автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Повышение производительности автогрейдера, выполняющего планировочные работы, совершенствованием системы управления

0 Д Сибирски!! автомобильно-дорожныи институт

Титенко Владимир Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ АВТОТРЕЙДЕРА, ВЫПОЛНЯЮЩЕГО ПЛАНИРОВОЧНЫЕ ■ >ТЫ. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕМ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Специальность 05.05.04 "Дорожные и строительные машины"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 МАР 1997

На правах рукописи

Омск - 1997

Работа выполнена в Сибирском автомобильно-дорожном институте

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: кандидат технических наук,

доцент В.С.ЩЕРБАКОВ

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук.

Защита состоится 18 марта 1997 г. в 10"° часов на заседании Специализированного совета К 063.26.01 в Сибирском автомобильно-дорожном институте по адресу: 644080, г.Омск, проспект Мира, 5.

С диссертацией можно ознакомитсся в библиотеке института.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью организации, просим направлять в адрес Специализированного совета.

профессор ПЕРМЯКОВ В.Б. кандидат технических наук БЕЛЯЕВ В.В.

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ: АО "Омскагропромдорстрон",

г.Омск.

Автореферат разослан "/ " февраля 1997 г.

Ученый секретарь Специализированного сове~" кандидат технических наук доцент

В.С.ЩЕРБАКОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из самых массоьых емлеройно-транспортных машин (ЗТМ), применяемых в дорожном троительстве, является автогрейдер. Автогрейдер - универсальная ITM, одним из видов работ которой при возведенйи земляного юл'отна являются планировочные и профилировочные работы. Существующий СНиП предъявляет высокие требования к точности юблюдения геометрических параметров земляных сооружений, в то )ремя как серийно выпускаемые автогрейдеры у нас в стране и за >убежом. даже оснащенные системами стабилизации рабочего орана. не содержат устройств индикации, предоставляющих объек-ивную Информацию о точности соблюдения геометрических пара-1етров дорожного полотна. Возникло серьезное противоречие !ежду непрерывно возрастающими требованиями к производи-ельности планировочных работ при высокой точности геометри-:еских параметров земляного полотна*и отсутствием ~истем инди-ации на серийно выпускаемых машинах. В результате этого даже втоматизированный автогрейдер вынужден совершать лишние ;роходы но обрабатываемому участку..

Решить возникшие противоречия позволяет система управ-ения рабочим органом автогрейдера, оснащенная устройствами ндикации, которые предостазляют механику-водителю количе-твенную информацию о геометрических параметрах земляного олотна или отклонениях от заданных значений. Сокращение числа роходов по обрабатываемому участку повышает производитель-ость ЗТМ, а обеспечение требуемой геометрической точности су-дественно сокращает расход дорогостоящих строительных материалов. Появляется возможность проведения планировочных работ ез промежуточных измерительных операций.

На основании выше изложенного тема работы, направлен-ая на дальнейшее совершенствование систем управления рабочим рганом автогрейдера путем оснащения их устройствами индика-ии,является актуальной.

Цель работы - повышение производительности авго-рейдера, выполняющего планировочные работы.

3 а д а ч и и с с л е д о в а н и й. Для достижения поставлен-ой цели в работе необходимо было решить следующие задачи:

- обосновать основные пути совершенствования системы управления рабочим органом автогрейдера, выполняющего планировочные работы;

- разработать математическое описание автогрейдера, выполняющего планировочные работы;

- выявить основные закономерности рабочего'процесса и обосновать технические решения, позволяющие повысить производительность планировочных работ;

- разработать и внедрить систему стабилизации отвала (ССО) с устройством индикации (УИ).

Научная новизна работы заклю,чается: в обосновании критериев эффективности, характеризующих планировочные свойства автогрейдера; в количественной оценке погрешности показаний маятникового датчика с помощью предложенного коэффициента погрешности КП>д: в выявленных функциональных зависимостях К„уд от угла захвата рабочего органа и места установки датчиков поперечного уклона на рабочем оборудовании; в результатах теоретических и экспериментальных исследований влияния параметров автогрейдера, гидропривода и систем' управления на планировочные свойства автоматизированного автогрейдера; в обосновании необходимости введения в системы управления устройств индикации, предоставляющих человеку-оператору оперативную информацию о геометрических параметрах формируемого профиля; в обосновании информационных параметров и разработанных алгоритмах работы перспективных ССО автогрейдера.

Практическая ценность состоит 2 разработке математического и программного обеспечения, позволяющих производить анализ и синтез параметров динамической системы, включающей автогрейдер, систему управления, гидропривод, микрорельеф, взаимодействующего с ходовым оборудованием, и разрабатываемый грунт, взаимодействующий с рабочим органом; в методике выбора основных параметров ССО; в инженерных разработках нескольких модификаций ССО с УИ.

Внедрение результатов. В АО "Омскагропромдорстрой" испытана и получила внедрение система стабилизации отвала в поперечной плоскости с устройством шкальной индикации. В ТОО "Каслиремдорстрой" внедрена ССО со стрелочным устройством индикации.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на научно-технических конференциях СибАДИ в 1993-1996 гг., на международной научно-п{ актической конференции "Город и транспорт" в г.Омске в 1996 г.

П у б л и к а ц и и. По результатам работы опубликовано 7

работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов по работе.

Работа имеет 165 страниц основного текста, И таблиц, 55 рисунков, список литературы на 103 наименований и два приложения.

На защиту выносятся: результаты исследования влияния основных параметров автогрейдера, системы управления, гидропривода и микрорельефа грунта на планировочные свойства; рекомендации по созданию перспективных систем управления рабочим органом автогрейдера.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложена цель диссертационного исследования.

В первой главе проанализированы критерии эффективности планировочных работ, выполняемых автогрейдером; рас-:мотрены результаты предшествующих исследований динамических :истем, включающих автогрейдер, гидропривод, ССО, обрабатываемый грунт и микрорельеф опорной поверхности; дан анализ предшествующих исследований проблемы повышения точности планировочных работ, выполняемых автогрейдером.

Проведенный анализ состояния вопроса позволил сформулировать задачи, необходимые для достижения поставленной в работе цели и наметить общую методику исследований.

Во второй главе описан комплексный метод проведения исследований, который включает теоретическую и экспериментальную части. Теоретические разделы работы базировались на деленных исследованиях математических моделей на ЭВМ. Мето-1ика экспериментальных исследований предполагала проведение <ак активных так и пассивных экспериментов.

Методология системного анализа позволила сформировать структуру диссертационной работы.

В третьей главе представлено описание обобщенной математической модели автоматизированного автогрейдера, выполняющего планировочные работы. •

Для выявления закономерностей влияния различных факторов на производительность планировочных работ, выполняемых автогрейдером, в обобщенную математическую модель включеуы математические модели подсистем базовой машины, системы управления, гидропривода, исходного микрорельефа и процесса взаимодействия рабочего органа с обрабатываемым грунтом.

Математическая модель микрорельефа опорной грунтовой поверхности формировалась на ЭВМ по специально разработанным алгоритмам .на основе задаваемых корреляционных функций. Для моделирования микрорельефа левой и правой колеи использовались различные корреляционные функции.

Для математического описания базовой машины были приняты допущения и на их основе составлена пространственная расчетная схема, соответствующая автогрейдеру с шарнирно сочлененной рамой, отражающая наиболее общие признаки существующих и перспективных конструкций автогрейдеров.

Математическая модель ССО включает в себя математические описания маятникового датчика, блока управления, реализующего заданный алгоритм управления, исполнительного гидропривода, устройства индикации и человека-оператора.

С использованием аппарата передаточных функций математическая модель автоматизированного автогрейдера представлена в виде структурной схемы.

Математическая модель реакции грунта на рабочий орган представлена в виде суммы тренда Ег и флюктуации Еф Е = Ег + Еф .

Величина Ет формировалась в соответствии с известными теориями копания грунта. Корреляционная функция величины Еф позволяла формировать случайную величину, изменяющуюся по нормальному закону.

Структурная схема динамической системы, отражающей планировочный процесс, .выполняемый автоматизированным авто-_ грейдером (рис.1), включает в себя подсистемы базовой машины, ССО с УП, микрорельеф обрабатываемого грунта и процесс взаимодействия грунта с рабочим органом.

Plie.I. Обобщенная динамическая структурная схема автоматизированного автогрейдера

В четвертой главе представлены результаты теоретических исследований сложной динамической системы, включающей базовую машину. ССО, микрорельеф обрабатываемого грунта и реакцию грунта на рабочий орган.

Анализ переходных процессов существующих автоматизированных автогрейдеров (рис.2,3) показал, что информация, поступающая с маятникового датчика поперечного уклона, существенно отличается от реального гТоперечного угла наклона формируемого профиля и без корректировки не может быть использована для управления положением рабочего органа автогрейдера. Необходимо дальнейшее совершенствование алгоритмов обработки информации, поступающей с датчика.

В работе был предложен коэффициент погрешности показаний датчика использование которого позволило количественно оценить погрешность информации, поступающей с датчиков поперечного уклона рабочего органа, установленных в различных местах рабочего оборудования автогрейдера.

В результате теоретических исследований были получены зависимости величины погрешности информации, получаемой с датчика поперечного уклона, от угла захвата рабочего органа и места установки датчика на автогрейдере (рис.4).

Были предложены коэффициенты передачи возмущающих воздействий на изменение положения рабочего органа в продольной К\ и поперечной Ку плоскостях, что позволяет давать количественную оценку планировочных свойств автогрейдеров различных типов.

В процессе исследований были проанализированы различные модели, описывающие микрорельеф обрабатываемой поверхности, с целью изучения влияния параметров математической моделей на планировочные свойства автогрейдера. Так. например, для микрорельефов, описываемых корреляционными функциями для левой колеи

11(т) = стк2-е"а':*!:

для правой колеи

Я(т) = ак:-е"'к1 со8(ркт).

с параметрами в диапазоне ак = 0,05...! .0 с1, рк = 0.1 ..2.0 с1 и Ок = (1...20) 10 2 м, было установлено, что планировочные

---------- д 1

} > -2-Н ! \ 1___ ------- 1 ! ! ! || -------- --------

;

------

___________ _______ _________ _______ _________ ________ __________ ______

О 5 10 15 I, сек 25

Рис.2. Угол поперечного уклона земляного полотна при ф=45°: 1- реальный профиль, 2 - показания датчика на отвале.

0,008 7,

рад

о

-0,006

О 5 10 15 I, сек 25

Рис.3. Угол поперечного уклона земляного полотна при ф=45°: 1 - реальный профиль, 2 - показания датчика на тяговой раме.

Рис.4. Зависимость коэффициента Кцуд при различных углах захвата ф: I - датчик на отвале; 2 - датчик на тяговой раме.

0,75 Ку

0,5 ___________________I_________________________1_____________________

0 ок, м ■ 0,2

0_______ ак,с-' 1,0

0 . Рк.с"1 2,0

Рис.5. Зависимости Ку от параметров корреляционных функций микропрофиля СУк, ОСк и рк.

свойства автогрейдера в продольной плоскости практически не зависят от параметров корреляционных функций микрорельефа обрабатываемой поверхности (рис.5). В поперечной плоскости планировочные свойства автогрейдера при угле захвата рабочего органа ф*9()3 существенно зависят от коэффициентов ак и рк, характеризующих затухание и периодичность корреляционных функций, и практически не зависят от величины СХК (рис.6).

Планировочные свойства автогрейдера в поперечной плоскости в значительной мере зависят от угла захвата рабочего органа (рис.7). На планировочные свойства в продольной плоскости угол захвата рабочего органа оказывает несущественное влияние.

Было проанализировано влияние основных параметров ССО. гидропривода и микрорельефа опорной поверхности на планировочные свойства автогрейдера в поперечной плоскости.

Для ССО в поперечной плоскости зона устойчивой работы определяется функцией, аргументами которой являются: скорость изменения угла перекоса отвала, время запаздывания в гидросистеме и ширина зоны нечувствительности системы. Для получения наименьшего значения коэффициента передачи в поперечной плоскости Ку выявлены зависимости между запаздыванием в гидросистеме Тгид, шириной зоны нечувствительности системы А:, скоростью изменения угла перекоса отвала \у и величиной среднеквадратичного отклонения исходного профиля Оцсх (рис.8,9).

Проведенные исследования показали, что перспективная ССО должна предоставлять механику-водителю не только оперативную информацию о геометрических параметрах формируемого земляного полотна в конкретный момент времени в конкретной точке трассы, но и статистическую оценку всего обрабатываемого участка, а так же определять участки, на которых необходимо провести дополнительную обработку.

В работе доказана необходимость введения в ССО блоков индикации, блоков оперативной памяти и применения специальных алгоритмов обработки информации. Специальные алгоритмы функционирования перспективных систем управления базируются на четырех информационных параметрах: двух вертикальных координатах разных точек рабочего органа ул и уп (или вертикальной координате точки рабочего органа у и поперечного угла наклона

0,2 5

«к, с1 1,0

0 Рк.с"1 2,0

Рис.6. Зависимости К.г от параметров корреляционных функций

микропрофиля: 1 - о г стк; 2 - от ак; 3 - от рк.

0,366

45 54 63 72 81 ф.гглд 90

Рис.7. Зависимость К.у от угла захвата ф

ежущей кромки рабочего органа у), угле захвата рабочего органа . пройденном пути X от точки отсчета. Для систем, обеспечн-1ющих только поперечную стабилизацию рабочего органа, доста-зчно трех информационных параметров: поперечного угла накло-1 режущей кромки рабочего органа у. угла захвата рабочего орга-I ([). пройденного пути X от точки отсчета. Эти алгоритмы исполь-ют блоки оперативной памяти для формирования упреждающего травляющего воздействия на рабочий орган. Блоки индикации эедоставляют человеку-оператору оперативную информацию о »метрической точности земляного сооружения.

В пятой главе конкретизированы задачи эксперимен-шьных исследований. Полученные в результате эксперимента чис-:нные значения основных параметров автогрейдера позволили ;уществить расчет коэффициентов математической модели.

Проверка адекватности математической модели автогрей-:ра осуществлялась путем сравнительного анализа статических и шамических характеристик, полученных в экспериментальных ловиях и на ЭВМ. Расхождение статических характеристик не эевышает 10%, а расхождение параметров переходных процессов : превышает 13° о. Полученные расхождения позволили сделать тод о правомерности принятой математической модели автофейдера.

Проверка адекватности принятых математических моделей жрорельефа показала правомерность выбранных математических эделей и работоспособность математического аппарата и про-аммного обеспечения. Расхождения численных значений пара-:тров корреляционной функции не превышает 10" о.

Проведенные испытания в производственных условиях двух хднфнкашш (со стрелочным и шкальным индикатором) подтверди эффективность автоматической стабилизации отвала в попе-чной плоскости, а устройства индикации позволили исключить нужные повторные проходы автогрейдера по обрабатываемому астку. В результате число проходов по обрабатываемому участку [еньшилось на 15-20"». Отпала необходимость в промежуточных мерах бригадой нивелировщиков.

ССО со стрелочной индикацией внедрено в ТОО "аслиремдорстрои". ССО со шкальной индикацией внедрено в ДО )мскагропромдорстрой".

Рис.8. Зависимость К., от при Т гид — 1 сек : 1 - при А2 = 0,007 рад; 2 - при А2 = 0,003 рад; 3 - при Аз = 0,0005 рад.

Рис.9. Зависимости коэффициента Ку от ширины зоны нечувствительности Аз : I - при Сме\1 = 0.0324 м; 2 - при СТисхЗ^ 0.0463 м; 3 - при 0.0602 м.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Совершенствование системы управления рабочим органом автогрейдера может быть достигнуто введением устройств индикации геометрических параметров формируемого полотна, повышением достоверности информации, поступающей с датчиков, и совершенствованием алгоритмов управления.

2. Предложенная математическая модель, представляющая собой сложную динамическую систему, включающую динамические подсистемы автогрейдера, системы управления рабочим органом, реакции грунта на рабочий орган и микрорельефа грунта, позволила провести исследования автоматизированного автогрейдера на ЭВМ.

3. Предложенный коэффициент погрешности показаний датчика КЛуд позволил количественно оценить погрешности информации, поступающей с датчиков поперечного уклона рабочего органа, установленных в различных местах рабочего оборудования автогрейдера.

4. Выявленные функциональные зависимости величины погрешности информации, получаемой с датчика поперечного уклона, от угла захвата рабочего органа и места установки датчика на автогрейдере позволили дать рекомендации по месту установки датчиков и алгоритмам обработки информации.

5. Предложенные коэффициенты передачи возмущающих воздействий на изменение положения рабочего органа позволили дать количественную оценку планировочных свойств автогрейдера.

6. Выявленные функциональные зависимости показали, что планировочные свойства автогрейдера в поперечной плоскости в значительной мере зависят от угла захвата рабочего органа. Доказана необходимость учета этого параметра при создании перспективных систем управления.

7. Анализ функциональных зависимостей параметров ССО, гидропривода и микрорельефа обрабатываемого грунта показал, что для ССО в поперечной плоскости зона устойчивой работы определяется функцией, аргументами которой являются скорость изменения угла перекоса отвала, время запаздывания в гидросистеме и ширина зоны нечувствительности системы. Предложенные зависимости, учитывающие запаздывание в гидросистеме, ширину зоны нечувствительности системы, скорость

изменения угла перекоса отвала и величину среднеквадратичного отклонения исходного профиля, позволяют обеспечивать при создании ССО рациональные значения коэффициентов передачи возмущающих воздействий на рабочий орган автогрейдера.

8. Доказана необходимость оснащения перспективных ССО устройствами индикации, предоставляющими механику-водителю оперативную информацию о геометрических параметрах формируемого земляного полотна, а также статистическую оценку геометрических параметров всего обрабатываемого участка.

9. Система стабилизации, оснащенная предложенными устройствами индикации, позволяет механику-водителю зафиксировать участки, нуждающиеся в дополнительной обработке, и исключить необоснованные повторные проходы на участках с требуемыми геометрическими параметрами.

10. Предложенные ССО, включающие устройства индикации, блоки оперативной памяти, реализующие специальные алгоритмы обработки первичной измерительной информации по четырем и трем информационным параметрам, позволяют повысить производительность планировочных работ, выполняемых автоматизированным автогрейдером, за счет сокращения числа проходов по обрабатываемому участку. •

11. Две предложенные разработки ССО с устройствами индикации (стрелочной и шкальной индикацией) получили внедрение п подтвердили свою эффективность в производственных условиях. Их внедрение позволило повысить производительность планировочных работ, выполняемых автогрейдером на 15-20° о.

12. Дальнейшие исследования в области автоматизации планировочных работ, выполняемых автогрейдером, следует направить на создание бортовых микропроцессорных систем управления, реализующих предложенные алгоритмы управления.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Тптенко В.В. Математическая модель автогрейдера с шарнирно сочлененной рамой/ Сиб. автомоб-дор. ин-т. - Омск, 1996. - 13 с. - Рус. - Деп. ВИНИТИ, 1997г.

2. Титенко B.B. Оценка эффективности систем управления рабочим органом автогрейдера' при выполнении планировочных работ// Город и транспорт: Материалы международной научно-практической конференции. 4.1.-Омск, 1996.-С.. 147.

3. Титенко В.В., Щербаков B.C., Руппель A.A. Система автоматического управления рабочим органом автогрейдера " Профиль* 10И"/ Омск: Омский центр научно-технической информации. Информационный листок № 249-95, сер. Р 50.01.87,- 1995. - 4 с.

4. Титенко В.В. Система стабилизации рабочего органа ав-тогрепдера/ Сиб. автомоб-дор. ин-т. - Омск, 1996. - 9 с. - Библиогр. 14 назв. - Рус. - Деп. ВИНИТИ, 1997г.

5. Титенко В.В., Щербаков B.C. Точностные критерии оценки эффективности дорожно-строительных машин// Город и транспорт: Материалы международной научно-практической конференции. 4.1. - Омск, 1996. - С. 146.

6. Титенко В.В., Щербаков B.C., Руппель A.A. Унифицированная система стабилизации рабочих органов планировочных машин/ Омск: Омский центр научно-технической информации. Информационный листок № 57-95, сер. Р 67.17.15,- 1995. -4 с.

7. Титенко В.В., Щербаков B.C., Руппель A.A. Устройство для управления рабочим органом землеройно-транспортной машины/ Омск: Омский центр научно-технической информации. Информационный листок № 264-95, сер. Р 55.33.29. - 1995. - 4 с.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Критерии эффективности планировочных работ автогрейдера.".

1.2. Анализ предшествующих исследований

1.2.1. Анализ математических моделей автогрейдеров.

1.2.2. Анализ математических моделей гидроприводов.

1.2.3. Анализ математических моделей микрорельефа грунта.

1.2.4. Анализ математических моделей систем ф управления.

1.2.5. Анализ предшествующих исследований проблемы повышения точности планировочных работ, выполняемых автогрейдером.

1.2.6. Обзор существующих теорий копания грунта

1.3. Цели и задачи исследования.

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Общая методика исследований.

2.2. Методика теоретических исследований.

2.3. Методика экспериментальных исследований.

2.4. Структура работы.

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ АВТОГРЕЙДЕРА

3.1. Математическая модель микрорельефа грунтовой поверхности.

3.2. Математическая модель автогрейдера.

3.3. Математическая модель влияния реакции грунта при копании на РО автогрейдера.

3.4. Математическая модель системы стабилизации отвала в поперечной плоскости.

3.5. Обобщенная математическая модель автоматизированного автогрейдера.

Выводы.

ВЫЯВЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ РО АВТОГРЕЙДЕРА. 87'

4.1. Погрешности показаний датчика системы стабилизации отвала автогрейдера в поперечной плоскости от места установки датчика и угла захвата рабочего органа.

4.2. Анализ влияния статистических параметров обрабатываемого микрорельефа на планировочные свойства автогрейдера.

4.3. Влияние угла захвата РО автогрейдера на планировочные свойства.

4.4. Анализ влияния основных параметров ССО и гидропривода на планировочные свойства автогрейдера.

4.5. Обоснование структуры и алгоритмов функционирования перспективной ССО.

4.6. Варианты перспективных ССО.

Выводы.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

5.1. Объект, задачи и методика экспериментальных исследований.

5.2. Определение динамических и геометрических параметров.

5.3.Оценка адекватности математических моделей 142 5.3.1.Оценка адекватности математической модели микрорельефа.

5.3.2.Оценка адекватности математической модели автогрейдера.

5.4. Описание ССО в поперечной плоскости с устройством индикации.

Выводы.

Одной из самых массовых землеройно-транспортных машин, применяемых в дорожном строительстве является автогрейдер. На долю автогрейдера отводятся планировочные и профилировочные работы по возведению земляного полотна. Существующий СНиП предъявляет высокие требования к точности соблюдения геометрических параметров земляных сооружений, в то время, как серийно выпускаемые автогрейдеры у нас в стране и за рубежом, даже оснащенные системами стабилизации рабочего органа не содержат устройств индикации предоставляющих объективную информацию о точности соблюдения геометрических параметров дорожного полотна. Возникло серьезное противоречие между непрерывно возрастающими требованиями к производительности планировочных работ при высокой точности геометрических параметров земляного полотна и отсутствием систем индикации на серийно выпускаемых машинах. В результате этого даже автоматизированный автогрейдер вынужден совершать лишние проходы по обрабатываемому участку.

Решить возникшие противоречия позволяет система управления рабочим органом автогрейдера, оснащенная устройствами индикации, которые предоставляют механику-водителю количественную информацию о геометрических параметрах земляного полотна или отклонениях от заданных параметров. Сокращение числа проходов по обрабатываемому участку повышает производительность землерой-но-транспортной машины, а обеспечение требуемой геометрической точности существенно сокращает расход дорогостоящих строительных материалов. Появляется возможность проведения планировочных работ без привлечения нивелировщиков.

На основании вышеизложенного тема работы, направлена на дальнейшее совершенствование систем управления рабочим органом автогрейдера путем оснащения их устройствами индикации, является актуальной.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Совершенствование системы управления рабочим органом автогрейдера может быть достигнуто введением устройств индикации геометрических параметров формируемого полотна, повышением достоверности информации, поступающей с датчиков, и совершенствованием алгоритмов управления.

2. Предложенная математическая модель, представляющая собой сложную динамическую систему, включающую динамические подсистемы автогрейдера, системы управления рабочим органом, реакции грунта на рабочий орган и микрорельефа грунта, позволила провести исследования автоматизированного автогрейдера на ЭВМ.

3. Предложенный коэффициент погрешности показаний датчика КПуд позволил количественно оценить погрешности информации, поступающей с датчиков поперечного уклона рабочего органа, установленных в различных местах рабочего оборудования автогрейдера.

4. Выявленные функциональные зависимости величины погрешности информации, получаемой с датчика поперечного уклона, от угла захвата рабочего органа и места установки датчика на автогрейдере позволили дать рекомендации по месту установки датчиков и алгоритмам обработки информации.

5. Предложенные коэффициенты передачи возмущающих воздействий на изменение положения рабочего органа позволили дать количественную оценку планировочных свойств автогрейдера.

6. Выявленные функциональные зависимости показали, что планировочные свойства автогрейдера в поперечной плоскости в значительной мере зависят от угла захвата рабочего органа. Доказана необходимость учета этого параметра при создании перспективных систем управления.

7. Анализ функциональных зависимостей параметров ССО, гидропривода и микрорельефа обрабатываемого грунта показал, что для ССО в поперечной плоскости зона устойчивой работы определяется функцией, аргументами которой являются скорость изменения угла перекоса отвала, время запаздывания в гидросистеме и ширина зоны нечувствительности системы.

Предложенные зависимости, учитывающие запаздывание в гидросистеме, ширину зоны нечувствительности системы, скорость изменения угла перекоса отвала и величину среднеквадратичного отклонения исходного профиля, позволяют обеспечивать при создании ССО рациональные значения коэффициентов передачи возмущающих воздействий на рабочий орган автогрейдера.

8. Доказана необходимость оснащения перспективных ССО устройствами индикации, предоставляющими механику-водителю оперативную информацию о геометрических параметрах формируемого земляного полотна, а также статистическую оценку геометрических параметров всего обрабатываемого участка.

9. Система стабилизации, оснащенная предложенными устройствами индикации, позволяет механику-водителю зафиксировать участки, нуждающиеся в дополнительной обработке, и исключить необоснованные повторные проходы на участках с требуемыми геометрическими параметрами .

10. Предложенные ССО, включающие устройства Индикации, блоки оперативной памяти, реализующие специальные алгоритмы обработки первичной измерительной информации по четырем и трем информационным параметрам, позволяют повысить производительность планировочных работ, выполняемых автоматизированным автогрейдером, за счет сокращения числа проходов по обрабатываемому участку.

11. Две предложенные разработки ССО с устройствами индикации (стрелочной и шкальной индикацией) получили внедрение и подтвердили свою эффективность в производственных условиях. Их внедрение позволило повысить производительность планировочных работ, выполняемых автогрейдером на 15-2 0%.

12. Дальнейшие исследования в области автоматизации планировочных работ, выполняемых автогрейдером, следует направить на создание бортовых микропроцессорных систем управления, реализующих предложенные алгоритмы управления.

1. Автоматизация технологических процессов и производств в строительстве: Сб.науч.тр. / Моск. авто-моб.-дор. ин-т., - М.: МАДИ, 1989 - 97 с.

2. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 197 6. - 279 с.

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

4. Алексеева Т.В., Артемьев К.А., Бромберг А.А. и др. Дорожные машины. 4.1. Машины для земляных работ.3.е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1972. - 504 с.

5. Алексеева Т.В., Щербаков B.C. Оценка и повышение точности землеройно-транспортных машин: Учебное пособие. Омск: СибАДИ, 1981. - 99 с.

6. Амельченко В.Ф. Основные положения динамики систем управления процессом копания бульдозерными агрегатами. Зап.-сиб. кн. изд-во, Омское отделение, 1972. - 168 с.

7. Амельченко В.Ф. Управление рабочим процессом землеройно-транспортных- машин. Зап.-сиб. кн. изд-во, Омское отделение, 1975. - 232 с.

8. Амельченко В.Ф., Евдокимов Б.Д., Алексеева Т.В., Александров Ю.В. Проектирование систем управления рабочим процессом землеройно-транспортных машин. Ч.1и2. Зап.-сиб. кн. изд-во, Омское отделение, 1972. -342 с.

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

10. Афанасьев В.Л., ХачатуроЕ А.А. Статические характеристики микропрофилей автомобильных дорог и колебаний автомобиля // Автомобильная промышленность. -1966.- № 2. -С.21-23.

11. ВайкалоЕ В.А. Исследование системы управления рабочим органом автогрейдера с целью повышения эффективности профилировочных работ: Дис. . канд. техн. наук.- Омск: СибАДИ, 1981. -189 с.

12. Бакалов А.Ф. Совершенствование системы стабилизации положения рабочего органа автогрейдера: Дис. . канд. техн. наук.- Омск: СибАДИ, 1986. -231 с.

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

14. Баловнев В.И., Хмара Л.А. Интенсификация разработки грунтов в дорожном строительстве. М. : Транспорт, 1993. - 382 с.4

15. Баловнев В.И., Хмара Л.А. Повышение производительности машин для земляных работ: Производственное издание. М.: Транспорт, 1992. - 136 с.

16. Бандаков.Б.Ф. Автогрейдеры. М.:Транспорт, 1988. -300 с.

17. Башта Т.М. и др. Объемные гидравлические приводы.- М.: Машиностроение, 1969. -628 с.

18. Беляев В.В. Повышение точности планировочных работ автогрейдерами с дополнительными опорными элементами рабочего органа: Дис. . канд. техн. наук. -Омск: СибАДИ, 1987. -242 с.

19. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. М.: Мир, 1974. - 464 с.

20. Беркман В.И., Пергаков Г.П. Быстродействие золотников серии ЗСУ в исполнительных устройствах систем автоматической стабилизации отвала автогрейдера //Строительные и дорожные машины. -1975. -№12, -С.10-11.

21. Бирюков С.Т. Совершенствование систем управления заданным курсом движения двухгусеничных дорожно-строительных машин: Дис . . канд.техн.наук.- Омск, СибАДИ, 1985. 222 с.

22. Бойко Е.И. Время реакции человека. М.:Медицина, 1964. 212 с.

23. Боровик B.C. Управление научно-техническим прогрессом в дорожно-строительном производстве. Волгоград: Волгогр.политехи.ин-т, 1990. - 96 с.

24. Беляев В.В., Щербаков B.C., Калякин В.И., и др. Математическая модель системы "опорная поверхность разрабатываемый грунт - автоматизированный грейдер"/ -М., 1988. -152 с. Деп. в ЦНИИТЭстроймаш 09.09.88, №98-сд 88.

25. Васильев B.C., Жигарев В.П., Хачатуров А.А. расчет параметров колебаний бесподвесочной машины при случайных возмущениях от дороги // Устойчивость управляемого движения автомобиля / МАДИ. 1971. - С.88-97.

26. Васьковский A.M. Исследование рабочего процесса землеройно-транспортных машин в связи с вопросами их автоматизации: Дис. . канд.техн.наук. -М., 1968. 126 с.

27. Волков А.А. и др. Определение передаточной функции оператора с помощью самонастраивающегося аналога //Вопросы психологии. -№4. -1968.

28. Волков А.А. и др. Система "человек и автомат". -М.-.Наука, 1963.

29. Волков Д.П., Николаев С.А. Повышение качества строительных машин. М.:Стройиздат, 1984. 168 с.

30. Вонг Дж. Теория наземных транспортных средств / Пер. с англ. -М.:Машиностроение, 1982. 284с.

31. Воронов А.А. и др. Основы теории автоматического регулирования. М.:Высшая школа, 1977. - 519с.

32. Воронцова М.И. Исследование процессов взаимодействия отвала автогрейдера с грунтом: Дис. . канд. техн.наук.- Омск: СибАДИ, 1980. -141 с.

33. Гамынин Н.С. Гидравлический привод систем управления.-М.: Машиностроение, 1972. -376 с.

34. Гордеев В.Н. Статическое исследование возмущающих воздействий от неровностей пути на движущееся транспортное средство. Дис. . канд.техн.наук. -Днепропетровск, 1973. -126 с.

35. Гордыч Д.С. Исследование колебаний механической системы с пневмошиной в качестве упругого элемента // Теоретические -и эксперементальные исследования дорожных машин. -Омск, 1971. -С. 9-19.

36. ГОСТ 22946-78. Планировщики полей. Методы испытаний. Введ. 01.01.79 до 01.01.89. М.: Изд-во стандартов, 1978. - 12 с.

37. Дегтярев B.C. Основы автоматизации землеройных машин. -М.:Высшая школа, 1969. 91 с.

38. Дектярев B.C. Исследование процесса управления рабочим органом автогрейдера на отделочных планировочных операциях с целью его автоматизации. Дис. . канд.техн.наук.- М.:МАДИ, 1963. - 135 с.

39. Дорожные машины. 4.1. 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.

40. Дорожные машины: Отраслевой каталог. -М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1987. 506 с.

41. Дронова И.Ф., Каун Д.М. К исследованию статических свойств микропрофилей полей, типичных для работ гусеничных тракторов // Механизация и электрификация сельскохозяйственного производства. -1968. -№11. -С.7-9.

42. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Статическое моделирование. Второе изд. перераб. и доп. -М.:Наука, 1982. -296 с.

43. Ерофеев А.А. Автоматизированные системы управления строительными машинами. -JI.: Машиностроение, 1977. 224 с.

44. Зайдель А.Н. Элементарные оценки ошибок измерений. -Л.: Наука, 1967. 88с.

45. Зеленин А.Н., Баловнев В.И., Керов И.П. Машины для земляных работ. -М.Машиностроение, 1975 -422с.

46. Иванов А.А. Теория автоматического управления и регулирования. М.: Недра, 1964. - 330 с.

47. Иухоки Я.С. Приближенный метод анализа переходных процессов в сложных лмнейных цепях. -М.:Сов.радио, 1969. 172с.

48. Калугин В.Е. Повышение эффективности автогрейдера совершенствованием устройства подвеса рабочего органа: Дис. . канд. техн. наук. Омск:СибАДИ, 1985. -247 с.

49. Кальянов Ф.В., Фрумкин .JI.A., Бурова Г.В. Определение оценок вероятностных характеристик для анализа стационарности изучаемых процессов // Сб.трудов НАТИ. 1976. - Вып.244.'- С.25-32.

50. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. -М.: Наука, 1970. 104 с.

51. Княжев Ю.М. Исследование одноковшового экскаватора с целью повышения точности выполнения земляных работ: Автореф. дис.канд.техн.наук. Омск, 1980. -15 с.

52. Княжев Ю.М. Теоретические основы методов управления оптимальными режимами рабочих процессов землеройно-транспортных машин: Автореф.дис. . докт. техн. наук. Омск: СибАДИ, 1996. - 42 с.

53. Колякин В.И. Совершенствование планировочных машин на базе промышленных тракторов с целью повышения точности разработки грунта: Дис. . канд.техн.наук.-Омск, СибАДИ, 1991. 249 с.

54. Кононыхин Б.Д. Автоматизация землеройных процессов в дорожном строительстве: идентификация, автокоординирование, -управление: Дис. . докт.техн.наук. -М., ВЗИСИ, 198 9. 428 с.

55. Кононыхин Б.Д. Инвариантное управление строительными и дорожными машинами // Строительные и дорожные машины. -1993, -№4. -С.21-24.

56. Кононыхин Б. Д. Лазерные системы управления машинами дорожного строительства. -М.:Машиностроение, 1990. 303с.

57. Коробочкин Б.Л. Динамика гидравлических станков. М. : Машиностроение, 1976. -240 с.

58. Кузин Э.Н. Повышение эффективности землеройных машин непрерывного действия на основе увеличения точности позиционирования рабочего органа: Дис. . докт.техн.наук. М., 1984.- 446 с.

59. Ландсман М.И., Корсун А.И. Статические характеристики микропрофиля хлопкового поля // Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. -1968. -№3. -С.41-43.

60. Ломов Б.Ф. Человек в системах управления. -М.: Наука, 1967. 279 с.

61. Ломов В.Ф. Человек и техника (очерки инженерной психологии). -Л:Ленинградский университет, 1963.

62. Макаров И.М., Менский Б.М. Линейные автоматические системы (элементы теории, методы расчета и справочный материал). 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1982. - 504 с.

63. Малиновский Е.Ф. Синтез уравнений движения и анализ динамики механизмов строительных и дорожных машин // Автоматизация расчетов строительных и дорожных машин. М.: ВНИИстройдормаш. - 1988. - №73. - С.3-14.

64. Машиностроительный гидропривод. /Под ред. В.Н.Прокофьева. -М.: Машиностроение, 1978. -495 с.

65. Машины для землеройных работ в стоительстве: Отраслевой каталог. -М.:МАШМИР, 1991. 196 с.

66. Методы формирования высокоэффективных рабочих органов землеройных и землеройно-транспортных машин/ Баловнев В.И., Кузин Э.Н., Хмара Л.А. обзорная информация. -М.:ЦНИИТЭстроймаш. 1984. - 38с.

67. Налимов В.В. Теория эксперимента. М. : Наука, 1971. - 260 с.

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

69. Палеев В.А. Исследование автогрейдера с целью повышения точности профилировочных работ: Дис. . канд. техн.наук.- Омск, СибАДИ, 1980. 231 с.

70. Пархиловский И.Г. Исследование вероятностных характеристик поверхности распространенных типов дорог // Автомобильная промышленность . 1968.- № 8. -С.2 0-26.

71. Пархиловский И.Г. Исследование вероятностных характеристик поверхности распространенных типов дорог и их сравнительный анализ // Труды семинара по подвескам автомобилей. НАМИ, 1968. Вып. 15. -С.22-48.

72. Перевертун П.Г. Исследование профиля пути движения автомобильных сельскохозяйственных агрегатов // Доклады ВАСХНИЛ. 1964. Вып. 7. -40 с.

73. Пиковская А.Н. Исследование автономной системы автоматического . управления автогрейдером при продольной планировке: Дис. . канд. техн. наук. -М., 1972. 126 с.

74. Повышение эффективности дорожного строительства в условиях Сибири: Межвуз.сб.науч.тр./ Кузбас. политехи, ин-т: Кемерово: КПИ, 1991. - 150 с.

75. Пономарев В.В. Статический анализ рельефа чека при планировки по суху и по воде // Мелиорация и сельскохозяйственное строительство на Дальнем Востоке. -Уссурийск. 1987. -С.149-155.

76. Привалов В. В. Повышение точности планировочных работ, выполняемых автогрейдерами с дополнительными рабочими органами: Дис. . канд.техн.наук.- Омск, СибАДИ, 1988. 183 с.

77. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ / Под ред. Е.Ю.Малиновского.

78. М.Машиностроение, 1980. -216 с.

79. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ/ Под ред. Е.Ю.Малиновского. -М. : Машиностроение, 1980. -216 с.

80. Ронинсон Э.Г. Автогрейдеры: Уч.пособие для проф.-техн. училищ. 3-е изд. перераб. и доп. - М. : Высшая школа, 1986. - 224 с.

81. Силаев А. А. Спектральная теория подрессори-вания транспортных машин. -М.-.Машиностроение, 1972. -192 с.i

82. Силуков Ю.Д., Плужников Н.И. Статические характеристики микропрофиля лесовозных дорог // Автомобильная промышленность. -1973. -№5. -С.28-30.

83. Системы автоматизированного проектирования. Т.4. Математические модели технических объектов: Учебное пособие для втузов/ В.А.Трудоношин, Н.В.Пивоварова; Под ред. И.П.Норенкова. -М.:Высшая школа, 1986. -160с.

84. Скловский А.А. Автоматизация строительно-дорожных машин: Справочник Рига: Авотс, 1990. -237с.

85. Скоробогатый Г.Ф. К исследованию статических свойств неровностей микропрофиля полей //Вестник сель-скохозяственной науки. -1965. -№10. -С.81-89.

86. СНиП 3.06.03-85. Автомобильные дороги /Госстрой СССР. -М. : ЦНТП Госстроя СССР, 1986. -112 с.

87. Солодовников В.В. Статистическая динамика линейных систем автоматичесского управления. М. : Физматгиз, 1960. - 655 с.

88. Степанов Э.А. Исследование длины базы и места расположения рабочего органа планировочных машин: Дис. . канд. техн. наук. М., 1955. - 126 с.

89. Стокан А.И., Грифф М.И., Каран Е.Д. Планирование экспериментальных исследований в дорожном и строительном машиностроении. Обзор.-М.: ЦНИТЭстроймаш, 1974 -72с.

90. Строительные и дорожные машины: номенклатурный каталог /АО "МАШМИР". М., 1994. - 147 с.

91. Тарасов В.Н. Динамика систем управления рабочими органами землеройно-транспортных машин. Зап.-сиб. кн. изд-во, Омское отделение, 1975. - 182 с.

92. Титов Н.И., Успенский В.К. Моделирование систем с запаздыванием. -Л.:Энергия, 1969.

93. Толстопятенко Э.И. Исследование вертикальных колебаний колесных самоходных бесподвесных машин (землеройно-транспортных): Дис. . канд. техн. наук. М.: ВНИИстройдормаш, 1971. - 127 с.

94. Федоров Д.И., Бондарович Б.А. Надежность рабочего оборудования землеройных машин. -М.Машиностроение, 1981, -280 с.

95. Фурунжиев Р.И. Автоматизированное проектирование колебательных систем. -Минск:Вышэйша школа, 1977. -452с.

96. Цикерман Л.Я., Берлинер М.А., Васьковский A.M. и др. Автоматизация производственных процессов в дорожном строительстве /Под общ. ред. д-ра техн. наук Л.Я.Цикермана. М.: Транспорт, 1972. - 316 с.

97. Шор Я.Б. Статистические методы анализа и контроля качества и надежности. М.: Советское радио, 1962. - 552с.

98. Щербаков B.C. Исследование системы управления одноковшового гидравлического экскаватора с целью повышения точности разработки грунта: Дис. . канд. техн. наук. Омск, СибАДИ, 197 4. - 148 с.

99. Щербаков B.C., Байкалов В.А., Бакалов А.Ф., Привалов В. В. Экспериментальные исследования колебательных характеристик автогрейдера /СибАДИ. -Омск, Деп. В ЦНИИТЭстроймаш, 1984. №81-сд.

100. Щербаков B.C., Палеев В.А. Пространственная математическая^ модель автогрейдера /СибАДИ. -Омск, 1980. 27 с. - Деп. в ЦНИИТЭстроймаш 01.06.82, № 178.

101. Щербаков B.C., Привалов В.В., Раац В.Ф. Совершенствование схемы гидропривода рабочего органа автоматизированного автогрейдера / / Гидропривод и системы управления экскаваторов и кранов. Омск: ОмПИ, 1986. - С. 7-10.

102. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. М.'.Высшая школа, 1980. - 423 с.

103. Яншин А.А. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности ЭВА: Учебное пособие для вузов. М.:Радио и связь, 1983. - 312 с.167

104. Яценко И.Н., Прутчиков O.K. Плавность хода грузовых автомобилей. М. : Машиностроение, 1968.-220с.