Введение к работе
Актуальность работы.
В горной промышленности осуществляется повсеместный переход на крупных и средних карьерах от автосамосвалов грузоподъемностью 27...40 т к автосамосвалам нового поколения грузоподъемностью 75...180 т, а в дальнейшем предполагается применение автосамосвалов еще большей грузоподъемности - до 250...350 т.
Для увеличения производительности экскаваторно-автомобиль-ных комплексов стремятся использовать экскаваторы с большой вместимостью ковша (8, 12.5, 16, 20 м3). Однако при падении с высоты отдельных глыб, порций или рядовой горной массы возникают большие динамические нагрузки на кузов, раму, рессоры, шины, вследствие чего отдельные элементы этих конструкций могут разрушаться. Особенно большие нагрузки испытывает шины: при допустимой нагрузке 210 кН на шины типоразмера 24.00-49 фактически в период загрузки наибольшая сила реакции передних шин достигает 583 кН, задних -426 кН. В более тяжелом режиме работают передние шины автосамосвала.
Кроме этого, затраты на восстановление и ремонт шин автосамосвалов составляют в себестоимости перевозок горной массы 25...30. в то время как затраты на техническое обслуживание и текущий ремонт агрегатов, узлов и систем не превышают 15.
Поэтому исследование динамики ударного колебательного процесса, возникающего при загрузке карьерного автосамосвала, представляется актуальной задачей.
Представленная работа проводится в рамках научно-технической программы 026 "Вычислительная техника", раздел 0.80.03 "Создать новые и развить действующие системы автоматизированного проектирования (САПР) в народном хозяйстве (автоматизация исследований)'*, утвержденной постановлением ГКНТ.
Основные исследования были выполнены автором на кафедре информатики УТИ и на кафедре вычислительной техники и информатики ИПК УГТУ. Работа выполнена под руководством профессора, д.т.н., лауреата Ленинской премии Дергунова Н.П.
Объект исследования.
Пневмогидравлическая подвеска большегрузного карьерного автосамосвала.
Цель работы.
Улучшение динамических и статических характеристик карьерных автосамосвалов за счет управляемой гидроактивной подвески.
Основная идея работы.
На основе математического моделирования в работе исследуются динамические процессы, возникающие при загрузке существующих карьерных автосамосвалов, затем с помощью управляемой гидроактивной подвески эти процессы изменяются до оптимальных.
Теоретическая база исследований.
Системный анализ, математическое моделирование, теория автоматического управления, математические метода оптимального управления, вычислительный эксперимент, метода математической статистики.
Научные положения, защищаемые в работе.
-
Показано, что за счет совершенствования статических и динамических характеристик автосамосвала при его загрузке возможно улучшить эффективность работы большегрузного автосамосвала в карьере.
-
Установлено, что применение гидроактивной управляемой подвески в значительной степени улучшает динамические и статические характеристики процесса загрузки автосамосвала (уменьшение максимального прогиба рессор и шин, снижение колебательности процесса, уменьшение нагрукенности деталей и шин при загрузке).
-
Синтезированный алгоритм системы управления подвеской в режиме загрузки большегрузного карьерного автосамосвала позволяет обеспечивать близкие к оптимальным характеристики процесса загрузки.
Достоверность научных положений подтверждается адекватностью разработанной математической модели самосвала и результатов вычислительных экспериментов с синтезированной системой управления.
Научная новизна работы.
1. Разработана математическая модель автосамосвала, позволя-одая моделировать динамические процессы автосамосвала в различных режимах эксплуатации. Модель включает математическое описание пневмогидравлического устройства; возмущений, действующих на автосамосвал со стороны дорожного покрытия, а также возмущений, возникающих при маневре, разгоне и торможении; системные оценки работы автосамосвала. Для исследования динамики в отдельных режи-
мах эксплуатации созданы дополнительные модели автосамосвала, которые могут использоваться для оперативного управления в . процессе реального функционирования и полунатурного моделирования.
-
На основе результатов моделирования синтезирована система автоматического управления сервоприводом подвески, обеспечивающая задаваемые значения управляющих сил с необходимой точностью и достаточным быстродействием в условиях интенсивных колебаний автосамосвалв.
-
Предложена методика синтеза алгоритма управления активной подвеской автосамосвала по заданным требованиям к характеристикам процесса загрузки автосамосвала для различных условий погрузки.
Практическая ценность работы.
-
В работе предложены конкретные алгоритмы гидроактивной системы управления; они могут быть использованы для реализации в бортовом вычислительном устройстве.
-
На основе предложенной математической модели автосамосвала разработано программное обеспечение, позволяющее исследователю анализировать и проектировать динамические характеристики, выбирать оптимальные режимы работы автосамосвала в эффективном диалоговом режиме с развитой визуализацией, осуществлять варьирование конструктивных и эксплуатационных параметров, исследовать различные режимы эксплуатации автосамосвала: загрузка, маневр, торможение-разгон, движение по неровной дороге.
-
В работе использовались современный инструментарий и методика моделирования (матричная лаборатория PC-MATLAB), дружественный интерфейс и визуализация результатов расчетов.
Апробация работы.
Основные результаты были доложены и представлены на I Всесоюзном горном съезде (УГИ им.В.В.Вахруиева, Свердловск, 1992), на презентации Международного центра дистанционного обучения фирмы IBM (УГТУ-УІШ им.С.М.Кирова, Свердловск, 1992), а также на научных семинарах кафедры информатики УГИ им.В.В.Вахрушэва и кафедры вычислительной техники и информатики ЫИПК УГТУ-УГМ им.С.М.Кирова и опубликованы в научной печати.
Публикации.
По результатам выполненных исследований опубликовано 4 печатных работы.
Структура и объем работы.