CC BY
46
4. Колемаев, В. А. Теория вероятностей в примерах и задачах / В. А. Колемаев. - М.: Государственный университет управления, 2001. -87 с.
THE METHODOLOGY OF ASSESSING AVALANCHE DANGER DURING THE
CONCEPTUAL DESIGN OF ROADS IN THE HIGHLANDS
M. I. Zimin
Problems of forecast interconnected processes on transport structures are considered. Two-leveled system, being used to predict avalanche and sill load is described.
Keywords: road, avalanche, design, forecast, snow, fuzzy, stochastic.
Bibliographic list
1. Vojtkowski, K. F. Lavinovedenie / K. F. Wojtkowski. - M: Moscow state University - 1989. -158 p.
2. Zimin, M. I. Prediction of the avalanche danger. Guidance document KMG 52.37.612-2000 / M. I. Zimin - St. Petersburg: Gidrometeoizdat, 2000. - 16 p.
3. Zimin, M. I. Prediction of dangerous processes based on bionic approach and its use in the systems of the automation of design / M. I. Zimin // Natural and technical Sciences. - 2011. - № 3. - P. 407 - 414.
4. Kolemaev, V. A. Probability theory examples and problems / Century A. Kolemaev. - M: the State University of management, 2001. - 87 P.
Зимин Михаил Иванович, кандидат технических наук, доктор РАЕН, профессор РАЕН, индивидуально практикующий инженер, Онтарио, Канада. Основные направления научной деятельности: расчёт структурно
неоднородных тел, математическое
моделирование воздействий природных процессов на транспортные сооружения и транспорт, прогнозирование усталостных разрушений. Общее количество публикаций - 43. E-mail: [email protected].
УДК 621.879
СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВИБРОЗАЩИТНЫХ СИСТЕМ ЗЕМЛЕРОЙНЫХ МАШИН
П. А. Корчагин
Аннотация. В данной статье рассматривается вопрос о создании системы автоматизации проектирования виброзащитных систем землеройных машин.
Ключевые слова: виброзащита, виброзащитные системы, математическое моделирование.
Введение
Развитие землеройных машин (ЗМ) идет по пути увеличения их силовых и скоростных характеристик при одновременном снижении их материалоемкости. В связи с этим возрастают динамические нагрузки, механические воздействия и, как следствие, вибрационная нагруженность машин. Применение активных рабочих органов (АРО), основанных на механизмах ударного, возвратно-поступательного и вибрационного принципов действия, так же способствует повышению уровня вибрации на современных ЗМ.
Возникающие вибрационные нагрузки отрицательно влияют на саму машину,
снижая ее надежность и долговечность. Распространяясь по конструкции машины, вибрация действует и на оператора. Воздействие вибрации отрицательно сказывается на здоровье оператора и его работоспособности: повышается
утомляемость, увеличивается количество ошибок, совершаемых оператором, вследствие чего снижается
производительность и качество труда, кроме того, развивается профессиональное заболевание - вибрационная болезнь, которая в последнее время занимает второе место среди профзаболеваний рабочих в развитых странах.
Высокие требования по
энерговооруженности ЗМ вступают в противоречие с требованиями обеспечения безопасности оператора и снижения нагрузок на саму машину.
Разрешить данное противоречие позволяет оснащение ЗМ виброзащитными системами (ВЗС). В свою очередь разработка эффективной ВЗС представляет собой довольно сложную инженерную задачу, требующую от проектировщика компетенций в области математического моделирования, разработки программного обеспечения. В ФГБОУ ВПО «СибАДИ» накоплен большой опыт в области создания ВЗС землеройных
машин. В связи с этим было решено разработать систему автоматизированного проектирования виброзащитных систем землеройных машин, которая позволила бы решать не только задачи синтеза, но и проводить модернизацию существующих ВЗС.
Основная часть
Математическая модель сложной динамической системы «динамические воздействия - ЗМ - оператор», представлена в виде упорядоченно взаимодействуют подсистемы (рис. 1.).
Рис. 1. Блок-схема сложной динамической системы
Важнейшим элементом динамической системы является подсистема ЗМ. Разработка математической модели ЗМ является весьма сложной и трудоемкой задачей, однако, современная
вычислительная техника и программное обеспечение позволяют формализовать процесс создания математических моделей. В ФГБОУ ВПО «СибАДИ» на протяжении ряда лет для этих целей используется методика моделирования ЗМ на основе метода однородных координат. Сочетание данного метода с векторно-матричной формой представления уравнений позволяет использовать типовые элементы расчетных схем и сократить время на разработку и отладку программ на ПЭВМ.
Методика состоит из ряда алгоритмов, пошаговое выполнение которых позволит
формализовать процесс составления математических моделей ЗМ в форме системы дифференциальных уравнений второго порядка:
Адд + Bqq + Сд4 = Q ,
д
д'
где Ад , Вд , Сд
(1)
матрицы
коэффициентов
дифференциальных
уравнений размером kj х kj; д, д, д -
матрицы размером kj х 1, представляющие малые значения соответственно ускорений, скоростей и обобщенных координат; Q -матрица сил размером k; х 1.
Коэффициенты дифференциальных уравнений являются функциями больших значений обобщенных координат звеньев системы и значениями инерционных и упруго-вязких параметров элементов.
На основании предложенной методики были разработаны математические модели автогрейдеров и экскаваторов.
Отличительной особенностью легких автогрейдеров (колесная формула 1 х 2 х 2
или 1 х 1 х 2) является отсутствие балансирных тележек. Несмотря на конструктивные отличия легких, средних и тяжелых автогрейдеров их можно описать с помощью двух расчетных схем. При этом основные элементы схем были максимально унифицированы. На рисунке 2 представлена пространственная расчетная схема среднего автогрейдера с колесной формулой 1х2х3.
Рис. 2. Расчетная схема динамической системы «автогрейдер - оператор»
Экскаваторы 2-й, 3-й и 4-й размерных групп также имеют значительные конструктивные отличия. Основным из них является то, что экскаваторы 2-й размерной группы, как правило, монтируются на базе промышленных тракторов. Поэтому у них отсутствует поворотная платформа, что уменьшает рабочую зону экскаватора. Однако, несмотря на ряд отличий, была
проведена унификация ряда элементов расчетных схем, что позволило формализовать процесс составления математических моделей за счет добавления (исключения) отдельных блоков. В качестве примера на рисунке 3 представлена пространственная расчетная схема экскаватора второй размерной группы.
Рис. 3. Расчетная схема динамической системы «экскаватор 2-й размерной группы - человек-оператор»
Разработанные математические модели позволяют проводить исследования статических, кинематических и динамических характеристик ЗМ, а также их ВЗС в различных эксплуатационных режимах.
Математическая модель силовой установки (СУ) базируется на представлении динамического воздействия со стороны двигателя, агрегатов трансмиссии и гидронасоса детерминированными
функциями. Величина динамических
Таблица 1 - коэффициенты рядов Фурье
воздействий, создаваемых двигателем, зависит от его типа, числа цилиндров и угла поворота коленчатого вала. Для решения поставленных в работе задач вибрационные характеристики СУ представлены в виде рядов Фурье (таблица 1). Составляющие амплитудного и фазового спектров были получены по результатам обработки экспериментальных данных (рисунок 4).
fk, Гц утах k ' м/с фк , Рад
6 0,77 -1,09
12 0,57 1,49
24 1,17 -1,43
49 0,79 1,43
97 1,2 -1,29
132 1,2 -1,10
------ _ ---
...................
............ п »V' у ...................... Г111
\2_ 3
гт---- -7Г-- -гт— А—
Рис. 4. Типовые осциллограммы при работе СУ: 1 - корпус трансмиссии; 2 - пол кабины; 3 - кресло оператора
Модели процессов взаимодействия рабочего органа с разрабатываемым грунтом были составлены для двух типов рабочих органов: статического и активного действия (АРО). Известно, что сила сопротивления копанию зависит от физико-механических свойств грунта, параметров рабочего органа, толщины срезаемой стружки. Большой вклад в разработку теорий копания грунтов внесли В. И. Баловнев, Ю. А. Ветров, А. Н. Зеленин, Н. Т. Домбровский и др. Проведенный обзор и анализ теорий резания и копания грунта позволил сделать вывод, что для решения поставленных в работе задач сила
сопротивления при копании грунта Fк , в
соответствии с теорией Федорова Д.И -Бондаровича Б.А., может быть представлена в виде двух составляющих низкочастотной (тренда) и высокочастотной (флюктуации)
fк = fk + f
где
К Fт
ьк
ф
к
(2)
- вектор низкочастотной
составляющей силы реакции;
F<Kф - вектор
сил высокочастотной составляющей силы реакции.
Высокочастотная составляющая отражает случайный характер силы реакции, возникающий вследствие неоднородности грунта, случайных включений,
неуправляемых перемещений рабочего органа и др. Нормированные корреляционные функции случайных флюктуаций могут быть представлены в виде
Кф (ф) = в~аф (ф ^ РФ (ф),
(3)
где
а
Ф--
Рф
параметры
корреляционной функции; ф - интервал
времени корреляции.
Высокочастотная составляющая
вызывает наибольший интерес с точки зрения задач, поставленных в работе.
Для разработки твердых материалов, мерзлых грунтов, уплотнения грунта широко используются АРО. АРО создают динамические нагрузки в низкочастотном диапазоне, которые принято относить к вибрации и удару. Вибрационное воздействие со стороны АРО (например, вибротрамбовки) представлено детерминированными
периодическими функциями
Fдpo(t) = FAmpaОsln(ш. 1), (4)
где - амплитуда колебаний; Ю
- частота колебаний.
Динамическое воздействие АРО ударного типа (например, гидромолот)
103 Щ Н
рассматривается в данной работе как удар, характеризуемый «мгновенным»
приложением силы. Проведенные исследования позволили представить ударный импульс (рисунок 5) со стороны следующими аналитическими выражениями:
F(©, $) = ^
11- ^(2^)
(
ехр
2л
л
F = ¥п sin(^0) ;
;(5)
(6)
F = 0,5Fn(1 - ^(2л©)), (7)
где Fn - пиковое значение функции, 0 ^п<ю; F - текущее значение функции, 0 | - нормированная длительность фронта, соответствующая максимуму кривой, ©<|<1; © - нормированное время, 0<©<да.
О 0,05 1,с
Рис. 5. Форма ударного импульса АРО
Математическая модель процесса взаимодействия элементов ходового оборудования с неровностями микрорельефа базируется на следующих допущениях: неровности микрорельефа носят случайный характер; элементы ходового оборудования имеют постоянный контакт с грунтом; скорость машины постоянна.
1 хм ум Щъ ¡2) = 11т-- \ \ 2м (Хм
хм^ 4хмУм -Х -
Ум ^
хм ум
Неровности микрорельефа могут быть представлены стационарной и эргодической случайной функцией. При этом двумерная корреляционная функция микрорельефа дает исчерпывающую характеристику о микрорельефе
Ум) • *м(Хм + ¡1,Ум + ¡2)¿ХмсУм
(8)
Неровности микрорельефа хорошо изучены и описаны функциями спектральных плотностей и нормированных спектральных плотностей. Известные модели
микрорельефа были представлены в виде
Р(0 = ^LAMle cos Ptl, (9)
i=1
n
где ^ AMi = 1; a i - параметры,
i=1
характеризующие затухание корреляции; Pi
- параметры, характеризующие
периодичность корреляции.
В приложении к программе представлены численные значения нормированных корреляционных функций вертикальных координат поверхностей, по которым приходится перемещаться ЗМ. При моделировании процесса взаимодействия колеса с опорной
поверхностью учитывается нивелирующая (сглаживающая) способность шин.
Полученная таким образом
математическая модель сложной
динамической системы «динамические воздействия - землеройная машина -оператор» легла в основу программного продукта системы автоматизации
проектирования виброзащитных систем землеройных машин.
Пользовательский интерфейс
программного комплекса состоит из ряда последовательно открывающихся окон (рис. 6), где в диалоговом режиме проектировщику необходимо сформировать, путем выбора моделей машины, внешних динамических воздействий и их сочетания, модель, наиболее полно отвечающую поставленной им задаче синтеза или анализа виброзащитной системы.
Расчет ВЗС ш
Синтез подели внеш
Для выбора модели, поставьте метку
Воздействие со стороны микрорельефа Воздействие со стороны разрабатываемого грунта
0Удар □ Удар
П Моногармоническое воздействие П Моногармоническое воздействие
О Полигармоническое воздействие О Полигармоническое воздействие
0 Случайное воздействие Ц Случайное воздействие
Воздействие со стороны силовой установки
П Моногармоническое воздействие
0 ¡Полигармоническое воздействие!
Заполнять только необходииые п оля! В остальных должно быть пусто.
ОК ОТМЕНА ]
1 1
Рис. 6. Диалоговые окна программы расчета ВЗС ЗМ
Заключение
Созданный программный комплекс позволяет проводить анализ и синтез основных параметров существующих и перспективных виброзащитных систем землеройных машин
Библиографический список.
1. Корчагин, П. А. Снижение динамических воздействий на оператора автогрейдера в транспортном режиме [Текст]: монография / П. А. Корчагин, И. А. Чакурин, Е. А. Корчагина. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2009. - 195 с.
2. Корчагин, П. А. Снижение уровня угловых продольных колебаний экскаватора [Текст]: монография / П. А. Корчагин, Э. И. Шелепов. -Омск: Изд-во СибАДИ, 2005.-92 с.
3. Корчагин, П. А. Снижение динамических воздействий на одноковшовый экскаватор [Текст]: монография / В. С. Щербаков, П. А. Корчагин. -Омск: Изд-во СибАДИ, 2000.-147 с.
4. Корчагин, П. А. Снижение динамических воздействий на оператора автогрейдера на базе трактора ЗТМ-82 [Текст]: монография / П. А. Корчагин, А.И. Степанов. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2003.-84 с.
5. Савельев, С. В. Уплотнение грунтов катками с адаптивными рабочими органами [Текст]: монография. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2010. - 122 с.
SYSTEM OF AUTOMATION OF DESIGNING OF
VIBROPROTECTION SYSTEMS OF EARTH-MOVING MACHINES
P. A. Korchagin
This article addresses the question about creation of system of automation of designing of vibroprotection systems of earth-moving machines
Keywords: vibration protection, vibration protection systems, mathematical modeling
Bibliographic list
1. Korchagin, P. A. Reduction of dynamic loads on the motor grader operator in transport mode [Text]: monograph / P. A. Korchagin, I. A. Chakyrin, E. A. Korchagin. - Omsk: Omsk in SibADI, 2009. - p. 195
2. Korchagin, P. A. Reduction of the level of angle of longitudinal vibrations excavator [Text]: monograph / P. A. Korchagin, I. Shelepov. - Omsk: Omsk in SibADI, 2005. - p. 92.
3. Korchagin, P. A. Reduction of dynamic loads on a single bucket excavator [Text]: monograph / V. Shcherbakov, P. A. Korchagin. - Omsk: Omsk in SibADI, 2000.is p. 147.
4. Korchagin, P. A. Reduction of dynamic loads on the motor grader operator on the basis of tractor ZTM-82 [Text]: monograph / P. A. Korchagin, A. I. Stepanov. - Omsk: Omsk in SibADI, 2003. - p. 84.
5. Savelyev, S. V., Soil compaction rollers with adaptive working bodies [Text]: monograph. - Omsk: Omsk in SibADI, 2010. - p. 122.
Корчагин Павел Александрович - доктор технических наук, профессор Каф. «Механика» Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ). Основное направление научных исследований: развитие научных основ проектирования виброзащитных систем строительных и дорожных машин. Общее количество публикаций - 52. e-mail: korchagin_pa@mail. ru
УДК 004.896; 004.93'11; 004.032.26
МЕТОДЫ РАСПОЗНАВАНИЯ ГРАФИЧЕСКИХ ОБРАЗОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
И. В. Крысова, И. Л. Чулкова
Аннотация. Проведен анализ методов распознавания изображений, описана разработка эмулятора нейронной сети Хемминга для решения задач автоматизации классификации деталей по ЕСКД при конструкторско-технологической подготовке производства.
Ключевые слова: методы распознавания изображений, автоматизированное проектирование, нейронные сети, классификационная характеристика детали.
Введение
Современные системы
автоматизированного проектирования,
которые представлены линейкой продуктов CAD/CAM/CAE/PDM систем, в настоящее время позволяют автоматизировать большинство этапов конструкторско-технологической подготовки производства (КТПП). Однако все же остался ряд рутинных процедур, выполнение которых ложится на плечи конструктора. В данной статье речь пойдет об операции классификации деталей. Классификационная характеристика является основной частью обозначения детали или изделия и их конструкторских документов, которая решает целый ряд актуальных задач от создания единого информационного языка для автоматизированных систем до унификации и стандартизации. Таким
образом, присвоение характеристики детали по ЕСКД - это обязательный и важный этап разработки конструкторской документации.
В настоящее время существует два способа классификации детали. Первый - это «ручное» присвоение характеристики с помощью классификатора ЕСКД. Этот способ основной на данный момент. Второй -экспертная система «Классификатор» компании «Аскон», которая основана только на вербальном описании деталей и выбора пользователем нужного изображения деталей из имеющихся. Поиск нужного класса происходит в режиме «вопрос-ответ», а также просмотре текстового описания и эскизов. Т.е. распознавание изображений происходит пользователем системы.
Однако на данный момент активно развиваются различные методы
