автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Повышение эффективности работы автогрейдера за счёт совершенствования системы управления отвалом

На правах рукописи

Иванов Сергей Александрович

Повышение эффективности работы автогрейдера за счёт совершенствования системы управления отвалом

Специальность 05.05.04 - дорожные, строительные и подъёмно-транспортные машины

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 7 М4м 2012

Воронеж-2012

005043761

005043761

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель: - доктор технических наук, доцент,

Кононов Андрей Александрович

Официальные оппоненты: • Баженов Светослав Петрович,

доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет», кафедра транспортных средств и техносферной безопасности, профессор

- Пурусов Юрий Михайлович, кандидат технических наук, профессор, Военный авиационный инженерный университет (г. Воронеж), 21 кафедра автомобильной подготовки, профессор

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Защита диссертации состоится 24 мая 2012 г. в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 212.033.01 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет» по адресу: 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84, аудитория 3220, тел. (факс): (473) 271-59-05.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского ГАСУ.

Автореферат разослан 23 апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Власов Виктор Васильевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В строительстве достаточно важной составляющей является проведение земляных работ, в частности, резания и перемещения грунта, которое в большинстве случаев осуществляется землеройно-транспортными машинами (ЗТМ). Одной из ЗТМ, выполняющей резание и перемещение грунта, является автогрейдер.

Качественное выполнение работ во многом зависит от квалификации оператора, который вынужден одновременно контролировать большое количество непрерывно меняющихся параметров. Однако даже высококвалифицированный оператор оценивает изменение параметров ориентировочно, что часто приводит к режимам работы далёким от рациональных.

Кроме того, до настоящего времени управление процессом резания и перемещения грунта осуществляется в основном изменением скорости движения машины и высотного положения отвала, что приводит к увеличению необходимого количества проходов.

Повышение производительности ЗТМ при резании и перемещении грунта возможно за счёт рационального выбора параметров рабочего процесса с помощью систем автоматического управления.

Многими авторами предложены разнообразные устройства управления рабочим оборудованием и другими системами автогрейдера, но эти разработки, в большинстве случаев, не устраняют полностью описанные выше недостатки в процессе резания и перемещения грунта.

В связи с этим актуальным является создание системы автоматического управления отвалом по параметру, характеризующему текущую производительность автогрейдера в процессе резания и перемещения грунта, использующей в качестве управляющего воздействия изменение угла захвата отвала при его неизменном высотном положении, что не только повысит производительность ЗТМ, но и уменьшит необходимое количество проходов, следовательно, также приведёт к увеличению производительности в целом, экономии топлива и времен« на производство работ.

Исходя из вышесказанного можно сформулировать цель диссертационной работы: повышение производительности автогрейдера путём рационального управления косопоставленным отвалом при резании и перемещении грунта за счёт эффективного использования тягово-сцепных качеств.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) адаптировать и исследовать математическую модель автогрейдера с колёсной формулой 1x2x3 для процесса резания и перемещения грунта с изменением угла захвата отвала;

2) разработать новый способ бесконтактного измерения текущего объёма грунта, разрабатываемого отвалом ЗТМ, и создать датчик с улучшенными эксплуатационными характеристиками;

3) разработать способ и алгоритм автоматического управления углом захвата основного отвала автогрейдера в процессе резания и перемещения

грунта по параметру, характеризующему текущую производительность;

4) разработать и создать экспериментальный макет системы автоматического управления отвалом автогрейдера по оценке относительной производительности с изменением угла захвата отвала;

5) провести экспериментальные исследования работоспособности и эффективности функционирования предложенной системы автоматического управления основным отвалом автогрейдера с управлением углом захвата в процессе резания и перемещения грунта для оценки технико-экономических показателей в различных режимах управления отвалом.

Объект исследований - автогрейдер ДЗ-199 с мощностью двигателя 160 л.с. и колёсной формулой 1x2x3 в процессе резания и перемещения грунта.

Предмет исследований — разработка способа и средств технической реализации эффективного управления косопоставленным отвалом ЗТМ в процессе резания и перемещения грунта с изменением угла захвата.

Научная новизна работы:

- математическая модель автогрейдера с колёсной формулой 1x2x3 в процессе разработки грунта основным косопоставленным отвалом адаптирована к рабочему процессу с изменением угла захвата за счёт определения текущего местоположения точки приложения равнодействующих сил сопротивления перемещению и скольжению грунта по отвалу;

- предложен новый способ бесконтактного измерения текущего объёма грунта, разрабатываемого отвалом ЗТМ, основанный на определении сдвига фаз между током и напряжением, а также изменяющегося сопротивления в контуре антенны;

- разработан способ автоматического управления углом захвата косопос-тавленного отвала автогрейдера в процессе резания и перемещения грунта по параметру, характеризующему текущую производительность;

- разработаны модели, позволяющие описывать процесс изменения объёма грунта, разрабатываемого косопоставленным отвалом, и оценивать разброс значений ширины полосы разработки грунта при управлении углом захвата по параметру, характеризующему текущую производительность.

Практическая значимость:

- предложена новая схема обработки информации об измеряемом объёме грунта, проведено имитационное моделирование для выбора характеристик измерителя и создан новый датчик текущего объёма грунта, разрабатываемого отвалом ЗТМ, с улучшенными эксплуатационными характеристиками;

- разработан алгоритм управления углом захвата косопоставленного отвала автогрейдера в процессе резания и перемещения грунта по параметру, характеризующему текущую производительность;

- получена зависимость для определения смещения в продольном направлении местоположения точки приложения равнодействующих сил сопротивления перемещению и скольжению грунта относительно точки приложения равнодействующих сип сопротивления резанию грунта от изменения угла захвата отвала автогрейдера;

- создана система автоматического управления углом захвата отвала по параметру, характеризующему текущую производительность автогрейдера, применение которой позволило повысить техническую производительность на 11,2%, снизить расход топлива на б % и сократить затраты времени на 10-19 %, уменьшить психофизические нагрузки на оператора ЗТМ, чго обеспечивает увеличение времени его высокопроизводительной безошибочной работы в течении смены.

На защиту выносятся:

- математическая модель автогрейдера с колёсной формулой 1x2x3, адаптированная к процессу резания и перемещения фунта косопоставленным отвалом с текущим изменением угла захвата, и результаты теоретических исследований;

- новый способ измерения текущего объёма грунта, разрабатываемого отвалом ЗТМ, и вариант обработки информации;

- способ и алгоритм автоматического управления основным косопоставленным отвалом автогрейдера в процессе резания и перемещения грунта по параметру, характеризующему текущую производительность ЗТМ;

- результаты экспериментальных исследований функционирования ЗТМ и эффективности применения на автогрейдере разработанной системы управления рабочим органом в процессе резания и перемещения грунта.

Результаты работы внедрены: в ООО «Управление автомобильного транспорта и механизации Зодиак» (309500, г.Старый Оскол, Белгородской обл., микрорайон Зелёный Лог, д. 5) пугём применения разработанной системы управления основным отвалом автогрейдера; в Воронежском ГАСУ при обучении студентов дневной формы обучения специальности «Автоматизация технологических процессов и производств (в строительстве)» и «Сервис транспортных машин» при изучении учебных дисциплин «Моделирование систем» и «Новые информационные технологии», соответственно, и при проведении научных исследований землеройно-транспортных машин.

Достоверность полученных результатов обеспечена применением методов высшей математики, теоретической механики, радиофизики при теоретических исследованиях, математической статистики при планировании эксперимента и обработке информации, хорошим соответствием полученных данных с ранее выполненными исследованиями других авторов и достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: седьмой международной научно-практической конференции "Высокие технологии в экологии" (Воронеж, 2004); второй международной научно-технической конференции "Информационные технологии в науке, образовании и производстве" (Орёл, 2006); международной научно-технической конференции "Измерения в современном мире" (Санкт-Петербург, 2007); четвертой международной научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления. Опыт инновационного развития" (Томск, 2007); пятнадцатой международной научно-технической конференции "Информационная среда ВУЗа" (Иваново, 2008); на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского ГАСУ (Воронеж, 2006-2011).

Публикации. Всего по результатам диссертационных исследований опубликовано 14 работ, в том числе 3 в изданиях из перечня ВАК, получен 1 патент РФ на изобретение, 2 разработки зарегистрированы в отраслевом фонде алгоритмов и программ.

Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, изложена на 182 страницах и содержит 129 страниц машинописного текста, 3 таблицы, 46 рисунков, список использованных источников из 145 наименований, 6 приложений на 26 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обусловлена актуальность темы диссертационной работы, приведены цель и задачи исследований, обозначен объект исследований, показана научная новизна и практическая значимость результатов, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проанализированы научные работы отечественных и зарубежных учёных, занимающихся вопросами повышения эффективности функционирования ЗТМ в рабочих режимах, в том числе с использованием автоматического управления рабочим оборудованием.

В области повышения эффективности функционирования ЗТМ в рабочих режимах заметный вклад внесли: Т.В. Алексеева, В.Ф. Амельченко, Г.И. Асмо-лов, Ю.В. Варковастов, A.M. Васьковский, Д.П. Волков, В.Д. Глебов, С.Н. Де-ревянко, A.A. Ерофеев, В.А. Жулай, В.А. Зорин, Ю.И. Калинин, A.A. Кононов, Б.Д. Кононыхин, Е.М. Кудрявцев, Э.Н. Кузин, Е.Ю. Малиновский, И.А. Недо-резов, В.Н. Тарасов, И.М. Тепляков, H.A. Ульянов, Ю.Ф. Устинов, A.M. Холодов, В.К. Цветков, ЛЯ. Цикерман, Б.Д. Щумаков, Каваути Масатака, Такэдо Онисиро, C.S.Draper, H.W. Rockwell.

Проведённый обзор научно-технической литературы по вопросу применения устройств управления процессом разработки грунта ЗТМ позволяет отметить, что в подходах к повышению эффективности рабочих процессов, выполняемых автогрейдером, можно условно выделить следующие основные направления:

1) учёт неровностей обрабатываемой грунтовой поверхности;

2) совершенствование конструкции элементов автогрейдера;

3) стабилизация пространственного положения отвала или параметров, связанных с траекторией движения машины;

4) выбор рациональных параметров работы ЗТМ.

Все эти направления в той или иной степени служат для повышения технико-экономических показателей в процессе эксплуатации автогрейдеров.

Другие виды систем помогают оператору в визуализации процессов и принятии управленческих решений, значимо не увеличивая производительности и не снижая психофизическую нагрузку на оператора при управлении рабочим органом.

В результате анализа источников выяснено, что в настоящее время отсутствуют промышпенно выпускаемые системы автоматического управления рабочим органом ЗТМ при резании и перемещении грунта, одновременно позво-

ляющие повысить производительность за счёт более полного использования тяговых возможностей колёсного движителя и добиться высокого качества получаемой поверхности.

Создание системы автоматического управления процессом резания и перемещения грунта автогрейдером является актуальной задачей, имеющей существенное значение для строительной отрасли страны, так как производительность ЗТМ даже при работе оператора высокой квалификации далека от максимально возможной. Применение автоматических систем управления позволяет существенно увеличить производительность ЗТМ по сравнению с ручным управлением при ограниченном энергетическом ресурсе установленного двигателя за счет более полного использования заложенных тяговых качеств колесного движителя, при этом возможно снижение удельного расхода топлива.

Во второй главе для прямолинейного поступательного движения автогрейдера при резании и перемещении грунта (рис. 1) уравнения действующих сил и моментов записаны следующим образом:

Тр* = т2 + т3- Рп - Р,4 - Ррл -

- рПРП - Рсп - р,0 + т, + т6=0,

(1)

(2)

(4)

Z РУ = Р„6 ~ R6, ~ R62 ~ R63 -- Rss - Ree + P.pt + Pc6 = 0,

£ = R, + + R, + R4 + R5 + R6 - G + Pp, = 0, (3)

I M, = iz (Pnp6 + PC6 ) - hp (R61 + R64 ) +

+ a (R4 + Rs + R6 ) - a (R, + R2 + R})= 0,

X M y =b(Rl+ R,)+cx Ppt + + M + dPj0 - n(R2 + J?,)-m (R3 + R6)+ (5)

I,Mt = py (P„pn + pcn ) + aPi4 - aP„ + a{T2 + T3)~

-a (Ts+T6)-n (R62 + R6S)~ m (R63 + R66 ) +

+b(R61 + R64)~ cxPp6 - sx (P„p6 +Pc6) = 0,

где Pp„ - продольная составляющая силы сопротивления грунта резанию, кН;

Рпрп - продольная составляющая силы сопротивления перемещению вырезанного грунта, кН;

Рсп - продольная составляющая силы сопротивления скольжению грунта по отвалу, кН;

Ррв - боковая составляющая силы сопротивления грунта резанию, кН;

(6)

Рис, 1 - Схема сил, действующих на автогрейдер при резании и перемещении грунта

Рпрб — боковая составляющая силы сопротивления перемещению вырезанного грунта, кН;

РСб - боковая составляющая силы сопротивления скольжению фунта по отвалу, кН;

.Руо - сила инерции поступательно движущихся масс, кН;

Рр, - вертикальная составляющая силы сопротивления грунта резанию,

кН;

Т3, Тц, Т6 - сила тяги, развиваемая каждым ведущим колесом, кН;

Я/1, Я/4 - силы сопротивления качению ведомых колес, кН;

К61 - К об - боковые реакции грунта на колеса движителя, кН;

7?1 - /?6 - нормальные реакции грунта на колеса автогрейдера, кН;

О - сила тяжести автогрейдера, кН;

М-крутящий момент на центральных полуосях балансиров, кН м;

ру сх, Ь, п, т, с1, а - расстояния, определяющие точки приложения соответствующих сил, м.

Адаптация математической модели автогрейдера для рабочего процесса с поворотом косопоставленного отвала в процессе разработки грунта достигается учетом текущего местоположения точки приложения равнодействующей сил сопротивления перемещению и скольжению грунта по отвалу, которое определяется следующими известными зависимостями:

ру=~В-зтаа, (7)

11=Ъ,ЪЪНЛ-Ъ,(Лкр, (8)

где ру - расстояние в поперечном направлении, определяющее точку приложения равнодействующих сил сопротивления перемещению и скольжению грунта, м;

I, — расстояние в вертикальном направлении, определяющее точку приложения равнодействующих сил сопротивления перемещению и скольжению грунта, м;

В - длина косопоставленного отвала, м;

ам- угол захвата косопоставленного отвала, град;

Я - высота отвала, м; и новым уравнением, найденным из геометрических соображений:

сх-ах=~В-со5ав, (9)

где сх-5, - расстояние в продольном направлении, определяющее точку приложения равнодействующих сил сопротивления перемещению и скольжению грунта.

Кроме того, разработана модель процесса изменения текущего объёма грунта, разрабатываемого косопоставленным отвалом автогрейдера, предусматривающая учёт текущего изменения угла захвата (фрагмент модели представлен на рис. 2).

1.--------------1 с

Рис. 2 - Фрагмент модели, описывающей процесс изменения текущего объёма грунта, разрабатываемого косопоставленным отвалом автофейдера, в пакете 81М1ЛЛМС программного комплекса МАТЬАВ

В качестве некоторых результатов моделирования, проведенного на ЭВМ, на рис. 3-6 представлены графики зависимости смещения в продольной плоскости точки приложения равнодействующих сил сопротивления перемещению и скольжению грунта относительно точки приложения равнодействующих сил сопротивления резанию грунта от угла захвата отвала автогрейдера, зависимости силы тяги (а также коэффициента буксования) колесного движителя от угла захвата при различной толщине срезаемой стружки для автогрейдера ДЗ-199, зависимости между боковыми реакциями, действующими на ведущие и ведомые колёса автогрейдера, и углом захвата основного отвала ДЗ-199.

Рис. 3 - Зависимость смещения в продольной плоскости точки приложения равнодействующих сил сопротивления перемещению и скольжению грунта относительно точки приложения равнодействующих сил сопротивления резанию грунта от угла захвата отвала автогрейдера

В результате математического моделирования установлено, что при максимальной расчётной толщине срезаемой стружки грунта в диапазоне угла захвата 45 - 85 сила тяга колесного движителя автогрейдера ДЗ-199 будет меняться от 23,9 до 35,1 кН, а величина буксования составит от 10,5 до 20,2 %, при этом точка приложения равнодействующих сил сопротивления перемещению и скольжению грунта перемещается на 15 % в продольном направлении и на 7,5 % в поперечном направлении, что соответственно приводит к изменению моментов соответствующих сил.

Рис. 4 - Зависимость силы тяги колесного движителя от угла захвата при различной толщине срезаемой стружки для автогрейдера ДЗ-199

При максимальном расчётном угле захвата 85° и толщине срезаемой стружки грунта в диапазоне от 0,030 до 0,048 м сила тяги колесного движителя меняется от 24,42 до 35,1 кН, а величина коэффициента буксования при этом находится в диапазоне от 11,6 до 20,2 %, что практически соответствует достаточно эффективной работе. Для среднего значения диапазона угла захвата и максимальной расчётной нагруженности по толщине срезаемой стружки сила тяги для ДЗ-199 составит 29,9 кН при буксовании 14,8 %.

Выявлено, что при проведении расчётов максимальная рекомендуемая толщина срезаемой стружки для процесса резания и перемещения фунта с изменением угла захвата основного отвала автофейдера не должна превышать 8 % от высоты установленного отвала, иначе движитель будет функционировать в режиме, характеризующемся величинами коэффициента буксования заметно больше 20 %, что не соответствует эффективной работе.

Полученные при математическом моделировании результаты могут быть с успехом распространены на другие ЗТМ с поворотным отвалом и характеризуются хорошей сходимостью с данными исследований других авторов, при

этом отличие результатов по силе тяги и коэффициенту буксования не превышает 8 %.

6 0,20 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08

45 50 55 60 65 70 75 «О о_град

Рис. 5 — Зависимость коэффициента буксования колесного движителя автогрейдера ДЗ—199 от угла захвата при различной толщине срезаемой стружки

Диапазону изменения угла захвата отвала 45 - 85° соответствует изменение боковой реакции, действующей на передние ведомые колёса автофейдера, от 1,98 до 0,04 кН, а боковой реакции, действующей на ведущие колёса, соответственно, от 3,15 до 1,38 кН.

ІЬі.кН Ио, кН

3,0 2,5 2,0 1.5 1.0 0,5 0

45 50 55 60 65 70 75 80 а»град

Рис. 6 - Зависимость между боковыми реакциями, действующими на ведущие и ведомые колёса автофейдера, и углом захвата основного отвала ДЗ-199

В третьей главе предложен новый способ и алгоритм (рис. 7) автоматического управления углом захвата косопоставленного отвала автогрейдера в процессе резания и перемещения грунта по параметру, характеризующему текущую производительность.

Рис. 7 - Блок-схема алгоритма работы основного контура системы управления отвалом ЗТМ в процессе резания и перемещения грунта

В качестве информационных параметров в системе используются текущий объём грунта, разрабатываемого отвалом ЗТМ, и действительная скорость движения машины в процессе резания и перемещения грунта, произведение которых, деленное на длину отвала, дает численное выражение, характеризующее текущую производительность. Сравнивая значения, вычисленные в текущий и предшествующий момент времени, управляющий блок вырабатывает сигнал на увеличение или уменьшение угла захвата основного косопоставленного отвала. Сигнал разрешения автоматического регулирования блоку, выполняющему функции вычислителя и логического устройства, подается только при условии преобладания измеренных датчиками параметров действительной скорости и текущего объёма грунта, разрабатываемого отвалом ЗТМ, над опорными сигналами. Было установлено, что для работы системы автоматического управления косопоставленным отвалом автогрейдера ДЗ-199 могут использоваться следующие значения опорных сигналов: ид=0,48 м/с; У=0,3 м3.

Следует отметить, что, во-первых, обязательным условием получения наибольшей возможной производительности является проведение работы при полной подаче топлива в дизель, во-вторых, при необходимости переход на ручное управление осуществляется в любой момент времени переключением тумблера «ручное - автоматическое управление» в кабине оператора ЗТМ.

Для реализации предложенного способа и алгоритма управления отвалом ЗТМ была разработана схема обработки информации об измеряемом объёме грунта и создан новый датчик, базирующийся на оценке сдвига фаз между током и напряжением в контуре антенны, а также на измерении изменяющегося сопротивления в этом контуре (рис. 8), обладающий за счёт этого улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии антенный контур настраивается на полное согласование, то есть на выходах индикаторов сигналы рассогласования равны нулю. При изменении текущего объёма грунта, разрабатываемого отвалом ЗТМ, происходит изменение электрических параметров контура антенны, представляющей собой электрический линейный излучатель, приводящее к сдвигу фаз между током и напряжением на входе индикатора фазы, а также к изменению сопротивления антенны. Информационные сигналы индикаторов фазы и сопротивления антенны подаются на определяющее полное сопротивление антенны вычислительное устройство, по результирующим показаниям которого непрерывно оценивается текущий объём фунта.

Обоснованность такого решения подтверждается следующим. Полное сопротивление антенны может быть представлено в виде:

гА(к) = ил(11)+]хл(11), (Ю)

где ХА(И) - реактивная компонента входного сопротивления антенны, определение которой возможно по сдвигу фаз;

Кл(1г) - активная компонента входного сопротивления антенны, которая может определяться с помощью индикатора сопротивления.

Рис. 8 - Структурная схема измерителя текущего объёма грунта, разрабатываемого отвалом ЗТМ

Разработанная модель функционирования автогрейдера при резании и перемещении грунта с предложенной системой управления изменением угла захвата косопоставленного отвала в результате исследований показала, что после одного прохода разброс значений ширины получаемого полотна готовой поверхности не превышает 5 %, что является вполне допустимым и не приводит к значимому снижению производительности за счёт необходимости уменьшения ширины получаемой полосы разработки на очередных проходах.

В результате проведенных исследований были определены возможности и схемы практической реализации системы управления рабочим органом ЗТМ, что позволило создать экспериментальную систему для проведеній натурных испытаний.

В четвёртой главе изложены задачи, методика и результаты экспериментальных исследований. Все испытания проводились на автогрейдере ДЗ-199, однако основные полученные результаты исследований могут быть с успехом распространены на другие ЗТМ с поворотным отвалом.

В ходе проведения экспериментальных исследований установлена адекватность математического моделирования процесса резания и перемещения

грунта косопоставленным отвалом автогрейдера и получены взаимосвязи между основными параметрами ЗТМ во время рабочего процесса и информационным сигналом нового датчика текущего объёма фунта, разрабатываемого косопоставленным отвалом, определена чувствительность радиоволнового датчика, которая составила величину порядка 107 Ом на 1 м3 фунта.

Предложен новый способ крепления датчика текущего объёма фунта, разрабатываемого косопоставленным отвалом, с помощью полипропиленовых труб, позволяющих при необходимости размещать провода внутри труб и, за счёт некоторой гибкости при достаточной жёсткости конструкции в целом, снизить вероятность поломки при случайных механических воздействиях.

Установлено, что при максимальной рекомендуемой нафуженности рабочего режима автофейдера ДЗ-199 величина коэффициента буксования составила 15,4 %, при этом значение продольной силы тяги колёсного движителя равно 28,5 кН, что хорошо согласуется с результатами, полученными другими авторами.

Выявлена высокая эффективность функционирования автофейдера с разработанной системой автоматического управления углом захвата отвала, применение которой позволяет повысить производительность на 11,2 %, снизить расход топлива на 6 % и сократить затраты времени на 10-19 %. Кроме того, снижаются психофизические нафузки на оператора ЗТМ, что обеспечивает увеличение времени его высокопроизводительной, безошибочной работы в течении смены.

Следует отметить, что применение разработанной системы возможно на большинстве автогрейдеров совместно с системами стабилизации пространственного положения рабочего органа.

Даны рекомендации по получению максимальной эффективности производства работ на больших площадях при наличии офаниченного количества автофейдеров, оборудованных созданной системой автоматического управления углом захвата косопоставленного отвала.

Автофейдер ДЗ-199, оборудованный разработанной системой управления углом захвата отвала, показал высокие планирующие качества, так как менее 4 % определений просвета под рейкой составляют величину не более 10 мм, остальные до 6 мм, что обеспечит сокращение количества проходов в случае необходимости окончательного планирования.

Расхождение теоретических и экспериментальных показателей, характеризующих работу автофейдера ДЗ-199 при резании и перемещении фунта, составило не более 5 %, что не выходит за пределы допустимой пофешности измерений и может быть объяснено неоднородностью фунта и возможными незначительными отличиями реальной машины от теоретических технических характеристик.

Экономический эффект от применения разработанной системы автоматического управления углом захвата косопоставленного отвала автофейдера ДЗ-199 в процессе резания и перемещения фунта составляет 97912,88 рублей в год на одну машину.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Получена зависимость для определения текущего местоположения точки приложения равнодействующих сил сопротивления перемещению и скольжению грунта по отвалу, позволяющая адаптировать математическую модель автогрейдера с колёсной формулой 1x2x3 в процессе разработки грунта основным косопоставленным отвалом к рабочему процессу резания и перемещения грунта с изменением угла захвата, при этом установлено, что при изменении угла захвата в диапазоне 45-85° точка приложения равнодействующих сил сопротивления перемещению и скольжению грунта перемещается на 15 % в продольном направлении и на 7,5 % в поперечном направлении.

2. Выявлено, что при проведении расчётов максимальная рекомендуемая толщина срезаемой стружки для процесса резания и перемещения основным косопоставленным отвалом автогрейдера с текущим изменением угла захвата не должна превышать 8 % от высоты отвала, иначе движитель будет функционировать в режиме, характеризующемся величинами коэффициента буксования заметно больше 20 %.

3. Установлено, что при максимальной расчётной толщине срезаемой стружки грунта в диапазоне угла захвата 45-85° продольная сила тяги колёсного движителя автогрейдера ДЗ-199 будет меняться от 23,9 до 35,1 кН, а величина буксования составит от 10,5 до 20,2 %. Для среднего значения диапазона угла захвата и максимальной расчётной нагруженности по толщине срезаемой стружки сила тяги составляет 29,9 кН при буксовании 14,8 %.

4. Разработаны новый способ бесконтактного измерения текущего объёма грунта, разрабатываемого отвалом ЗТМ, и новая схема обработки информации об измеряемом объёме грунта, в результате чего создан новый датчик с улучшенными эксплуатационными характеристиками, основанный на определении сдвига фаз между током и напряжением, а также изменяющегося сопротивления в контуре антенны.

5. Предложены способ, алгоритм и схемы практической реализации автоматического управления углом захвата косопоставленного отвала автогрейдера в процессе резания и перемещения грунта по параметру, характеризующему текущую производительность, что позволило создать экспериментальную систему для проведения натурных испытаний.

6. Выявлена работоспособность и высокая эффективность созданной системы автоматического управления углом захвата отвала по параметру, характеризующему текущую производительность автогрейдера, применение которой на ДЗ-199 в процессе резания и перемещения грунта позволяет повысить производительность на 11,2 %, снизить расход топлива на 6 %, сократить затраты времени на 10-19 % и получить экономический эффект в размере 97912,88 рублей в год на одну машину. При этом снижаются психофизические нагрузки на оператора ЗТМ, что обеспечивает увеличение времени его высокопроизводительной безошибочной работы.

7. Экспериментально получены взаимосвязи между основными параметрами, характеризующими функционирование автофейдера в процессе реза-

ния и перемещения грунта, и информационным сигналом нового измерителя текущего объёма грунта, разрабатываемого косопоставленным отвалом, и установлено, что при максимальной нагруженности рабочего режима автогрейдера ДЗ-199 величина коэффициента буксования составила 15,4 %, а значение продольной силы тяги колёсного движителя равно 28,5 кН.

8. Выявлено, что автогрейдер ДЗ-199, оборудованный разработанной системой управления углом захвата отвала, обладает высокими планирующими качествами, так как менее 4 % определений просвета под рейкой составляют величину не более 10 мм, остальные до 6 мм, что обеспечит сокращение количества проходов при окончательном планировании.

9. Установлено, что отличие полученных результатов от данных других авторов не превышает 8 %. Расхождение теоретических и экспериментальных показателей, характеризующих работу автогрейдера ДЗ-199, составило не более 5 %, что не выходит за пределы допустимой погрешности измерений и может быть объяснено неоднородностью грунта и возможными незначительными отличиями реальной машины от теоретических технических характеристик.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. Устинов, Ю.Ф. Повышение эффективности процесса разработки грунта косопоставленным отвалом землеройно-транспортной машины / Ю.Ф. Устинов, А.Д. Кононов, A.A. Кононов, С.А. Иванов И Изв.вузов. Строительство. — 2008. —№1. - С. 69-72. (лично автором выполнено 1,5 с.)

2. Устинов, Ю.Ф. Датчик объема фунта для системы автоматического управления отвалом землеройно-транспортной машины / Ю.Ф. Устинов, А.Д. Кононов, A.A. Кононов, С.А. Иванов // Изв.вузов. Строительство. — 2008. — №2. - С. 46-49. (лично автором выполнено 1,5 с.)

3. Устинов, Ю.Ф. Методы измерения некоторых физико-механических свойств разрабатываемого грунта при автоматическом управлении рабочими процессами землеройно-транспортных машин / Ю.Ф. Устинов, А.Д. Кононов, A.A. Кононов, С.А. Иванов // Изв.вузов. Строительство. — 2008. — №5. - С. 62-67. (лично автором выполнено 2 с.)

4. Патент № 2348016, РФ. Высокочастотный измеритель уровня. Ю.Ф. Устинов, Ю.В. Авдеев, А.Д. Кононов, A.A. Кононов, CA. Иванов. - заявл. 8.06.2007. опубл. 27.02.2009, бюл. 6. - 5с. (лично'автором выполнено 2 с.)

5. Устинов, Ю.Ф. Имитационное моделирование работы автофейдера при планировании фунта с системой автоматического управления отвалом / Ю.Ф. Устинов, A.A. Кононов, CA. Иванов // Отраслевой фонд алгоритмов и про-фамм, свидетельство № 6400, дата регистрации 16 июня 2006. Извещение о государственной регистрации № 50200600976 дата регистрации 19 июня 2006. -5с. (лично автором выполнено 3 с.)

6. Устинов, Ю.Ф. Управление процессом планирования фунта основным отвалом автофейдера / Ю.Ф. Устинов, В.А. Жулай, А.Д. Кононов, A.A. Кононов, С.А. Иванов, A.A. Тютерев // Отраслевой фонд алгоритмов и профамм,

свидетельство Ka 9994, дата регистрации 12 февраля 2008. Извещение о государственной регистрации № 50200800393 дата регистрации 14 февраля 2008. -5с. (лично автором выполнено 2 с.)

7. Авдеев, Ю.В. К вопросу измерения объема грунта разрабатываемого основным отвалом автогрейдера / Ю.В. Авдеев, A.A. Кононов, С.А. Иванов // Сборник статей к XV Международной научно-технической конференции «Информационная среда ВУЗа». - Иваново, 2008. - С. 389-391. (лично автором выполнено 1 с.)

8. Жулай, В.А. Экспериментальные исследования ударных нагрузок в прямозубых зубчатых колёсах / В.А. Жулай, В.И. Енин, Хамдан Раед, С.А. Иванов // Труды 7-ой международной научно - практической конференции «Высокие технологии в экологии». - Воронеж, 2004. - С. 94-98. (лично автором выполнено 0,5 с.)

9. Василенко, A.B. Некоторые результаты теоретических и экспериментальных исследований работы автогрейдера при планировании грунта / А.В.Василенко, Ю.В.Авдеев, В.И. Енин, А.А.Кононов, С.А.Иванов // Межвузовский сборник научных трудов: Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления. -Воронеж: ВГЛТА, 2008. - С. 51-56. (лично автором выполнено 2,5 с.)

10. Кононов, A.A. Информационные технологии моделирования рабочего процесса автогрейдера при планировании грунта / A.A. Кононов, С.А. Иванов, A.A. Тютерев // Материалы II международной научно - технической конференции "Информационные технологии в науке, образовании и производстве". Орел: - ОрёлГТУ, 2006. - С. 77-80. (лично автором выполнено 2 с.)

11. Авдеев, Ю.В. К вопросу применения современных радиоволновых измерителей объёма грунта для системы автоматического управления основным отвалом автогрейдера / Ю.В.Авдеев, A.A. Кононов, С.А. Иванов II Сборник статей к Международной научно-технической конференции «Измерения в современном мире». - С.Петербург, 2007.- С. 3-4. (лично автором выполнено 1 с.)

12. Василенко, A.B. Аналитическое исследование работы автогрейдера при планировании грунта основным отвалом / A.B. Василенко, В.И. Енин, A.A. Кононов, С.А. Иванов // Межвузовский сборник научных трудов: Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления. - Воронеж: ВГЛТА, 2007. - С. 28-33. (лично автором выполнено 3 с.)

13. Иванов, С.А. Система автоматического управления основным отвалом автогрейдера / С.А. Иванов // Доклады международной научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления. Опыт инновационного развития". - Томск, ТГУСУР, 2007. - 4.2 - С. 32-34.

14. Василенко, A.B. К вопросу об автоматизации разработки грунта основным отвалом автогрейдера / A.B. Василенко, В.И. Енин, A.A. Кононов, С.А. Иванов // Межвузовский сборник научных трудов: Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления. - Воронеж: ВГЛТА, 2006. - С. 182-184. (лично автором выполнено 1 е.).

Иванов Сергей Александрович

Повышение эффективности работы автогрейдера за счёт совершенствования системы управления отвалом

автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Подписано в печать 18.04. 2012 г. Формат 60x84 1/16. Бумага писчая. Оперативный способ печати. Усл. п. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 167

Отпечатано: отдел оперативной полиграфии издательства учебной

и учебно-методической литературы Воронежского ГАСУ 394006, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84.

61 12-5/2528

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет»

На правах рукописи

Иванов Сергей Александрович

Повышение эффективности работы автогрейдера за счёт совершенствования системы управления отвалом

Специальность 05.05.04 - дорожные, строительные и подъёмно-транспортные машины

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д-р техн. наук, доцент Кононов Андрей Александрович

Воронеж - 2012

-2-

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................. 4

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.......... 10

1.1 Современное состояние исследований в области работы автоматизированных землеройно-транспортных машин........ 11

1.2 Постановка задач и методика исследований.................. 44

2 АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ АВТОГРЕЙДЕРА ПРИ РЕЗАНИИ И ПЕРЕМЕЩЕНИИ ГРУНТА ОСНОВНЫМ ОТВАЛОМ.................................................. 48

2.1 Математическая модель автогрейдера для исследования его показателей при резании и перемещении грунта.............. 48

2.1.1 Обоснование принятой расчетной схемы автогрейдера ... 48

2.1.2 Функциональные зависимости внешних сил и реакций, действующих на автогрейдер........................ 53

2.1.3 Моделирование работы автогрейдера на ЭВМ.......... 68

2.2 Результаты аналитических исследований работы автогрейдера

при резании и перемещении грунта основным отвалом......... 71

2.3 Выводы................................................ 78

3 СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ОСНОВНЫМ ОТВАЛОМ АВТОГРЕЙДЕРА.................................. 81

3.1 Структурная схема и алгоритм управления процессом резания и перемещения грунта...................................... 81

3.2 Исследование радиоволнового измерителя текущего объема грунта, разрабатываемого отвалом ЗТМ..................... 87

3.3 Имитационное моделирование датчика текущего объёма грунта, разрабатываемого отвалом ЗТМ, и системы автоматического управления косопоставленным отвалом автогрейдера в процессе резания и перемещения грунта............................. 94

3.4 Практическая реализация системы автоматического управления процессом резания и перемещения грунта косопоставленным отвалом автогрейдера..................................... 100

3.5 Выводы................................................ 110

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АВТОГРЕЙДЕРА В

ПРОЦЕССЕ РЕЗАНИЯ И ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГРУНТА............. 112

4.1 Задачи и методика экспериментальных исследований.......... 112

4.2 Результаты экспериментальных испытаний автогрейдера в процессе резания и перемещения грунта косопоставленным отвалом............................................... 118

4.3 Оценка погрешности результатов измерений............... 131

4.4 Оценка технико-экономической эффективности работы автогрейдера............................................ 135

4.5 Выводы.............................................. 136

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ......................................... 139

Список использованных источников............................ 142

Приложение А. Акты внедрения................................ 157

Приложение Б. Сведения о регистрации алгоритмов и программ..... 160

Приложение В. Сведения о патенте РФ на изобретение............. 164

Приложение Г. Технические характеристики автогрейдера ДЗ-199 ... 172 Приложение Д. Расчет технико-экономической эффективности работы автогрейдера при резании и перемещении грунта с разработанной системой управления косопоставленным отвалом .... 173 Приложение Е. Программа управления процессом резания и перемещения грунта косопоставленным отвалом........................ 178

-4-ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В строительстве достаточно важной составляющей является проведение земляных работ, в частности, резания и перемещения грунта, которое в большинстве случаев осуществляется землерой-но-транспортными машинами (ЗТМ). Одной из ЗТМ, выполняющей резание и перемещение грунта, является автогрейдер.

Качественное выполнение работ во многом зависит от квалификации оператора, который вынужден одновременно контролировать большое количество непрерывно меняющихся параметров. Однако даже высококвалифицированный оператор оценивает изменение параметров ориентировочно, что часто приводит к режимам работы далёким от рациональных.

Кроме того, до настоящего времени управление процессом резания и перемещения грунта осуществляется в основном изменением скорости движения машины и высотного положения отвала, что приводит к увеличению необходимого количества проходов.

Повышение производительности ЗТМ при резании и перемещении грунта возможно за счёт рационального выбора параметров рабочего процесса с помощью систем автоматического управления.

Многими авторами предложены разнообразные устройства управления рабочим оборудованием и другими системами автогрейдера, но эти разработки, в большинстве случаев, не устраняют полностью описанные выше недостатки в процессе резания и перемещения грунта.

В связи с этим актуальным является создание системы автоматического управления отвалом по параметру, характеризующему текущую производительность автогрейдера в процессе резания и перемещения грунта, использующей в качестве управляющего воздействия изменение угла захвата отвала при его неизменном высотном положении, что не только повысит производительность ЗТМ, но и уменьшит необходимое количество проходов, следова-

тельно, также приведёт к увеличению производительности в целом, экономии топлива и времени на производство работ.

Исходя из вышесказанного можно сформулировать цель диссертационной работы: повышение производительности автогрейдера путём рационального управления косопоставленным отвалом при резании и перемещении грунта за счёт эффективного использования тягово-сцепных качеств.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) адаптировать и исследовать математическую модель автогрейдера с колёсной формулой 1x2x3 для процесса резания и перемещения грунта с изменением угла захвата отвала;

2) разработать новый способ бесконтактного измерения текущего объёма грунта, разрабатываемого отвалом ЗТМ, и создать датчик с улучшенными эксплуатационными характеристиками;

3) разработать способ и алгоритм автоматического управления углом захвата основного отвала автогрейдера в процессе резания и перемещения грунта по параметру, характеризующему текущую производительность;

4) разработать и создать экспериментальный макет системы автоматического управления отвалом автогрейдера по оценке относительной производительности с изменением угла захвата отвала;

5) провести экспериментальные исследования работоспособности и эффективности функционирования предложенной системы автоматического управления основным отвалом автогрейдера с управлением углом захвата в процессе резания и перемещения грунта для оценки технико-экономических показателей в различных режимах управления отвалом.

Объект исследований - автогрейдер ДЗ-199 с мощностью двигателя 160 л.с. и колёсной формулой 1x2x3 в процессе резания и перемещения грунта.

Предмет исследований - разработка способа и средств технической реализации эффективного управления косопоставленным отвалом ЗТМ в процессе резания и перемещения грунта с изменением угла захвата.

Научная новизна работы:

- математическая модель автогрейдера с колёсной формулой 1x2x3 в процессе разработки грунта основным косопоставленным отвалом адаптирована к рабочему процессу с изменением угла захвата за счёт определения текущего местоположения точки приложения равнодействующих сил сопротивления перемещению и скольжению грунта по отвалу;

- предложен новый способ бесконтактного измерения текущего объёма грунта, разрабатываемого отвалом ЗТМ, основанный на определении сдвига фаз между током и напряжением, а также изменяющегося сопротивления в контуре антенны;

- разработан способ автоматического управления углом захвата косо-поставленного отвала автогрейдера в процессе резания и перемещения грунта по параметру, характеризующему текущую производительность;

- разработаны модели, позволяющие описывать процесс изменения объёма грунта, разрабатываемого косопоставленным отвалом, и оценивать разброс значений ширины полосы разработки грунта при управлении углом захвата по параметру, характеризующему текущую производительность.

Практическая значимость:

- предложена новая схема обработки информации об измеряемом объёме грунта, проведено имитационное моделирование для выбора характеристик измерителя и создан новый датчик текущего объёма грунта, разрабатываемого отвалом ЗТМ, с улучшенными эксплуатационными характеристиками;

- разработан алгоритм управления углом захвата косопоставленного отвала автогрейдера в процессе резания и перемещения грунта по параметру, характеризующему текущую производительность;

- 7- получена зависимость для определения смещения в продольном направлении местоположения точки приложения равнодействующих сил сопротивления перемещению и скольжению грунта относительно точки приложения равнодействующих сил сопротивления резанию грунта от изменения угла захвата отвала автогрейдера;

- создана система автоматического управления углом захвата отвала по параметру, характеризующему текущую производительность автогрейдера, применение которой позволило повысить техническую производительность на 11,2 %, снизить расход топлива на 6 % и сократить затраты времени на 1019 %, уменьшить психофизические нагрузки на оператора ЗТМ, что обеспечивает увеличение времени его высокопроизводительной безошибочной работы в течении смены.

На защиту выносятся:

- математическая модель автогрейдера с колёсной формулой 1x2x3, адаптированная к процессу резания и перемещения грунта косопоставлен-ным отвалом с текущим изменением угла захвата, и результаты теоретических исследований;

- новый способ измерения текущего объёма грунта, разрабатываемого отвалом ЗТМ, и вариант обработки информации;

- способ и алгоритм автоматического управления основным косопос-тавленным отвалом автогрейдера в процессе резания и перемещения грунта по параметру, характеризующему текущую производительность ЗТМ;

- результаты экспериментальных исследований функционирования ЗТМ и эффективности применения на автогрейдере разработанной системы управления рабочим органом в процессе резания и перемещения грунта.

Результаты работы внедрены: в ООО «Управление автомобильного транспорта и механизации Зодиак» (309500, г.Старый Оскол, Белгородской обл., микрорайон Зелёный Лог, д. 5) путём применения разработанной системы управления основным отвалом автогрейдера; в Воронежском ГАСУ при

обучении студентов дневной формы обучения специальности «Автоматизация технологических процессов и производств (в строительстве)» и «Сервис транспортных машин» при изучении учебных дисциплин «Моделирование систем» и «Новые информационные технологии», соответственно, и при проведении научных исследований землеройно-транспортных машин.

Достоверность полученных результатов обеспечена применением методов высшей математики, теоретической механики, радиофизики при теоретических исследованиях, математической статистики при планировании эксперимента и обработке информации, хорошим соответствием полученных данных с ранее выполненными исследованиями других авторов и достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на: седьмой международной научно-практической конференции "Высокие технологии в экологии" (Воронеж, 2004); второй международной научно-технической конференции "Информационные технологии в науке, образовании и производстве" (Орёл, 2006); международной научно-технической конференции "Измерения в современном мире" (Санкт-Петербург, 2007); четвертой международной научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления. Опыт инновационного развития" (Томск, 2007); пятнадцатой международной научно-технической конференции "Информационная среда ВУЗа" (Иваново, 2008); на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского ГАСУ (Воронеж, 2006-2011).

Публикации. Всего по результатам диссертационных исследований опубликовано 14 работ, в том числе 3 в изданиях из перечня ВАК, получен 1 патент РФ на изобретение, 2 разработки зарегистрированы в отраслевом фонде алгоритмов и программ.

Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, основных выводов, изложена на 182 страницах и содержит 129 страниц машинописного текста, 3 таблицы, 46 рисунков, список использованных источников из 145 наименований, 6 приложений на 26 страницах.

- 101. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Вопросам автоматизации рабочих процессов автогрейдеров и земле-ройно-транспортных машин (ЗТМ) в целом посвящено много теоретических и экспериментальных работ, выполненных в различных странах мира. Однако открывающиеся дополнительные возможности управления процессом резания и перемещения, повышающие эффективность на современных автогрейдерах, с использованием новейших разработок в области измерения параметров, не получили пока должного развития, и как следствие - нет эффективного выпускаемого промышленностью устройства управления процессом резания и перемещения грунта автогрейдером, применение которого увеличивает одновременно производительность и качество выполнения работ.

Техническая производительность обратно пропорциональна количеству проходов [28]. Таким образом, уменьшая при резании и перемещении грунта количество проходов по одному следу, за которое достигается требуемое качество поверхности земляного полотна, возможно, при условии точного управления рабочим органом [86], повысить техническую производительность.

В дорожном строительстве огромное значение имеет качество возводимого полотна. Его геометрические параметры, такие как уклоны, высотные отметки, линейные размеры, ровность поверхности, строго регламентированы СНиП [104], поэтому особое внимание в работах, посвященных вопросу повышения точности выполняемых ЗТМ работ, уделяется совершенствованию систем автоматического управления (САУ) рабочего органа [8, 12, 13, 50, 62, 85, 86, 88, 96], но при этом практически не рассматриваются аспекты повышения производительности за счёт рационального использования тягово-сцепных качеств движителя.

1.1. Современное состояние исследований в области работы автоматизированных землеройно-транспортных машин

Интенсификация тягового режима ЗТМ предполагает необходимость увеличения рабочей скорости [8, 107, 108, 110, 111, 114] при сохранении качества обрабатываемой поверхности и среднего значения производительности на уровне, близком к максимально возможному по сцеплению движителя с грунтом [56]. Однако неустойчивость параметров рабочего процесса, требующая постоянного вмешательства оператора в процесс управления ЗТМ, затрудняет достижение максимальной производительности ЗТМ даже при относительно низких значениях рабочих скоростей [39].

Замедленность реакции оператора на быстро изменяющиеся условия внешней среды, быстрая утомляемость, субъективность оценки [11, 128] режимов работы движителя и навесного оборудования (тягового усилия, буксования, толщины срезаемой стружки, угла захвата), а в ряде случаев несовершенство системы управления ЗТМ приводят к существенному снижению производительности и увеличению числа проходов за счет неточного или несвоевременного управления рабочим органом [68, 135].

Применение автоматизированных систем управления, позволяющих на существующих рабочих скоростях в 2-3 раза снизить количество проходов [111], снизить средне-квадратичное отклонение процесса от оптимального в 1,5 — 3 раза в сравнении с ручным способом управления, помимо повышения производительности одновременно улучшает условия труда оператора [18, 111, 129].

Вследствие этого при исследовании работы автоматизированных ЗТМ необходимо всесторонне изучить влияние информационных параметров и способов их обработки с помощью различных устройств управления на

тяговые и эксплуатационные качества автогрейдера, найти пути дальнейшего повышения производительности машины в процессе резания и перемещения грунта.

Вопросам изучения работы ЗТМ посвящено большое количество работ. Заметный вклад в исследования в области эффективности работы ЗТМ внесли Т.В. Алексеева, В.Ф. Амельченко, Г.И. Асмолов, Ю.В. Варковастов,

A.M. Васьковский, Д.П. Волков, В.Д. Глебов, С.Н. Деревянко, A.A. Ерофеев,

B.А. Жулай, В.А. Зорин, Ю.И. Калинин, A.A. Кононов, Б.Д. Кононыхин, Е.М. Кудрявцев, Э.Н. Кузин, Е.Ю. Малиновский, И.А. Недорезов, В.Н. Тарасов, И.М. Тепляков, H.A. Ульянов, Ю.Ф. Устинов, A.M. Холодов, В.К. Цветков, Л.Я. Цикерман, Б.Д. Щумаков, Каваути Масатака, Такэдо Онисир�