CC BY
55
А. М. ЛУКИН
дорожная академия УДК 621.869: 622.619
БЛОК-СХЕМА АЛГОРИТМА
сибирская автомобильно ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ппппшияо лилпошлиа « ■
ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ РАБОТЫ ФРОНТАЛЬНОГО ПОГРУЗЧИКА НА ЭЛЕМЕНТАХ ЕГО ЦИКЛА
В НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЕ ПРИВЕДЕНА БЛОК-СХЕМА АЛГОРИТМА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ РАБОТЫ ФРОНТАЛЬНОГО ПОГРУЗЧИКА, КОТОРАЯ ПОЗВОЛЯЕТ ПО ЗАДАННОМУ КРИТЕРИЮ ОПТИМАЛЬНОСТИ ОПРЕДЕЛИТЬ ДЛЯ БАЗОВОЙ ТЕХНИКИ СООТВЕТСТВУЮЩУЮ ТЕХНОЛОГИЮ 1-ГО ЭЛЕМЕНТА РАБОЧЕГО ЦИКЛА И ОЦЕНИТЬ ВЛИЯНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ НА ЭТОТ КРИТЕРИЙ.
Инженерная практика показывает, что при разработке современных ресурсосберегающих технологий машин циклического действия ускоренно возрастает сложность технических систем, повышается их быстродействие, растет уровень механизации трудоемких работ, создаются автоматизированные системы управления оптимальным рабочим процессом на базе телемеханики и ЭВМ. В связи с этим перед конструктором возникают задачи, требующие исследования не только качественных, но и количественных закономерностей функционирования упомянутых сложных объектов на всех элементах их рабочих циклов [2].
Как известно [1], продолжительность Т8 полного рабочего погрузочно-транспортного цикла фронтального погрузчика (ФП), оборудованного основным ковшом, определяют по формуле
1-1
где ^ - установка погрузочного оборудования в исходное положение черпания сыпучего материала; 12 -продолжительность наполнения ковша сыпучим материалом; 13 - продолжительность подъема ковша в транспортное положение; - продолжительность движения ФП к месту выгрузки; ^ - продолжительность подъема ковша до разгрузочного положения; 1в - продолжительность разгрузки ковша; 17 - продолжительность опускания ковша до транспортного положения; ^ - продолжительность обратного движения ФП к месту набора материала.
При разработке ресурсосберегающих технологий такой сложной динамической системы, как ФП, разработчик сталкивается с рядом задач, решение которых требует, чтобы каждый элемент его рабочего цикла был оптимальным по соответствующему критерию оптимальности. Эти задачи наиболее просто решаются при математическом моделировании работы сложной динамической системы на ЭВМ. Наибольшее распространение получило имитационное моделирование, в котором моделирующий алгоритм приближенно воспроизводит исследуемый процесс-оригинал и позволяет по исходным данным, содержащим сведения о начальном состоянии процесса (входной информации) и его параметрах, получить информацию о состояниях процесса в произвольные моменты времени. Имитационное моделирование применяют для решения широкого спектра задач. Это особенно важно при конструктивном усовершенствовании и модернизации серийно выпускаемых отечественной промышленностью машин.
В самом общем случае модели задач математического программирования имеют вид
К-пк;, и -> К15П),
где Кц1(1 ¡)- критерий оптимальности (целевая функция, показатель эффективности) новой техники. В принятой системе обозначений I - номер элемента рабочего цикла, ] - номер варианта вновь разработанного технического решения; К,5(о~ критерий оптимальности, приведенный в техническом задании на проект.
Для нахождения оптимального решения в данной работе использовано эвристическое программирование. Этот вид программирования применяют для решения задач, в которых точное значение критерия оптимальности найти алгоритмическим путем невозможно из-за большого числа вариантов технических решений. В таком случае отказываются от поиска оптимального решения и отыскивают его вариант, при котором достигается требуемое техническим заданием на проект значение критерия оптимальности.
Опытный конструктор редко довольствуется значениями параметров, при которых достигается оптимальное решение. Очень часто он хочет знать, в каком интервале значений можно менять входные параметры без существенного отклонения от найденного значения критерия оптимальности.
Поэтому разрабатываемые математические модели должны отвечать на следующие вопросы.
1. Что произойдет с критерием оптимальности, если изменить какой-либо входной параметр (режимный или конструктивный)?
2. Как изменится величина этого критерия, если ввести в модели новые связи или параметры, отличающие новую технику от базовой техники?
Поскольку результаты, полученные при воспроизведении на имитационной модели рассматриваемого процесса, являются реализациями случайных объектов (величин, функций), то для нахождения объективных и устойчивых критериев оптимальности процесса требуется его многократное воспроизведение с последующей статистической обработкой полученных данных. При большом числе реализаций удается получить статистические оценки моделируемого процесса
Разработанную автором данной публикации совокупность математических моделей [3...7] целесообразно использовать в процессе проектирования при решении следующих задач.
1. Количественная оценка выходных параметров моделируемого процесса при внесении конструктивных изменений в машину, без изготовления опытного образца и натурных экспериментов.
2. Изучение новых ситуаций и технологий, относительно которых мало что известно или неизвестно ничего.
•| = ? ш
нтр)
8—ч-'-
ТНТ(Ц)
1_
ид
впнтп.))!
I
БТ
I тът И
ВПБТМ
Код '6
1 , Кт(м/Кьед .
5
Рис. 1. Блок-схема функционирования имитационной модели работы ФП на 1-ом элементе цикла.
3. Предсказание узких мест или трудностей, обнаруживающихся в поведении сложной динамической системы, при введении в нее новых элементов.
4. Синтез новых технических решений с высоким уровнем детализации подсистем любой степени сложности.
5. Применение в сфере образования и профессиональной подготовки, так как она позволяет пользователю-экспериментатору видеть и «разыгрывать» на модели реальные процессы и ситуации. Это должно ему помочь понять и прочувствовать проблему, что стимулирует процесс поиска нововведений в сложную динамическую систему.
Для ФП эти задачи решают, применяя блок-схему алгоритма функционирования имитационной модели его работы на ¡-ом элементе рабочего цикла (рис. 1).
Рассмотрим структуру разработанного алгоритма.
В блоке 1 задают номер ¡-го элемента рабочего цикла. Так, например, если I = 1, то происходит моделирование установки погрузочного оборудования ФП в исходное положение черпания сыпучего материала.
В блоке 2 задают исходные данные (ИД) функционирования сложной динамической системы на ¡-ом элементе рабочего цикла. Так, например, если ¡=2 (черпание сыпучего материала), то в качестве ИД используют: физико-механические свойства сыпучего материала; коэффициент сопротивления перекатыванию движителя по опорной поверхности; величину угловой скорости вращения коленчатого вала двигателя; величину угла наклона плоского днища ковша к опорной поверхности штабеля и т. д. Подробный перечень ИД, вводимых в блок 2, приведен в соответствующих математических моделях исследуемых элементов рабочего цикла ФП [3...7].
В блок 3 закладывают информацию, описывающую конструктивные особенности базовой техники (БТ). Подробный перечень параметров для описания БТ приведен в конструкторской документации соответствующего ФП.
В блоке 4 описывают технологию базовой техники (ТБТ) ¡-го элемента рабочего цикла. Эти технологии приведены в соответствующей конструкторской документации (техническое описание и инструкция по эксплуатации ФП).
В блоке 5 вычисляют выходные параметры БТ на ¡-ом элементе рабочего цикла ФП. Подробный пере-
чень выходных параметров (ВПБТ(О) приведен в соответствующих математических моделях [3...7].
В блоке 6 определяют критерий оптимальности (1^) базовой техники на ¡-ом элементе рабочего цикла ФП.' Критерии оптимальности на различных элементах рабочего цикла могут отличаться. Так, например, если ! = 2 (черпание сыпучего материала), то в качестве критерия оптимальности применяют удельные энергозатраты Еу [кДж/м3]. Если I = 5 (подъем погрузочного оборудования на высоту выгрузки сыпучего материала в транспортное средство), то в качестве определяющего критерия оптимальности используют угол е наклона плоского днища ковша к опорной поверхности штабеля.
Блоки 7... 10, описывающие новую технику (НТ) или усовершенствованную технологию базовой техники, несут такие же функции, как и блоки 3...6. Обозначены эти блоки следующим образом.
Блок 7 - блок конструктивного описания новой техники (НТ0)).В этот блок закладывают информацию, описывающую конструкцию ко варианта технического решения по модернизации БТ.
Блок 6 - блок описания усовершенствованной технологии, который обозначен (ТНТО, 0) - технология новой техники; ¡-ый элемент рабочего цикла; ¡-ый вариант технологии.
В блоке 9 (ВПНТО, определяют выходные параметры ¡-го варианта новой техники (НТ0) на ¡-ом элементе рабочего цикла.
В блоке 10 вычисляют критерий оптимальности (К^) на ¡-ом элементе рабочего цикла ¡-го вариант новой техники.
Вычисленные одноименные критерии К«м, Кыю новой и базовой техники сравнивают в блоке 11. По результатам сравнения в блоке 12 (блок принятия решения о целесообразности модернизации) ведущие специалисты производят научно обоснованную оценку ¡-го варианта технического решения и определяют возможность его практической реализации. В случае, когда положительное решение не принято, производят расчет нового варианта при включении блока 14 переключателем 16 с теми же ИД. Если изменение ]-го варианта нового технического решения нецелесообразно по какой-либо причине, то включением блока 15 переключателем 17 производят вычисление критерия оптимальности Кшп. и при новом варианте технологии исследуемого элемента рабочего цикла.
Разработанная блок-схема алгоритма функционирования имитационной модели работы ФП по заданному критерию оптимальности Кьвд для БТ позволяет конструктору определить соответствующую технологию ¡-го элемента рабочего цикла и оценить влияние конструктивных изменений на этот критерий.
Преимущество предложенной в данной публикации блок-схемы функционирования имитационной модели работы сложной динамической системы (ФП) перед существующими традиционными методами и средствами проектирования заключается в следующем.
1. При разработке НТ или модернизации БТ конструктор может творчески проанализировать не 1...2, как это обычно делалось, а большее количество вариантов проектируемых объектов, учитывая в каждом случае их взаимодействие с внешней средой и со смежными объектами. Это позволяет количественно обосновать выбор окончательного варианта технического решения
2. Разработчик может количественно оценить качество вариантов технологических процессов по соответствующему ¡-му элементу рабочего цикла критерию оптимальности и выбрать такой вариант технологии работы, который наиболее полно соответствует эксплуатационным характеристикам исследуемой модели ФП.
3. Впервые разработчик может количественно оценить, каким образом техническое решение, оптималь-ное для одного из элементов рабочего цикла, влияет на критерии оптимальности остальных элементов этого цикла. В случае, когда критерии оптимальности противоречат друг другу, разработчик должен найти такие совокупности технических решений, которые устраняют эти противоречия и обеспечивают энергосберегающую технологию рабочего процесса ФП в целом.
Такой подход применен автором при выборе оптимального варианта совмещенного способа черпания сыпучего материала ФП и соответствующего этому варианту технического решения [8, 9].
Литература
1. Казаринов В.М., Фохт Л.Г. Одноковшовые погрузчики в строительстве. 2-е изд. перераб и доп. - М., Стройиздат, 1975. -239 с.
2. Лукин A.M. Основы проектирования ресурсосберегающих технологий сложных динамических систем циклического действия. Часть 1. Методологические основы теории черпания сыпучего материала ковшом погрузочной машины: Монография. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2002.-319 с.
3. Лукин A.M. Методика определения нагрузок в механизмах управления рабочим оборудованием фронтального погрузчика. // Омск, 1979. Деп. в ЦНИИТЭ-строймаше, № 159. Опубл. в Библиограф, указ. ВИНИТИ: Деп. научн. работы, 1979. № 11, с. 71.
4. Лукин A.M. Определение соотношений скоростей выдвижения штоков ковшовых и стреловых цилиндров и
С. н. ПОЛЯКОВ
в. г. цысс
Омский государственный технический университет
УДК 539.3
Высокие требования, предъявляемые в настоящее время к надежности авиационных шин, могут быть достигнуты при условии, что расчетные схемы разрабатываемых конструкций максимально приближены к реальным объектам, учитывать сложность как конструктивных форм, так и поведение материалов шины при экстремальных режимах работы.
Конструкция авиационной шины представлена на рис. 1, из которого видно, что шина является сложной конструкцией, состоящей из композиционных материалов (брекер и каркас), металла (бортовые кольца и брекер) и высокоэластичного материала (чаще всего резина).
Для определения напряженно-деформированного состояния в шине широкое распространение получили Два подхода: на основе теории оболочек [1], на основе применения метода конечных элементов (МКЭ) [2].
В последние годы активно развивается подход, основанный на представлении среды в виде конечных
поступательного перемещения погрузчика при черпании материала. // Омск, 1983. Деп. в ЦНИИТЭстрой-маше, № 402. Опубл. в Библиограф, указ. ВИНИТИ: Деп. научн. работы, 1982. № 11, с. 87.
5. Лукин A.M. Динамика взаимодействия ковша погрузчика со штабелем сыпучего материала при совмещенном способе черпания. // Омск, 1983. Деп. в ЦНИИТЭстроймаше, №411. Опубл. в Библиограф, указ. ВИНИТИ: Деп. научн. работы, 1983. № 1, с. 94.
6. Лукин A.M. Математическая модель процесса черпания сыпучего материала. // Омск, 1983. Деп. в ЦНИИТЭстроймаше, № 71 сд - Д83. Опубл. в Библиограф, указ. ВИНИТИ: Деп. научн. работы, 1983. № 12, с. 120.
7. Лукин A.M. Математическая модель и программа для определения кинематических и силовых параметров погрузочного оборудования фронтальных погрузчиков. // Омск, 1986. Деп. в ЦНИИТЭстроймаше, № 82-сд-вб. Опубл. в Библиограф, указ. ВИНИТИ: Деп. научн. работы, 1986. № 10, с. 128.
8. Лукин A.M. Оптимизация режимных параметров фронтального погрузчика при исследовании динамики процесса черпания сыпучего материала. // Омский научный вестник.-2002.-Вып. 19.-е. 101-104.
9. Лукин A.M., Калачевский Б.А. Совершенствование технологии черпания сыпучего материала по удельным энергозатратам. // Омский научный вестник. - 2002. - Вып. 19.-е. 104-106.
ЛУКИН Александр Михайлович, кандидат технических наук, доцент.
Рис.1. Схема конструкции авиационной шины. 1 - протектор; 2 - брекер; 3 - слои каркаса; 4 - камера; 5 - бортовые кольца.
О РАСЧЕТЕ ОСЕСИММЕТРИЧНОГО НАПРЯЖЕННО-ДЕфОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ АВИАЦИОННЫХ ШИН
РАССМОТРЕН РАСЧЕТ ОСЕСИММЕТРИЧНОГО НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ АВИАЦИОННЫХ ШИН НА ОСНОВЕ ЧИСЛЕННОЙ АППРОКСИМАЦИИ РЕШЕНИЯ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ОБЪЕМОВ. МЕТОД КОНЕЧНЫХ ОБЪЕМОВ, ОБЪЕДИНЯЯ ЛУЧШИЕ КАЧЕСТВА МЕТОДА КОНЕЧНЫХ РАЗНОСТЕЙ И МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, ПОЗВОЛЯЕТ СТРОИТЬ КОНСЕРВАТИВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ, ОБЛАДАЮЩИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ КОНЕЧНО-РАЗНОСТНЫХ СХЕМ И АЛГОРИТ-МИЗИРУЕМОСТЬЮ МЕТОДОВ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ.
