Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. Цели и задачи исследования. 10
1.1. Анализ работ по тяговой динамике ЗТМ 10
1.2. Тенденции автоматизации привода ЗТМ 19
1.3. Выводы по обзору. Цель и задачи исследований 24
2. Анализ возмущений, действующих на землеройно-транспортную машину 26
2.1. Обоснование статистического подхода к анализу входных воздействий на ЗТМ 26
2.2. Определение статистических характеристик возмущений, действующих на ЗТМ 28
2.3. Выводы по главе 54
3. Методика математического моделирования рабочего процесса ЗТМ 55
3.1. Задачи математического моделирования 55
3.2. Структура математический модели ЗТМ 56
3.3. Полиномиальная модель буксования ЗТМ 58
3.4. Характеристика силовой установки ЗТМ 65
3.5. Влияние нелинеиностеи в структуре моделей на статистические характеристики показателей рабочего процесса 67
3.6. Обоснование структуры и определение параметров одномассовой модели ЗТМ 88
3.7. Влияние нелинеиностеи в структуре привода рабочего органа ЗТМ на динамику рабочего процесса 95
3.8. Методика формирования математической модели рабочего процесса ЗТМ 105
3.9. Выводы по главе 108
4. Определение вероятностных характеристик выходных параметров рабочего процесса ЗТМ 110
4.1. Определение статистических характеристик угловой скоростивала двигателя 110
4.1.1. Определение математического ожидания угловой скоростивала двигателя 114
4.1.2. Определение дисперсии угловой скорости вала двигателя 115
4.2. Определение интервала изменения математического ожидания развиваемого двигателем крутящего момента 118
4.3. Определение математического ожидания и дисперсии тяговой мощности при работе на одной из ветвей регуляторной характеристики двигателя 122
4.3.1. Вывод зависимостей статистических характеристик тяговой мощности от статистических характеристик момента сопротивления 122
4.3.2. Верификация аналитических зависимостей 129
4.4. Определение математического ожидания и дисперсии тяговой мощности на полной регуляторной характеристике двигателя 130
4.5. Выводы по главе 132
5. Оптимизация режима работы ЗТМ 134
5.1. Максимизация производительности ЗТМ без учета случайного характера нагрузок на примере автогрейдера 134
5.1.1. Условие максимизации производительности автогрейдера 134
5.1.2. Влияние рабочих сопротивлений, грунтовых условий и характеристик привода автогрейдера на производительность. 137
5.1.3. Определение оптимальной длины отвала автогрейдера с учетом регуляторной характеристики двигателя 140
5.2. Задача многокритериальной оптимизации режима работы ЗТМ 146
5.3. Оптимизация по Парето загрузки двигателя ЗТМ на основе критериев оценки тяговой мощности 149
5.4. Выбор оптимальной длины отвала автогрейдера на основе критериев оценки тяговой мощности (режим перемещения грунта) 154
5.5. Рабочий процесс ЗТМ при частичной загрузке двигателя 157
5.5.1. Применение теории выбросов случайной функции для исследования динамики привода ЗТМ 159
5.5.2. Возможность перевода двигателя ЗТМ на частичный скоростной режим 166
5.6. Выбор оптимального коэффициента загрузки двигателя 174
5.7. Выводы по главе 177
6. Оптимальное управление рабочим процессом ЗТМ 179
6.1. Синтез регулятора, оптимального по критерию минимума среднеквадратической ошибки крутящего момента 179
6.2. Анализ работоспособности САУ рабочим процессом ЗТМ 193
6.2.1, Оценка устойчивости САУ с оптимальным регулятором.. 193
6.2.2. Оценка технологической работоспособности САУ 197
6.3. Синтез типовых регуляторов, близких к оптимальным 202
6.3.1. Оценка качества функционирования САУ с ПИД-регулятором 205
6.3.2. Оценка качества функционирования САУ регулятором релейного типа 211
6.4. Выводы по главе 219
Основные результаты и выводы по работе 221
Литература 226
Приложения 241
- Определение статистических характеристик возмущений, действующих на ЗТМ
- Влияние нелинеиностеи в структуре моделей на статистические характеристики показателей рабочего процесса
- Определение интервала изменения математического ожидания развиваемого двигателем крутящего момента
- Определение оптимальной длины отвала автогрейдера с учетом регуляторной характеристики двигателя
Введение к работе
Сокращение сроков создания и внедрения новых землеройно-транспортных машин (ЗТМ), диктуемое рыночными условиями, а также более полное использование ресурсов существующих машин с целью повышения эффективности техники вызывают необходимость совершенствования теоретических положений проектирования ЗТМ. Особое место в теории ЗТМ занимает анализ динамики рабочего процесса, являющийся сложной научной задачей. Важной проблемой остается исследование и выбор параметров привода ЗТМ с учетом специфики работы машин. Теоретическое обоснование режимов функционирования двигателя и трансмиссии неотделимо от вопросов исследования случайных факторов, влияющих на ход рабочего процесса, прежде всего - рабочих нагрузок, возникающих при резании, копании и перемещении грунта. В зависимости от свойств грунта и колесных движителей также случайным образом меняется буксование, влияющее на тяговые свойства машины; к заранее неопределенным факторам можно отнести и действия оператора, управляющего ЗТМ. Таким образом, теоретическое исследование рабочего процесса ЗТМ сводится к построению и анализу его математической модели, учитывающей динамические свойства машины и неполноту информации о ходе рабочего процесса.
Разработка математических моделей ЗТМ, определяющих статистические связи между показателями рабочего процесса, затруднена прежде всего наличием нелинейных зависимостей между параметрами рабочих процессов машин. Широко применяемый математический аппарат анализа динамических систем ориентирован в первую очередь на исследование линейных систем. Приведение математической модели ЗТМ к линейному виду в большинстве случаев
недопустимо, поскольку нарушается адекватность или снижается точность модели. Поэтому целесообразен подход к моделированию ЗТМ как системы с внутренними нелинейностями. Такое представление модели подразумевает отклонение законов распределения выходных показателей рабочего процесса от нормального распределения, что необходимо учитывать при анализе динамических свойств ЗТМ. Вероятностный подход позволяет оценить влияние динамических свойств системы на статистические характеристики тяговой мощности.
До последнего времени основное внимание уделялось максимизации среднего значения тяговой мощности ЗТМ без учета других ее вероятностных характеристик. В настоящей работе определены аналитические связи вероятностных характеристик тяговой мощности с характеристиками возмущений и конструктивными параметрами машин. Для этого решена математическая проблема вычисления центральных моментов случайных величин. Разработанная методика позволяет определить влияние вероятностных характеристик рабочих нагрузок на математическое ожидание и дисперсию тяговой мощности с учетом динамики ЗТМ.
Применение теории случайных процессов позволяет использовать в исследованиях ЗТМ математический аппарат, доказавший свою эффективность в других отраслях науки, изучающих стохастические системы. В настоящей работе предлагается многокритериальная оптимизация рабочего процесса ЗТМ на основе определения Парето-оптимальных решений для значений математического ожидания и дисперсии тяговой мощности. Выбор режима функционирования и параметров ЗТМ на базе этого критерия решает две задачи: обеспечение максимальной средней тяговой мощности, что повышает производительность и топливную экономичность машины, и уменьшение случайных колебаний тяговой мощности, что снижает
> динамические нагрузки на двигатель, трансмиссию и рабочее
оборудование ЗТМ, продлевая срок их службы.
Знание динамических свойств ЗТМ как объекта управления делает возможным проектирование новых систем автоматического управления рабочим процессом. Принцип формирования закона управления рабочим оборудованием, силовой установкой и трансмиссией должен основываться на выборе оптимального нагрузочного режима привода
ЗТМ. Задачи проектирования систем автоматического управления
рабочим процессом ЗТМ должны решаться с учетом устойчивости
замкнутых систем и на основе статистических критериев оценки
качества их функционирования.
Представленные методики и положения диссертации составляют теоретическую базу для проектирования новых и модернизации существующих ЗТМ, а также рекомендуемые принципы создания систем автоматического управления тяговой мощностью ЗТМ.
На защиту выносятся:
методика математического моделирования рабочего процесса ЗТМ;
методика определения аналитических зависимостей математического ожидания и дисперсии тяговой мощности от параметров ЗТМ и статистических характеристик внешних нагрузок;
теоретические положения многокритериальной оптимизации режима работы ЗТМ;
- методика разработки САУ рабочим процессом ЗТМ.
Научная новизна работы заключается:
в методике математического моделирования рабочего процесса ЗТМ и модели, описывающей зависимости между входными случайными воздействиями, конструктивными параметрами ЗТМ и тяговой мощностью;
в полиномиальной модели буксования движителей ЗТМ;
8
і - в результатах численного эксперимента на имитационной
модели привода ЗТМ, показывающих влияние нелинейностей в
структуре модели на статистические характеристики показателей
рабочего процесса;
- в определении передаточной функции модели ЗТМ, а также
зависимости постоянной времени апериодического звена в структуре
модели от положения рабочей точки на регуляторной характеристике
двигателя и переменного коэффициента буксования;
в разработанной методике вычисления начальных моментов случайных величин и полученных аналитических выражениях для математического ожидания и дисперсии тяговой мощности;
в формулировке и решении задачи многокритериальной оптимизации рабочего процесса ЗТМ на основе оценки тяговой мощности;
в методике выбора оптимальных режимов загрузки двигателя на основе множества Парето-оптимальных решений при различных грунтовых условиях;
в теоретическом обосновании возможности перехода на высшую передачу трансмиссии при работе ЗТМ на легких операциях в зависимости от спектральных характеристик нагрузки на рабочем органе;
в результатах теоретической оценки принципиальных возможностей автоматического управления рабочим процессом ЗТМ для поддержания заданного значения крутящего момента на валу двигателя;
в предложенной методике синтеза и настройки регулятора системы автоматического управления (САУ) рабочим процессом ЗТМ.
Практическая ценность диссертационной работы состоит:
в рекомендациях по выбору оптимального режима функционирования привода ЗТМ с учетом случайного характера нагрузок;
в разработке алгоритма определения оптимальной длины отвала автогрейдера при различных грунтовых условиях; в разработке и внедрении технического решения по оснащению автогрейдера отвалом переменной длины;
в рекомендациях по выбору передачи трансмиссии ЗТМ в зависимости от характеристик нагрузки на рабочем органе;
- в рекомендациях по автоматизации рабочего процесса ЗТМ.
Диссертация выполнена на кафедре «Автоматизация
производственных процессов и электротехника» СибАДИ.
Определение статистических характеристик возмущений, действующих на ЗТМ
С каждым годом ЗТМ оснащаются все более сложными автоматизированными устройствами, управляющими двигателем, трансмиссией, рабочим органом с целью повышения производительности, качества выполняемых работ и снижения нагрузки на человека-оператора. В рамках этого направления развития ЗТМ необходима адекватная теория, рассматривающая автоматизированную ЗТМ как объект управления в совокупности с автоматическим регулятором. Положения этой теории должны учитывать специфику рабочих процессов ЗТМ и основываться на классической теории управления [7, 9, 52, 96, 144, 147].
Существуют работы, рассматривающие частные вопросы управления ЗТМ [79]. Теория многофакторного эксперимента, изложенная в [79], позволяет лишь частичную оптимизацию при определенных условиях [94]. Поэтому в работе на самом деле рассмотрены не вопросы оптимального управления и их решение с позиций классической теории оптимального управления, а различные комбинации управлений, не отражающих всей динамики системы. Кроме того, допускается смешение технических и экономических критериев. Линейная свертка частных критериев позволяет автору свести решение к одному глобальному критерию - «параметру энергии, t который должен быть оценен коэффициентами, прошедшими экспертизу». При такой «экспертной» оценке энергии в случае ручного управления бульдозерами невозможна в принципе автоматизация ЗТМ. Системы управления дизельными двигателями, устанавливаемыми на ЗТМ, представляют собой механические или электронные устройства регулирования впрыска топлива и подачи воздуха, не связанные, как правило, с остальными системами ЗТМ » [117]. Учет переменных нагрузок для тракторных дизелей находит отражение в регуляторнои характеристике двигателя, которая имеет рабочие участки, например, поддерживающие постоянную мощность [150] или частоту вращения [37] при изменяющемся крутящем моменте. Регуляторная характеристика двигателя из-за наличия нескольких участков, соответствующим разным режимам работы двигателя, является нелинейной. Несмотря на техническое совершенство управления двигателем, отсутствует теоретическая методика его выбора для ЗТМ с учетом случайного характера рабочих нагрузок. Благодаря электронному управлению двигателем, трансмиссией, рабочим органом и другими системами появляется возможность обмена информацией между управляющими устройствами. Поэтому необходимо развитие теоретической базы, учитывающей совместное функционирование этих систем во время рабочего процесса ЗТМ для выбора оптимальных режимов. Подбор соотношения таких параметров, как эксплуатационная масса и мощность двигателя базовой машины в тяговом режиме, является задачей, требующей нетривиальных решений. Так, американская фирма Caterpillar на своих тракторах внедрила систему VHP (переменная мощность). В отсутствие больших колебаний нагрузки при переходе с третьей передачи на более высокую автоматически увеличивается подача топлива, обеспечивая более высокий уровень мощности. Передаточное отношение трансмиссии ограничивает передаваемый крутящий момент на низших передачах таким образом, чтобы не превышать максимального момента на высших, предохраняя тем самым трансмиссию и трактор от перегрузок [130]. В [75] отмечается, что двигатели современных энергонасыщенных тракторов в России и за рубежом регулируются на два уровня мощности: основной - для реализации тяговой концепции и повышенный - для перехода на новый энергетический уровень. Так, например, на современном тракторе Valmet-8750 при работе в тяговом режиме мощность двигателя 634DS составляет 160 л. с, в тягово-энергетическом (с частичным отбором мощности через ВОМ) путем автоматического увеличения подачи топлива она повышается до 190 л. с. На тракторах ООО «ТК ВгТЗ» ВТ-100Д с двигателем Д-442 реализован аналогичный принцип двухрежимной работы дизеля (соответственно 120 и 145 л. с. механическим переключением всережимного регулятора дизеля). Вместе с тем автор отмечает, что в условиях реализации тягово-энергетической концепции развития конструкций тракторов общего назначения выбор мощности двигателя в большей степени сводится к выбору его минимальной мощности при максимальной эффективности агрегата. Для реализации последнего при повышении общей энергонасыщенности масса трактора и мощность его двигателя согласуются так, чтобы практически вся мощность (за исключением неизбежных потерь на буксование и колееобразование) реализовывалась бы через тяговое усилие трактора. Необходимо отметить появление систем регулирования на основании информации о буксовании ведущих колес. Такая информация стала доступна благодаря массовому применению на тракторах радарных датчиков действительной скорости, действующих на основе эффекта Доплера. Ведущий поставщик этой продукции на рынок - американская фирма Dickey John. Датчики такого типа широко используются как основа эксплуатационно-технического мониторинга, позволяющего рационально подбирать тягово-скоростные режимы для различных условий грунтовых условий. Необходимо отметить и разработанную в свое время в рамках советско-болгарского предприятия «Агроавтоматика» универсальной информационной системой с оригинальной конструкцией радарного датчика [145]. Поэтому создание эффективной системы автоматического регулирования, увеличивающий тяговый КПД, заключается отчасти в том, чтобы определить критерии сигналов управления, обеспечивающих оптимальное буксование ведущих колес. Необходимо отметить, что при наличии ступенчатой передачи максимальная тяговая мощность на потенциальной тяговой характеристике может быть больше максимальной, полученной с помощью трансмиссии. Средства автоматизации моторно-трансмиссионной установки базовой машины позволяют осуществлять управление плавного включения муфт реверса или привода вала отбора мощности, а также процессом переключения ступенчатых коробок передач без разрыва потоков мощности. Характерно, что в последнее время в этих целях тракторные трансмиссии оснащаются электрогидравлическими аппаратами в виде пропорциональных редукционных клапанов, обеспечивающих заданное протекание переходных процессов по характеру изменения давления в гидроприводе управления фрикционными элементами. Наиболее продвинутые решения в этой области увязываются с таким прогрессивным фактором, как электронное регулирование подачи топлива в дизель, которое не только отвечает растущим экологическим требованиям по токсичности выхлопа, но и повышает стабильность регулирования в эксплуатации.
Влияние нелинеиностеи в структуре моделей на статистические характеристики показателей рабочего процесса
Переменные рабочие сопротивления на рабочем органе ЗТМ являются причиной неравномерной загрузки двигателя и колебаний скорости движения машины. Для обеспечения более полной загрузки двигателя и равномерной скорости движения бульдозеров, автогрейдеров и других ЗТМ существуют системы автоматического управления (САУ), в которых за показатель процесса принята максимальная мощность дизеля Ne, а за стабилизируемую величину угловая скорость его вала (ое. Угловая скорость вала двигателя определяет теоретическую скорость движения машины vm без учета буксования 8. Управление осуществляется за счет подъема или заглубления отвала [3, 59, 62, 105]. Использование трехпозиционных гидравлических распределителей в приводе рабочего органа обуславливает существенную нелинейность САУ. В связи с этим возникают вопросы устойчивости системы и обеспечения приемлемого качества управления [49, 61, 107]. В настоящей работе определена область устойчивости одноканальной системы стабилизации теоретической скорости автогрейдера, работающего в режиме копания грунта. При составлении математической модели САУ приняты следующие допущения: рассматривается движение автогрейдера только в продольной плоскости; скорость штоков гидроцилиндров считается постоянной; колебаниями скорости движения машины при описании геометрии автогрейдера пренебрегаем; инерционность машины описывается одномассовой моделью; буксование считается постоянным. Принятые значения параметров рабочего процесса соответствуют среднему авто грейдеру ДЗ-143-1 с регуляторной трансмиссией и дизелем А-01М, работающему на второй передаче. Частотные характеристики случайной составляющей силы сопротивления копанию взяты из экспериментальных данных [59]. Модель имеет 2 входа: - задающее воздействие vm3 - заданное значение теоретической скорости движения машины; - возмущающее воздействие F - случайная составляющая силы сопротивления копанию. Выход модели - наблюдаемое значение теоретической скорости vm. Автоматизированный автогрейдер представлен в виде замкнутой системы стабилизации, структурная схема которой приведена на рис. 3.34. Измеренная теоретическая скорость vm сравнивается с заданным значением vm3, и сигнал рассогласования є подается на вход релейного звена с зоной нечувствительности Ъ и амплитудой выходного сигнала сє{-1;0;і}. Релейное звено описывает трехпозиционный электрогидравлический распределитель. Звено с передаточной функцией Wx(p) описывает работу гидравлического привода отвала, выходом этого звена является длина выдвижения штока /. Звено W$(p) моделирует геометрию движения задних колес автогрейдера по обработанной отвалом поверхности. Передаточная функция W4(p) показывает зависимость силы сопротивления резанию грунта от глубины копания h, W5 (р) - связь между силой сопротивления копанию Р и моментом сопротивления на валу дизеля Мс. Звено W6(p) представляет собой одномассовую модель инерционности автогрейдера, приведенной к валу двигателя (3.67). Звено W-j{p) показывает зависимость между крутящим моментом на валу дизеля Ме и теоретической скоростью движения машины vm, т.е. учитывает регуляторную характеристику дизеля с регулятором подачи топлива и параметры трансмиссии. Передаточная функция гидропривода где Кгп - скорость штока гидроцилиндра; тгп - запаздывание срабатывания гидропривода. 100 Моделирование рабочего процесса автоматизированного автогрейдера, получение графиков переходных процессов и исследование влияния отдельных параметров на поведение системы выполнено с помощью программной реализации модели. В качестве инструмента использована система имитационного моделирования MATLAB/SIMULINK [142] (см. рис. 3.35). Результаты моделирования показали, что при определенном сочетании параметров система склонна к автоколебаниям даже при отсутствии возмущений F (рис. 3.36, 3.37). Следовательно, необходимо выработать методику настройки САУ, т.е. подбора параметров системы и рабочего процесса, обеспечивающих устойчивую работу САУ. Поскольку устойчивость обусловлена только собственными свойствами системы, возмущающее воздействие F можно исключить из рассмотрения. Для исследования устойчивости САУ разомкнутую систему необходимо разделить на нелинейную часть (релейное звено) и линейную часть с запаздыванием, имеющую передаточную функцию Разделение системы на две части позволяет применить частотный критерий Найквиста для построения границы устойчивости (рис. 3.38). На комплексной плоскости строится годограф амплитудно-фазовой частотной характеристики (АФЧХ) линейной части W(p)=W(j(o) и годограф гармонически линеаризованного релейного звена с зоной нечувствительности, имеющего передаточную функцию W [3, 106]. Годограф релейного звена -MW совпадает с вещественной осью и имеет крайнюю правую точку S = -%b/(2c).
Определение интервала изменения математического ожидания развиваемого двигателем крутящего момента
Одним из решений, повышающих производительность и топливную экономичность ЗТМ, является выбор параметров машин (в частности, передаточных отношений трансмиссии) с учетом неизбежных колебаний выходных параметров рабочего процесса. Предлагается методика выбора значений параметров машины на основе решения двухкритериальной оптимизационной задачи [53, 54].
Статистические характеристики тяговой мощности N, а также коэффициент загрузки двигателя К3 зависят от того, в каком режиме работает силовая установка. Регуляторнои и корректорной ветвям регуляторнои характеристики двигателя соответствуют различные коэффициенты передачи между крутящим моментом Ме и угловой скоростью вала ое, а также переменная инерционность ЗТМ, которая может различаться на порядок для разных ветвей характеристики. Это оставляет открытым вопрос об оптимальном значении коэффициента загрузки двигателя даже при найденных аналитических выражениях для математического ожидания и дисперсии тяговой мощности (4.88), (4.89).
Для оценивания рабочего процесса ЗТМ введем понятие оптимальности по Парето [78, 80]. Допустим, двум различным режимам загрузки двигателя ЗТМ соответствуют значения математического ожидания и дисперсии тяговой мощности: (/У,}, {Л } и E{N2}, V{N2] соответственно. Будем считать, что второй режим доминируется первым, если выполняются условия: E{NX} E{N2}; V{NX}UV{N2), (5.32) причем хотя бы одно из этих неравенств строгое. Множество і недоминируемых режимов загрузки двигателя образует множество Парето-оптимальных решений. Другими словами, оптимальные режимы загрузки двигателя ЗТМ должны соответствовать максимизации математического ожидания E{N) И одновременной минимизации дисперсии V{N} тяговой мощности N. Поскольку с ростом математического ожидания BIN] возрастает дисперсия V{N}, эти два критерия оптимальности противоречивы. Поэтому из множества Парето-оптимальных решений можно выбирать различные варианты загрузки двигателя, равноценные с точки зрения условия (5.32). Если на практике во время рабочего процесса важнее увеличивать математическое ожидание тяговой мощности ЗТМ по сравнению со снижением дисперсии, то условие максимума E{N} превалирует над условием минимума V{N). Для разных значений математического ожидания момента сопротивления М{МС}, обусловленного переменными нагрузками, действующими на ЗТМ во время рабочего процесса, с допущением о постоянной величине коэффициента вариации момента сопротивления i/, получены зависимости дисперсии тяговой мощности V{N} ОТ ее математического ожидания E{N). При моделировании использованы значения параметров рабочего процесса автогрейдера ДЗ-143-1 в режиме перемещения грунта (номинальная мощность двигателя 99 кВт). Схема алгоритма вычисления математического ожидания и дисперсии тяговой мощности ЗТМ, основанная на представленных зависимостях математической модели, выглядит следующим образом. 1. Задание грунтовых условий, определяющих нагрузочный режим ЗТМ: задается коэффициент вариации vj/ несглаженного момента сопротивления Мс, приведенного к валу двигателя; также задается параметр сглаживания корреляционной функции силы сопротивления копанию для типовых грунтов а (4.32). Например, при моделировании авто грейдера ДЗ-143 эти величины изменяются в пределах \/ є [0,09; 0,17] а є [0,08; 0,4] 2. Вычисление границ А и В изменения математического ожидания крутящего момента (см. рис. 4.3): А М{МС} В. 3. Задание массива значений математического ожидания момента сопротивления М{МС) в этих границах в окрестности точки Мн. Каждое значение М{МС} соответствует рабочей точке на регуляторной характеристике двигателя (рис. 3.5) и кривой буксования (см. рис. 3.4). 4. Вычисление среднеквадратичного отклонения момента сопротивления на валу двигателя: с{Мс} = \уМ{Мс}. 5. Расчет постоянной времени Та, характеризующей инерционность ЗТМ, в соответствии с (3.67) для каждой рабочей точки. 6. Вычисление угловой скорости вала двигателя ое в соответствии с регуляторной характеристикой двигателя (3.21). 7. Расчет значения буксования 8 в каждой рабочей точке в соответствии со схемой математической модели (см. рис. 3.41). 8. Вычисление параметра сглаживания корреляционной функции момента сопротивления а в соответствии с (4.34). 9. Расчет среднеквадратичного отклонения крутящего момента на валу двигателя с{Ме], сглаженного инерционностью ЗТМ (4.36). 10. Вычисление в каждой рабочей точке по формулам (4.75) и (4.76) математического ожидания M{N} И дисперсии D{N) тяговой мощности как при работе либо на регуляторной, либо на корректорной ветви характеристики двигателя.
Определение оптимальной длины отвала автогрейдера с учетом регуляторной характеристики двигателя
На основе полученных зависимостей, представленных на рис. 5.6, могут быть получены практические рекомендации по оснащению ЗТМ отвалом переменной длины. На легких супесях (KL 11,5 кН/м) следует увеличивать длину отвала по сравнению со стандартной, на более тяжелых суглинках (KL 12,2 кН/м) - уменьшать. Еще со времен академика В. Н. Болтинского, основоположника исследования работы дизеля при неустановившейся нагрузке, было установлено, что из-за колебаний нагрузки происходит потеря мощности, так как колебания нагрузки и угловой скорости коленчатого вала отрицательно влияют на рабочий процесс двигателя, а также вызывают снижение коэффициентов наполнения, индикаторного, регуляторного и избытка воздуха. Это объясняется тем, что дизели дорожных машин работают в условиях непрекращающихся колебаний нагрузок, что приводит к незавершенности переходных процессов [140]. Кроме того, снижение мощности двигателя происходит и вследствие нелинейности регуляторной характеристики при колебаниях нагрузки. Этот процесс характеризуется параметром, называемым недоиспользованной мощностью [92, 93, 120]. При неизменной амплитуде колебаний нагрузки и повышении среднего уровня загрузки двигателя до номинального недоиспользование мощности двигателя увеличивается. При постоянной средней нагрузке двигателя и увеличении амплитуды ее колебаний недоиспользование мощности также увеличивается [93]. Здесь же предлагается оценивать загрузку двигателя по моменту сопротивления или крутящему моменту двигателя, т.к. оценка загрузки двигателя по расходу топлива, средней мощности, скорости вращения коленчатого вала при колебаниях нагрузки на нелинейном участке регуляторной характеристики будет зависеть от параметров этих колебаний. При работе дорожной машины, например при выполнении планировочных работ, разравнивании строительных материалов, перемещении грунта автогрейдером, условия технологии накладывают такие ограничения на скорость, что при работе двигателя на максимальном скоростном режиме развиваемая им мощность используется не полностью. При этом показателем, определяющим производительность, является действительная скорость машины, при которой оператор успевает реагировать на изменения параметров рабочего процесса, управлять приводом рабочего органа, режимом работы силовой установки, трансмиссии и курсом движения машины. Сравнительно невысокие рабочие сопротивления делают возможным переход на высшую передачу с переводом двигателя на частичный скоростной режим в целях экономии топлива. Повышение в среднем момента сопротивления, приведенного к валу двигателя, и переменный характер нагрузок могут привести к перегрузке двигателя и усложнить работу оператора ЗТМ. Поэтому в настоящем разделе обоснована возможность перевода двигателя на частичный скоростной режим и перехода на высшую передачу трансмиссии с учетом статистических характеристик переменных нагрузок. Увеличение внешних сопротивлений, действующих на ЗТМ, приводит к перегрузке двигателя и сопровождается интенсивным снижением угловой скорости коленчатого вала. В двигателях с всережимным регулятором крутящий момент двигателя сначала возрастает, главным образом, в результате действия корректора, увеличивающего по мере снижения угловой скорости цикловую подачу топлива в цилиндры. Если при достижении двигателем максимального крутящего момента, вследствие увеличения нагрузки, происходит дальнейшее уменьшение частоты вращения коленчатого вала, двигатель начинает работать неустойчиво и при дополнительной перегрузке останавливается [131]. Исходя из этого условия, вырабатывается технический допуск А на отклонение ординат процесса изменения крутящего момента на валу двигателя от его среднего значения (рис. 5.7), где случайный процесс изменения момента представлен как центрированная случайная функция где М{Ме) - математическое ожидание случайной функции момента сопротивления Mc{t). Процесс изменения момента сопротивления будем считать стационарным [99]. Таким образом, устанавливается величина момента сопротивления, превышение которой нежелательно. Превышение уровня А имеет место в том случае, когда произойдут два события, а именно: в момент времени.
