21 - изменение вертикальной составляющей силы копания (в ньютонах);

2 2

Рис. 4. Величина горизонтального ускорения м/с -10' при возмущающем воздействии на отвал автогрейдера

в) при возмущающем воздействии на колесо балансирной тележки автогрейдера (рис.

5.): 2

&к , м/с

Тш =

0,02

где Дh - высота ступеньки, на которую наезжает колесо балансирной тележки автогрейдера (в метрах).

2 2

Рис. 5. Величина горизонтального ускорения м/с -10" при возмущающем воздействии на колесо левой балансирной тележки автогрейдера

Сравнение результатов теоретических исследований с результатами эксперимента, выполненного для некоторых точек тяговой рамы, показало, что максимальное расхождение результатов составило не более 10 % по амплитуде горизонтальных ускорений и не более 5 % по периоду колебаний.

В результате проведённых экспериментальных и теоретических исследований можно дать следующие рекомендации:

-при выполнении предварительных планировочных проходов (когда преобладают возмущающие воздействия от ходового оборудования автогрейдера) датчик положения тяговой рамы с отвалом следует устанавливать на максимальном удалении от шарнира крепления тяговой рамы;

-при выполнении завершающих (чистовых) проходов, когда преобладают возмущающие воздействия от управляющих импульсов на тяговую раму, датчик положения тяговой рамы с отвалом следует приближать к шарниру крепления тяговой рамы к основной раме автогрейдера.

Библиографический список

1. Знобищев С. В., Мастиков И. А. Системы нивелирования для автогрейдеров

//Строительные и дорожные машины. 2008. №

5. С.13-18.

2. Варфоломеев В. П. Технология и аппаратура автоматического управления

строительно-дорожными машинами с использованием систем GPS/Глонасс

//Строительные и дорожные машины 2008. № 9. С. 32 - 37.

3. Палеев В. А. Гидромеханические системы стабилизации положения рабочего органа дорожных и строительных машин // Строительные и дорожные машины. 2002. № 10. С. 22 - 24.

4. Палеев В. А., Исламов В. А. Результаты сравнительных испытаний автогрейдера, оснащённого системами стабилизации положения отвала //

Строительные и дорожные машины . 2004. №

3. С.34 - 36.

5. Палеев В. А., Тимаков С. Ю., Палеев А. В. Кинематические характеристики устройств подвеса и выноса отвала автогрейдера // Строительные и дорожные машины. 2009. № 5. С. 47 - 51.

6. Расчёт и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ

/Под ред. Е. Ю. Малиновского. М.: Машиностроение, 1980. 216 с.

7. Михайлов В. И., Федосов К. М. Планирование экспериментов в судостроении. Л.: «Судостроение» , 1978. 160с.

RATIONAL PLACE OF SENSOR’S INSTALLATION ON THE TRACTION FRAME

A. I. Ermolayeva, A. I. Terehin, V. A. Paleev

This article is devoted to results experimental and theoretical researches by definition sizes inertial revolting influences established on a traction frame motor grader. Was defined accelerations, which operate on sensitive elements of system of stabilization. Chosen is most rational place installation sensor.

Палеев Владимир Андрианович - кандидат технических наук, доцент. Основные направления научной деятельности: Исследования систем управления строительных и дорожных машин.

Общее количество опубликованных работ: 55. email: paleev_va@mail.ru.

Терёхин Александр Игоревич - аспирант. Основные направления научной деятельности: Исследование системы управления положения рабочего органа профилировочной машины. e-mail: saniaom skcity@mail. ru.

Ермолаева Алиса Игоревна - аспирант. Основные направления научной деятельности: Исследование автогрейдера с целью повышения точности профилировочных работ. e-mail: lisenok_2007@list. ru.

УДК 621.87

ВАРИАНТЫ КОНСТРУКТИВНОГО ИСПОЛНЕНИЯ И ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ САМОХОДНОГО ДВУХСТРЕЛОВОГО ГРУЗОПОДЪЕМНОГО КРАНА

В. С. Щербаков, М. С. Корытов, М. Ю. Архипенко

Аннотация. Описываются два конструктивных исполнения самоходного двухстрелового грузоподъемного крана. Количество поворотных платформ или поворотных колонн увеличено до двух. Предложенные конструкции могут использоваться для перегрузки крупногабаритных грузов и монтажа длинномерных конструкций.

Ключевые слова: самоходный, грузоподъемный, двухстреловой, кран, поворотная платформа, поворотная колонна.

Введение

Проблема оптимизации траектории перемещения длинномерных и крупногабаритных грузов, с учетом угловых координат и произвольной формы груза, является актуальной, особенно, если масса груза превышает грузоподъемность отдельного грузоподъемного крана (ГПК). Подобные работы выполняются двумя или несколькими ГПК. Совместная работа по перемещению груза несколькими ГПК является работой повышенной сложности, потенциально опасной, и выполняется сравнительно редко. Если масса груза находится в допустимых пределах грузоподъемности отдельного ГПК, возникает проблема обеспечения угловых координат груза при его перемещении отдельным ГПК по требуемой траектории. Частично, при нахождении длинномерного груза на небольшой высоте, она может быть решена при помощи ручного поворота груза стропальщиками, а также использованием специальных схем и устройств подвеса груза типа стабилизационных платформ. Однако, данные способы решения проблемы имеют существенные ограничения.

Предлагается использовать при выполнении данного вида работ самоходный двухстреловой ГПК вместо двух отдельных ГПК традиционной конструкции. Это позволит бо-

лее точно обеспечивать угловые координаты груза в широких пределах на всей траектории, и расширит технологические возможности ГПК.

Описание разработки

Одновременное использование двух стреловых ГПК при перемещении общего груза, позволяет осуществлять подъем и перемещение в конечное положение крупногабаритных грузов и длинномерных металлических конструкций, обеспечивая при этом заданные координаты угловой ориентации груза в пространстве.

Однако указанное техническое решение обладает следующими недостатками: необходимо обеспечить согласованную работу двух крановщиков и сигнальщика, в сложных случаях необходимо крановщиков и сигнальщика обеспечить двусторонней радиосвязью. Перед началом работы необходимо обеспечить точную привязку каждого ГПК к заданным точкам на площадке. В процессе работы необходимо одновременно производить контроль: углов отклонения двух грузовых канатов от плоскости подъема для каждого ГПК, углов отклонения грузовых канатов от гравитационной вертикали, а также углов наклона опорных платформ и ходовой части (шасси) двух ГПК к горизонту [1,2].