Файл: Багин, Б. П. Основы статистической динамики одноковшовых экскаваторов обзор.pdf

ход к процессу формирования нагрузки в элементах привода машин режущего типа был сформулирован в работах чл.-кор. АН УССР А. И. Кухтенко. Определение нагрузки в элемен­ тах привода в этом случае сводится к определению, парамет­ ров случайной функции на выходе (в элементах привода) колебательной системы по известным параметрам случайной функции на входе (на рабочем органе) и передаточной функ­ ции самой системы, определяемой динамическими парамет­ рами машины.

Применительно к мощным вскрышным экскаваторам ис­ следование функционирования динамических систем в про­ цессе копания с использованием методов статистической ди­ намики впервые выполнено д-ром техн. наук В. П. Ломаки­ ным [7]. В результате анализа случайного режима нагру­ жения, а также динамических характеристик комплексной си­ стемы установлены пределы возможного упрощения модели. Основное внимание в работе уделено математическому опи­ санию комплексной системы, разработке модели машиниста и исследованию вопросов автоматизации процесса копания.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ И ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ НАГРУЗКИ

Одноковшовый экскаватор, как известно, является маши­ ной цикличного действия и рабочий цикл его состоит из ряда операций. Наиболее сложной составляющей рабочего цикла как по характеру и величине внешних нагрузок, так и по управляющему воздействию является операция копания. Поэтому здесь мы остановимся только на рассмотрении опе­ рации копания. В процессе копания поворотный механизм не является рабочим и, как правило, не оказывает активного воздействия на процесс, поэтому с целью упрощения задачи исследования можно ограничиться рассмотрением работы только копающих механизмов, т. е. рассматривать плоскую задачу.

Нагрузку на элементы экскаватора при копании можно, представить как результат функционирования замкнутой ди­ намической системы грунт — машина — человек. Такие си­ стемы названы в работе [7] комплексными. Причем для ис­ следования процесса формирования полного спектра нагруз­ ки необходимо рассматривать взаимосвязанные системы ме­ ханизмов подъема и напора и звено, описывающее динами­ ческие свойства человека — оператора. Входом комплексной системы является звено «машинист», на которое поступает внешнее возмущение в виде информации о протекании рабо­ чего процесса копания (скорости ковша, профиля забоя, траектории копания). Связь динамических систем механизма подъема и напора осуществляется конструкцией самой ма-

8

тистическом смысле забое). Эффективность своих действий машинист оценивает также по скоростзз движения ковша, стремясь не допускать его стопорения. Случайный характер изменения прочностных свойств грунта обуславливает слу­ чайный характер силы сопротивления грунта копанию. При­ чем если низкочастотная составляющая зависит главным об­ разом от эффективности процесса управления, то высокоча­ стотная составляющая определяется в основном характером взаимодействия ковша с грунтом.

В связи с тем, что с позиций статистической динамики процессы формирования нагрузки при копании мало изучены,

атакже из-за их многогранности и относительной сложности

внастоящей работе рассмотрены только исследования про­

цесса формирования нагрузки в механизме подъема экскава­ тора и основы вероятностного метода определения (прогнози­ рования) нагрузок в процессе нормального копания.

В работе проводится отдельное исследование низкочастот­ ной и высокочастотной составляющих нагрузки. Учитывая отсутствие в настоящее время экспериментальных и теорети­ ческих исследований, достаточных для разработки адекват­ ных моделей «человека-операгора» в комплексных системах экскаваторов, анализ формирования низкочастотной состав­ ляющей нагрузки проводится без учета индивидуальных осо­ бенностей отдельных машинистов. Случайные управляющие сигналы заменяются постоянными среднестатистическими, а эффективность управляющей деятельности машиниста оце­ нивается статистическими характеристиками низкочастотной составляющей нагрузки. Нагрузка в механизме подъема рас­ сматривается как результат преобразования динамической системой внешнего случайного возмущения — силы сопротив­ ления грунта копанию и представляет собой случайный про­ цесс. Для возможности количественной и качественной оцен­ ки процесса нагружения необходимо представить нагрузку в виде определенной статистической модели, которая отвеча­ ла бы существу поставленной задачи исследования.

Существенной трудностью при разработке методов веро­ ятностного анализа процесса формирования нагрузки в ко­ пающих механизмах является невозможность непосредствен­ ной экспериментальной записи входного воздействия — силы сопротивления грунта копанию. Поэтому на первом этапе ре­ шения поставленной задачи необходима разработка статисти­ ческой модели внешнего воздействия и определение ее веро­ ятностных характеристик косвенным методом. Косвенный ме­ тод определения вероятностных характеристик силы сопро­ тивления грунта копанию (касательной составляющей) за­ ключается в решении обратной задачи статистической дина­ мики. Зная статистические характеристики реакции системы (нагрузки) и динамические характеристики самой системы,

10