CC BY
18
APPLICATION OF CONSIGNOR'S METHOD OF ORGANIZING CENTRALIZED TRANSPORT GOODS IN CITIES
E. E. Vitvitsky, A. V. Ananiev
Plans freight for several models of vehicles of different capacity, the consignor's method of centralized organization of cargo transportation, transportation costs are determined.
Витвицкий Евгений Евгеньевич - д-р техн. наук, доцент Сибирской государственной авто-
мобильно-дорожной академии. Основное направление научных исследований - развитие теории грузовых автомобильных перевозок. Общее количество опубликованных работ: 136.
Ананьев Андрей Васильевич - аспирант Сибирской государственной автомобильнодорожной академии. Основное направление научных исследований - выбор подвижного состава при территориальном методе организации централизованных перевозок грузов. Общее количество опубликованных работ: 4.
УДК 629.033
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА УПРАВЛЕНИЯ ЗАГРУЗКОЙ ДВИГАТЕЛЯ
РЫХЛИТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА
В. Ю. Иванов
Аннотация. Статья посвящена вопросу моделирования двигателей внутреннего сгорания, работающих с системами автоматического управления загрузкой двигателей. Рассмотрена более совершенная структурная схема двигателя внутреннего сгорания, позволяющая изменять настройку регулятора, и тем самым топливопода-чу.
Ключевые слова: рыхлительный агрегат, рыхлитель, двигатель внутреннего сгорания, загрузка двигателя.
Введение
Одним из основных видов машин, осуществляющих разработку прочных, мерзлых и скальных грунтов являются рыхпительные агрегаты (РА) на базе гусеничных тракторов, рабочий процесс которых характеризуется наименьшей энергоемкостью процесса разрушения грунта.
Эффективность эксплуатации рыхлитель-ного агрегата (РА) в значительной степени зависит от рациональных режимов работы силовой установки. Серийно выпускаемые на сегодняшний день системы управления (СУ) и приборы индикации, а также замедленная реакция человека-оператора на быстро изменяющиеся условия рабочего процесса (РП) не позволяют в полной мере использовать тягово-сцепные качества машины.
В связи с этим, актуальной является проблема дальнейшего совершенствования СУ РА, частично или полностью исключающей человека-оператора из контуров управления двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и положением рабочего органа (РО).
Анализ существующих систем автоматического управления, применяемых на гусе-
ничных рыхлительных агрегатах показал, что наиболее распространенными являются системы автоматического управления рабочим органом (рыхлителем) и стабилизацией нагрузки на двигатель внутреннего сгорания.
Исследования математической модели сложной динамической системы рабочего процесса рыхлительного агрегата показали, что наиболее эффективным является применение двухконтурных систем управления.
При осуществлении автоматического контроля и управления загрузкой двигателя рыхлительного агрегата основным каналом является канал управления топливоподачей, а вторым - канал управления положением рабочего органа. Управление загрузкой двигателя осуществляется преимущественно по основному каналу, однако, когда отсутствует свободный ход рейки топливного насоса для увеличения подачи топлива, в процесс управления включается второй контур, изменяя положение рабочего органа, и, тем самым, момент сопротивления на валу двигателя.
Модель рабочего процесса рыхлительного агрегата (РП РА) позволяет определить основные силовые воздействия на двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который являет-
ся первичным источником энергии для осуществления разработки грунта и перемещения машины, [1].
Крутящий момент ДВС (рис. 1.) распределяется трансмиссией между ходовым оборудованием (МКР_хо) и гидроприводом навесного оборудования (МКРХо). Гидроцилиндры подъема - опускания изменяют положение рабочего органа (ЛУПР) и, тем самым, его вертикальную координату (Н). Изменяется линейная СКОРОСТЬ Перемещения РА (УРЛ).
Силовыми воздействиями на ДВС являются: нагрузка со стороны ХО (момент сопротивления от гусеничного движителя Мсхо), обусловленная сопротивлением грунта перемещению машины (рсп), нагрузка со стороны гидропривода навесного оборудования (Мс н), обусловленная изменением нагрузки на штоки гидроцилиндров подъема - опускания (Р/-ц) вследствие изменения силы сопротивления грунта на рыхлителе (РГР).
Рис. 1. Динамическая схема рыхлительного агрегата
Дизельный двигатель внутреннего сгорания в свое время был подробно описан в работе /Е. Ю. Малиновским/.
Наиболее простой способ описания активного момента на валу ДВС, состоит в задании функциональной зависимости статической (механической) характеристики двигателя МКР=Цшд), где МКР - крутящий момент; шд -угловая скорость вала ДВС, [2].
С учетом регулятора
Мд (®д,2) = Мд (®д ) +М, — кдг, (1)
где - приращение момента сил при максимальной подаче топлива; z - перемещение муфты регулятора, отсчитываемое от положения максимальной подачи топлива, [2].
Тогда холостому ходу будет соответствовать координата муфты zмAx, а постоянная кд, будет определяться как [2]
М,
-. (2)
кд
Величина z определяется уравнением движения муфты регулятора [2]
ті + \і + Е (г) + ^ = А( г )а2д, (3)
где т - приведенная к муфте масса всех подвижных частей регулятора; V - коэффициент вязкого трения; Е(і) - сила предварительного натяга пружины, приведенная к муфте; А(¿) -коэффициент поддерживающей силы.
Приведенная жесткость пружины регулятора сПр обычно линейна, поэтому [2]
Е (і ) = епрі. (4)
Значение F для каждой настройки регулятора определяется статическим расчетом в
зависимости от функции А^}, которая вычисляется по формуле [2]
Р Ж 2 А(г) = пР^г,—1 (5)
£ —
где п - число грузиков; - передаточное чис-
ло от валика регулятора к валу двигателя; Рг -сила тяжести груза; д - ускорение свободного падения; г2 - переменный радиус; 1МУ - поправочный коэффициент, учитывающий несовпадение направления перемещения центра тяжести груза и муфты.
Численные значения параметров а и Ь выбирают исходя из конструктивных особенностей регулятора. Для настройки регулятора на другую скорость следует учитывать [2,3]
30
ПД =
п
1
Е ( і )
А( і )'
(6)
(7)
В конечном итоге получаем
'1д® Д = Мд (®Д ) + М, — кд2 — МСД ;
\ь = (а + Ь2)а2д - спр2 - F;
0 ^ 2 ^ 2мах , где Jд - момент инерции двигателя и жестко соединенных с ним масс; МСд - суммарный момент приложенных к двигателю сопротивлений.
Для моделирования системы управления загрузкой двигателя необходимо обеспечить возможность изменения крутящего момента и угловой скорости вала двигателя.
Управляющим параметром для ДВС является положение рейки топливного насоса высокого давления, определяющее количество энергии вырабатываемое ДВС. В данном слу-
чае предлагается управлять положением реи-ки топливного насоса посредством изменения настройки регулятора частоты вращения вала ДВС.
В соответствии с уравнениями (7) в программном комплексе МаАаЬ Simulink была составлена модель ДВС (рис. 2.).
Предложенная структурная схема усложнена по сравнению с ранее известными, в
связи с тем, что при изменении настроики регулятора частоты вращения вала ДВС необходимо производить перерасчет параметров п, М2, F, а, Ь, с, /г, а затем определить крутящий момент ДВС при соответствующей настройке регулятора.
I Шед га І ог2
Рис. 2. Структурная схема двигателя внутреннего сгорания в обозначениях МаАаЬ Simulink
При моделировании двигателя на 5 секун- до 500 Н м при постоянной настройке регуля-де момент сопротивления увеличивался с 200 тора п_1=1300 об (рис. 3).
Рис. 3. Изменение угловой скорости вращения вала двигателя (рад/с) с постоянной настройкой регулятора
Во втором случае постараемся выровнять регулятора с 1300 до 1350 оборотов вала значение угловой скорости вала двигателя, двигателя. для этого на 5 секунде изменим настройку
Рис. 4. Изменение угловой скорости вращения вала двигателя (рад/с) при изменении настройки регулятора
Как видно из рисунков 3, 4 изменением настройки регулятора можно компенсировать изменения угловой скорости вращения вала двигателя при увеличении или уменьшении момента сопротивления.
Заключение
Представленная математическая модель двигателя внутреннего сгорания позволяет моделировать системы автоматического
управления, ориентированные на регулирование угловой скорости вращения вала ДВС.
Библиографический список
1. Игнатов С. Д. Система автоматизации проектирования основных геометрических параметров траков гусеничной ленты цепного траншейного экскаватора: Дис. ... канд. техн. наук. - Омск, СибАДИ, 2012. - 165с.
2. Малиновский Е. Ю. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ [Текст] / Под ред. Е.Ю. Малиновского. - М: Машиностроение, 1980. - 216 с.
3. Демиденко А. И., Семкин Д. С. Математическая модель взаимодействия цепного рабочего
органа с грунтом. «Вестник СибАДИ» №4 стр. - 5 г. Омск 2011 год.
SIMULATION OF THE LOAD CONTROL THE MACHINE ENGINE RIPPER
V. Y. Ivanov
The article focuses on modeling of internal combustion engines working with automatic load control motors. We consider a more advanced block diagram of the internal combustion engine, which allows the ability to configure the controller, and thus fuel injection.
Иванов Владислав Юрьевич - аспирант кафедры «Автоматизация производственных процессов и электротехника» ФГБОУ ВПО «СибАДИ». Основные направления научной деятельности - автоматизация проектирования систем автоматического управления строительными и дорожными машинами. Общее количество опубликованных работ:5. E-Mail:
vladivanov36@rambler. ru.
