Строительная техника

Промышленные тракторы

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

После получения законов / (фк) и их параметров для дальнейшего изучения процесса изменения срк необходимо перейти к изучению динамики процесса, т. е. к нахождению амплитудно-частотных характеристик случайной функции.

В теории случайных функций частотная и амплитудная структура процесса оценивается корреляционной функцией р (t) и спектральной плотностью S (v) процесса, причем последняя характеристика не является самостоятельной, а полностью определяется параметрами первой при помощи разложения в ряды Фурье.

Как известно, условиями стационарности процесса фк (t) в широком смысле являются неизменность математического ожидания, дисперсии и корреляционной функции. Процесс фкр (t) является нестационарной функцией даже пр»и условии отбрасывания разгона и остановки, поскольку его математическое ожидание и дисперсия, как было показано в разделе 5.1, являются функцией фктах, распределенной по определенному закону.

Проверка стационарности по третьему условию может быть основана на сравнении корреляционных функций разных реализаций или разных участков одной и той же реализации. Для промышленного трактора имеется достаточно четко выраженная длина реализации, обусловленная дистанцией разработки грунта, которая сама по себе невелика, поэтому примем за минимальный неделимый отрезок процесса реализацию, соответствующую длине разработки грунта около 40 м. Такая реализация имеет длительность от 40 до 70 с. Проведенные исследования показали, что при меньшем, чем 40 с времени реализации характер корреляционной функции является нестабильным и такая реализация не может быть принята за информационную  при  исследованиях.

В качестве примера рассмотрим указанную операцию применительно к трактору Т-4АП2 при работе с бульдозерным оборудованием иа суглинке средней плотности. Для 10 реализаций определим характеристики и выполним осреднение

Однако, принимая во внимание ограниченное число реализаций и наличие значительного элемента случайности, полученные отклонения от стационарности можно считать несущественными, что позволяет пользоваться для анализа функции при заданном фктах приемами, употребляемыми при анализе стационарных процессов.

При изучении амплитудно-частотных характеристик тягового сопротивления также анализировались данные, полученные Ф. М. Дубровским, С. Р. Зоробяном, Ю. И. Колесовым и другими исследователями. Считают, что основная мощность процесса с наибольшей дисперсией также сосредоточена в зоне частот 0,15—0,5 Гц, однако имеются корреляционные функции с очень пологим экстремумом, когда наибольшее значение дисперсий амплитуд растягивается в диапазоне 0,15—2 Гц. Указанное исключение составляют тракторы Т-130 с пониженным тяговым усилием на I передаче. По-видимому, в результате постоянной угрозы остановки двигателя имела место значительная   высокочастотная  составляющая.

Проведенный анализ показывает, что полученный частотный спектр функций <рк (f) является объективной характеристикой, которая мало зависит от конструкции трактора.

По результатам исследований было установлено, что основное влияние на частоту процесса оказывает скорость рабочего хода. Статистический анализ по некоторым промышленным тракторам показывает, что линия регрессии t0 (ол) снижается при увеличении рабочей скорости. Оценивая темп снижения зоны регрессии по линии регрессии, можно сказать, что частота, соответствующая максимальной амплитуде, смещается примерно прямо пропорционально ожиданию рабочей скорости. Это говорит о том, что рассмотрение спектрального состава процесса изменения тягового усилия или моментов сопротивления на валах моторно-трансмиссионной установки без привязки к рабочим скоростям является грубой ошибкой.

Пользуясь известными в математической статистике методами, можно выделить и проанализировать частоты колебания, имеющие место в случайном процессе тягового сопротивления. Наиболее высокая частота в спектре тягового сопротивления первого порядка формируется в результате работы гусеничного зацепления.

Очевидно, что при равных скорости движения, частоте вращения вала двигателя и числе zBK частота колебаний процесса фкр (t)f вызванная гусеничным зацеплением, будет отличаться для тракторов с различными массами. Это объясняется тем, что с увеличением массы трактора передаточное число трансмиссии или шаг звена увеличивают пропорционально \/~тк, при этом соответственно снижается частота изменения нагрузки при работе движителя. Следо-вательно, искомая частота процесса фкр (t) укладывается в диапазон v = 2,5~-6 Гц при амплитуде ЛФк = (0,014-0,05) GT.

Следующая по частоте составляющая второго порядка процесса Фкр (0 возникает при переезде препятствия опорными катками трактора и коррелируется с расстоянием между опорными катками, являющимся функцией массы трактора и действительной скоростью движения трактора. Частота указанного процесса может быть рассчитана по формуле

v = Уд/3,6/к, где /к — расстояние между  опорными  катками.

Во всем диапазоне рабочих скоростей и тяговых классов тракторов частота v составляет 1,5—3 Гц. Необходимо отметить, что указанная частота процесса имеет место далеко не на всех видах работ и грунтов. При работе, например, бульдозера гусеница следует по относительно ровной грунтовой поверхности, спланированной отвалом, и препятствия, формирующие рассмотренную частоту, отсутствуют. С другой стороны, тракторы с достаточно большим давлением на грунт продавливают большую часть грунтов и тогда уменьшается до минимума или нуля амплитуда колебаний. Таким образом, рассмотренная частота процесса фкр (t) характерна для тракторов малых тяговых классов при разработке плотных грунтов или для тракторов, производящих рыхление скальных пород, разработку мерзлых грунтов, т. е. на тех видах работ, где трактор движется по жесткому  основанию.

Колебания третьего порядка с частотой 0,25—1,5 Гц присутст-ствуют в спектре частот тягового усилия у всех тракторов независимо от их конструкции и массы, а также видов и условий работ. Указанные частоты являются следствием: постоянной манипуляции отвалом бульдозера, зубом рыхлителя или положением ковша скрепера, вызывающей изменения глубины разработки грунта; неравномерной плотности грунта, как по сопротивляемости его копанию, так и по сцепным свойствам движителя; наезда отвалом на твердые включения в грунте или задеваний боковой кромки отвала за стенки траншеи; резкого изменения центра давления движителя и соответственно коэффициента сцепления в результате выглубления, заглубления или перекоса рабочего оборудования, а также продольных и поперечных кренов трактора. Амплитуда рассмотренных колебаний изменяется в значительных пределах  ЛфН = (0,l-h0,6) GT.

Следующую, более низкую по частоте составляющую четвертого порядка 0,15—0,5 Гц вызывают колебания тягового усилия, имеющие ту же физическую природу, что и предыдущие, но усугубленные следующим: грубыми ошибками при управлении оборудованием, когда, например, призма грунта потеряна и требуется несколько секунд, чтобы ее набрать снова; попаданием участков чрезмерно плотного грунта, на которых отвал бульдозера (зуб рыхлителя, ковш скрепера) не может заглубиться; наличием больших участков грунта повышенной плотности, с одной стороны, требующих значительных усилий резания, а, с другой стороны, обеспечивающих большое тяговое усилие и разрабатываемых при повышенном буксовании трактора; разработкой грунта с перекосом отвала бульдозера и одновременной компенсацией поворачиваемости трактора путем выключения одной из гусениц и другие случаи такого же плана.

Амплитуда колебаний этого вида может быть очень значительной. Например, при невозможности заглубить, скажем, отвал бульдозера или зуб рыхлителя на ровном плотном грунте тяговое сопротивление будет определяться лишь силой трения оборудования о грунт, в то же время на участке плотного грунта при выглублении отвала возникает значительная вертикальная сила, прижимающая трактор к грунту, и может быть реализовано тяговое усилие, на 10—15 % превышающее сцепной вес агрегата. Так же, как и составляющая третьего порядка, рассмотренная составляющая присуща тракторам любой конструкции практически на всех видах работ.

В некоторых случаях при работе бульдозерного агрегата может появляться пятая составляющая тягового сопротивления с частотой 0,05—0,01 Гц и периодом 10—20 с. Природа этих колебаний кроется в технологии работ бульдозерным оборудованием. Самым распространенным видом технологии является разработка грунта траншейным способом с последующей отсыпкой его в кавальер. В этом случае указанная низкочастотная составляющая почти никогда не имеет места. Отсутствует она также при планировании или снятии верхнего слоя грунта с какой-либо заданной площадки, наборе грунта скрепером и при работе рыхлителя.

Однако может иметь место такой вид работ бульдозерным оборудованием, который связан с необходимостью вынуть грунт на одном участке и переместить его на другой, где, например, этот грунт экскаваторами грузят в автомобили. Такой технологии присущи два участка рабочего элемента цикла: копание и набор призмы, а затем ее транспортирование. Поскольку по технологическим условиям (например, необходимо не портить площадку) в процессе транспортирования не происходит подрезание и добор грунта, призма, рассыпаясь, доходит до какого-либо уровня, и сопротивление ее перемещению будет ниже усилия копания.

Низкочастотная составляющая пятого порядка может возникнуть и при работе с дифференцированным уклоном, когда, например, копание грунта производят на горизонтальном участке, а транспортирование призмы грунта осуществляют под уклон, а также при так называемой работе в сброс, когда грунт набирают из резерва, а затем сбрасывают в выемки под откос, например, при рекультивации земель. Амплитуда низкочастотной составляющей изменяется в   пределах   ЛфК = (0,15-^0,35) GT.

При наличии низкочастотных колебаний пятого порядка процесс изменения фкр будет нестационарным (и при условии заданного фк тах вследствие изменения математического ожидания или математического ожидания и дисперсии в пределах одной реализации, отражающей элемент рабочего хода. То же можно сказать применительно к коротким забоям, когда не набирают полную призму грунта, и к другим специфическим условиям. Такой вариант реализации не рассматривался при определении законов распределения вероятностей / (<рк) и спектральных плотностей, анализируемых в настоящем разделе, ввиду их достаточной нетипичности. Однако очевидно, что разрабатываемые математические модели должны позволять имитировать и данный вид нагружения со ступенькой по математическому ожиданию.

Деление частот на порядки является весьма условным и может говорить о наиболее вероятных зонах, а не о четких границах каждой  из частот.

В соответствии с этим зависимость Лф (v) выглядит как достаточно широкая полоса, т. е. имеет место значительное перекрытие, где одной и той же амплитуде может соответствовать достаточно большой   диапазон   частот.

Необходимо отметить, что исследуемые процессы фкр (за исключением частоты первого порядка) далеки от законов гармонического нагружения и практикуемое иногда представление функции фк (t) в виде синусоидальных частотных гармоник является весьма грубым приближением. Указанное является следствием абсолютно случайных и многообразных явлений, формирующих колебания тягового сопротивления.

Выполненный статистический анализ может служить основой для формирования типичной случайной функции фк (t), которую будем называть эталонной. Очевидно, что такая функция должна иметь статистические характеристики, осредненные по результатам всего комплекса исследований тракторов различных марок при примерно равных значениях энергонасыщенности.

Для выполнения такого осреднения было получено распределение вероятностей коэффициентов аир корреляционной функции, найдены их математические ожидания и дисперсии, которым отвечают корреляционная функция и спектральная плотность. Ввиду разброса аир приведенные характеристики являются средними для доверительного интервала, показанного на рисунке, при доверительной вероятности 0,95.

Вопросы моделирования реализации, отвечающей осредненным статистическим характеристикам случайного процесса фк (t), будут рассмотрены в параграфе 6.1.

Очевидно, что математическое ожидание случайной функции совпадает с математическим ожиданием распределения вероятностей непрерывной случайной величины, которое является функцией фктах. В соответствии с этим ставится задача определения количественных функциональных связей между фктах» с одной стороны, и конструкцией движителя и характеристиками грунта, с другой стороны, а также вероятностно-статистических характеристик указанных показателей.

  Теоретические вопросы движения автомобиля. АВТОМОБИЛЬ СВОИМИ РУКАМИ

  Стартер. Автомобильный стартер - электродвигатель постоянного тока ...