Автоматизация эскизно-технического проектирования автогрейдера тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат технических наук Беляев, Никита Владимирович

• Беляев, Никита Владимирович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Беляев, Никита Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Жизненный цикл изделия.

1.2. Этап эскизного проектирования.

1.3. Основные тенденции развития авто грейдеров.

1.4. Обзор механизмов подвески рабочего органа автогрейдера.

1.5. Блок-схема рабочего процесса автогрейдера.

1.6. Анализ исследований по теории копания грунта.

1.7. Анализ математических моделей микрорельефа грунта.

1.8. Цель и задачи исследования.

2. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Общая методика теоретических исследований.:.

2.2. Методика экспериментальных исследований.

2.3. Анализ и обоснование критериев эффективности автогрейдера.

2.4. Решение задачи оптимизации.

2.5. Структура выполнения работы.

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ АВТОГРЕЙДЕРА.

3.1. Морфологический анализ конструкции автогрейдера.

3.2. Математическая модель автогрейдера.

3.3. Математическая модель системы управления РО автогрейдера.

3.4. Математическая модель процесса копания грунта.

3.5. Математическая модель микрорельефа грунта.

3.6. Обобщенная математическая модель автогрейдера.

3.7. Выводы по главе.

4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ МЕТОДИКИ

ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОГРЕЙДЕРА.

4.1. Анализ влияния параметров рабочего процесса на планирующую способность автогрейдера.

4.1.1. Влияние угла захвата РО.

4.1.2. Влияние соотношения базы машины и коэффициента базы к длине волны неровности обрабатываемой поверхности.

4.1.3. Влияние параметров микрорельефа.

4.1.4. Влияние параметров ходового оборудования.

4.2. Анализ влияния основных геометрических параметров на планирующую способность автогрейдера.

4.2.1. Аппроксимация зависимостей.

4.2.2. Выбор оптимальных значений геометрических параметров ^ автогрейдера.

4.3. Тягово-сцепной расчет автогрейдера.

4.4. Выбор шин.

4.5. Выводы по главе.

5. СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ.

5.1. Инженерная методика расчета основных параметров автогрейдера.

5.2. САПР автогрейдера на эскизно-техническом этапе.

5.3. Подтверждение адекватности математической модели автогрейдера.

5.4. Внедрение результатов исследований.

5.5. Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация эскизно-технического проектирования автогрейдера»

Целью каждой проектно-конструкторской разработки является создание и выпуск изделий на уровне лучших мировых образцов. Достичь этой цели можно лишь путем применения комплекса наиболее эффективных технических решений. Для этого требуется синтезировать и проанализировать много вариантов решений, что по ряду причин затруднительно без применения вычислительной техники [52,66].

В наши дни наблюдается бурное развитие систем автоматизированного проектирования (САПР) в машиностроении, которые используются для автоматизации конструкторских и технологических работ. Современные САПР применяются для сквозного автоматизированного проектирования, технологической подготовки, анализа и изготовления изделий в машиностроении, для электронного управления конструкторской и технологической документацией.

Применение САПР в промышленности позволяет существенно снизить затраты времени и средств на создание новых и модернизацию существующих машин [5].

Автогрейдер, как землеройно-транспортная машина, выполняет широкий круг работ, в том числе работ по возведению земляного полотна. Значительная часть этих работ приходится на планировочные работы [61,92,93].

До настоящего времени не было разработано САПР автогрейдера, в полной мере учитывающей закономерности влияния основных конструктивных параметров на планировочные и тягово-сцепные свойства.

В связи с этим возникла необходимость исследования планировочных, тягово-сцепных характеристик автогрейдера и создания научно-обоснованной методики по выбору рациональных конструктивных параметров при эскизно-техническом проектировании автогрейдера.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Беляев, Никита Владимирович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Проведенный анализ предшествующих исследований позволил обосновать векторный критерий эффективности автогрейдера на этапе эскизно-технического проектирования, отражающий планировочные и тягово-сцепные качества машины.

2. Разработанная обобщенная математическая модель рабочего процесса автогрейдера включает в себя математические модели подсистем: базовая машина, система управления рабочим органом в поперечной и продольной плоскостях, микрорельеф обрабатываемой поверхности и сила реакции разрабатываемого грунта на рабочий орган автогрейдера.

3. Проведен анализ влияния основных параметров автогрейдера и его рабочего процесса на его планирующую способность.

4. Установлены закономерности влияния основных геометрических параметров автогрейдера на коэффициенты сглаживания обрабатываемой поверхности. Рекомендованы оптимальные значения длины базы автогрейдера, коэффициента базы машины и межосевого расстояния колес балансирных тележек.

5. Разработан алгоритм оптимизационного синтеза основных геометрических параметров автогрейдера с учетом тягово-сцепных свойств машины.

6. Предложена инженерная методика расчета основных параметров автогрейдера, алгоритм которой использован при разработке программного продукта для расчета основных параметров автогрейдера в автоматизированном режиме.

7. Сравнение результатов автоматизированного эскизно-технического проектирования с экспериментальными данными позволило подтвердить адекватность предложенных математических моделей, работоспособность и эффективность предложенной системы автоматизированного проектирования.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Беляев, Никита Владимирович, 2009 год

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. — 279 с.

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

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

4. Артемьев К. А. Теория резания грунтов землеройно-транспортными машинами: Учеб. пособие. — Омск: ОмПИ, 1989. 80 с.

5. Афанасьев Б.А., Бочаров Н.Ф., Жеглов Л.Ф. и др. Проектирование полноприводных колесных машин: в 2т. Т.1. Учеб. для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 1999. - 488 с.

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

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

8. Балабин И.В. Автотракторные колеса: Справочник. М.: Машиностроение, 1985.- 272 с.

9. Баловнев В.И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин: Учеб. пособие для студентов ВУЗов. 2-е изд., перераб. — М.: Машиностроение, 1994. 432 с.

10. Ю.Баловнев В.И. Основные направления повышения эффективности и интенсификации дорожно-строительных машин. // Интенсификация рабочих процессов дорожных машин. М.: МАДИ. - 1981. — с. 4-11.

11. П.Баловнев В.И., Завадский Ю.В., Кустарев Г.В. Использование ЭВМ при исследовании эффективности дорожных машин методами математического моделирования. Учебное пособие/МАДИ. М., 1987. — 104 с.

12. Баловнев В.И., Хмара JI.A. Интенсификация разработки грунтов в дорожном строительстве. М.: Транспорт, 1993. - 382 с.

13. Баловнев В.И., Хмара JI.A. Повышение производительности машин для земляных работ: Производств, издание. — М.: Транспорт, 1992. — 136 с.

14. Беляев В.В. Математическая модель поверхности грунта, обрабатываемой автогрейдером// Строительные и дорожные машины , 2006. -№8 С.33-39.

15. Беляев В.В. Основы оптимизационного синтеза при проектировании землеройно-транспортных машин. Издание 2-е, доп. и перераб. — Омск: Изд-во ОТИИ, 2006. 143 с.

16. Беляев В.В. Повышение точности планировочных работ автогрейдерами с дополнительными опорными элементами рабочего органа: Дис. . канд. техн. наук. — Омск, 1987. 230 с.

17. Беляев В.В., Беляев Н.В. Сравнительный анализ строительно-дорожных машин как объектов автоматизации// Строительные и дорожные машины. №5, 2008 - С.50-51.

18. Беляев В.В., Колякин В.И., Беляев Н.В. Морфологический анализ конструкций планировочных машин. // Строительные и дорожные машины. — 2006.- №3 С.30-31.

19. Беляев Н.В. Автоматизация процесса профилирования земляного полотна автогрейдером// Машины и процессы в строительстве: Сб. науч. тр. №6.- Омск: СибАДИ, 2007. С.126-133.

20. Беляев Н.В. Алгоритм определения параметров автогрейдера в соответствии с тягово-сцепным расчетом на электронно-вычислительноймашине// Вестник СибАДИ: Научный рецензируемый журнал. — Омск: СибАДИ. №3 (9). - 2008. - С.92-95.

21. Беляев Н.В. Алгоритм оптимизационного синтеза основных геометрических параметров автогрейдера// Вестник Воронежского государственного технического университета. — Том 4, №12, 2008. — С.63-67.

22. Беляев Н.В. Анализ влияния параметров ходового оборудования автогрейдера на его планирующую способность// Материалы 62-й научно-технической конференции СибАДИ. Омск: СибАДИ, 2008. — Кн. 1 - С.40-45.

23. Беляев Н.В. Влияние структуры землеройно-транспортных машин на их устойчивость// Межвузовский сборник трудов молодых ученых, аспирантов и студентов. — Омск: СибАДИ, 2007. — Вып.4. 4.1. — С.37-42.

24. Беляев Н.В. Проёктирование конструкций планировочных машин// Межвузовский сборник трудов молодых ученых, аспирантов и студентов. — Омск: СибАДИ, 2008L-Вып. 5.-Ч. 1, С.41-46:

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

26. Бойков В. П., Белковский В.Н. Шины для тракторов и сельскохозяйственных машин. — М::. Агропромиздат, 1988:—240 с.

27. Бузин Ю.М. Системный подход — основа анализа и синтеза рабочего процесса землеройно-транспортной машины / Строительные и дорожные машины.-2002.-№10.-С. 36-41.

28. Ветров Ю.А. Расчет сил резания и копания грунтов. — Киев: Изд-во киевского университета, 1965. — 167 с.

29. Ветров Ю.А. Резание грунтов землеройными' машинами. — М.: Машиностроение, 1971. -360 с.

30. Ветров Ю.А., Баландинский B.JI. Машины для специальных земляных работ: Учеб. пособие для вузов. — Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1980. 192 с.

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

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

33. Выгодский М.Я. Справочник во высшей математике. — М.: Наука, 1964.-872 с.

34. Галдин Н.С. Элементы объемных гидроприводов мобильных машин. Справочные материалы: Учебное пособие. — Омск: Изд-во СибАДИ, 2005.- 127 с.

35. Гольчанский М.А. Повышение эффективности профилировщика ДС-151 путем совершенствования системы управления рабочим органом. Дис. . канд.техн.наук. Омск: СибАДИ, 1985. — 187 с.

36. ГОСТ 11. 004-74. Прикладная статистика. Правила определения оценок и доверительных границ для параметров нормального распределения. Введ. 01.07.75. -М.: Изд- во стандартов, 1974.-20 с.

37. ГОСТ 17394-79*. Шины широкопрофильные с регулируемым давлением. Основные параметры и размеры. Введ. 01.07.80. М.: Изд-во стандартов, 1979: - 4 с.

38. ГОСТ 22374-77. Шины пневматические. Конструкция. Термины и определения. Введ. 01.01.78. М.: Изд-во стандартов, 1977. - 58 с.

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

40. ГОСТ 24985-81. Шины с регулируемым давлением. Основные параметры и размеры. Введ. 01.07.82. М.: Изд-во стандартов,. 1981. - 4 с.

41. ГОСТ 8430-2003. Шины пневматические для строительных, дорожных, подъемно-транспортных и рудничных машин.Технические условия. Введ. 01.01.05. М.: Изд-во стандартов, 2003. - 17 с.

42. ГОСТ 9420-79. Автогрейдеры. Технические условия, М. — 1979: —v13 с.

43. Дегтярев B.C. Исследование процесса управления рабочимкорганом автогрейдера на отделочных планировочных операциях с целью его автоматизации. Дис. . канд.техн.наук. — М.: МАДИ, 1963. 135 с. ;

44. Дегтярев B.C. Основы автоматизации землеройных машин. — М;: Высшая школа, 1969. — 91 с.

45. Дементьев Ю. В. САПР в автомобиле- и тракторостроении: Учебник для студ. высш. учеб. заведений. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. — 224 с.

46. Денисов В.П. Оптимизация тяговых режимов землеройно-транспортных машин. Дис. . докт.техн.наук. — Омск: СибАДИ, 2006. — 261 с.

47. Денисов В.П., Мещеряков В.А., Матяш И.И. Результаты экспериментальных исследований автогрейдера с отвалом переменной длины // Строительные и дорожные машины. — 2001. №5. — с. 13-14.

48. Джонс Дж.К. Методы проектирования / Пер. с англ. 2-е изд.перераб. и доп. М.: Мир, 1986. 326 с.

49. Динамика системы "дорога шина - автомобиль — водитель" /А.А. Хачатуров, B.JI. Афанасьев, B.C. Васильев, и др. Под ред. А.А. Хачатурова. — М.: Машиностроение, 1976. - 535 с.

50. Дорожные машины. Часть I. 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.

51. Доценко А. И. Строительные машины и основы автоматизации: Учеб. для строит, вузов. — М.: Высш. шк., 1995. 400 с.

52. Жданов А.В. Обоснование основных конструктивных параметров гидравлических рулевых механизмов строительных и дорожных машин с шарнирно-сочлененной рамой. Дис. . канд.техн.наук. — Омск: СибАДИ, 2007.-218 с.

53. Жулай В.А., Серов А.А., Скрипченков А.В. Новые автогрейдеры // Строительные и дорожные машины. 2000. - №12. - с. 10-13.

54. Заболоцкий Ф.Д. Автогрейдер. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1970. 182 с.

55. Заворотнов Н.Г., Требенок Г.И. Дорожная техника брянского ОАО "СММ Холдинг" // Строительные и дорожные машины. - 2000. - №10. - с.2-5.

56. Завьялов A.M. Основы теории взаимодействия рабочих органов дорожно-строительных машин со средой. Автореф. дис. . докт. техн. наук. — Омск: Ом. дом печати, 2002. — 36 с.

57. Зеленин А.Н., Баловнев В.И., Керов И.П. Машины для земляных работ. Учебное пособие для ВУЗов. — М.: Машиностроение, 1975. — 424 с.

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

59. Капустин Н.М.Автоматизация машиностроения: Учеб. для втузов.— М.: Высш. шк., 2002.— 223 с: ил.

60. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов наблюдений. — М.: Наука, 1970. — 104*с.

61. 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.

62. Кононыхин Б.Д. Аналитический метод оценки эффективности управляемых землеройно-транспортных машин // Строительные и дорожные машины, 1986. №10. - с.8-9:

63. Кононыхин Б.Д. Исследование и разработка лазерной системы стабилизации рабочего органа автогрейдера: Дис. . канд. техн. наук. — М., 1972.-205 с.

64. Крутов В.И., Грушко И.М., Попов В.В. и др. Основы. научных исследований: Учеб. для техн.вузов. М.: Высш.шк., 1989. — 400 с.

65. Кузин Э.Н. Основные направления развития строительных и дорожных машин // Проблемы повышения технического уровня строительных и дорожных машин. -М.: ВНИИстройдормаш. 1987. - №108.

66. Кузин Э.Н. Повышение эффективности землеройных машин непрерывного действия на основе увеличения точности позиционирования рабочего органа: Дис. . докт. техн. наук. — М.: ВНИИСДМ, 1984. -443 с.

67. Кузин Э.Н., Шейнис Е.И., Иванов О.И. Оценка планировочных машин-на стадии испытаний // Строительные и дорожные машины. — 1984. -№12.-с. 12-13.

68. Малиновский Е.Ю., Гайцгори М.Н. Динамика самоходных машин с шарнирной рамой. М.: Машиностроение, 1974. — 175 с.

69. Математические основы теории автоматического регулирования, Под.ред. Б.К. Чемоданова. Учеб. пособие для втузов. М.: Высшая школа, 1971.-808 с.

70. Машины для земляных работ. Учебник / Под общей ред. Ветрова Ю.А. — Киев: Вища школа, 1976. 368 с.

71. Микулик Н.А.,Рейзина Г.Н. Решение технических задач по теории вероятностей и математической статистике: Справ.пособие.-Мн.: Выш.шк., 1991.-164с.: ил.

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

73. Недорезов И.А. Тяговый расчет и выбор основных параметров автогрейдеров. // Исследования дорожных машин. М.: ВНИИстройдормаш. - 1965.

74. Немировский Э.Э. Основы аналитических методов определения планирующих свойств машин типа грейдер: Дис. . канд.техн.наук. — М.: МАДИ, 1964.-315 с.

75. Немировский Э.Э. Статистический метод оценки планирующих свойств машин грейдерного типа // Исследования дорожных машин. — М.: НИИстройдоркоммунмаш, 1965. — 90 с.

76. Основы автоматики и автоматизация производственных процессов в дорожном строительстве: Учеб. пособие / Ю. В. Александров; СибАДИ. — Омск: СибАДИ, 1974 Ч. 1. - 1974. - 231 с.

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

78. Пантелеев А.В. Методы оптимизации в примерах и задачах: Учеб. пособие / А.В. Пантелеев, Т.А. Летова. — 2-е изд., исправл. — М.: Высш. шк., 2005. 544 с.

79. Подиновский В.В., Гаврилов В.М. Оптимизация по последовательно применяемым критериям. — М.: Сов. радио, 1975. — 192 с.

80. Прикладные задачи теории вероятностей / Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. -М.: Радио и связь, 1983. 416 с.

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

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

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

84. Силаев А.А. Спектральная теория подрессоривания транспортных машин. -М. Машиностроение, 1972. -192 с.

85. Система автоматизации для автогрейдеров — шесть датчиков гарантируют точность // Строительные и дорожные машины. — 2001. №12. — с.11.

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

87. Соловьянов С.В. Новая подвеска рабочего органа автогрейдера // Строительные и дорожные машины. — 1992. №3. — с. 12-13.

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

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

90. Титенко В.В. Повышение производительности автогрейдера, выполняющего планировочные работы, совершенствованием системы управления. Дис. . канд.техн.наук. — Омск: СибАДИ, — 1997. — 172 с.

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

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

93. Холодов A.M. Проектирование машин для земляных работ: Вища шк. Изд-во при Харьк. Ун-те, 1986.— 272 с.

94. Холодов A.M., Ничке В.В, Назаров JI.B. Землеройно-транспортные машины. Харьков: Вища школа. Изд-во при Харьк. ун-те, 1982. — 192 с.

95. Черных И.В. Simulink: среда создания инженерных приложений. — М.: Диалог-МИФИ, 2003. 521 с.

96. Шестопалов К.К. Автоматизированное проектирование процессов и машин/МШ.-М. ,1992.-38 с.

97. Шестопалов К.К. Выбор и обоснование параметров автогрейдера: Дис. . канд.техн.наук. -М.: МАДИ, 1979. 212 с.

98. Шпур Г.Ф. JI. Краузе. Автоматизированное проектирование в машиностроении / Пер. с нем. Г.Ф. Волковой и др.; под ред. Ю.М. Соломенцева, В.П. Диденко. — М.: Машиностроение, 1988. — 648 с.

99. Щербаков B.C. Научные основы повышения точности работ, выполняемых землеройно-транспортными машинами: Дис. . доктора, техн. наук. Омск: СибАДИ, 2000. - 416 с.

100. Ш.Щербаков B.C. Составление структурных схем землеройно-транспортных машин как объектов автоматизации: Учебное пособие. — Омск: Изд-во СибАДИ, 2001. 47 с.

101. Щербаков B.C., Руппель А.А., Глушец В.А. Основы моделирования систем автоматического регулирования и электротехнических систем в среде MatLab и Simulink: Учебное пособие. — Омск: Изд-во СибАДИ, 2003. 160 с.

102. ПЗ.Яценко И.Н., Прутчиков O.K. Плавность хода грузовых автомобилей. М.: Машиностроение, 1968.-220с.114. http://r-s-group.ru/115. http://www.raise.ru/