CC BY
20
Астраханского государственного технического университета. 2005. №3. С.173-178.
23. Черняховская Л. Р. Онтологический подход к разработке систем поддержки принятия решений/ Л.Р. Черняховская, Р.А. Шкундина, К.Р. Нугаева // Вестник УГАТУ. 2006. Т.8. №4. С. 68-77.
24. Чулкова И.Л. Повышение эффективности строительных композитов с использованием техногенного сырья регулированием процессов структу-рообразования: автореферат дис. ... доктора технических наук: 05.23.05. Белгород, 2011.
25. Экспериментальный стенд Комплексной системы научного мониторинга. Структура и функции/ Малинецкий Г.Г. и др.// Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2007. с. URL: http://www. keldysh.ru/papers/2007/source/prep2007_4 7.pdf
26. Яковис Л.М. Математическое моделирование и оптимизации управляемых процессов приготовления многокомпонентных смесей: автореферат дис. доктора технических наук : 05.13.18, СПб., 2002.
THE CONCEPT OF "EXPERT MODELLING SYSTEM" FOR PLANNING OF MULTICOMPONENT MIXTURES UNDER UNCERTAINTY
I.I. Semenova
The article deals with the problem of scheduling multi-component mixtures in various industries. The necessity of creating an automated expert modeling complex, which will qualitatively change the situation in the sectors by reducing the volume of laboratory tests to find solutions to the new composition of the mixture under conditions of uncertainty.
Семенова Ирина Ивановна - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Информационная безопасность» Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - развитие методов анализа, обработки и хранения дан-ных.Имеет 81 публикацию. E-mail: osobaii@gmail.com.
УДК 629.033
АЛГОРИТМ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГУСЕНИЧНОЙ ЛЕНТЫ ЦЕПНОГО ТРАНШЕЙНОГО ЭКСКАВАТОРА
Р.Ю. Сухарев, С.Д. Игнатов,
Аннотация. Статья посвящена вопросу оптимизации конструктивных параметров гусеничной ленты цепного траншейного экскаватора с целью обеспечения курсовой устойчивости машины. Ключевые слова: цепной траншейный экскаватор, гусеничный движитель, гусеничная лента, алгоритм.
Введение
Наряду с хорошей управляемостью гусеничная строительная и дорожная машина должна иметь достаточно высокую стабильность прямолинейного движения. При перемещениях с поперечным креном достаточно сложно сохранять требуемую траекторию движения. Одним из нежелательных явлений при перемещениях с поперечным креном является боковой увод машины [1, 2].
Явление бокового увода возникает из-за разных линейных скоростей гусениц. Разница между скоростями возникает вследствие большего коэффициента буксования одного из движителей. Это в свою очередь зависит от неравномерного распределения силы веса между гусеницами из-за изменения поперечного угла крена машины [1, 2].
Анализ существующих систем корректировки траектории движения показал, что в настоящее время использующиеся системы имеют определенные недостатки, в частности, относительно большая стоимость. Приведенные выше системы
применяются на строительных и дорожных машинах, как на пневмошинном, так и на гусеничном ходу, тем самым не учитывая специфику этих движителей. Кроме того, они усложняют процесс эксплуатации машины, являются дорогостоящими и требуют квалифицированного обслуживания. Поэтому намного эффективнее решить вопрос бокового увода на стадии проектирования машины.
В данном исследовании внимание направлено на оптимизацию конструктивных параметров гусеничной ленты цепных траншейных экскаваторов (ЦТЭ) с гидроприводом ходового оборудования и рабочего органа.
Любая сложная система состоит из отдельных более простых подсистем. Поэтому естественно, решая задачу многоцелевой оптимизации для системы в целом, разработчик неизбежно должен ставить и решать задачи многоцелевой оптимизации для отдельных ее подсистем. При этом должна осуществляться координация критериев оптимальности подсистем в соответствии с их назначением
и связями, существующими между ними.
В реальных задачах не удается одновременно достичь лучших значений всех рассматриваемых критериев оптимальности, поскольку эти значения соответствуют различным точкам пространства независимых переменных, варьируемых в процессе оптимизации. Следовательно, решение задачи многокритериальной оптимизации представляет собой некоторый компромисс между частными критериями оптимальности.
Возможной реализацией многопараметрической оптимизации является обобщенная целевая функция, которая записывается следующим образом:
w(I, B) = £ (K W) ^ 1,
w = R
г R*
(1)
(2)
где Ri - значение целевой функции, найденное при решении задачи без компромиссной оптимизации, R/ - наилучшее значение целевой функции.
В зависимости (1) п - число критериев; К/ - весовой коэффициент, учитывающий важность /-го критерия, причем
Z к = 1.
(3)
Весовые коэффициенты определяются заказчиком, в зависимости от важности для него определенных критериев.
На показатели качества рабочего процесса ЦТЭ влияют такие факторы, как радиус поворота, линейная скорость перемещения и сила сопротивления на крюке.
Больший радиус поворота ЦТЭ при перемещении с поперечным креном обеспечивает более точное соблюдение прямолинейной траектории перемещения, это отражается на качестве разрабатываемой траншеи.
Большая скорость перемещения ЦТЭ обеспечивает большую производительность машины.
Большая возможная сила сопротивления на крюке обеспечивает возможность преодолевать усилия на рабочем органе без понижения линейной скорости перемещения.
В качестве частных критериев эффективности были выбраны линейная скорость перемещения ЦТЭ и радиус поворота ЦТЭ при перемещении с поперечным креном.
В ходе исследования была установлена прямая зависимость радиуса поворота и силы сопротивления на крюке ЦТЭ, которой является сила сопротивления на рабочем органе экскаватора, вследствие разработки грунта.
При выборе весовых коэффициентов следует учитывать, что
если кг = 1, то Vg = Fmax, Rn0B = rmn, F, = Fvm;
если KR = 1 то V = VMN , Rn0B = Rmax , FK, = FMAX ;
если 0,5 < KV < 1, то V ^ Vmax , Rn0B ^ R min , FKp ^ Fmin ; если 0,5 < Kr < 1 то V ^ Vmn , Rn0B ^ R MAX , FKp ^ FMAX .
(4)
Целевые функции критерия эффективности от исследуемых величин и их граничные условия представлены зависимостями
W(B, l) ^ 1,
l . < l < l , mm max'
B . < B < B
mm max
«к =470, m = 14000кг,
KV = 0,35; KR = 0,65
(5)
(6)
Алгоритм системы автоматизации проектирования основных конструктивных параметров гусеничной ленты цепного траншейного экскаватора
1. Задаются численные значения постоянных параметров:
параметры ЦТЭ (масса машины - т; ширина базы - Вм; ширина колеи - Lb; число траков - п; расстояние от оси ведущих звездочек до режущей кромки РО, формирующей дно траншеи - Lм; расстоянии от оси ведомых звездочек до режущей кромки РО, формирующей дно траншеи - Lpo; величина заглубления РО - Н; длина РО - Л; расстояние от точки крепления РО до поверхности грунта - а; ширина траншеи - Втр; расстояние между скребками - 1ск, вертикальная координата центра тяжести ЦТЭ - hц);
параметры гидронасосов (механический КПД
- цмн; объемный КПД - пон; подача - Он; рабочий объем - qм);
параметры гидролиний (длина - Lтp; диаметр
- бтр; модуль упругости материала стенки гидролинии - Ест; толщина стенки гидролинии - 5тр);
параметры гидромоторов (механический КПД - пмм; объемный КПД - пом; подача - Ом; рабочий объем - qм; давление в системе - Р);
категория грунта;
параметры двигателя (номинальная угловая скорость вращения вала - ю»; номинальный момент сопротивления - Мс).
2. Задаются необходимые параметры рабочего процесса ЦТЭ:
- требуемый коэффициент буксования отстающей гусеницы.
3. Определяется значение критического угла поперечного крена при стандартных параметрах машины:
- рассчитывается и выводится на экран критический угол поперечного крена.
KV * KR
4. Определяются интервалы варьирования длины - I и ширины - В траков гусеничной ленты:
- задаются требуемые интервалы варьирования I и В. Моделируется рабочий процесс ЦТЭ и выводятся графические зависимости радиуса поворота ЦТЭ от I и В;
- руководствуясь графиками, задаются новые интервалы варьирования I и В.
5. Определяется влияние I и В на значение силы сопротивления на крюке, линейной скорости перемещения и радиуса поворота ЦТЭ при заданном коэффициенте буксования отстающей гусеницы:
- задается интервал варьирования Fкр;
- моделируется рабочий процесс ЦТЭ. Варьируются значения I и В;
- для каждого значения I и В изменяется значение силы сопротивления на крюке до тех пор, пока коэффициент буксования отстающей гусеницы не станет равным заданному значению, при этом записываются значения линейной скорости перемещения и радиуса поворота ЦТЭ;
- формируются массивы и строятся графические зависимости Fкр(B, I), V(B, I) и 1^пов(В, I);
- аппроксимация полученных зависимостей.
6. Выбор оптимальных значений I и В:
- задаются требуемые значения весовых коэффициентов Ку, Кг.
- в ходе оптимизационного синтеза в зависимости от значений весовых коэффициентов выбираются оптимальные значения I и В;
- вывод на дисплей оптимизированных значений I и В, а также значений силы сопротивления на крюке, линейной скорости перемещения, радиуса поворота и критического угла поперечного крена при оптимизированных параметрах;
- расчет ширины базы машины, критического угла поперечного крена, и вывод значения угла крена на дисплей.
Блок-схема алгоритма системы автоматизации проектирования основных конструктивных параметров гусеничной ленты цепного траншейного экскаватора приведена на рисунке 1. Неотъемлемой частью этого алгоритма является алгоритм построения графических зависимостей радиуса поворота ЦТЭ от ширины и длины траков гусеничной ленты, представленный на рисунке 3. На рисунках 2, 4 представлены графические зависимости радиуса поворота ЦТЭ от ширины и длины траков, которые позволяют определить рациональные диапазоны варьирования конструктивных параметров гусеничной ленты.
Графические зависимости представлены для ЦТЭ массой 14 тонн с начальными значениями ширины трака В=0,5 м и длины трака !=0,23 м.
В результате аппроксимации этих графических зависимостей были получены рекуррентные уравнения среднего значения радиуса поворота ЦТЭ от ширины и длины гусеничных траков с соответствующими степенями достоверности
Яср(/) = 3821,4/3 -3456,6/2 +1043,1/-101; (Я2 = 0,997). (8)
Анализируя рисунок 2, можно прийти к выводу, что оптимальный интервал варьирования длины траков составляет 0,23 - 0,27 м, так как после 0,27 м влияние длины траков на радиус поворота незначительно. Аналогично с шириной траков.
При анализе рисунка 4 видно, что оптимальный интервал варьирования длины траков составляет 0,5 - 0,66 м.
Заключение
Рассмотренный алгоритм позволяет определять оптимальные конструктивные параметры гусеничной ленты цепного траншейного экскаватора при перемещении с поперечным креном, учитывая необходимый коэффициент буксования отстающей гусеницы. Использования этого алгоритма позволит ускорить процесс проектирования ходового оборудования машин, в частности цепных траншейных экскаваторов, а также улучшить необходимые характеристики рабочего процесса.
Яср(В) = 196,5В3 - 500,1В2 + + 422,3В -108,2; (Я2 = 0,994),
(7)
Рис. 1. Блок-схема алгоритма системы автоматиза ции проектирования основных конструктивных параметров гусеничной ленты цепного траншейного экскаватора
(2 З'1
2,9
0,26 0,27 0,28
Длина траков, м
Рис. 3. Блок-схема алгоритма построения графических зависимостей радиуса поворота от длины и ширины траков
11,5 10,5 9,5 8,5 7,5 6,5 5,5 4,5 3,5 2,5
0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 Ширина траков, м
Рис. 2. Графическая зависимость радиуса поворота ЦТЭ от длины траков при ширине гусеничной ленты 8=0,5 м
Рис. 4. Графическая зависимость радиуса поворота
ЦТЭ от ширины гусеничной ленты при длине траков У=0,23 м
Библиографический список
1. Забавников Н.А. Основы теории транспортных гусеничных машин [Текст] / Н.А. Забавников - М: «Машиностроение», 1975. - 448 с.
2. Игнатов С.Д. Влияние крена на курсовую устойчивость цепного траншейного экскаватора/ Теоретические знания - в практические дела [Текст]: материалы XI Всероссийской научно-инновационной конференции аспирантов, студентов и молодых ученых. - Омск: Изд-во филиал ГОУ ВПО «РосЗИТЛП» в г. Омске, 2010. - Ч.2. - С. 188-190.
THE OPTIMIZATION ALGORITHM DESIGN PARAMETERS OF TRACK ON THE CHAIN TRENCHERS
R.Y. Suharev, S.D. Ignatov
Article is devoted to optimization design parameters of track on ground of the chain trenchers to ensure course stability machine.
Сухарев Роман Юрьевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматизация производственных процессов и электротехника Си-бАДИ. Основное направление научных исследований - системы управления строительных и дорожных машин, общее количество публикаций - 22.
Игнатов Сергей Дмитриевич - аспирант кафедры «(Автоматизация производственных процессов и электротехника СибАДИ. Область научных интересов - автоматизация проектирования гусеничных строительных и дорожных машин. Имеет 8 публикаций.
3,7
3,5
3,3
2,7
2,5
0,5
0,55
0,6
0,9
0,95
0,23
0,24
0,25
0,29
0,3
0,
