Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 9
1.1.Требования к геометрической точности работ по устройству
асфальтобетонного покрытия дорог 9
1.2.Тенденции развития асфальтоукладчиков и их систем управления.... 15
1.3.Существующие системы управления асфальтоукладчиков 24
1.4.Обоснование и выбор критерия эффективности 32
1.5.Цель и задачи исследования 37
2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ 39
2.1.Общая методика исследований 39
2.2.Методы математического моделирования рабочего процесса
асфальтоукладчика 41
2.3.Методика экспериментальных исследований 43
2.4.Структура выполнения работы 45
3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА
АСФАЛЬТОУКЛАДЧИКА 48
3.1.Общие положения 48
3.2.Разработка концептуальной модели 49
Постановка цели и задач моделирования 49
Принятие допущений и установка ограничений 51
Определение системы и формулировка концептуальной модели 52
3.2.3.1.Определение взаимодействия системы с внешней средой
52
3.2.3.2.Определение внутренней структуры системы 53
3.2.3.3.Определение взаимосвязей между подсистемами 54
3.2.3.4.Функциональная схема рабочего процесса
асфальтоукладчика с системой управления 56
3.3.Подготовка исходных данных 58
3.3.1. Математическая модель микрорельефа 59
3.4.Выбор средств моделирования 65
3.5.Разработка программной модели : 68
Математическая модель подсистемы «Рама» 68
Математическая модель подсистемы «Электрогидравлический привод» 76
Математическая модель подсистемы «Датчик» 77
Математическая модель подсистемы «Выглаживающая плита» 77
Математическая модель подсистемы «Устройство управления» 85
Обобщенная математическая Simulink-модель 87
3.6.Оптимизация модели рабочего процесса асфальтоукладчика по
быстродействию 87
3.7.Выводы 94
РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ 95
4.1.Обеспечение точности моделирования 95
4.2.Планирование теоретического эксперимента 98
4.3.Определение зависимости показателя эффективности Кт от
характеристик микрорельефа 99
4.4.Определение зависимости показателя эффективности К от параметров
системы управления без применения корректирующего звена 102
4.5.Определение зависимости показателя эффективности К от параметров
системы управления с корректирующим звеном 103
Построение зависимости KT>n = f(b, Тпр) при Уасф = 0,02 м/с... 104
Зависимость KT,n = f(b, Тпр) при Уасф = 0,04 м/с 108
Зависимость КТ;П = f(b, Тпр) при УаСф = 0,05 м/с 109
Зависимость Кт,п = f(b, Тпр) при Уасф = 0,06 м/с 110
Зависимость KT,n = f(b, Тпр) при Уасф = 0,1 м/с 111
Зависимость Кт,п = f(b, Тпр) при Уасф - 0,2 м/с 112
Зависимость К = f(b, Тпр, Уасф) 113
4.6.Разработка алгоритма определения рациональных параметров
системы управления асфальтоукладчиком 115
4.7.Выводы 117
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 118
5.1.Экспериментальные исследования рабочего процесса
асфальтоукладчика -. 118
5.2.Подтверждение адекватности математической модели 120
Оценка адекватности математической модели микрорельефа 120
Оценка адекватности математической модели рабочего процесса асфальтоукладчика 123
5.3.Алгоритм работы адаптивной системы автоматического управления
асфальтоукладчиком 126
5.4.Внедрение результатов исследований 131
5.5.Требования к техническим средствам автоматизации 132
5.6.Экономический расчет предложенной системы управления
положением выглаживающей плиты асфальтоукладчика 138
5.7.Выводы 143
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 144
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 146
ПРИЛОЖЕНИЯ 156
Введение к работе
Актуальность работы. Строительство дорог имеет для России исключительно важное народнохозяйственное значение. Хорошо разветвленная дорожно-транспортная сеть является необходимым условием и базой для создания инфраструктуры современного государства с развитой экономикой. Прекрасные по качеству и несущей способности скоростные автомагистрали стран европейского сообщества делают экономически выгодными перевозки различных товаров на расстояния в тысячи километров.
Строительство дорог по современным нормам и правилам (СНиП), учитывающим возможные нагрузки на покрытия от грузопотоков, представляет собой сложный технологический процесс, реализуемый с применением высокопроизводительных машин и оборудования. Неотъемлемыми компонентами строительно-дорожных комплексов стали средства и системы автоматизации, обеспечивающие возможность достижения максимальной производительности машин и наивысшего качества выполнения работ.
Широкое распространение в строительстве в настоящее время получили асфальтоукладчики. Асфальтоукладчики используются для выполнения операций: приема смеси от транспортирующих средств, распределения ее на заданную ширину укладки, профилирования, уплотнения и выглаживания асфальтобетонной смеси.
Дорожные отделочные машины, асфальтоукладчики, характеризуются
постоянной повторяемостью выполняемых операций технологического
процесса, а вследствие' этого и высокой степенью пригодности их к
I автоматизации. Подача и распределение смесей, поддержание рабочей
скорости и направления движения, толщина и ровность устраиваемого покрытия могут осуществляться у них при помощи автоматических регуляторов.
!
Точность формируемого асфальтобетонного покрытия во многом определяется точностными характеристиками системы управления выглаживающей плиты асфальтоукладчика (СУВП). До настоящего времени в известных СУВП реализуется способ управления по отклонению, при этом
используются простейшие алгоритмы управления. Для достижения в работе поставленной цели необходимо провести дополнительные исследования, направленные на обеспечение требуемой точности асфальтобетонных покрытий, формируемых асфальтоукладчиками. В связи с этим работа, направленная на дальнейшее совершенствование СУВП является актуальной.
Цель работы: обеспечение требуемой точности асфальтобетонных покрытий, формируемых асфальтоукладчиками.
Объект исследования: процесс управления выглаживающей плитой асфальтоукладчика.
Предмет исследования: закономерности, устанавливающие связь основных параметров СУВП с критерием эффективности рабочего процесса асфальтоукладчика.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: обоснование критерия эффективности рабочего процесса асфальтоукладчика;
разработка математической модели процесса управления положением выглаживающей плиты асфальтоукладчика;
выявление основных закономерностей процесса управления
положением выглаживающей плиты асфальтоукладчика;
разработка методики выбора основных параметров системы управления положением выглаживающей плиты асфальтоукладчика.
Методика исследований: носит комплексный характер и содержит как теоретические, так и экспериментальные исследования.
Задачами теоретических исследований являлось выявление основных закономерностей, связывающих принятый критерий эффективности и параметры СУВП, с целью определения структуры корректирующего звена и
алгоритма поиска рациональных значений параметров, системы управления в целом.
Задачей экспериментальных исследований являлось подтверждение адекватности математической модели рабочего процесса асфальтоукладчика и разработка алгоритма работы его адаптивной системы управления.
Научная новизна заключается в:
обосновании критерия эффективности рабочего процесса асфальтоукладчика;
разработке математической модели процесса управления положением выглаживающей плиты асфальтоукладчика, представленной в виде сложной динамической системы, включающей подсистемы: «Рама», «Электрогидравлический привод», «Устройство управления», «Датчик», «Выглаживающая плита», «Задатчик», «Микрорельеф»;
установлении функциональных зависимостей, отражающих связь критерия эффективности и основных параметров СУВП;
разработке алгоритмов: «определения рациональных параметров системы управления асфальтоукладчиком» и «работы адаптивной СУВП асфальтоукладчиком».
Практическая ценность состоит в предложенной адаптивной СУВП асфальтоукладчика, которая позволяет осуществлять рабочий процесс асфальтоукладчика с максимальной рабочей скоростью, без снижения точности и с минимальной частотой включений электрогидравлических приводов.
Реализация работы. В областном государственном унитарном предприятии "Мостовое ремонтно-строительное управление" г. Омска, принята к внедрению СУВП асфальтоукладчика с форсирующим звеном и адаптивным алгоритмом настройки.
На защиту выносятся:
критерий эффективности рабочего процесса асфальтоукладчика;
математическая модель асфальтоукладчик с устройством
управления;
полученные зависимости критерия эффективности от основных параметров системы управления;
алгоритм поиска рациональных параметров системы управления положением выглаживающей плиты асфальтоукладчика;
- алгоритм работы адаптивной системы управления.
Достоверность научных положений обеспечивается адекватностью
математической модели, корректностью принятых допущений, корректным использованием методики имитационного моделирования и системного подхода, а также достаточным объемом экспериментальных данных.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и получили одобрение на Межрегиональной научно-практической конференции «Экономика региона: комплексные инновационные подходы и решения» (г. Омск, СибАДИ, 2005г.), Внеочередной конференции-семинаре Ассоциации автомобильных инженеров (г. Омск, СибАДИ, 26 - 27 октября 2005г.), Международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (г. Омск, НГАВТ, 2007г.), Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых исследователей «Теоретические знания - в практические дела» (г. Омск, РосЗИТЛП, 2007г.), Межвузовской научно-практической конференции с международным участием (г. Омск, РосЗИТЛП, 2006г.), Международном конгрессе «Военная техника, вооружение и технологии двойного применения» (г. Омск, ОмГУ, 2005г.).
Публикации: по материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 1 статья в издании, рекомендованном ВАКом.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложений. Объем диссертации составляет в целом 145 страниц основного текста, в том числе 17 таблиц, 48 рисунков, список литературы из 95 наименований и, приложения на 15 страницах.
