Сертификация производительности автогрейдера при выполнении планировочных работ

U2 v R

"^{p V} "^; 2xtg(3xK_p и

H = hx - "

₊^x(i^)x-&ii,;

2x^xA^

Решение этого уравнения относительно /?«• позволит определить максимальную глубину копания бульдозером при заданной ширине отвала и тяговом усилии тягача. Величина глубины копания в конце процесса набора призмы волочения определится из условия воспол­нения потерь грунта при сохранении постоянным транспортируемого объёма набранной призмы волочения.

Полученные математические модели можно использовать для раз­работки алгоритма расчёта и экспериментального определения про­изводительности бульдозера в заданных условиях эксплуатации. В отличие от разработанных и рекомендованных ранее [20] зависимо­стей определения пути набора призмы волочения бульдозером реко­мендованные в настоящей работе зависимости позволяют определять путь набора грунта в призму волочения с учётом изменчивости со­противления отделения стружки от массива грунта при увеличении призмы волочения.

Исходя из целевого назначения любого технического средства, критерием оптимизации параметров отвала бульдозера следует счи­тать удельные приведенные затраты. Однако учитывая, что стоимость изготовления навесного оборудования бульдозера и затраты на его эксплуатацию по отношению к расходам на конструкцию тягача незна­чительны, возможно, оптимизацию параметров отвала следует произ­водить по критерию производительности бульдозера. Исходными дан­ными к расчёту являются:

параметры движителя тягача А, В, п, характеризующие свойства опорной поверхности и ходового оборудования при определении ко­эффициента буксования;

ширина ходового оборудования В_т;

вес тягача G_T и коэффициент 0, учитывающий долю веса тягача, приходящегося на ведущие части ходового оборудования (для гусе­ничного тягача 9=1),

мощность энергоустановки тягача N;

КПД трансмиссии тягача л. от двигателя к ходовому оборудованию,

величина сцепления движителя [у] с грунтом;

максимально допустимые ширина [В] и высота [Н] отвала буль­дозера, определяемые конструкцией тягача;

допустимые скорости движения бульдозера при выполнении опе­раций копания[У,,], перемещения [V„] призмы волочения и холостого хода [V_T], определяемые возможностями системы управления конст­рукцией бульдозера и рельефом местности;

характеристика разрабатываемого грунта, определяемая показа­телями сопротивления перекатыванию f бульдозера, коэффициентами K-i, К₂, К₃, К₄, К₅, К_эт, характеризующими сопротивление отделению стружки от грунтового массива при заданных углах установки ножа и отвальной поверхности и размерах кромки затупления ножа, коэффи­циентами разрыхления грунта К_р, объёма призмы волочения К_пр, учёта потери грунта из призмы волочения К„;

характеристика рельефа местности, определяемая показателем /;

угол р¹ наклона траектории движения режущей кромки Отвала к дневной поверхности на участке заглубления отвала в грунт;

величина длины рабочего участка бульдозера /_т;

время, необходимое для выполнения дополнительных операций t_R;

ДН и ДВ - приращение высоты и ширины отвала.

Задание для самостоятельной работы На основе анализа информации о влиянии параметров бульдозера на его производительность разработать методику производства сер­тификационного испытания производительности бульдозера. При этом необходимо обеспечить независимость результатов испытаний от квалификации оператора - водителя бульдозера.

Автогрейдер является дорожно-строительной машиной, предна­значенной для профилирования и отделки земляного полотна дороги. Кроме того, его применяют для планировки насыпей, выемок и их от­косов, формирования и очистки кюветов и каналов, перемешивания грунта или гравия связущими материалами. Автогрейдеры широко ис­пользуют при летнем содержании и ремонте грунтовых и гравийных дорог, а в зимнее время - для расчистки дорог и аэродромов от снега.

Рабочий орган автогрейдера - отвал - размещен внутри колесной базы машины между передней и задними осями (рис.15). Такое раз­мещение отвала в сочетании с балансирной подвеской задних колес существенно уменьшает вертикальное перемещение режущей кромки отвала при преодолении колесами неровностей, благодаря чему по­вышаются планирующие качества автогрейдера и уменьшается коли­чество необходимых проходов по одному месту. Идея создания такой конструкции автогрейдера соответствует её основному функциональ­ному назначению - выполнению планировочных работ при создании различных строительных объектов.

Количество проходов автогрейдера по одному месту (п) при вы­полнении планировочных работ определяет его производительность, зависит от параметров конструкции автогрейдера и характеристики неровностей планируемого земляного полотна. Однако до сих пор нет рекомендаций на определение п, которое в настоящее время назна­чается на основании данных, полученных из сферы эксплуатации ав­тогрейдеров, что препятствует оценке производственного потенциала этих машин при производстве сертификационных испытаний.

Рассмотрим основные положения теории планирующих машин грейдерного типа [9]. Характер неровностей, на которые воздействует планировщик, представим как эргодический, стационарный процесс с нормальным законом распределения, а планировщик - как нелиней­ную динамическую систему, которую можно линеанизировать стати­стическими методами и представить как линейную динамическую сис­тему.

Уравнение рабочего процесса двухосного планировщика

Для вывода уравнения рабочего процесса планировщика грейдер­ного типа используем расчетную схему, представленную на рис. 13,

где S - абсцисса кромки рабочего органа;

В -длина базы планировщика;

V - расстояние от кромки рабочего органа до задней оси;

F(S) - ордината профиля неспланированной поверхности под пе­редней осью машины, она отнесена к абсциссе кромки рабочего орга­на;

f(S) - ордината кромки рабочего органа;

f(S-V) - ордината профиля под задней осью;

F,S - внешние воздействия, рассматриваются как случайные вели­чины.

Допущения

Внешние воздействия от образования колеи под передней и зад­ней осями не учитываются.

Динамические деформации конструкции не учитываются, учитыва­ются только воздействия неровностей F(S).

Принимается, что неровности с длиной волны менее радиуса коле­са подавляются ими и не учитываются.

Задняя ось движется только по профилю, очерченному кромкой рабочего органа, так как при планировании присутствует процесс опорной срезки неровностей.

Исключено из рассмотрения смещение отвала из опорной плоско­сти колес (условие прямолинейности ABC).

Составим уравнение рабочего процесса планировщика с учетом прямолинейности линии ABC (рис.13), которое получается при соблю­дении следующих положений:

1. При наезде переднего колеса на неровность F(S) режущая
кромка рабочего органа сместится по вертикали на величину

f(S)= F(S)V/B.

2. В то же время при наезде заднего колеса планировщика на не­
ровность с абсциссой (S-V), полученную после прохода рабочего ор­
гана планировщика, режущая кромка рабочего органа сместится по
вертикали на величину

f '(S)= f(S-V) (B-V)/B.

3. В результате ордината положения режущей кромки рабочего ор­
гана планировщика определится суммой

f(S)=f(S)+f(S). Обозначив отношение V/B символом а, получим уравнение рабо­чего процесса планировщика в следующем виде:

f(S) = aF(S) + (l-a)f(S-V). ₍₁₎

Это уравнение дает описание воздействия неровностей не-сплани-рованной поверхности на рабочий орган планировщика. Представим это уравнение в рекуррентном виде, когда один из членов уравнения рабочего процесса определяется последующим уравнением.

f(S) = a-F(S) + (1-a)-f(S-V) (1-a)°

f(S-V) = a-F(S-V) + (1-a)-f(S-2V) (1-a)¹

f(S-2V) = a-F(S-2V) + (1-a)f(S-3V) (1-a)²

f(S-nV)= a-F(S-nV) + (1-a)f(S-(n+1)V) (1-a)ⁿ

Помножим каждую строку этих уравнений на (1-а)^п, где п - номер строки, и просуммируем все строки.

f(S) +(1-a)-f(S-V) +(1-a)² f(S-2V) +(1-a)³ f(S-3V) +...

+(1-a)ⁿ-f(S-nV)=a-F(S)+(l-a)-f(S-V)+a-(l-a)-F(S-V)+

+(l-ct)² -f(S-2V)+a-(l-a)²-F(S-2V) + +(l-a)³ -f(S-3V) +... +a-(l-a)ⁿ-F(S-nV)+...+(l-a)ⁿ-f(S-nV)+... В результате получим

f(S) = a^(l-a)ⁿ-F(S-n-V) ₍₂₎

«=о Для использования полученного уравнения (2) рабочего процесса планировщика необходимо иметь закон изменения неровностей F(S) не спланированной поверхности, который представим в виде гармони­ческого профиля

F(S) = A-Cos~^-S L

где А - амплитуда неровностей; L - длина периода гармонического профиля.

Тогда уравнение рабочего процесса планировщика примет вид

со *\

f(S) = a ■ £(l - a)" -A- Cosl-^— {S - n ■ V)\

Используя формулу косинуса разности углов, можно представить в виде

я=о L L L L

Дальнейшие преобразования с использованием формул тригоно­метрических рядов [8] позволили получить уравнение рабочего про­цесса двухосного планировщика в следующем виде:

f(S)=AZX-A-Cos\~-S-<p ф

где

(»■•■•-

<р= arctg ---------------------- -с-----

1 - (1 - а) ■ Cosi—*- ■ V) L

А7Х = = ---------------- = -------- =

Jl- 2 ■ (1 - а) • Cos(— ■ V) + (\-а)^г

Рис.13. Расчетная схема для получения уравнения рабочего процесса воздействия на неровности планируемой поверхности автогрейдера без балансирных подвесок.

Согласно определениям теории преобразования гармонических про­цессов дробное выражение перед тригонометрической функцией коси­нуса называют амплитудно-частотной характеристикой (AZX) средства преобразования (в нашем случае планировщика) гармонических про­цессов.

В результате получено уравнение рабочего процесса двухосного длиннобазового планировщика с рабочим органом, расположенным внутри базы, которое представляем собой произведение амплитудно-частотной характеристики (AZX) и уравнения, описывающего входное воздействие планируемого профиля с учетом сдвига по фазе ср макси­мума амплитуды А, определяемого параметрами планировщика V, а и планируемого профиля L.

Уравнение смещения центральной точки балансира

При строительстве дорог для производства планировочных работ земляного полотна и строительных материалов используют автогрей­дер с балансирной подвеской задних осей и колесной формулой 6x4x2. Балансиры в конструкции автогрейдера обеспечивают повышение пла­нирующей способности машины. Для учета влияния балансирной под­вески на процесс планировки необходимо иметь уравнение смещения центральной точки балансира (см. рис. 14).

Рис. 14, Расчетная схема к выводу уравнения смещения центральной точки балансира Уравнение смещения центральной точки балансира при движении по рельефу местности, неровности которой представлены функцией F(S), имеет вид

/_{S) = ^.[F(S-~)₊F(S ₊ ^)]

Введем в это уравнение закон изменения неровностей в виде гармонической функции

F(S) = A-Cos~-^-S Т

тогда

„„_, 1, L-. 2-я' п b. _ 2>jT-,rt b \

f{S)=--A-{Cos ------------------ (S — ) + Los (S+- }

2 { I L 2 J I L 2JJ

„ 2-к _os „ 2-я Ь_л 2-7z „ „. 2-TV 6₄
Cos( ----------------- 6) • Cos( ---) + Sm( - S) ■ Sm( --) +

Г / ПЧ - '* - A Li J— ■ Zj JLj La Z*

2 „.2-ж „ _ 2-я b. „. 2-Ti „. ₀ .2-я 6,

+Cos( ---------- S) ■ Cos( --) - Sin( -- S) ■ Siri ---)

L L 2 L L T

f(S) = A ■ Cos{²-j- ■ |) ■ Cos(-^- ■ S).

В результате имеем амплитудно частотную характеристику балан­сира как преобразователя гармонических воздействий в следующем виде:

f(S) = AZX_s-A-Cos(—--S) ^^

Уравнение рабочего процесса планировщика с задней балансирной подвеской

Расчетная схема автогрейдера с задней балансирной подвеской представлена на рис.15, а исходное уравнение рабочего процесса по воздействию неровностей не,-спланированной поверхности на поло­жение планирующего рабочего органа имеет вид

f(S) = a-F(S) + AZX₈(1-a)-f(S-V).

После представления этого уравнения в рекуррентном виде и со­ответствующих преобразований

Дата добавления: 2014-01-07