WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Во второй главе проведено математическое моделирование параметров технологического цикла УМII с рабочим оборудованием безнапорного и напорного типов.

В обобщенной форме для машин циклического действия, к которым относится УМП функция оценки эффективности записывается в виде:
I = F(Z, H, Q, N, G), (1)

где Z - вес поднимаемого груза (грузоподъемность), H; Н- показатель назначения (высота подъема ковша УМП), м; Q - вес груза, перемещаемого в единицу времени (далее по тексту производительность), Н/с; N - мощность двигателя, Вт; G — эксплуатационная масса, кг.

Используя теорию размерностей и подобия, имеем функции двух безразмерных комплексов:

, (2)

После преобразований получен критерий:

, (3)

Данный критерий предложено применять для оценки эффективности универсальных малогабаритных машин. Достоинства данного показателя: безразмерный вид, позволяющий наглядно видеть качественный характер взаимосвязи параметров и возможность расчета с одновременной оптимизацией на стадии проектирования, а также минимально возможная погрешность при расчетах.

Для поиска рациональных путей конструктивного совершенствования УМП исследована чувствительность (степень изменения) критерия 3 в зависимости от изменения значений параметров. Функция чувствительности принята в виде:

, (4)

Здесь 3(РF) - значение критерия при изменении одного из основных параметров УМП; 3M - значение критерия для базовой модели.

Значение параметра в зависимости от его степени изменения определено следующим образом:

Pj = PM (f + 1), (5)

где PM - параметр базовой модели; f - кратность изменения параметра в относительных единицах/

Для выявления резервов увеличения грузоподъемности УМП определялись экстремальные значения вылета ковша. Расчетная схема представлена на рисунке 2.

Максимальный вылет ковша определялся в соответствии с требованиями стандартов SАЕ J 818 и ГОСТ 16391-80 (номинальная грузоподъемность не должна превышать половины опрокидывающей нагрузки).

Для минимального вылета ковша в зависимости от параметров УМП напорного типа разработано уравнение:

, (6)

где МB - минимальный радиус поворота; LB - максимальный габарит по ширине; IB - колесная база; REPR - параметр перераспределения массы по осям (отношение нагрузки на заднюю ось к нагрузке на переднюю) при пустом ковше; КB - максимальный габарит по длине; JN - длина без ковша.

Моделирование массы рабочего оборудования УМП напорного типа проводилось с использованием результатов исследований Минина В.В. и Мирзояна Г.С.

Материалоемкость рабочего оборудования предлагается оценивать удельными коэффициентами:
kMRO - доля массы рабочего оборудования в общей массе машины;
kMROZ - доля массы рабочего оборудования, приходящегося на единицу
грузоподъемности машины.
Предложена схема для расчета производительности УМП поворотным способом (рисунок 3). Цикл работы состоит из следующих операций: набор материала (точке OI);

отъезд от штабеля на расстояние необходимое для разворота; разворот УМП по направлению к кузову транспортного средства (ТрС); движение по прямой к ТрС до расстояния, зависящего от максимального вылета ковша при подъеме или от радиуса поворота машины; разворот перпендикулярно борту ТрС; подъем рабочего оборудования; наезд на ТрС; опорожнение ковша; отъезд от Трс; опускание рабочего оборудования; разворот по направлению к точке набора грунта; движение по прямой к точке набора материала до расстояния позволяющего осуществить разворот; разворот УМП перпендикулярно штабелю; подъезд УМП к точке набора грунта.

Теоретическая производительность УМП напорного типа без учета вида транспортируемого груза:

, (7)

Здесь TSB – математическое ожидание времени цикла УМП напорного типа; ZB – номинальная грузоподъемность УМП

Математическое ожидание времени цикла:

, (8)

где nSB – общее количество подъездов УМП к ТрС; ip – порядковый номер текущего подъезда УМП к ТрС; tBj – составляющие градации времени цикла.

Полная загрузка транспортного средства осуществляется за несколько подъездов. Их количество определяется грузо подъемностью ТрС.

Время копания (набора) грунта, время подъема стрелы, время опорожнения ковша и время опускания стрелы принимались по данным предыдущих исследований.

Время отъезда от штабеля:

, (9)

где UB - расстояние ог передней кромки ковша до центра тяжести УМП напорного типа; МB - максимальная скорость передвижения УПМ напорного типа.

Суммарное время разворотов у штабеля и ТрС:

, (10)

Время прямолинейного движения УМП к ТрС при текущем подъезде:

, (11)

где ХI, УI - координаты штабеля (системы XIOIYI) в глобальной системе координат ХОY проходящей через геометрический центр кузова ТрС; Хрip, Yрip - координаты погрузчика в системе ХОY перед наездом на ТрС.

Время наезда на ТрС:

, (12)

где LPDB - расстояние подъезда УМП напорного типа к ТрС.

Время подъезда УМП к штабелю:

, (13)

Моделирование параметров грейферного ковша УМП безнапорного типа проведено на основе методики расчета канатных грейферов, с учетом условий работы УМП. Допущения и ограничения: ось крепления грейфера при зачерпывании материала остается неподвижной; силы сопротивления распределены равномерно по длине кромки ковша; увеличение массы грейферного ковша по сравнению с массой основного ковша УМП учитывается поправочным коэффициентом.

Геометрические параметры грейферного ковша представлены на рисунке 4. для грейферного ковша УМП предложено определять начальный угол раскрытия челюстей kmax, обеспечивающий отделение от штабеля необходимого объема материала (объема материала «с шапкой»).

Геометрическая вместимость ковша:

, (14)

где BBUC - ширина ковша; - радиус челюсти ковша; - угол между наружными ребрами ковша в закрытом состоянии.

Максимальный угол между внутренними кромками в раскрытом состоянии, показанный на рисунке 4, б, обеспечивает отделение материала объемом, определяемым по зависимости:
, (15)

Угол kmax предложено определять из условия равенства объемов рассчитанных по формулам (14) и (15) путем численного решения уравнения:
, (16)

Расчетная схема для определения энергетических параметров привода ковша показана на рисунке 5.

Расстояние ]Иьшт при котором гидроцилиндр ковша полностью реализует свой ход с учетом минимального усилия на штоке предложено определять в зависимости от параметра B;

, (17)

где B – отношение хода ГЦ ковша к его минимальному размеру.

Математическая модель массы металлоконструкции рабочего оборудования безнапорного типа имеет допущения и ограничения:
труба рассматривается как консольно закрепленная балка; боковое усилие на свободном конце балки возникает при упоре ковша УМП в непреодолимое препятствие во время поворота машины; величина бокового усилия ограничена силами сцепления колес с опорной поверхностью, приложенными по внешней стороне шин; для расчета используется значение массы УМП напорного типа; коэффициент сцепления постоянный; силы инерции учитываются поправочным коэффициентом.

Для расчета бокового усилия на металлоконструкцию рабочего оборудования безнапорного типа предложена следующая зависимость:

, (18)

где kDN - коэффициент динамичности нагрузки;GB - эксплуатационная масса УМП напорного типа; коэффициент сцепления шин с опорной поверхностью; Smin - минимальный вылет ковша; ХC - координата центра тяжести PB - колея машины по внешней поверхности шин.

Расчет усилий на штоках гидроцилиндров рабочего оборудования принята осуществлялся при следующих допущениях и ограничениях: на каждую пару ГЦ действуют одинаковые по величине и знаку нагрузки; силы инерции учитываются поправочным коэффициентом; силы трения в шарнирах не учитываются; машина находится на горизонтальной опорной поверхности; масса ГЦ сосредоточена в их центре тяжести. Расчетная схема рабочего оборудования представлена па рисунке б.
Условие равновесия одной пары ГЦ в текущий момент времени определяется системой уравнений:

, (19)

Здесь Rby,,Rbx, Rcy, Rcx - осевая и изгибающая нагрузка на ГЦ АВ и АС;, - углы наклона ГЦ АВ и АС; Rx, Ry - горизонтальная и вертикальная результирующие нагрузки на рабочее оборудование; АВ, АС — длина ГЦ АВ и АС; MB, Mc - результирующий момент относительно оси А для ГЦ АВ и АС.

Результатом решения системы (19) являются выражения для моделирования реакций в шарнирах А и В (усилий на штоках ГЦ):

На ось подвеса ковша действует веса груза, ковша и МК, а при движении МК еще и осевая сила трения в шарнире F. При определении нагрузок на рабочее оборудование от МК приняты следующие ограничения и допущения: вес

МК сосредоточен в ее центре тяжести; силы инерции не учитываем. Расчетная схема для определения усилий на рабочее оборудование от МК показана на рисунке 7.

Получены выражения для нагрузок на рабочее оборудование от МК:

где Rafx, Rafy - горизонтальная и вертикальная реакции в шарнире А; В — реакция в шарнире F; - угол наклона МК; GAF - вес МК; АF— расстояние между шарнирами А и F; АG – расстояние от шарнира А до центра тяжести МК.

С учетом силы трения в шарнире F предложены зависимости для результирующих нагрузок и моментов на рабочее оборудование:


где fSB - коэффициент трения между МК и направляющей втулкой; MBUC - масса грейферного ковша; ZN - номинальная грузоподъемность УМП безнапорного типа; GAB, GAC - вес ГЦ АВ и АС; ВD и СЕ— координаты центра тяжести ГЦ АВ и АС.

В крайнем нижнем положении рабочего оборудования ГЦ АВ имеет максимальную длину, а в верхнем наоборот ГЦ АС. Гидроцилиндрs принимаются равными по типоразмеру.

Подъем рабочего оборудования осуществляется в два этапа. На первом этапе поршневая полость ГЦ АС соединяется со штоковой полостью ГЦ АВ, а рабочая жидкость подается насосом в штоковую полость ГЦ АС. На втором

этапе поршневая полость ГЦ АВ соединяется со штоковой полостью ГЦ АС, а рабочая жидкость подается насосом в поршневую полость ГЦ АС.

После окончания первого этапа оба ГЦ принимают минимальную длину. Поэтому параметр (отношение площади поршневой полости ГЦ к штоковой) должен иметь строго определенное значение. Для его определения получена зависимость:

где d - расстояние между осями крепления ГЦ; Hmax - высота разгрузки.

Кинематические параметры рабочего оборудования определялись с использованием известных методов теоретической механики и теории машин и механизмов. Текущие координаты оси А подвеса ковша в системе X0O0Y0:

Задача расчета и оптимизации рабочего оборудования безнапорного типа (предполагает определение параметров d и HS) решена с использованием безразмерных критериев взаимосвязи параметров. При этом целевая функция оптимизации подсистемы рабочего оборудования записывается в виде:

Здесь ZNOM - грузоподъемность исследуемого варианта; NE - максимальная мощность, затрачиваемая на подъем; GE - масса одной пары ГЦ; QE - производительность рабочего оборудования, H/с; НE - параметр, характеризующий траекторию оси подвеса ковша.

Составляющие в выражении целевой функции для первого этапа:

Здесь X0, Xmin, Xmax - начальное, минимальное и максимальное значение координаты Х траектории оси подвеса ковша; VAC— скорость штока ГЦ АС; (RbX)0, (RcX)0 — осевая нагрузка на ГЦ АВ и АС в начальный момент времени; HS — гидромеханический КПД ГЦ; tUP, tDW - время подъема и опускания рабочего оборудования.

Схема для расчета давления в гидроприводе рабочего оборудования УМП безнапорного типа показана на рисунке 8.

Для давления в напорной магистрали на двух этапах подъема с учетом эффекта мультипликации получены зависимости:

Здесь Е1, Е2 площадь поршневой и штоковой полости ГЦ; PSL, PS - давление слива и давление настройки переливного клапана.

Расчет технических характеристик УМП безнапорного типа производился по исходным данным, в качестве которых использовались параметры УМП, серий но выпускающихся зарубежными фирмами.

Основные условия, которые должны выполняться при переоснащении УМП рабочим оборудованием безнапорного типа:

где GN - эксплуатационная масса УМП безнапорного типа.

Математическая модель теоретической производительности УМП безнапорного была сформирована на основе модели производительности УМП напорного типа с учетом следующих допущений и ограничений: УМП безнапорного типа с груженым ковшом движется между ТрС и штабелем со скоростью, принимаемой по техническим данным фирмы производителя УМП, а с пустым ковшом скорость увеличивается вследствие меньшей эксплуатационной массы машины; при развороте, УМП безнапорного типа проходит путь равный пути, который проходит аналогичная модель УМП напорного типа.

В третьей главе проведены вычислительные эксперименты для получения регрессионной зависимости теоретической производительности УМП от эксплуатационной массы и пути передвижения.

Объектом исследования являлись математические модели теоретической производительности УМИ напорного и безнапорного типов. Вычислительный полный факторный эксперимент был реализован в среде МаthСАD Tгiаl.

При исследовании математической модели производительности УМП безнапорного типа параметры машины определялись по зависимостям вида:

PRN = f(PRB), (43)

где PRN - параметр УМП, изменяющийся при оснащении рабочим оборудованием безнапорного типа; PRB - параметр базовой машины.

На рисунке 9, а представлены результаты вычислительного эксперимента и полученные регрессионные зависимости для УМП двух типов.

Регрессионная зависимость теоретической производительности (Н/с) от эксплуатационной массы УМП (кг) и пути передвижения (м) для двух типов

машин:

где LD - путь передвижения УМП.

Сравнение результатов расчета, выполненного по зависимости (44), с опубликованными данными замеров производительности УМП на испытаниях позволяет считать зависимость (44) достоверной и использовать ее для расчета теоретической производительности УМП с погрешностью расчета не превышающей 10...15%.

В четвертой главе приведены результаты оценки эффективности и оптимизации параметров УМП. Расчет технических характеристик УМП, при переоснащении его рабочим оборудованием безнапорного типа, проводился на

примере модели 3410 фирмы GЕНL Со. Параметр d варьировался в пределах от 0,2 до 0,8 м. Результаты оптимизации и расчета параметров УМП безнапорного типа представлены на рисунке 10. Были получены оптимальные значения HSOPT =1б64 и dOPT = 0,525 м.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»