автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Оптимизация тяговых режимов землеройно-транспортных машин

СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНАЯ АКАДЕМИЯ (СибАДИ)

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЯГОВЫХ РЕЖИМОВ ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Специальность 05.05.04 - Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

На правах рукописи

Денисов Владимир Петрович

Омск - 2006

Работа выполнена в Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ), г. Омск.

НАУЧНЫЙ КОНСУЛЬТАНТ: ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор технических наук, профессор ЩЕРБАКОВ Виталий Сергеевич

доктор технических наук АБРАМЕНКОВ Дмитрий Эдуардович,

доктор технических наук СЫРКИН Владимир Васильевич,

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

доктор технических наук СОРОКИН Владимир Николаевич

Федеральное государственное унитарное предприятие «Конструкторское Бюро транспортного машиностроения», г. Омск

Защита состоится « 8 » июня 2006 г. в 14 часов на заседании Диссертационного совета ВАК РФ Д 212.250.02 в Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ) по адресу: 644080, г.Омск, проспект Мира, 5. Тел. (3812) 65-05-45, факс (3812)65-03-23. .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии.

Автореферат разослан « 2.5 » апреля 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук / Корнеев с в

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Сокращение сроков создания и внедрения новых землеройно-транспортных машин (ЗТМ), диктуемое рыночными условиями, а также более полное использование ресурсов существующих машин с целью повышения их эффективности вызывают необходимость совершенствования теоретических положений проектирования ЗТМ.

Повышение производительности и топливной экономичности машин связано с поиском оптимальных режимов работы двигателя, трансмиссии, движителя и привода рабочего органа ЗТМ. Теоретическое обоснование режимов функционирования ЗТМ 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 случайным образом меняется буксование, влияющее на тяговые свойства машины. К заранее неопределенным факторам можно отнести и действия оператора, управляющего ЗТМ. Внешние факторы вызывают значительные случайные отклонения показателей рабочего процесса, в том числе такого важнейшего показателя, как тяговая мощность ЗТМ.

Существующие методики оптимизации рабочего процесса ЗТМ направлены в первую очередь на повышение среднего значения тяговой мощности без учета статистических характеристик рабочих нагрузок. Теоретические методы, которые предназначены для исследования статистических характеристик параметров рабочего процесса ЗТМ, как правило, основаны на математическом аппарате линейных систем. В то же время разработка математических моделей ЗТМ, определяющих статистические связи между показателями рабочего процесса, затруднена наличием нелинейных зависимостей между параметрами рабочих процессов машин. Приведение математической модели ЗТМ к линейному виду в большинстве случаев недопустимо, поскольку нарушается адекватность или снижается точность модели. Наличие нелинейности в структуре модели подразумевает отклонение законов распределения выходных показателей рабочего процесса от нормального распределения, что необходимо учитывать при анализе динамических свойств ЗТМ.

С каждым годом ЗТМ оснащаются все более сложными автоматизированными устройствами, управляющими двигателем, трансмиссией, рабочим органом с целью повышения эффективности, качества выполняемых работ и снижения нагрузки на человека-оператора. В рамках этого направления развития ЗТМ возникает потребность в адекватной теории, основанной на классической теории управления и рассматривающей автоматизированную ЗТМ как объект управления в совокупности с автоматическим регулятором. При этом должна быть учтена специфика рабочих процессов ЗТМ.

Перечисленные проблемы вызывают необходимость создания теории оптимизации рабочего процесса ЗТМ по критерию, основанному на статистической оценке тяговой мощности. Положения этой теории должны учитывать динамические свойства машины, нелинейные зависимости между параметрами рабочего процесса и вероятностный характер нагрузок. В результате оптимизации должен быть обоснован выбор режима функционирования, а также основных параметров ЗТМ. Кроме того, необходимо разработать теоретические положения и рекомендации по автоматизации рабочего процесса ЗТМ .с целью автоматического поддержания оптимального режима работы......

Решение этих задач позволит создать теоретическую базу для проектирования новых эффективных ЗТМ и более полного использования тяговых возможностей существующих машин. Таким образом, оптимизация рабочего процесса ЗТМ с учетом случайного характера нагрузок представляет собой актуальную научно-техническую проблему, решение которой имеет важное хозяйственное значение для строительной отрасли.

Цель работы: оптимизация выходных параметров рабочего процесса ЗТМ с учетом случайного характера нагрузок.

Объект исследований: тяговые режимы ЗТМ в случайно изменяющихся грунтовых условиях.

Предмет исследований: закономерности, устанавливающие связи между статистическими характеристиками параметров рабочего процесса ЗТМ.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- определение статистических характеристик основных возмущений, действующих на ЗТМ;

^разработка методики математического моделирования рабочего процесса ЗТМ с учетом существенных нелинейностей в структуре математической модели, инерционности элементов ЗТМ и вероятностного характера внешних нагрузок;

- аналитическое определение вероятностных характеристик выходных параметров рабочего процесса ЗТМ с учетом нелинейности его модели;

- обоснование критериев оптимизации рабочего процесса ЗТМ;

- разработка методики оптимизации режимов работы и основных конструктивных параметров ЗТМ как при детерминированных, так и случайных внешних нагрузках;

-теоретическая оценка возможностей систем автоматического управления рабочим процессом ЗТМ, исследование вопросов оптимального управления и разработка рекомендаций по автоматизации 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;

- в результатах численного эксперимента на имитационной модели привода ЗТМ, отражающих 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 более высокую 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.

Внедрение результатов. В Мостовом эксплуатационном управлении «Омскавтодор» внедрено запатентованное техническое решение по оснащению автофейдера ДЗ-14Э-1 отвалом переменой длины, который применяется при перемещении и разравнивании грунта, на отделочных работах и очистке дорог от снега. Методика моделирования рабочего процесса ЗТМ внедрена и используется при дипломном проектировании в СибАДИ.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на Международной научной конференции «Город и транспорт» (г. Омск, 1996 г.), на II Международной научно-технической конференции «Автомобильные дороги

Сибири» (г.Омск, 1998 г.), 59 научно-технической конференции СибАДИ (1999 г.), Международной научной конференции, посвященной 70-летию СибАДИ (г. Омск, 2000 г.), Международной научно-практической конференции «Проблемы автомобильных дорог России и Казахстана» (г. Омск, 2001 г.), 43-й Международной научно-технической конференции Ассоциации автомобильных инженеров (г. Омск, 2003 г.), IV Международной конференции «Идентификация систем и задачи управления» SICPRO'05 (г. Москва, ИПУ РАН, 2005 г.), научном семинаре факультета «Транспортные и технологические машины» СибАДИ (2005 г.) и кафедре «Автоматизация производственных процессов и электротехника». Автогрейдер с модернизированным рабочим органом был представлен на международной выставке «ИНТЕРСИБ» (г. Омск, 2000 г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 43 печатных работы, в том числе 8 авторских свидетельств и патентов на изобретения. 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.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных результатов и выводов по работе, списка литературы и приложений. Работа имеет 240 страниц основного текста, 1 таблицу, 98 рисунков, список литературы на 150 наименований, 17 страниц приложений, содержащих листинги программ и акты внедрения результатов диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, дана краткая характеристика исследуемых вопросов и предлагаемых подходов к их решению, сформулированы основные положения, выносимые на защиту; показаны научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе выполнен аналитический обзор предшествующих работ, посвященных исследованию рабочих процессов ЗТМ. Целью обзора является определение важнейших факторов, влияющих на ход рабочих процессов, критериев их оценки, а также выявление основных направлений дальнейшего поиска решений по оптимизации рабочих процессов ЗТМ.

Рассмотренные в обзоре работы по тяговой динамике ЗТМ и тракторов разделены на две группы: в первой действующие на машину нагрузки счи-

таются детерминированными, во второй учитывается вероятностный характер рабочих сопротивлений. В первой группе выделены работы видных ученых К. А. Артемьева, В. И. Баловнева, Ю. А. Ветрова, А. М. Завьялова,

A. Н. Зеленина, И. А. Недорезова, В. Н. Тарасова, Н. А. Ульянова и др. По результатам обзора этих работ выделены основные параметры рабочего процесса ЗТМ и взаимосвязи между ними, описывающие такие специфические для ЗТМ вопросы, как взаимодействие рабочего органа и движителей ЗТМ с грунтом, формирование рабочих нагрузок и их влияние на режим работы привода ЗТМ. Во второй группе следует отметить работы Л. Е. Агеева,

B. Ф. Амельченко, Б. А. Бондаровича, Ю. В. Гинзбурга, И. П. Ксеневича, Д. И. Федорова, Л. А. Хмары и др. По этим работам сделан вывод о необходимости учета статистических характеристик случайных факторов, влияющих на ход рабочего процесса ЗТМ. Вопросы автоматизации рабочего процесса ЗТМ исследованы в работах Т. В. Алексеевой, А. М. Васьковского, В.

A. Воробьева, Б. Д. Кононыхина, Э. Н. Кузина, Л. Я. Цикермана,

B. С. Щербакова и др. На основе анализа этих работ и периодики определены основные тенденции совершенствования привода рабочих органов ЗТМ и систем автоматического управления.

Аналитический обзор предшествующих работ позволил сделать следующие выводы. Внешние воздействия, которым подвержены ЗТМ, представляют собой случайные функции времени, поэтому для анализа динамики ЗТМ необходимо использовать математический аппарат теории случайных процессов. До настоящего времени отсутствовало строгое математическое обоснование выбора параметров ЗТМ и рабочего процесса на основе статистических характеристик тяговой мощности и возмущений, действующих на ЗТМ. Случайные отклонения относительно среднего значения тяговой мощности учитывались при помощи эмпирических коэффициентов, полученных из опыта эксплуатации машин. <

За основной показатель рабочего процесса ЗТМ следует принять тяговую мощность машины, связанную с производительностью и топливной экономичностью ЗТМ. Критерии оптимизации рабочего процесса должны учитывать как среднее значение тяговой мощности, так и ее случайные отклонения. Применение этих критериев позволит на основе знания статистических характеристик возмущающих воздействий выбрать значения параметров ЗТМ, обеспечивающие максимальное среднее значение тяговой мощности при минимальных случайных отклонениях.

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.

В рамках этих направлений определены цель, задачи, объект и предмет исследования.

В соответствующих разделах работы использованы методы математической статистики, теории вероятностей, теории случайных процессов, математического программирования, теории автоматического регулирования.

Вторая' глава посвящена анализу возмущений, действующих на ЗТМ. Выполнено обоснование статистического подхода к анализу воздействий на ЗТМ. Многообразие случайных факторов, влияющих на формирование рабочих нагрузок ЗТМ, вызывает необходимость статистического анализа рабочих процессов. К случайным факторам следует отнести переменные физико-механические свойства грунта, субъективность действий оператора, в частности частоту включений привода управления рабочим оборудованием, изменения рельефа обрабатываемой поверхности, параметры и состояние рабочих органов и т.д. При создании конструкций и проектировании систем управления ЗТМ необходимо учитывать характер и величины преодолеваемых машиной сопротивлений. Основной составляющей рабочих сопротивлений, действующих на ЗТМ, является сопротивление копанию, изменяющееся во времени случайным образом. Это возмущение влияет прежде всего на стабильность работы двигателя, трансмиссии, вызывает колебания тяговой мощности и сказывается на производительности машины.

" Целью главы является определение и обобщение статистических характеристик сопротивления копанию грунта для различных видов ЗТМ. В качестве основных характеристик выбраны дисперсии, автокорреляционные функции и спектральные плотности сопротивления копанию. При статистическом анализе использованы экспериментальные данные как других исследователей, так и полученные автором.

В общем случае рабочие сопротивления ЗТМ представляют собой нестационарные неэргодические случайные процессы. Это объясняется широким диапазоном условий эксплуатации машин, неравномерными управляющими воздействиями оператора и нелинейностью характеристик узлов и агрегатов машин (трансмиссии, двигателя, привода рабочего оборудования и т.д.). Возможность статистического анализа таких случайных процессов достигается выделением нестационарности по математическому ожиданию и по дисперсии. Для бульдозеров и автогрейдеров можно выделить два типа рабочих сопротивлений с точки зрения нестационарности: с переменным во времени математическим ожиданием и постоянной дисперсией; с переменным во времени математическим ожиданием и пропорциональной математическому ожиданию дисперсией. В работах Д. И. Федорова и Б. А. Бондаровича предложены методы выделения низкочастотной составляющей (тренда) и высокочастотной составляющей (флюктуаций) этих двух типов нестационарных процессов для их дальнейшего раздельного анализа.

Случайные процессы первого типа представляются в виде суммы трендов и флюктуации. Те же авторы указывают, что среднюю функцию временного ряда рабочего сопротивления для машин непрерывного действия, в частности автогрейдеров, начиная со времени 0,03 длительности рабочего прохода, можно считать постоянной во времени. В работах В. Ф. Амельченко использовано осреднение нестационарных реализаций рабочего процесса методом линейной фильтрации. Центрирование флюктуации производилось исключением искажающих гармоник случайных процессов.

Важнейшими характеристиками случайной силы сопротивления копанию Рк являются автокорреляционная функция и спектральная плотность 5/,, описывающие свойства случайного процесса во временной и частотной областях. Для дальнейшего исследования аналитических зависимостей между параметрами рабочего процесса ЗТМ в диссертации получены аппроксимирующие функции НР и . При этом использованы приведенные В. Ф. Амельченко результаты обработки экспериментальных данных, полученных при испытании бульдозеров на базе тракторов тяговых классов 3 и 15. Основываясь на виде спектральных плотностей, можно сделать вывод о том, что существенные частоты исследованных возмущений лежат в диапазоне со <6 с"1. Аппроксимирующие функции показаны на рис. 1, 2. Экспериментально полученные автокорреляционные функции и нормированные спектральные плотности аппроксимированы выражениями:

(1)

с / \ о СС2 + Р2 + Ш2 ...

^Дш)=2а, н --—(2)

(а + р + со ^ — ш

0.5

-0.5

\ : V*

..... Эксперимент.

Аппроксимация • »

3 4 т, с —

, Рис. 1. Аппроксимированная автокорреляционная функция силы сопротивления копанию для бульдозера на базе трактора тягового класса 15

Рис. 2. Аппроксимированная спектральная плотность силы сопротивления копанию для бульдозера на базе трактора тягового класса 15

Вместе с корреляционным и спектральным анализом возмущений необходимо установить диапазон изменения дисперсии или стандартного отклонения нагрузок, определяющих рабочий режим и вызывающих вариации тяговой мощности машины. Для анализа силы сопротивления копанию грунта бульдозером Рк использованы экспериментально полученные осциллограммы, приведенные в работе Э. А. Арбатского. Сила сопротивления копанию экспериментальным образцом бульдозера с гидромеханической трансмиссией на базе трактора тягового класса 15 измерена им при двух уровнях удельной мощности в траншее длиной 70 м. При анализе данных в диссертации удален тренд возмущений, и получены автокорреляционные и спектральные функции Рк. Статистический анализ проведен на квазистационарных участках реализаций рабочего процесса с постоянным математическим ожиданием. Эти участки соответствуют 2/3 всего рабочего хода бульдозера. Полоса существенных частот составляет а> < 4 с" . Среднеквад-ратическое отклонение силы сопротивления копанию при первом уровне удельной мощности аРк = 33,26 кН, при втором уровне — аРк = 43,12 кН, Математические ожидания случайных процессов соответственно составляют Л, =131,23 кН и Рк =122,41 кН.

Зависимости между математическим ожиданием и среднеквадратиче-ским отклонением силы сопротивления копанию могут быть описаны с помощью коэффициентов вариации тренда и флюктуаций. По данным Д. И. Федорова, коэффициенты вариации флюктуаций нагрузок автогрейдеров лежат в пределах =0,09—0,17, бульдозеров - = 0,09...0,18. Ре-

зульты выполненного в диссертации статистического анализа рабочих нагрузок бульдозера и автогрейдера совпадают с этим данными.

С целью определения спектральных и статистических характеристик основных рабочих нагрузок, действующих на автогрейдер, проведен анализ экспериментальных данных, полученных автором. В Мостовом эксплуатационном управлении «Омскавтодор» при участии автора изготовлен грейдерный отвал с выдвижными боковыми секциями на основе запатентованного технического решения (рис. 3). Его отличие от существующих конструкций состоит в том, что при втягивании боковые секции-удлинители поднимаются и не мешают резанию грунта основным ножом, а высота и профиль удлинителей идентичны параметрам основного отвала. Благодаря этому потери грунта при его перемещении удлинителями снижаются. Модифицированный отвал, длина которого была увеличена на 1,6 м, установлен на средний автогрейдер ДЗ-143-1. -

Рис. 3. Модифицированный отвал переменной длины

Для оценки влияния свойств нового рабочего органа на тяговые характеристики машины проведены производственные испытания автогрейдера с модифицированным отвалом. Исследован процесс поперечного перемещения валика грунта при стандартной и увеличенной длине отвала. В ходе эксперимента определены сила сопротивления перемещению грунта /*., скорость машины V и частота вращения ведущих колес <о4..

Сила сопротивления перемещению грунта Рк измерена с помощью стрелочного динамометра ДПУ-20-2, установленного между хребтовой балкой и тяговой рамой. Скорость у и ускорение о автогрейдера определены по временным интервалам прохождения машиной участков между репера-

та вращения колес со,, рассчитана по периодам их оборотов. Значения параметров рабочего процесса одновременно фиксировались двумя видеокамерами на протяжении проходов длительностью около 160 с. Первой камерой сбоку производилась съемка ведущих колес автогрейдера и реперов. Второй камерой снимались показания динамометра. Видеозаписи проходов со стандартным и модифицированным отвалом переведены в цифровой формат АVI на ПЭВМ (видеофайлы). Так были получены изображения динамометра и движущегося автогрейдера с частотой 25 кадров в секунду. Покадровый просмотр видеозаписей на компьютере позволил определить силу Рк с дискретностью 0,04 с на протяжении рабочих проходов. Фрагмент зависимости силы сопротивления Рк от времени показан на рис. 4.

/, с-►

Рис. 4. Сила сопротивления перемещению грунта автогрейдером

Перед определением статистических характеристик силы сопротивления перемещению грунта Рк программными средствами системы МАТЬАВ удален линейный тренд. Вычислены автокорреляционные функции (т) и спектральные плотности ^ (ю) (рис. 5). Для автогрейдера с серийным отвалом математическое ожидание сопротивления составляет Рк- 21,09 кН,

11 +■» —

среднеквадратическое отклонение а/1к = — (кН); с модифи-

Vя о

цированным отвалом - Рк — 29,80 кН, среднеквадратическое отклонение <уРк = 3,83 кН. Соответствующие коэффициенты вариации для флюктуаций составляют = 0,1062 для автогрейдера с серийным отвалом и =0,1285 с модифицированным.

60 50 40 30

8

со, с"1

10

14

Рис. 5. Спектральная плотность силы сопротивления перемещению грунта автогрейдером с удлиненным отвалом

Выполнен анализ факторов, влияющих на формирование спектрального состава рабочих нагрузок. Выделены две основные причины случайных колебаний силы сопротивления на рабочем органе: случайное изменение глубины копания и силы сопротивления перемещению призмы волочения. При исследовании изменения глубины копания грунта выполнен анализ корреляционно-спектральных оценок координат микропрофиля грунтовой поверхности. При статистическом анализе динамики ЗТМ значительное количество нормированных экспериментально определенных автокорреляционных функций ^(т) и спектральных плотностей ¿^(ш) микропрофиля может быть аппроксимировано выражениями (1), (2), а также

2а

+ соврт,

с (ШУ л 2а. . л 2а2(а22 + <й2 + р2)

^и- А + , + а2

+ со2 + ^У^со^Р

(3)

(4)

(5)

(6)

Исследованы геометрические факторы формирования призмы волочения, влияющие на спектр нагрузок на рабочем органе, и сделан вывод о существенности только низкочастотных гармоник случайных нагрузок, действующих на ЗТМ. Кроме того, накопление грунта на рабочем органе ЗТМ влияет на инерционные свойства машины, что также необходимо учитывать при разработке математических моделей рабочих процессов ЗТМ.

В третьей главе приведена методика математического моделирования рабочего процесса ЗТМ.

Целью построения математических моделей рабочего процесса ЗТМ является формализация зависимостей между показателями рабочего процесса, дающая возможность исследования влияния основных конструктивных параметров ЗТМ и статистических характеристик возмущений на статистические характеристики тяговой мощности.

Основными задачами математического моделирования являются: выделение основных показателей рабочего процесса, определение структуры модели, выявление и описание основных нелинейностей, присущих моделям ЗТМ, описание динамики ЗТМ в виде уравнений и схематичное представление модели, а также определение параметров математической модели.

При описании конструкции ЗТМ применен детерминистский подход, согласно которому математическая модель строится, исходя из определяющих уравнений физики процессов, и представляет собой системы дифференциальных и алгебраических уравнений, связывающих показатели рабочего процесса. Экспериментально-статистический подход применен при моделировании взаимодействия ЗТМ со средой, в частности при описании буксования, измеренного экспериментально.

Структура математической модели (рис. 6) обусловлена исследуемой динамикой рабочего процесса ЗТМ, определяемой свойствами привода и движителей машины, а также внешними случайными факторами, влияющими на нагрузочный режим работы привода и на колебания тяговой мощности ЗТМ. Входом модели является случайный момент сопротивления Мс, приведенный к валу двигателя и обусловленный случайной силой сопротивления Рк на рабочем органе ЗТМ:

А'сЧ^+^М^), (7)

где /у - сила сопротивления качению машины, считающаяся постоянной; гс — силовой радиус колесного движителя; т\м - коэффициент полезного действия механической трансмиссии; г — передаточное число трансмиссии.

Выходом модели является изменяющаяся случайным образом тяговая мощность N.

Рис. 6. Структура динамической модели рабочего процесса ЗТМ

Параметризация исследуемого рабочего процесса позволила выделить основные параметры и составные элементы модели: момент сопротивления на валу двигателя Мс, обусловленный рабочими нагрузками, сглаживается инерционностью машины и призмы волочения; крутящий момент Ме, развиваемый двигателем для преодоления рабочих нагрузок, связан с угловой скоростью вала двигателя ше регуляторной характеристикой двигателя; крутящий момент Ме и угловая скорость со„ преобразуются в силу тяги Т и действительную скорость машины V с учетом буксования 5.

Математическая модель рабочего процесса содержит существенные нелинейности в своей структуре. Нелинейной является зависимость буксования движителей от рабочих нагрузок, а также регуляторная характеристика дизеля, оснащенного всережимным регулятором подачи топлива. Для детального математического описания рабочего процесса ЗТМ необходимо определить характер и параметры типовых нелинейностей в структуре математической модели.

Нелинейные зависимости буксования 5 от силы тяги Т исследованы на нескольких моделях: полиномиальных и линейно-степенной. При этом использованы данные экспериментальных исследований автогрейдеров ДЗ-176 и ДЗ-144 (полученные Н. А. Ульяновым).

Полиномиальные модели построены путем аппроксимации зависимости б(г) полиномами 2—5 порядков; точность аппроксимации оценивалась

п<^критерию детерминации Л2, построены доверительные интервалы. Показано, что целесообразно аппроксимировать б(г) на всем интервале изменения силы тяги Т полиномом 3 порядка (рис. 7); для выбранного примера

5(Г) = 5,542• 10"5Г3 -7,62• 1 (Г4Т1 + 4,725• 10"3Т + 2,909-ЮЛ (8) На практике также применяется эмпирическая формула для построения кривой коэффициента буксования колесного движителя с пневматической шиной:

5ЧЭ+в©"' (9)

где А и В — табличные коэффициенты для различных типов грунтов;' Л -сила ¡вертикальной реакции, действующая на шину со стороны грунта; п е {4; 5; 6; 8}. Это выражение представимо в форме

, 5 (т)=аТ + ЬТ". (10)

В настоящей работе предлагается методика расчета коэффициентов а, Ъ и показателя степени п линейно-степенной зависимости (10) по экспериментальным данным, что обеспечивает математическую строгость при подборе зависимости (9). При малых значениях силы тяги Т буксование можно аппроксимировать линейной зависимостью

Ь}(т)=а1т + а0, (II)

где а, и а0 - коэффициенты, оцениваемые методом наименьших квадратов. Степенная часть выражения (10) выражена через экспериментальные значения буксования 6 и линейную часть 8,:

ЪТ" =8-5,

(12)

Параметры степенной зависимости (10) определены путем линеаризации выражения (12) с помощью логарифмирования и последующего применения метода наименьших квадратов:

1п(г>) + и1п(г)=1п(5-5,) (13)

Полученная по этой методике зависимость, соответствующая (10) для рассматриваемого примера:

. 6(Г)=0,0022Г+ 1,25-10"6 7°'94. (14)

1.0

0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3. 0.2 0.1

0

Полиномиальная модель 3 порядка (Л2=0,9916) * Границы доверительного интервала (р= 90%)

Экспериментальные данные ,« Уд* » •

• » ^ • % • * \ • •

, - '* **"" ' - * * | модель {Д*=0,982) 5

10

15

Т, кН-

20

25

30

Рис. 7. Полиномиальная и линейно-степенная аппроксимация буксования автогрейдера ДЗ-176

На участках изменения Т, которые соответствуют установившимся режимам работы ЗТМ, хорошей точности аппроксимации можно добиться с помощью полинома 2 порядка:

б(г) = аа + ахТ + а2Тг. (15)

Такой режим характерен для автогрейдеров, грейдеров-элеваторов, а также для бульдозеров во время перемещения грунта (примерно 60% времени рабочего цикла). На рис. 8 аппроксимированы экспериментальные данные, полученные при различных грунтовых, условиях, выраженных через коэффициент сцепления колесного движителя с грунтом ср. Буксование также можно выразить как функцию крутящего момента на колесном движителе :

5(М„ )= аа + а,Му + а2М*. (16)

Рис. 8. Параболическая аппроксимация буксования автогрейдера Д-144

Регуляторная характеристика двигателя вносит в структуру моделей рабочего процесса ЗТМ существенную нелинейность. Упрощенная статическая внешняя регуляторная характеристика дизеля с регулятором подачи топлива показана на рис. 9. Крутящий момент Ме преобразуется в угловую частоту вращения вала сое силовой установки. •

Регуляторная

ветвь Корректорная

Рис. 9. Регуляторная характеристика дизеля с механическим регулятором подачи топлива

Работа двигателя на регуляторной и корректорной ветвях характеристики описывается следующим образом:

Г со, =(Мг -Л/„)с(, +со„, Ме<М„;

Iе0« = [Ме -М„)сс2 + ооя, МС>М„, где и с<2 — коэффициенты наклона регуляторной и корректорной ветвей соответственно. Томка пересечения ветвей характеристики соответствует номинальным значениям крутящего момента М„ и угловой скорости вала двигателя со„.

Нелинейность регуляторной характеристики двигателя оказывает существенное воздействие на статистические характеристики основных показателей рабочего процесса ЗТМ. Для исследования влияния случайного момента сопротивления Ме, вызванного стохастическими рабочими сопротивлениями и приведенного к валу двигателя, на угловую частоту вращения вала (ое и мощность дизеля Л^ проведен численный эксперимент.

Динамическая модель привода автогрейдера, предназначенная для проведения эксперимента, представлена в виде одномассовой системы с переменной структурой (рис. 10). Программная реализация рекуррентной модели выполнена в среде МАТЬАВ. В ходе эксперимента исследована реакция сйстемы на случайный сигнал с заданными характеристиками.

Рис. 10. Структурная схема численного эксперимента

Входом модели являются математическое ожидание м{мс} и средне-квадратическое отклонение о{л/с} момента сопротивления ^. распределенного по нормальному закону (рис. 11). Выходы — статистические характеристики угловой скорости вала двигателя со, и мощности двигателя Ыс.

Динамическое соотношение момента сопротивления на валу двигателя А/С(г) и крутящего момента развиваемого двигателем, описано инер-

ционным звеном первого порядка с переменной инерционностью:

+ (18)

где Та - постоянная времени, зависящая от того, на какой ветви характеристики работает двигатель.

Рис. 11. Плотность распределения момента сопротивления

На рис. 12 показана связь между временными рядами Мс(/) и А/„(/). Видно, что при работе двигателя на корректорной ветви ЗТМ обладает большей инерционностью и сильнее сглаживает высокочастотные колебания момента Мс(/), вызванные переменными рабочими сопротивлениями.

Нм

600 Мп

550 500 450 400

О 1 2 3 4 5 6 7 8 910

с-►

Рис. 12. Момент сопротивления и крутящий момент на валу двигателя

Переменная инерционность и нелинейность регуляторной характеристики двигателя вызывают значительное отклонение плотности распределения Ме, <а„ Л^ от нормального закона (рис. 13-15). Это затрудняет аналитическое определение статистических характеристик выходных параметров рабочего процесса ЗТМ; решение данной проблемы приведено в следующей главе.

■ ^ . , , , [

?— Й # уп г^Тпде • В •И • 1И

^ • 1 К I *

---------,... , ; ; ¡ ; ...

...

. i .......1-¡----¡---i---,

60 65 70 75 80 85 90 95 jy 100 N,. кВт-

Рис. 15. Плотность распределения мощности двигателя

Инерционные свойства ЗТМ предлагается описывать одномассовой моделью, входом которой является момент сопротивления на валу двигателя Мс, а выходом — скорость машины, характеризуемая угловой скоростью ведомых колес <й„ (рис. 16).

к <й

Щр)

Рис. 1б. Динамическая модель ЗТМ

Для получения дифференциальных уравнений движения элементов привода ЗТМ рассмотрена динамическая модель (рис. 17). Маховики с моментами инерции 7,, 1тр, /3 заменяют реальные вращающиеся массы двигателя, трансмиссии и поступательно движущиеся массы машины с призмой волочения соответственно. Муфта сцепления Ф6 моделирует буксование ведущих колес. Трансмиссия характеризуется передаточным числом I и коэффициентом полезного действия Т]. Приращения крутящих моментов и угловых скоростей: ЛМе — приращение' крутящего момента, развиваемого двигателем; АЛ/, и АМ2 - приращения моментов на входном и выходном валах трансмиссии; ДЛ/5 — приращение момента трения в муфте Ф5; АМС — приращение момента сопротивления на колесном движителе, обусловленное изменением нагрузки на" рабочем органе. Буксование описано параболической зависимостью (16). Выполнена линеаризация этой функции у рабочей точки характеристики с помощью разложения в ряд Тейлора, и получены дифференциальные уравнения движения элементов привода. Система описывается линейным дифференциальным уравнением второго" порядка

^рг- + + = , (19)

т ш т

где коэффициенты К зависят от конструктивных параметров ЗТМ.

Передаточная функция модели ЗТМ

К2]р + Кг

(20)

где р - оператор дифференцирования.

Численные значения параметров модели найдены для автогрейдера ДЭ-143, работающего в режиме перемещения грунта на 2 передаче. Переходные характеристики, соответствующие передаточной функции (20) при разных рабочих нагрузках, приведены на рис. 18. Переходная характеристика а соответствует минимальным нагрузкам (только сопротивление перекатыванию машины); характеристика б соответствует номинальной загрузке двигателя; в соответствует кратковременным максимальным нагрузкам (двигатель работает на корректорной ветви ре1уляторной характеристики).

Передаточные функции модели для режимов а, б, в соответственно: _-0,0687р-1,8734

2,9334-Ю2/?2 +1,7656-104/?+1,2276-105 ' 1Г(р)_ —1,6891/? — 22,4764_.

НрУ

4,7291 • 10 V + 7,5047-104р +1,5407 • 105*'

-7,6040р-5,5356_

3,9029 • 10гр2 + 2,2918 ■ 104 р +1,1975 • 104 '

(21)

(22)

(23)

3 4 5 1,С-►

Рис. 18. Переходные характеристики модели

Численные значения коэффициентов Кп, А"21 и Кгг делают возможным переход от звеньев с передаточными функциями 2 порядка •/21)-(23) к инерционным звеньям 1 порядка. Эта аппроксимация выполняет':» на основе переходных характеристик (рис. 18). В итоге передаточная фун адая ЗТМ как динамического объекта представлена в результате инерционным звеном 1 порядка (апериодическим звеном):

W(p)= К" • (24)

Для минимальной, номинальной и максимальной загрузок двигателя получены постоянные времени Та соответственно: 0,14 с; 0,48 си 1,92 с.

Управление рабочим органом ЗТМ с целью поддержания заданного режима загрузки двигателя сопряжено с вопросами обеспечения устойчивости САУ и приемлемого качества управления. В связи с этим исследовано влияние нелинейности в структуре модели рабочего процесса, вызванное применением трехпозиционного гидравлического распределителя в приводе рабочего органа ЗТМ. На имитационной модели исследованы вопросы возникновения автоколебаний рабочего органа авто грейдера. Частотными методами определены области устойчивости САУ при заданном запасе устойчивости системы.

Методика формирования математической модели ЗТМ заключается в следующем. Входами модели являются математическое ожидание м{мс} и дисперсия d{mc) момента сопротивления, приведенного к валу двигателя и вызванного случайными рабочими нагрузками на рабочем органе. Выходами модели являются математическое ожидание m{n) и дисперсия £>{//} тяговой мощности ЗТМ. Различные грунтовые условия учитываются с помощью дисперсии о{Мс} = аг{М;}. По заданным значениям математического ожидания М{МС] и дисперсии D{Mc) определяется коэффициент вариации нагрузки ц/. Преобразование случайной величины Мс элементами динамической модели рабочего процесса ЗТМ показано на рис. 19. Эта схема формирования математической модели лежит в основе ее алгоритмической и программной реализации.

В • четвертой главе приведена методика определения- вероятностных характеристик выходных параметров рабочего процесса ЗТМ. Для статистического анализа влияния случайных рабочих нагрузок на скорость и тяговую мощность ЗТМ при работе двигателя на одной из ветвей регуляторной характеристики (регуляторной или корректорной ветви) исследована динамическая система, представленная на рис. 20. Входами рассматриваемой динамической системы являются математическое ожидание М{МС} и дисперсия d{Mc) случайного момента сопротивления на валу двигателя. Выходы - математическое ожидание М{со,} и дисперсия £>{<»,} угловой скорости вала двигателя.

о ~ ъ -О

Конструктивные параметры ЗТМ: ^^

М{М\.

тю

Характеристик!'-■ : - ■

л в ига теля Переменна^ инерционность ЗТМ

Рис.9

(17)-

ОХ

"руитовые условия

V ;

1. Моделирование ЗТМ - ' '., дифференциальном уравнением-: 2-го порядка (19)? .> " С

2. Аппроксимация переходной характеристики, определение; Та]

Регуляторная характеристика двигателя

ЩтаР+\) _

Т7Т7ПГ

е тр е . ; • Модель буксования

и

щ

1. Выбор рабочей точки на ' характеристике рис. 8 .<

2. Определение интервала <; квадратичной аппроксимации

3. Квадратичная аппроксимация

!б (М^аМ+а^'

5

МЩ

ю

Рис. 19. Схема формирования математической модели рабочего процесса ЗТМ

М{Мс) Переменная инерционность М{а>.)

Ь{мс} ЗТМ + регуляторная характеристика 0{<йе)

двигателя

Рис. 20. Моделирование ЗТМ как динамической системы

Методами теории случайных процессов установлены зависимости математического ожидания М{<юе} и дисперсии угловой скорости вала двигателя £>{со„} от характеристик момента сопротивления:

М{<о1} = с,М{Мс}-, (25)

якЬу-^г^ЛО, _ (26)

где а - параметр корреляционной функции момента сопротивления Мс, зависящий от случайного профиля грунтовой поверхности, конструктивных параметров машины и текущего положения рабочей точки на регуляторной характеристике двигателя (17) и буксования (16). .

Математическое ожидание крутящего момента равно математическому ожиданию момента сопротивления, не сглаженного инерционностью машины:

т = м{м,} = м{мс}. (27)

Дисперсия крутящего момента на валу.двигателя

= = (28)

■■■ ■ ; " ■ ■ , 1 + /„а . _ ....

Для автогрейдера ДЗ-143-1 путем перебора на ЭВМ возможных ком' 'бинаций переменных величин коэффициента вариации, момента сопротивления \уе [0,09; 0,17], соответствующих значений Та (аппроксимация по рис. 18) и а найдены границы диапазона изменения ■ коэффициента вариации крутящего момента Ме на валу двигателя: е [0,065; 0,167].

При условии, что развиваемый двигателем крутящий момент Мг распределен по нормальному закону, диапазон случайного изменения Ме и математическое ожидание М{Ме] связаны т.н. «правилом 3-х сигм». В диапазон [м{А/е}-2а{Ме\, М{Мс} + 2о{Ме}] попадает более 95% значений Ме.

Предполагаем^ что двигатель работает как на регуляторной, так и на корректорной вётви регуляторной характеристики без заглохания. Пределы возможных изменений математического-ожидания момента А < М{Мг}< В определяются следующим образов. Чтобы'двигатель не заглох при перегрузке,' должно выполняться условие

м{М.}+2о{М,}<Мтак. (29)

Из этого условия выбирается верхняя граница В. С другой стороны, при полном использовании мощности силовой установки ЗТМ максимальные значения крутящего момента не должны быть меньше номинального момента Ми, чтобы двигатель работал и на регуляторной, и на корректорной ветви характеристики двигателя:

М{Ме} + 2о{Л/е } > М„. (30)

Из этих соображений выбирается нижняя граница А. Границы изменения М{Ме}, а также самого крутящего момента Л/е> развиваемого двигателем, в зависимости от различных грунтовых условий, выраженных коэффициентом вариации крутящего момента показаны на рис. 21.

та^ сой о» ¡гЬ- олз

Рис. 21. Пределы изменения крутящего момента на валу двигателя ЗТМ

Согласно методике, при различных грунтовых условиях, выраженных коэффициентом вариации \|/ случайного момента сопротивления Ме, приведенного к валу двигателя, определяется соответствующий коэффициент вариации у, крутящего момента Ме, сглаженного инерционностью ЗТМ. Затем вычисляются границы изменения математического ожидания крутящего момента и момента сопротивления А<М{Ме}<В, В этом диапазоне вычисляется соответствующая постоянная времени Та, характеризующая инерционность ЗТМ, проводится квадратичная аппроксимация буксования 8(лО, и выбираются рабочие точки на регуляторной характеристике двигателя. В этом диапазоне изменения математического ожидания крутящего момента следует выбирать режим оптимальной загрузки привода ЗТМ на основе статистической оценки тяговой мощности.

Разработана методика аналитического определения математического ожидания и дисперсии £>{Л'} тяговой мощности в зависимости от

статистических характеристик момента сопротивления Мс на валу двигателя и конструктивных параметров ЗТМ. Методика основана на математическом аппарате начальных моментов случайных величин и характеристических функций. Математическое ожидание тяговой мощности при работе на одной из ветвей регуляторной характеристики двигателя равно

М{лг} = У]м {с\т + сгт2(1 + Сз«5^ + 2у2)+ с4ю4(1 + 6ц/2 + Зу4)), (31) где с, = М0; с2 = с,к0 +Ькх \ с} -с,к^+Ьк2\ c^ = с,к2; Ь = <а„-с,М„\ ка =1~а0; к1=-а2цгм12.

С учетом обозначений

/0 = (с,т + с2т2 ■ (1 + ц/2)+ с3т3 • (1 + 2у|/2)+ с4#яч ■ (1 + 6у2 + З4/4)); А = 2/0с,; 12 =с,2 -10с2; /3 = 2с,с2 - 2/0с,; /4 = 2с,с3 + с2 - 2/оС<;

/5 -2с{с^ + 2с2сг\ 16=2с2с4+с}; /7=2г3с4; /, получено выражение дисперсии тяговой мощности:

т|2(т8/8(1 + 28\|/2 + 210у4 + 510у6 + 105ц/* )+ + т71,{1 + 21\|/2 + 105у4 + 105ч/6)+ т616{1 +15\|/2 + 45\|/4 + 15у*)+ + т%Ь + 10уг +15ч/4)+«4/4(1 + 6ч/2 + Зч/4)+л>3/3(1 + Зу2)+

+ /Я2/г(1 + М»2)-и/1+/2). (32)

Эти аналитические зависимости подтверждены результатами натурного эксперимента. По измеренным реализациям случайных процессов силы РК и тяговой мощности ТУ, = автогрейдера определены их математические ожидания и среднеквадратические отклонения:

м{РК}= 21961Н; сг{Рк}= 1679Н; Л/{ЛГ,} = 31449Вт; ст{Л^}=2587Вт. По выражениям (31), (32) вычислены значения математического ожидания и среднеквадратического отклонения тяговой мощности: Л/{//} = 32786 Вт; 0^} = 2310 Вт. Таким образом, погрешности вычисления математического ожидания Л/{м} и среднеквадратического отклонения а{//} тяговой мощности составляют 4% и 10,7% соответственно.

В зависимости от режима функционирования ЗТМ и вида выполняемых технологических операций рабочая точка на регуляторной характеристике силовой установки может находиться как на регуляторной, так и на корректорной ветви. Математическое ожидание и дисперсия тяговой мощности зависит от времени работы двигателя на регуляторной и корректорной ветвях характеристики. На рис. 22 приведена характеристика двигателя с приведенным к валу двигателя нормально распределенным моментом сопротивления с плотностью вероятности ф(Мс). Время установившегося рабочего процесса ЗТМ принято за единицу. Обозначим время работы на ре-

гуляторной ветви как г, тогда доля времени работы на корректорной ветви составит 1 - /. Величина / находится из выражения

м.

I = , \ [ е 2°1{мЛ (33)

А Регуляторная ветвь

"к Корректорная \ ветвь

1 .... м. Iм тк ,

г * у

Рис. 22. Регуляторная характеристика двигателя . с приведенным моментом сопротивления

.. . Если бы двигатель все время работал на корректорной ветви характеристики, математическое ожидание тяговой мощности можно было бы обозначить а среднеквадратическое отклонение - ст,{./V}; соответственно, для регуляторной ветви - Мр\Ь1} и а/){Л'}. Математическое ожидание тяговой мощности на полной характеристике двигателя

(34)

а результирующая дисперсия тяговой мощности

И{лО = о£М/1+а;{ЛГ}(1-/)2. (35)

Полученные выражения математического ожидания и дисперсии тяговой мощности являются основой постановки задачи многокритериальной оптимизации рабочего процесса ЗТМ.

Пятая глава посвящена оптимизации режима работы ЗТМ. Решена задача' оптимизации длины отвала автогрейдера при детерминированных и случайных нагрузках. За критерий оптимизаций принято условие максимизации производительности автогрейдера при возведении земляного полотна, выраженное функцией длины отвала с учетом механической характеристики двигателя, параметров трансмиссии и грунтовых условий. Задача оптимизации записана следующим образом:

г{в>е,Ме)=а>еМе 1-->тах;

(36)

Се1 - М„)+<он — со, < 0;

где г]а =1 —5 — коэффициент буксования; т)^- коэффициент сопротивления перекатыванию ЗТМ; а — угол захвата отвала; А", - удельное сопротивление перемещению грунта на единицу длины отвала; ¿^-ч* дальность перемещения валиков грунта; Кт, - коэффициент перекрытия проходов.

При детерминированных нагрузках оптимальное решение задачи соответствует номинальной загрузке двигателя, т.е. Ме ~М„, <в, =©м. Градиент целевой функции Z показывает, что при малых рабочих сопротивлениях •выгоднее увеличивать момент Ме и длину отвала £, а при больших нагрузках - частоту сов и скорость машины V. Найдена зависимость оптимальной длины отвала от грунтовых условий:

Ьтт=^цмШи1{гсК1): ' ' ' (37)

Зависимость оптимальной длины отвала от удельного сопротивления перемещению грунтов 2-й категории (от супесей до суглинков) показана на рис. 23.

Выбирая оптимальную длину отвала при перемещении различных грунтов согласно разработанной методике, можно добиться максимальной производительности автогрейдера при перемещении- грунта. Поскольку в выражении целевой функции присутствует мощность двигателя, то за счет изменения длины отвала также решена задача максимизации математического ожидания тяговой мощности ЗТМ при постоянной нагрузке.

Рис. 23. Оптимальная длина отвала при детерминированных нагрузках

На практике колебания рабочих нагрузок вызывают снижение в среднем крутящего момента на валу двигателя и, соответственно, тяговой мощности и производительности. Поэтому предложена многокритериальная оптимизация режима работы ЗТМ, учитывающая случайные колебания тяговой мощности. Для оценивания рабочего процесса ЗТМ введено понятие оптимальности по Парето. Допустим, двум различным режимам загрузки двигателя ЗТМ соответствуют значения математического ожидания и дисперсии тяговой мощности: fif/V,}, } и £{N2}, Kj^} соответственно. Будем считать, что второй режим доминируете* первым, если выполняются условия:

HtfiJ^Wa}. (38)

причем хотя бы одно из этих неравенств строгое. Множество 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 E{n} возрастает дисперсия эти два критерия оптимальности противоречивы. Поэтому из множества Парето-оптимальных решений можно выбирать различные варианты загрузки двигателя, равноценные с точки зрения условия (38). Если на практике во время рабочего процесса важнее увеличивать математическое ожидание тяговой мощности ЗТМ по сравнению со снижением дисперсии, то условие максимума £{//} превалирует над условием минимума F{jV| .

Разработана методика оптимизации рабочего процесса ЗТМ по Паре-то. Оптимизируемый параметр — математическое ожидание момента сопротивления на валу двигателя М{МС}. Изменяющиеся грунтовые условия (исходные данные для расчета) описываются коэффициентом вариации и параметром а корреляционной функции момента сопротивления. М{МС} изменяется в границах рис. 21. Для рабочей точки на характеристике двигателя (17) и буксования (16), соответствующей М{МС}, вычисляются 6 и Та согласно аппроксимации рис. 18. Затем вычисляются математическое ожидание тяговой мощности Мр{ы\, Мк {yV} и дисперсия DK{N} на

корректорной и регуляторной ветвях характеристики двигателя согласно (31), (32). Затем по (33)-(35) определяются математическое ожидание £{yV} и дисперсия тяговой мощности с учетом случайного многократного

переключения между ветвями характеристики рис. 22.

Для автогрейдера ДЭ-143-1 найдены области Парето, т.е. области оп-. тимальных решений (рис. 24). Каждая точка области Парето соответствует оптимальному значению М{МС) по критерию (38). Выбирая в областях Парето значения математического ожидания момента сопротивления А/{Л/С} при конкретных грунтовых условиях, заданных коэффициентом вариации

можно задавать оптимальный режим работы привода ЗТМ. Управление тяговой мощностью ЗТМ на основе предложенного критерия оптимальности позволит повысить производительность ЗТМ. Кроме того, задавая оптимальное значение М{МС}, следует выбирать значения конструктивных параметров ЗТМ, влияющих на загрузку двигателя,

Д'{Лг>, кВт -►

Рис. 24. Зависимость дисперсии тяговой мощности от математического ожидания при разных грунтовых условиях

Длина отвала автогрейдера оптимизирована на основе критерия (38) при условии максимальной производительности. Оптимальная длина отвала при различных грунтовых условиях с учетом случайного изменения нагрузок:

Ьыт-М{Мс}ц/х]ми{ГсК1,). (39)

При сравнении рис. 23 с рис. 25 видно, что при учете случайных колебаний сопротивления перемещению грунта оптимальная длина отвала уменьшается. Предложены практические рекомендации по оснащению ЗТМ отвалом переменной длины: на легких супесях ( А", < 11,3 кН/м) следует увеличивать длину отвала по сравнению со стандартной, на более тяжелых суглинках (К, > 12,2 кН/м)-уменьшать.

Рис. 25. Оптимальная длина отвала автогрейдера для различных грунтовых условий с учетом случайного характера нагрузки

Ряд технологических операций, например планировка и профилирование поверхности грунта, разравнивание строительных материалов, характеризуется неполным использованием тяговой мощности ЗТМ. При этом появляется возможность перехода на повышенную передачу трансмиссии, но повышение в среднем момента Мс и переменный характер нагрузок могут привести к перегрузке двигателя и усложнить работу оператора ЗТМ. Для решения этой проблемы теоретически обоснована возможность перевода двигателя на частичный скоростной режим и перехода на повышенную передачу трансмиссии с учетом статистических характеристик переменных нагрузок. При этом использован математический аппарат теории выбросов случайной функции. Из условия устойчивой работы двигателя и возможностей оператора по управлению гидроприводом рабочего органа автогрейдера выработаны рекомендации по переходу на повышенную передачу трансмиссии в зависимости от математического ожидания М }, коэффициента вариации у и спектральной плотности БР силы сопротивления на отвале />. (рис. 26).

1К <

Целесообразен переход на частичный скоростной режим

Рис. 26. Среднее время между превышениями максимального крутящего момента

В шестой главе предложена методика оптимального управления рабочим процессом ЗТМ. Теоретически исследованы вопросы автоматического управления рабочим органом ЗТМ с целью поддержания оптимального математического ожидания м{м11\ крутящего момента на валу двигателя, и выработаны рекомендации по синтезу САУ. Структура САУ показана на рис.27.

Регулятор

геометрические : )¥^^ (р) зависимости между элементами ЗТМ,

сопротивление копанию инерционность

гидропривод РО • грунта, трансмиссия ЗТМ

¿

и.

1

т.Р +1

мш

Ч

Рис. 27. Структура САУ рабочим процессом автогрейдера

Задающее воздействие =М{Ме} определяется по методике гл. 5.

Выход системы - текущее значение крутящего момента Л/,. Ошибка гм поступает на регулятор, который вырабатывает управляющий сигнал ц включения гидропривода рабочего органа. Подъем или заглубление рабочего органа вызывают изменение Мс момента сопротивления и изменение Ме кру-

тящего момента двигателя. Случайные возмущения Ме , вызывающие изме-

О

Помеха V = Мг учитывает неровности профиля обрабатываемого грунта и неравномерность изменения силы сопротивления копанию грунта при выключенном приводе управления рабочим органом.

Целью синтеза регулятора является минимизация среднеквадратиче-ского отклонения а{Ме} крутящего момента А/е. Эффективность работы САУ характеризуется степенью уменьшения отклонения крутящего момента двигателя Ме, достигаемой в результате установки регулятора, т.е. соотношением дисперсий регулируемой величины Мс до установки регулятора и после него. Для оценки эффективности САУ введен показатель технологической работоспособности:

к ^^а2,! а]. , (40)

Например, для автогрейдера Д3-143 работу САУ можно признать эффективной при К^,,5 > 10,01. Этот показатель использован для сравнения различных

типов регуляторов.

Синтез регулятора, минимизирующего а{Л/(!}, выполнен с учетом спектральной плотности помехи V. Определена структура линейного регулятора с передаточной функцией ,

1Ур(р) = КА{тУ+Т5р +1), (41)

позволяющего на практике добиться минимальной величины о{Ме}.

Передаточная функция ЗТМ №зш{р) содержит сомножитель 1 /р, который описывает динамику движения штока гидроцилиндра рабочего органа (рис. 27). Такое разделение регулятора и ЗТМ как объекта управления является условным. Поэтому, если сомножитель 11 р отнести к передаточной функции регулятора iv (р) и проинтегрировать выражение (41), то передаточная функция будет соответствовать пропорционапьно-интегро-дифференциальному (ПИД-) регулятору. Такой регулятор может быть получен применением электрогидравлических распределителей пропорционального типа. Из условия устойчивой работы системы и хорошего качества переходных процессов частотными методами теории автоматического регулирования получены параметры регулятора и рекомендуемые соотношения между рассогласованием крутящего момента гм и скоростью штока гидроцилиндра у,.„. Например, для среднего автогрейдера получено соотношение

= 0,0062 (—---— |. Соответствующий показатель технологической ра-

ъм \С И-м)

ботоспособности К ,ай - 20,9.

Выполнена оценка качества функционирования САУ с регулятором релейного типа, что соответствует применению трехпозиционного золотникового электрогидравлического распределителя для управления рабочим органом. Методом статистической линеаризации нелинейной САУ определена связь дисперсии а2{Ме} крутящего момента со спектральной плотностью помехи V, шириной зоны нечувствительности релейного регулятора и скоростью штока гидроцилиндра. В отличие от САУ с ПИД-регулятором, сделан вывод о неэффективной работе САУ с релейным регулятором при работе среднего автогрейдера на 2 передаче трансмиссии при рассмотренных грунтовых условиях. Применение трехпозиционных гидрораспределителей ограничено снижением скорости ЗТМ, или условием ровности поверхности обрабатываемого участка. Сделан вывод о большей перспективности оснащения ЗТМ гидрораспределителями пропорционального типа.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Решена научно-техническая проблема, имеющая народнохозяйственное значение, заключающаяся в разработке способов и средств оптимизации тяговых режимов ЗТМ. Совокупность результатов теоретических и экспериментальных исследований открывает новые направления дальнейшего совершенствования ЗТМ и их систем управления.

2. Внешние воздействия, которым подвержены ЗТМ, представляют собой случайные функции времени, поэтому для анализа динамики ЗТМ необходимо использовать математический аппарат теории случайных процессов.

Обобщена информация о статистических характеристиках типовых . возмущений, действующих на ЗТМ, полученных как предшествующими исследователями, так и лично автором. В качестве основного внешнего фактора, влияющего на выходные показатели рабочего процесса ЗТМ, принята сила сопротивления копанию или перемещению грунта. Для описания этого случайного фактора использованы такие статистические характеристики, как математическое ожидание, коэффициент вариации, а также спектральная плотность процесса при допущении, что случайное значение силы сопротивления распределено по нормальному закону.

3. Разработана методика математического моделирования рабочего процесса ЗТМ, основанная на детерминистском и экспериментально-статистическом подходах. В результате получена математическая модель, описывающая зависимости между входными случайными воздействиями, конструктивными параметрами ЗТМ и тяговой мощностью. Модель представлена как динамическая система, внутренние параметры и выходные сигналы которой нелинейно зависят от входных воздействий.

Для описания аналитическими выражениями экспериментально измеренного коэффициента буксования движителей ЗТМ получены полиномиальные модели. Показано, что при нормально распределенной внешней нагрузке зависимость буксования от силы тяги описывается с хорошей точностью полиномом второго порядка.

Приведена нелинейная регуляторная характеристика силовой установки ЗТМ, на которой как линейные участки выделены регуляторная и корректорная ветви. Проведен численный эксперимент на имитационной модели привода ЗТМ, в результате которого показано влияние нелинейностей в структуре модели на статистические показатели рабочего процесса. Выходные параметры рабочего процесса, такие как угловая скорость вала двигателя и мощность, имеют закон распределения, отличный от нормального. Это вызывает необходимость применения математического аппарата характеристических функций для анализа случайных показателей рабочих процессов.

На основании полученных дифференциальных уравнений движения элементов привода ЗТМ определена передаточная функция модели ЗТМ. Машина как динамический объект представлена инерционным звеном первого порядка, постоянная времени которого зависит от положения рабочей точки на регуляторной характеристике двигателя и переменного коэффициента буксования. На регуляторной и корректорной ветвях характеристики двигателя постоянные времени и коэффициенты усиления передаточной функции модели ЗТМ, а также статистические характеристики показателей рабочего процесса существенно различаются. В результате исследования системы автоматического управления рабочим органом ЗТМ определена зависимость устойчивости системы от положения рабочей точки на регуляторной характеристике двигателя.

4. В качестве критерия оптимальности рабочего процесса принята оценка: тяговой, мощности ЗТМ. При определении математического ожидания, и-дисперсии тяговой мощности необходимо учитывать существенные нелинейности в структуре динамической модели и переменную инерционность ЗТМ. Разработанная методика вычисления начальных моментов случайных величин, и. применение математического аппарата характеристических функций позволили получить аналитические выражения для математи-. ческого ожидания и дисперсии, тяговой мощности. Эти выражения описывают зависимость тяговой мощности от статистических характеристик случайных рабочих нагрузок и конструктивных, параметров ЗТМ. . •

. . 5. Сформулирована и .решена задача многокритериальной оптимизации, рабочего процесса ЗТМ. Найдено.множество Парето-оптимальных решений, на основе.которогр выбираются оптимальные режимы загрузки двигателя,.-Критериями оптимизации являются математическое ожидание и дисперсия тяговой мощности ,ЗТМ. ,Поиск Парето-оптимальных решений основан на следующем правиле: режим загрузки двигателя при тяговой мощности Ыг доминируется режимом загрузки двигателя при тяговой мощ-

ности n¡, если математическое ожидание E{N¡}í: £{iV2} и дисперсия k{/V,}< Р{Л/2}, причем хотя бы одно из этих неравенств строгое. На основе этих критериев следует выбирать как режим функционирования двигателя и трансмиссии ЗТМ, так и конструктивные параметры машины. Получены области оптимальных решений, соответствующих оптимальной загрузке двигателя при различных грунтовых условиях.

На основе запатентованного технического решения по оснащению автогрейдера отвалом переменной длины предложена методика выбора оптимальной длины отвала, соответствующей оптимальной загрузке двигателя с учетом' случайных колебаний силы сопротивления перемещению грунта.

6. Применение математического аппарата теории выбросов случайной функции позволило обосновать возможность перехода на повышенную, передачу при работе ЗТМ на «легких» (например, планировочных) операциях. Переход на повышенную передачу и перевод двигателя ЗТМ на частичный скоростной режим позволяет повысить топливную экономичность. В зависимости от статистических характеристик и частотного состава нагрузки на рабочем органе найдены условия, при которых оператору ЗТМ рекомендуется переключиться на повышенную передачу трансмиссии.

7. Исследована система автоматического управления (САУ) рабочим органом ЗТМ (на примере автогрейдера), предназначенная для поддержания заданного значения крутящего момента на валу двигателя. Заданное значение крутящего момента соответствует Парето-оптимальному решению, найденному по методике гл. 5. Цепью исследования САУ и синтеза регулятора является снижение дисперсии крутящего момента^ обусловленного случайными нагрузками, действующими на ЗТМ.

Введен критерий технологической работоспособности САУ рабочим процессом ЗТМ. Он представляет собой отношение дисперсий крутящего момента без управления рабочим органом и с автоматическим регулятором. Найдено минимальное значение критерия, при котором-работу системы можно признать эффективной.

Предложена методика синтеза регулятора, поддерживающего оптимальное задающее воздействие, а также минимизирующего среднеквадрати-ческое отклонение крутящего момента. Передаточная функция оптимального регулятора зависит от спектральной плотности мощности момента сопротивления на валу двигателя и конструктивных параметров ЗТМ как объекта управления. Полученный регулятор имеет структуру ПИД-регулятора. Предложена методика его настройки с целью обеспечения устойчивости системы и хорошего качества переходных процессов. ■' < ' - . > ■

Выполнено сравнение САУ с регулятором релейного типа и ПИД-регулятором по критерию технологической работоспособности,.Установлено, что регулятор релейного типа (в системах с трехпозиционным гидрораспределителем) в общем случае не обеспечивает устойчивой работы системы

и удовлетворительного качества регулирования. Это ограничивает на практике внедрение систем такого типа. САУ с ПИД-регулятором, основанная на применении пропорциональных гидрораспределителей, показывает хорошее качество регулирования, что говорит о перспективности применения таких систем.

8. Предложенная методика исследований динамики рабочих процессов ЗТМ с учетом случайного характера нагрузок представляет собой теоретическую основу, позволяющую анализировать ЗТМ как сложную нелинейную динамическую систему, функционирующую в заранее неопределенных условиях. Оптимизация режима работы и конструктивных параметров ЗТМ по критерию статистической оценки тяговой мощности является основой для повышения производительности и топливной экономичности машин.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Автогрейдер: Патент 2164576 РФ, МПК Е 02 Е 3/76/ В. Ф. Амельченко, В. П. Денисов, И. И. Матяш, В. А. Мещеряков. - Опубл. 2001.-6 е.: ил.

2. Амельченко, В. Ф., Денисов, В. П. Учет влияния глубины резания при определении оптимального объема призмы волочения поворотного отвала// Известия вузов. Строительство. — № 9. — 1996.

3. Амельченко В. Ф., Денисов В. П., Матяш И. И. Система управления рабочим органом автогрейдера// Тезисы II Международной научно-технической конференции «Автомобильные дороги Сибири».— Омск, Си-6АДИ, 1998.

4. Амельченко, В. Ф., Денисов, В. П., Мещеряков, В. А. Исследование систем стабилизации высотной координаты рабочего органа автогрейдера// Известия вузов. Строительство. - 1999.-№ 2—3.— С. 108-111.

5. Амельченко, В. Ф., Денисов, В. П., Мещеряков, В. А. Модернизированный рабочий орган автогрейдера в технологическом процессе// Тезисы II Международной научно-технической конференции «Автомобильные дороги Сибири».-Омск, СибАДИ, 1998. - С. 229-230.

6. Амельченко, В. Ф., Денисов, В. П., Мещеряков, В. А. Исследование устойчивости двухканальной системы управления рабочим органом автогрейдера// Известия вузов. Строительство. - 1999. -№ 10. - С. 81-85.

7. Денисов, В. П. Аналитический метод определения математического ожидания частоты вращения коленчатого вала двигателя автогрейдера// Машины и процессы в строительстве: Сб. науч. тр. №2 — Омск: Изд-во СибАДИ, 2000. - С.67-71.

8. Денисов, В. П. Аналитический метод определения математического ожидания и дисперсии тяговой мощности землеройно-транспортной ма-

шины// Машины и процессы в строительстве: Сб. науч. тр. № 5 - Омск: Изд-во СибАДИ, 2004. - С. 178-184.

9. Денисов, В. П. Метод получения статистических характеристик рабочего процесса автогрейдера// Сб. науч. тр!: Гидропривод и системы управления строительных и дорожных машин. Машмир, №21.-1991.

10. Денисов, В. П. Обоснование критерия оптимальности загрузки двигателя ЗТМ// Образование и социально-экономические проблемы современного общества: Сб. науч. тр./ Омский институт предпринимательства и права - Омск, 2002 г. - С. 234-236.

11. Денисов, В. П. Определение буксования автогрейдера во время рабочего процесса для оптимизации параметров его работы // Материалы международной научной конференции «Город и транспорт). — Омск, 1996.

12. Денисов, В. П. Оптимизация загрузки двигателя землеройно-транспортной машины на основе векторного критерия оценки тяговой мощности// Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). - Омск: Издательский дом «ЛЕО», 2004. -- Вып. 1. -С. 194-196.

13. Денисов, В. П. Статистическое обоснование выбора режима работы привода землеройно-транспортной машины// Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). — Омск: Издательский дом «ЛЕО», 2005. - № ] (2). - С. 184-188.

14. Денисов, В. П. Экстремальная система управления тяговой мощностью// Сб. науч. тр.: Гидропривод и системы управления строительных и дорожных машин.— Омск, 1989. - С. 72—75.

15. Денисов, В. П., Матяш, И. И., Мещеряков, В. А. Как сибиряки автогрейдер вылечили// Автомобильные дороги. - 2000,- № 7 - С. 43.

16. Денисов, В. П., Матяш, И. И., Мещеряков, В. А. Обоснование структуры и определение параметров одномассовой модели землеройно-транспортной машины// Машины и процессы в строительстве: Сб. науч. тр. № 5 - Омск: Изд-во СибАДИ, 2004. - С. 172-178.

17. Денисов, В. П., Мещеряков, В. А. Исследование статистических характеристик показателей рабочего процесса землеройно-транспортных машин с учетом нелинейностей в структуре их математических моделей// Машины и процессы в строительстве: Сб. науч. тр. № 5 - Омск: Изд-во СибАДИ, 2004. - С. 237-243.

18. Денисов, В. П., Мещеряков, В. А. Оценка качества выполняемых автогрейдером профилировочных работ// Машины и процессы в строительстве: Сб. науч. тр. № 3 - Омск: Изд-во СибАДИ, 2000. - С.130-134.

19. Денисов, В. П., Мещеряков, В. А., Матяш, И. И. Повышение производительности автогрейдера при перемещении грунта изменением длины отвала// Современные проблемы транспортного строительства, автомобилизации и высокоинтеллектуальные научно-педагогические технологии: Тез.

докл. на Междунар. научной конференции, поев. 70-летию СибАДИ- Омск: Изд -во СибАДИ, 2000.— Т. III. Машины и процессы в строительстве. — с. 7—9.

20. Денисов, В. П., Мещеряков, В. А., Матяш, И. И. Повышение производительности автогрейдера при перемещении грунта// Тезисы докладов Международной научно-практической конференции «Проблемы автомобильных дорог России и Казахстана».- Омск, СибАДИ, 2001. - С. 85-86.

21. Денисов, В. П. Определение оптимального задающего воздействия при управлении мощностью землеройных машин с учетом стохастического характера нагрузки// Проблемы создания и эксплуатации автомобилей, специальных и технологических машин в условиях Сибири и Крайнего Севера: Материалы 43-й Международной научно-технической конференции Ассоциации автомобильных инженеров. - Омск: Изд-во «ЛЕО», 2004. — С. 177.

22. Денисов, В. П. Определение оптимальных параметров рабочих процессов землеройно-транспортных машин с учетом случайного характера нагрузок// Дорожно-транспортный комплекс, экономика, экология, строительство и архитектура: Материалы Международной научно-практической конференции, 21-23 мак 2003 г. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2003. - Книга 2. -С. 141.

23. Денисов, В. П. Оптимизация рабочего процесса землеройно-транспортных машин с учетом случайного характера нагрузок: Монография,- Омск: Изд-во СибАДИ, 2005. - 123 с.

' 24. Денисов, В. П. Повышение производительности автогрейдера стабилизацией тяговой мощности: Дис... канд. техн. наук— Омск, СибАДИ, 1992.-204 с.

25. Денисов, В. П., Матяш, И. И., Мещеряков, В. А. Повышение производительности автогрейдера при перемещении грунта изменением длины отвала// Современные проблемы транспортного строительства, автомобилизации и высокоинтеллектуальные научно-педагогические технологии: Тез. докл. на Междунар. научной конференции, поев. 70-летию СибАДИ - Омск: Изд-во СибАДИ. — 2000.— Т. III. Машины и процессы в строительстве. — С. 7-9.

26. Денисов, В. П., Матяш, И. И., Мещеряков, В. А. Результаты экспериментальных исследований автогрейдера с отвалом переменной длины// Строительные и дорожные машины,— 2001. —№ 5— С. 13.

27. Денисов, В. П., Мещеряков, В. А. Исследование системы автоматического управления скоростью автогрейдера// Строительные и дорожные машины.-2003,-№5.-С. 39-41. ,

28. Денисов, В. П., Мещеряков, В. А. Оптимизация длины отвала автогрейдера для режима перемещения грунта// Строительные и дорожные машины. - 2002.-№ 5-С. 31-33.

29. Денисов, В. П., Мещеряков, В. А. Предпосылки проектирования системы автоматического управления скоростью автогрейдера// Образование и социально-экономические проблемы современного общества: Сб. на-

уч. тр. Омского института предпринимательства и права; Под ред.

A.И. Барановского. - Омск; Изд-во «Прогресс» Омского института предпринимательства и права, 2002. - С. 227-229.

30. Денисов, В. П., Мещеряков, В. А. Прогнозирующая модель буксования автогрейдера// Образование и социально-экономические проблемы современного общества: Сб. науч. тр. Омского института предпринимательства и права; Под ред. А.И. Барановского. - Омск: Изд-во «Прогресс» Омского института предпринимательства и права, 2002. - С. 230-233.

31. Денисов, В. П., Мещеряков, В. А. Синтез регулятора системы автоматического управления рабочим процессом землеройно-транспортной машины // Качество. Инновации. Наука. Образование: Материалы Международной научно-технической конференции, 15—17 ноября 2005 г. — Омск: Изд-во СибАДИ, 2005. - Кн. 1. - С. 135-140.

32. Исследование одномассовой модели автогрейдера в режиме перемещения фунта / В. П. Денисов, В. А. Мещеряков, И. И. Матяш // Труды СибАДИ. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2001.- Вып. 4,- Ч. 4,- С. 59-64.

33. Мещеряков, В. А., Денисов, В. П. Исследование статистических характеристик математической модели строительной машины как нелинейной динамической системы с переменными параметрами// Труды IV Международной конференции «Идентификация систем и задачи управления» SICPRO '05. Москва, 25-28 января 2005 г. Институт проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН. М.: Институт проблем управления им.

B. А. Трапезникова РАН, 2005. - С. 586-592.

34. Прибор для оценки ровности дорожных покрытий: Патент 2136805 РФ, МПК Е 01 С 23/07/ В. Ф. Амельченко, В.П.Денисов, И. И. Матяш, В. А. Мещеряков. - Опубл. 1999. - 7 е.: ил.

35. Рабочее оборудование автогрейдера: Патент 2133317 РФ, МПК Е 02 F 3/76/ В. Ф. Амельченко, В. П. Денисов, В. А. Мещеряков,

A. А. Славский. - Опубл. 1999. - 10 е.: ил.

36. Рабочий орган землеройно-транспортной машины: A.c. 1808926 СССР/ В. П. Денисов// БИ. -№ 14. - 1993.

37. Рабочий орган землеройно-транспортной машины: А.с.1816830 СССР, МКИ Е 02 F 3/76/ В. Ф. Амельченко, В. П. Денисов, А. А. Славский (СССР). - 11 е.: ил.

38. Рабочий орган землеройно-транспортной машины: Патент 2135698 РФ, МКИ Е 02 F 3/76/ В. Ф. Амельченко, В.П.Денисов, И. И. Матяш, В. А. Мещеряков, А. А. Славский (РФ).- 9 е.: ил.

39. Способ регулирования четырехтактного двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления: A.c. 1733659 СССР/

B. Ф. Амельченко, В. П. Денисов, А. А. Славский// БИ. - № 18. - 1992.

40. Способ управления рабочим органом землеройно-транспортной машины: A.c. 1488403 СССР, МКИ Е 02 F 3/76/ В. Ф. Амельченко, В. П. Денисов// БИ. - № 23. - 1989.

Подписано к печати 14.04.2006. Формат 60x90 1/16. Бумага писчая. Отпечатано на дуплихаторе, с материалов предоставленных автором. Уч.изд.л. 2.3: п. л. 2.4. Тираж 130. Заказ №_86.

ПО УМУ СибАДИ Омск, пр. Мира, 5

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Анализ работ по тяговой динамике ЗТМ.

1.2. Тенденции автоматизации привода ЗТМ.

1.3. Выводы по обзору. Цель и задачи исследований.

2. АНАЛИЗ ВОЗМУЩЕНИЙ, ДЕЙСТВУЮЩИХ

НА ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНУЮ МАШИНУ.

2.1. Обоснование статистического подхода к анализу входных воздействий на ЗТМ.

2.2. Определение статистических характеристик возмущений, действующих на ЗТМ.

2.3. Выводы по главе.

3. МЕТОДИКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЗТМ.

3.1. Задачи математического моделирования.

3.2. Структура математический модели ЗТМ.

3.3. Полиномиальная модель буксования ЗТМ.

3.4. Характеристика силовой установки ЗТМ.

3.5. Влияние нелинейностей в структуре моделей на статистические характеристики показателей рабочего процесса.

3.6. Обоснование структуры и определение параметров одномассовой модели ЗТМ.

3.7. Влияние нелинейностей в структуре привода рабочего органа ЗТМ на динамику рабочего процесса.

3.8. Методика формирования математической модели рабочего процесса ЗТМ.

3.9. Выводы по главе.

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРОЯТНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВЫХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЗТМ.

4.1. Определение статистических характеристик угловой скорости вала двигателя.

4.1.1. Определение математического ожидания угловой скорости вала двигателя.

4.1.2. Определение дисперсии угловой скорости вала двигателя

4.2. Определение интервала изменения математического ожидания развиваемого двигателем крутящего момента.

4.3. Определение математического ожидания и дисперсии тяговой мощности при работе на одной из ветвей регуляторной характеристики двигателя.

4.3.1. Вывод зависимостей статистических характеристик тяговой мощности от статистических характеристик момента сопротивления.

4.3.2. Верификация аналитических зависимостей.

4.4. Определение математического ожидания и дисперсии тяговой мощности на полной регуляторной характеристике двигателя.

4.5. Выводы по главе.

5. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ ЗТМ.

5.1. Максимизация производительности ЗТМ без учета случайного характера нагрузок на примере автогрейдера.

5.1.1. Условие максимизации производительности авто грейдера.

5.1.2. Влияние рабочих сопротивлений, грунтовых условий и характеристик привода автогрейдера на производительность.

5.1.3. Определение оптимальной длины отвала автогрейдера с учетом регуляторной характеристики двигателя.

5.2. Задача многокритериальной оптимизации режима работы ЗТМ.

5.3. Оптимизация по Парето загрузки двигателя ЗТМ на основе критериев оценки тяговой мощности.

5.4. Выбор оптимальной длины отвала автогрейдера на основе критериев оценки тяговой мощности (режим перемещения грунта).

5.5. Рабочий процесс ЗТМ при частичной загрузке двигателя.

5.5.1. Применение теории выбросов случайной функции для исследования динамики привода ЗТМ.

5.5.2. Возможность перевода двигателя ЗТМ на частичный скоростной режим.

5.6. Выбор оптимального коэффициента загрузки двигателя.

5.7. Выводы по главе.

6. ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ РАБОЧИМ

ПРОЦЕССОМ ЗТМ.

6.1. Синтез регулятора, оптимального по критерию минимума среднеквадратической ошибки крутящего момента.

6.2. Анализ работоспособности САУ рабочим процессом ЗТМ.

6.2.1. Оценка устойчивости САУ с оптимальным регулятором.

6.2.2. Оценка технологической работоспособности САУ.

6.3. Синтез типовых регуляторов, близких к оптимальным.

6.3.1. Оценка качества функционирования САУ с ПИД-регулятором.

6.3.2. Оценка качества функционирования САУ с регулятором релейного типа.

6.4. Выводы по главе.

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;

- 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.

7 ВЫВОДЫ

1. Установка отвала переменной длины снижает количество проходов автогрейдера по перемещению грунта и расширяет технологические возможности машины. Это способствует повышению эксплуатационной производительности автогрейдера.

2. Исключается ручной труд при смене производственных операций; отвал переменной длины пригоден как для зарезания грунта, так и для более легких операций.

3. Повышение тяговой мощности говорит о том, что полнее используется тяговый ресурс автогрейдера, и снижается удельный расход топлива.

От СибАДИ: Канд. техн. наук, доцент

Денисов В.П.

Канд. техн. наук

Мещеряков В.А.

От МЭУ «Омскавтодор»: Начальник * уР

Матяш И.И.

ГлавНЫйтшженер ^Филатов К.М.

Мастер

АКТ внедрении автогрейдера с отвалом псрсмспмой длины

В Мостовом эксплуатационном управлении (МЭУ) «Омскавтодор» в период с 16 мая по 18 августа 2000 г. при участии Сибирской государственной автомобнльно-дорожной академии (СнбАДИ) изготовлен грейдерный отвал переменной длины на основе патента на изобретение РФ №2135698, и проведена модернизация автогрепдера ДЗ-143-1 путем оборудования его модифицированным отвалом.

Производственные испытания автогрейдера проведены с положительным результатом (см. Акт испытаний от 29.08.2000 г.). Отвал оставлен для опытной эксплуатации в МЭУ «Омскавтодор».

Автогрсндер с отвалом переменной длины принят к внедрению и будет использоваться при перемещении и разравнивании грунта, отделочных работах, очистке дорог от снега.

1. Автогрейдер ДЗ-143 и его модификации: Техническое описание иинструкция по эксплуатации.- Брянск: Брянский завод дор. машин, 1984.-226 с.

2. Автогрейдер: Патент 2164576 РФ, МПК Е 02 F 3/76/ В. Ф. Амельченко, В. П. Денисов, И. И. Матяш, В. А. Мещеряков. - Опубл. 2001. - 6 с : ил.

3. Автомобильные дороги: Автоматизация производственных процессов в строительстве: Учебник для вузов/ Л. Я. Цикерман, В. И. Марсов, Г. И. Асмолови др.; Под ред. Л. Я. Цикермана.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Транспорт,1986.-238 с.

4. Агеев, Л. Е. Основы расчета оптимальных и допускаемых режимов работы машинно-тракторных агрегатов. - М.: Колос, 1978. - 256 с.

5. Алексеева, Т. В. Гидропривод и гидроавтоматика землеройно- транспортных машин: Исследование и основы расчета. - М.: Машиностроение,1966.-147 с.

6. Алексеева, Т. В. Разработка следящих систем управления рабочим процессом землеройно-транспортных машин с целью повышения ихэффективности.-Омск, 1974.- 175 с.

7. Амельченко, В. Ф., Денисов, В. П. Разработка принципиальных технических решений и методов расчета систем управления дорожнымимашинами: Отчет о НИР/ СибАДИ. - Омск, 1997. - 52 с.

8. Амельченко, В. Ф., Денисов, В. П. Учет влияния глубины резания при определении оптимального объема призмы волочения поворотного отвала//Известия вузов. Строительство. - № 9. - 1996.

9. Амельченко В. Ф., Денисов В. П., Матяш И. И. Система управления рабочим органом автогрейдера// Тезисы II Международной научно-техническойконференции «Автомобильные дороги Сибири».- Омск, СибАДИ, 1998.

10. Амельченко, В. Ф., Денисов, В. П., Мещеряков, В. А. Исследование 227систем стабилизации высотной координаты рабочего органа автогрейдера//Известия вузов. Строительство, - 1999. - JV2 2-3. - 108-111.

11. Амельченко, В. Ф., Денисов, В. П., Мещеряков, В. А. Модернизированный рабочий орган автогрейдера в технологическом процессе//Тезисы II Международной научно-технической конференции «Автомобильныедороги Сибири».- Омск, СибАДИ, 1998. - 229-230.

12. Амельченко, В. Ф. Основные положения динамики систем управления процессом копания бульдозерными агрегатами. - Омск: Зап.-Сиб. кн. изд-во,1972.-158 с.

13. Амельченко, В. Ф., Денисов, В. П., Мещеряков, В. А. Исследование устойчивости двухканальной системы управления рабочим органомавтогрейдера// Известия вузов. Строительство. - 1999. - JST» 10. - 81-85.

14. Арбатский, Э. А. Исследование и обоснование параметров системы стабилизации тяговой мощности гусеничного бульдозера с гидромеханическойтрансмиссией: Дис.... канд. техн. наук. - Омск: СибАДИ, 1982. - 198 с.

15. Артемьев, К. А. Теория резания грунтов землеройными машинами: Уч. пособие.-Новосибирск: НИСИ, 1978.- 104 с.

16. Архангельский, В. Н., Додин, Л. Г. Состояние и тенденции развития автогрейдеров: Обзорная информация. Серия 2 «Дорожные машины». - М.:Машмир, 1991.-Вып. 1.

17. Багиров, Д. Д., Златопольский, А. В. Двигатели внутреннего сгорания строительных и дорожных машин. - М.: Машиностроение, 1974. - 220 с.

18. Баловнев, В. И. Дорожно-строительные машины с рабочими органами интенсифицирующего действия.-М.: Машиностроение, 1981.-223 с.

19. Баловнев, В. И. Моделирование процессов взаимодействия со средой 228рабочих органов дорожно-строительных машин.- М.: Машиностроение, 1994.-432 с.

20. Баловнев, В. И., Кудайберганов, Р. X. Статистические модели грунтовых условий как основа для определения технических параметров землеройныхмашин// Строительные и дорожные машины.- 1977. - № 2. - 13-17.

21. Бандаков, Б. Ф. Автогрейдеры: Учебник для подготовки и повышения квалификации рабочих кадров и мастеров на производстве.- М.: Транспорт,1988.-301 с.

22. Барский, И. Б., Аналович, В. Я., Кутьков, Г. Н. Динамика трактора. - М.: Машиностроение, 1973. - 280 с.

23. Бендат, Дж., Пирсол, А. Прикладной анализ случайных данных: Пер. с англ.- М.: Мир, 1989.- 540 с.

24. Бесекерский, В. А., Попов, Е. П. Теория систем автоматического регулирования.-М.: Наука, 1972.- 768 с.

25. Бобряшов, А. П., Калюжный, А. В. и др. Анализ регуляторных характеристик дизелей с постоянной мощностью// Трактора исельскохозяйственные машины. - 2004.- № 1. - 33-34.

26. Бобряшов, А. П., Белый, И. Ф. Тяговые показатели гусеничных тракторов// Трактора и сельскохозяйственные машины. - 2001. - № 11. - 12-13.

27. Болтинский, В. Н. Теория, конструкция и расчет тракторных и автомобильных двигателей. - М., 1962. - 256 с.ЗО.Вентцель, Е. С, Овчаров, В. А. Теория вероятностей и ее инженерныеприложения.- М.: Наука, 1988.- 480 с.

28. Вентцель, Е. С, Овчаров, В. А. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения.- М.: Высшая школа, 2000.- 383 с.

29. Ветров, Ю. А. Резание грунтов землеройно-транспортными машинами.- М.: Машиностроение, 1971.-360 с.ЗЗ.Волков, Д. П. Проблемы динамики и надежности машин для земляныхработ.-М.:, 1982.-с.229

30. Волков, Д. П., Крикун, В. Я. Строительные машины: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: АСВ, 2002. - 375 с.

31. Волков, Д. П., Крикун, В. Я., Тотолин, П. Е. и др. Машины для земляных работ.-М.: Машиностроение, 1992.-448 с.

32. Гинзбург, Ю. В., Швед, А. И., Парфенов, А. П. Промышленные тракторы. - М.: Машиностроение, 1986. - 296 с.

33. Гуревич, А. М., Болотов, А. К., Судницын, В. И. Конструкция тракторов и автомобилей. - М.: Агропромиздат, 1989. - 368 с.

34. Денисов, В. П. Аналитический метод определения математического ожидания частоты вращения коленчатого вала двигателя автогрейдера//Машины и процессы в строительстве: Сб. науч. тр. .^Г22 - Омск: Изд-воСибАДИ,2000.-С.67-71

35. Денисов, В. П. Аналитический метод определения математического ожидания и дисперсии тяговой мощности землеройно-транспортной машины//Машины и процессы в строительстве: Сб. науч. тр. № 5 - Омск: Изд-воСибАДИ, 2004. - 178-184.

36. Денисов, В. П. Метод получения статистических характеристик рабочего процесса автогрейдера// Сб. науч. тр.: Гидропривод и системы управлениястроительных и дорожных машин. Машмир, JVb 21. - 1991.

37. Денисов, В. П. Обоснование критерия оптимальности загрузки двигателя ЗТМ// Образование и социально-экономические проблемы современногообщества: Сб. науч. тр./ Омский институт предпринимательства и права - Омск,2002 г. - 234-236.

38. Денисов, В. П. Определение буксования автогрейдера во время рабочего процесса для оптимизации параметров его работы // Материалы международнойнаучной конференции «Город и транспорт». - Омск, 1996.

39. Денисов, В. П. Статистическое обоснование выбора режима работы привода землеройно-транспортной машины// Вестник Сибирскойгосударственной автомобильно-дорожной академии (СибАДИ). - Омск:Издательский дом «ЛЕО», 2005. - Я» 1 (2). - 184-188.

40. Денисов, В. П. Экстремальная система управления тяговой мощностью// Сб. науч. тр.: Гидропривод и системы управления строительных и дорожныхмашин.- Омск, 1989. - 72-75.

41. Денисов, В. П., Матяш, И. И., Мещеряков, В. А. Как сибиряки автогрейдер вылечили// Автомобильные дороги. - 2000.- № 7.- 43.

42. Денисов, В. П., Матяш, И. И., Мещеряков, В. А. Обоснование структуры и определение параметров одномассовой модели землеройно-транспортноймашины// Машины и процессы в строительстве: Сб. науч. тр. Я» 5 - Омск:Изд-во СибАДИ, 2004. - 172-178.

43. Денисов, В. П., Мещеряков, В. А. Оценка качества выполняемых автогрейдером профилировочных работ// Машины и процессы в строительстве:Сб. науч. тр. № 3 - Омск: Изд-во СибАДИ, 2000. - 130-134.

44. Денисов, В. П., Мухин, В. Ф. Методические указания к курсовой работе по автоматике по автоматике и автоматизации производственных процессов.-Омск, 1988.-23С.

45. Денисов, В. П. Оптимизация рабочего процесса землеройно- транспортных машин с учетом случайного характера нагрузок: Монография.-Омск: Изд-во СибАДИ, 2005. - 123 с.

46. Денисов, В. П. Повышение производительности автогрейдера стабилизацией тяговой мощности: Дис... канд. техн. наук.- Омск, СибАДИ,1992.-204 с.

47. Денисов, В. П., Матяш, И. И., Мещеряков, В. А. Результаты экспериментальных исследований автогрейдера с отвалом переменной длины//Строительные и дорожные машины.- 2001. - № 5.- 13.

48. Денисов, В. П., Мещеряков, В. А. Исследование системы автоматического управления скоростью автогрейдера// Строительные идорожные машины. - 2003.- JSfo 5.- 39-41.

49. Денисов, В. П., Мещеряков, В. А. Оптимизация длины отвала автогрейдера для режима перемещения грунта// Строительные и дорожныемашины. - 2002.- № 5.- 31-33.

50. Денисов, В. П., Мещеряков, В. А. Основы автоматизированного мониторинга строительных процессов: Отчет о НИР (заключит.)/СибАДИ. -№ ГР 01980006081; Инв. № 02200002398. - Омск, 1999. - 64 с.

51. Долгов, И. А., Шевчук, В. П., Краснопорошин, П. П. Моторно- трансмиссионные установки с двигателями постоянной мощности нагусеничных тракторах ВгТЗ// Трактора и сельскохозяйственные машины. -1997.-№2.-С. 14-18.

52. Домбровский, Н. Г. и др. Землеройно-транспортные машины. - М.: Машиностроение, 1965. - 234 с.233

53. Дорожно-строительные машины и комплексы/ Под ред. В. И. Баловнева. - М . : Машиностроение. - 1988.- 384 с.

54. Дорожно-строительные машины и комплексы: Учеб. для вузов/ В. И. Баловнев, Г. В. Кустарев, Е. Локшин и др.; МАДИ (ТУ), СибАДИ. - 2-еизд., доп. и перераб. - М. - Омск: СибАДИ, 2001. - 526 с.

55. Дорожные машины. Ч. 1. Машины для земляных работ/ Т. В. Алексеева, К. А. Артемьев, А. А. Бромберг и др.- 3-е изд., перераб. и доп. - М.:Машиностроение, 1972.- 504 с.

56. Дьяконов, В., Круглов, В. Математические пакеты расширения MATLAB. Специальный справочник. - СПб.: Питер, 2001. - 480 с.

57. Заездный, А. М. Основы расчетов по статистической радиотехнике. - М.: Связь, 1969.-447 с.73.3еленин, А. Н. Основы разрушения грунтов механическими способами.М.: Машиностроение, 1975.-424 с.

58. Зеленин, А. П., Баловнев, В. И., Керов, И. П. Машины для земляных работ/ Под ред. А. П. Зеленина. - М.: Машиностроение, 1975. - 424 с.

59. Иванцов, В. Д. Минимальная мощность двигателя и эффективность МТА// Трактора и сельскохозяйственные машины. - 2004.- JNT» 7. - 26-28.

60. Изерман Р. Цифровые системы управления. - М.: Мир, 1984. - 541 с.

61. Исследование одномассовой модели автогрейдера в режиме перемещения грунта / В. П. Денисов, В. А. Мещеряков, И. И. Матяш // ТрудыСибАДИ. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2001.- Вып. 4.- Ч. 4.- 59-64.

62. Касимов, Ю. Ф. Основы теории оптимального портфеля ценных бумаг. - М.: ИИД «Филинъ», 1998. - 144 с.

63. Княжев, Ю. М. Теоретические основы методов управления 234оптимальными режимами рабочих процессов землеройно-транспортных машин:Автореф. дисс.... д-ра техн. наук: Омск, 1996. - 42 с.

64. Колемаев, В. А. Математическая экономика: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ, 1998.-240С.

65. Кононыхин, Б. Д. Автоматизация землеройных процессов в дорожном строительстве: идентификация, автокоординирование, управление: Дис... д-ра,техн. наук. - М., 1989. - 428 с.

66. Кононыхин, Б. Д. Лазерные системы управления машинами дорожного строительства.-М.: Машиностроение, 1990.-304 с.

67. Корн, Г., Корн, Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1974.- 830 с.

68. Косов, Е. Е. Повышение производительности и топливной экономичности тепловозов путем оптимизации режимов работы дизелей:Автореф. дис. ... д-ра техн. наук. - М . : МИИЖТ, 1987.

69. Краскевич, В.Е., Зеленский, К. X., Гречко, В. И. Численные методы в инженерных исследованиях.-Киев: Вищашк., 1986.-263 с.

70. Кремер, Н. Ш. Теория вероятностей и математическая статистика: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. - 543 с.

71. Ксеневич, И. П., Гуськов, В. В., Бочаров, Н. Ф. Тракторы. Проектирование, конструирование и расчет. - М.: Машиностроение, 1991. -544 с.

72. Ксеневич, И. П., Тарасик, В. П. Системы автоматического управления ступенчатыми трансмиссиями тракторов. - М.: Машиностроение, 1979. - 280 с.

73. Ксеневич, И. П., Шевцов, В. Г. Концепция тракторной моторно- трансмиссионной установки// Трактора и сельскохозяйственные машины. -1999.-№12.-С. 28-32.

74. Кузнецов, Ю. Н., Кузубов, В. И., Волошенко, А. Б. Математическое программирование. Учеб. пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1976. -352 с.

75. Купер, Дж., Макгиллем, К. Вероятностные методы анализа сигналов и систем. - М.: Мир, 1989. - 376 с.235

76. Кутьков, Г. М. Тракторы и автомобили. Теория и технологические свойства. - М.: КолосС, 2004. - 504 с.

77. Кутьков, Г. М. Тяговая динамика тракторов. - М.: Машиностроение, 1980.-215 с.

78. Маркова, Е. В., Лисенков, А. Н. Планирование экснеримента в условиях неоднородностей.-М.: Наука, 1973.

79. Матяш, И. И. Повышение производительности автогрейдера нри перемещени грунта: Дис... канд. техн. наук. - Омск: СибАДИ, 2001. - 158 с.

80. Мельников, А. А. Управление техническими объектами автомобилей и тракторов: Системы электроники и автоматики: Учеб. пособие для студ. вузов.-М.: Издательский центр «Академия», 2003. - 376 с.

81. Меш,еряков, В. А. Повышение точности управления рабочим органом автогрейдера на профилировочных работах: Автореф... дис. канд. техн. наук. -Омск, СибАДИ, 1999. - 20 с.

82. Моделирование сельскохозяйственных агрегатов и их систем управления/ А. Б. Лурье, И. Нагорский, В. Г. Озеров и др. - Л.: Колос, 1979. -312 с.

83. Недорезов, И. А. и др. Вероятностный анализ усилий в рабочем оборудовании землеройных машин// Строительные и дорожные машины. -1971.-№ 8.-С. 10-12.

84. Недорезов, И. А. Исследование копания грунта отвалом автогрейдера: Дисс. ... канд. техн. наук. -М., 1958.- 195 с.

85. Недорезов, И. А., Машкович, О. Н., Спивак, Г. Машины и 236механизмы транспортного строительства. - М.: Машиностроение, 1989.

86. Никулин, Е. А. Основы теории автоматического управления. Частотные методы анализа и синтеза систем/ Учеб. пособие для вузов.- СПб.:БХВ-Петербург, 2004. - 640 с.

87. Определение режимов загрузки двигателя автогрейдера Д-395Б на первых трех рабочих передачах на общей планировке, рытье корыта икирковании: Отчет 43 им. Колющенко.- Челябинск, 1969. - 251 с.

88. Основы автоматизации в дорожном строительстве/ В. И. Колышев, Б. Марышев, В. А. Рихтер и др.- М.: Транспорт, 1987.- 224 с.

89. Попов, Е. П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления. - М.: Наука, 1979.- 256 с.

90. Прибор для оценки ровности дорожных покрытий: Патент 2136805 РФ, МПК Е 01 С 23/07/ В. Ф. Амельченко, В. П. Денисов, И. И. Матяш,В. А. Мещеряков. - Опубл. 1999. - 7 с : ил.

91. Рабочее оборудование автогрейдера: Патент 2133317 РФ, МПК Е 02 F 3/76/ В. Ф. Амельченко, В. П. Денисов, В. А. Мещеряков, А. А. Славский.-Опубл. 1999.-10 с : ил.

92. Рабочий орган землеройно-транспортной машины: А.с. 1808926 СССР/ В. П. Денисов// БИ. - № 14. - 1993.

93. Рабочий орган землеройно-транспортной машины: А.с. 1816830 СССР, МКИ Е 02 F 3/76/ В. Ф. Амельченко, В. П. Денисов, А. А. Славский (СССР). -11 с : ил.

94. Рабочий орган землеройно-транспортной машины: Патент 2135698 РФ, МКИ Е 02 F 3/76/ В. Ф. Амельченко, В. П. Денисов, И. И. Матяш,В. А. Мещеряков, А. А. Славский (РФ).- 9 с : ил.

95. Ронинсон, Э. Г. Автогрейдеры. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1986.-222 с.

96. Рославцев, А. В. Теория движения тягово-транспортных средств. - М.: УМЦ Триада, 2003.

97. Ротач, В.Я. Расчет динамики промышленных автоматических систем 237регулирования. - М.: Энергия, 1973. - 440 с.

98. Ротач, В. Я. Теория автоматического управления теплоэнергетическими процессами: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат,1985.-296 с.

99. Севров, К. П., Горячко, Б. В., Покровский, А. А. Автогрейдеры. Конструкция, теория, расчет.-М.: Машиностроение, 1970.- 192 с.

100. Системы управления дизельными двигателями. Перевод с немецкого. Первое русское издание. - М.: ЗАО «КЖИ «За рулем», 2004. - 480 с.

101. Скотников, В.А., Мащенский, А.А., Солонский, А.С. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. - М.: Агропромиздат, 1986. - 383 с.

102. Смирнов, П. В., Дунин-Барковский, И. В. Курс теории вероятностей и математи-ческой статистики для технических приложений. - М.: Наука, 1969. -512 с.

103. Способ регулирования четырехтактного двигателя внутреннего сгорания и устройство для его осуществления: А.с. 1733659 СССР/В. Ф. Амельченко, В. П. Денисов, А. А. Славский// БИ. - № 18. - 199|2.

104. Способ управления рабочим органом землеройно-транспортной машины: А.с. 1488403 СССР, МКИ Е 02 F 3/76/ В. Ф. Амельченко,В. П. Денисов// БИ. - ^2 23. - 1989.

105. Строительные машины: Справочник: В 2 т. Т. 1: Машины для строительства промышленных, гражданских сооружений и дорог/ А. В. Раннев,В. Ф. Корелин, А. В. Жаворонков и др.; Под общ. ред. Э. Н. Кузина. - 5-е изд.,перераб.-М.: Машиностроение, 1991.-496 с.

106. Судник, Ю. А., Петков, Д. И., Витков, В. Т. Автоматизированные системы мобильных агрегатов// Тракторы и сельскохозяйственные машины. -1997.-№ 2 . - С . 19-22.

107. Справочник конструктора дорожных машин/ Под ред. И. П. Бородачева. - М.: Машиностроение, 1965. - 725 с.

108. Тарасов, В. Н. Динамика систем управления рабочими процессами землеройно-транспортных машин.- Омск: Зап.-сиб. кн. изд-во, 1975.- 182 с.238

109. Тарасов, В, Н, Динамика систем управления рабочими процессами землеройно-транспортных машин: Автореф. дисс. ... д-ра техн. наук: Омск,1973.-42 с.

110. Теория автоматического управления: Нелинейные системы, управления при случайных воздействиях: Учебник для вузов/ А. В. Нетушил,А. В. Балтрушевич, В. В. Бурляев и др.; Нод ред. А. В. Нетушила.- 2-е изд.,перераб. и доп.- М.: Высш. шк., 1983.- 432 с.

111. Теория автоматического управления: Учебник для вузов. В 2-х ч. Ч. I. Теория линейных систем автоматического управления/ Н. А. Бабаков,А. А. Воронов, А. А. Воронова и др.; Нод ред. А. А. Воронова. - 2-е изд. - М.:Высшая школа, 1986. - 367 с.

112. Теория автоматического управления: Учебник для вузов. В 2-х ч. Ч. П. Теория нелинейных и специальных систем автоматического управления/А. А. Воронов, Д. Н. Ким, В. М. Лохин и др.; Нод ред. А. А. Воронова. - 2-е изд.- М.: Высшая школа, 1986. - 504 с.

113. Технико-эксплуатационные характеристики машин фирмы CateqDillar: Справочник. - Неория, РТллинойс: Са1еф111аг Inc., 1996.

114. Тракторы. Теория: Учебник для студентов вузов по спец. «Автомобили и тракторы»/ Нод обш;. ред. В. В. Гуськова. - М.:Машиностроение, 1988.-376 с.

115. Тургиев, А. К. Новышение эффективности технологических процессов на основе улучшения тягово-сцепных свойств колесных тракторов приколебательной нагрузке: Автореферат дисс. ... д-ра техн. наук. - Рязань, 1999. -86 с.

116. Ульянов, Н. А. и др. Самоходные колесные землеройно-транспортные машины. - М.: Машиностроение, 1982. - 280 с.

117. Ульянов, Н. А. Колесные движители строительных и дорожных машин. Теория и расчет. - М.: Машиностроение, 1982. - 279 с.

118. Ульянов, Н. А. Основы теории и расчета колесного движителя землеройных машин. - М.: Машгиз, 1962. - 208 с.239

119. Ульянов, Н. A. Теория самоходных колесных землеройно- транснортных машин. - М.: Машиностроение, 1969. - 520 с.

120. Федоров, Д. И., Бондарович, Б. А. Надежность рабочего оборудования землеройных машин. - М.: Машиностроение, 1981. - 230 с.

121. Федоров, Д. И. Рабочие органы землеройных машин.- М.: Машиностроение, 1990.-360 с.

122. Холодов, A.M., Руднев, В.К. и др. Проектирование машин для земляных работ/ Под ред. A.M. Холодова. - Харьков: Вища школа, 1986.

123. Холодов, А. М. Основы динамики землеройно-транснортных машин. - М.: Машиностроение, 1968. - 156 с.

124. Холодов, А. М., Ничке, В.В., Назаров, Л. В. Землеройно- транспортные машины. - Харьков: Виш;а школа, 1982. - 192 с.

125. Черных, И. В. SIMULINK: среда создания инженерных приложений/ Под общ. ред. В. Г. Потемкина. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2003. - 496 с.

126. Шиннлевский, Г. Б. Возможности электронного и электрогидравлического управления переключением передач на тракторе//Трактора и сельскохозяйственные машины. - 2004.- № 12. - 18-21.

127. Шипилевский, Г. Б. Состояние и перспективы автоматизации тракторов// Трактора и сельскохозяйственные машины. - 2004.- № 5. - 17-19.

128. Шипилевский, Г. Б. Первоочередные задачи автоматизации и электронизации в отечественном тракторостроении// Трактора исельскохозяйственные машины. - 2001. - № 1. - 15-16.

129. Шмаков, А. Т. Эксплуатация дорожных машин: Учебник для техникумов.- 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Транспорт, 1987.- 398 с.

130. Ш,ербаков, B.C., Денисов, В. П. Шаговый электропривод золотников гидрораспределителей дорожных и строительных машин. - ВИНИТИ.Депонированные рукописи.- 1988.-JVb 1.-С. 154-172.

131. Щербаков, В. Научные основы повышения точности работ, выполняемых землероино-транспортными машинами: Дис... д-ра техн. наук. -240Омск: СибАДИ, 2000. - 416 с.

132. Blade Assembly: United States Patent 4369847/ Mizunuma W. (Japan). - 4 p.

133. Harms, H.-H., Seeger, J. Energieeinsparung durch modeme Motoren- und Getriebetechnik bei Traktoren//Landwirtschaftskammer Hannover. - Helmstedt,Januar 2002. - 34 S.241