Материал: 2065

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА АВТОГРЕЙДЕРА

2.1. Морфологический анализ конструкции автогрейдера

Декомпозиция расчетных схем, морфологический анализ конструкций автогрейдеров, созданные на его основе математические модели подсистем с возможностью формирования различных обобщенных моделей землеройно-транспортных машин методом структурно-кинематического объединения (композиции) агрегатных динамических подсистем позволили разработать алгоритм и методику принятия проектных решений при автоматизированном проектировании структуры и основных параметров автогрейдера

[18].

Под структурой понимается совокупность функциональных составляющих и их отношений, необходимых для достижения системой заданной цели [18], в данном случае – повышение точности профилирования и производительности. Решение задачи синтеза структур, имеющих требуемые характеристики, невозможно без классификации составных частей. Рассмотрение типовых технических и патентных решений позволяет провести их классификацию по числу структурных составляющих и характеру взаимосвязей.

С целью выявления основных структурных элементов и подсистем был проведён морфологический анализ известных компоновочных схем автогрейдеров (рис. 2.1).

Автогрейдер состоит из ряда элементов разных по назначению, форме и размеру, но выполняющих одну и ту же функцию в различных конструкциях при выполнении земляных работ [13].

Основными структурными элементами, представленными на рис. 2.1, являются: корпус 1, в который входят кабина оператора, двигатель, коробка перемены передач и прочее; балансирная тележка 2; шарнирно-сочлененная хребтовая балка 3; ось колес 4 и навесное оборудование с РО 5.

Из полученных элементов аналогично могут быть составлены практически все типы традиционных, а также ряд существенно модернизированных конструкций автогрейдеров [13]. При их составлении необходимо варьировать параметры, в наибольшей степени влияющие на планирующую способность автогрейдера. К

35

таким можно отнести: колесную схему, длину базы, расположение отвала в базе, размер балансирной тележки, конструкцию навесного оборудования.

Успешное решение вопроса автоматизированного синтеза новых конструктивных решений предлагаемым методом композиции требует наличия их математических моделей [13].

Рис. 2.1. Структурные элементы автогрейдера

2.2. Обобщенная математическая модель автогрейдера

Для составления уравнений геометрических связей автогрейдера, рассмотрения перемещения РО в пространстве под действием различных факторов, определения динамических характеристик объекта при различных возмущающих и управляющих воздействиях составлена пространственная расчетная схема автогрейдера (рис. 2.2).

36

При составлении расчетной схемы были приняты допущения [101]:

-автогрейдер является пространственным шарнирносочлененным многозвенником;

-конструктивные элементы автогрейдера абсолютно жесткие;

-люфты в шарнирных сочленениях автогрейдера отсутствуют;

-отвал постоянно заглублен в обрабатываемый грунт;

-рассматриваются малые перемещения элементов расчетной схемы;

-уплотнение грунта колесами пренебрежимо мало;

-автогрейдер движется прямолинейно с постоянной скоростью;

-эффективная длина РО принимается примерно равной ширине колеи автогрейдера.

Указанные допущения не влияют на правомерность выводов, и позволяют получить результаты расчетов с необходимой точностью.

Для описания положения элементов пространственной расчетной схемы в пространстве принята правая ортогональная инерциальная система координат O0X0Y0Z0 , связанная с грунтом. Ось O0X0 совпадает с направлением движения автогрейдера, ось O0Y0 направлена вертикально вверх [101].

Элементами пространственной расчетной схемы выбраны основные узлы автогрейдера, совершающие независимые перемещения друг относительно друга и определяющие его кинематические характеристики: хребтовая балка, подмоторная рама, левый балансир, правый балансир, передняя ось, тяговая рама и поворотный круг с РО.

Положение элементов расчетной схемы определяется положением соответствующих правых локальных систем координат

(табл. 2.1).

Для определения положения в пространстве произвольных точек

геометрических связей автогрейдера.

Положение РО в пространстве можно охарактеризовать

где К - коэффициент базы, характеризующий положение РО в колесной базе автогрейдера, Y1, YБ – вертикальные координаты центральных точек передней оси и балансирной тележки.

балансирной тележки автогрейдера, L1- расстояние от оси передних колес до центральной точки режущей кромки РО.

Для определения вертикальных координат осей правого балансира YБП и левого балансира YБЛ используем коэффициент базы