close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Результаты экспериментальных исследований зависимостей угла поворота шарнирно-сочлененной рамы и радиуса поворота автогрейдера от угла поворота передних управляемых колес..pdf

код для вставкиСкачать
Механика и машиностроение
− расчет технологических параметров процесса
раскатки: давления силового гидроцилиндра нагружения роликов, а также положения роликов при раскатке
каждого участка;
− графическое и текстовое представление рассчитанных силовых факторов и геометрических характеристик сечений.
Опыт эксплуатации ручных раскатных устройств
(см. рис. 2) позволяет сформулировать основные требования к механизированной установке для правки
подкрепленных деталей раскаткой роликами.
Рабочим органом установки является раскатная
головка с двумя быстросменными приводными роликами. Суть механизации состоит во включении в конструкцию установки привода вращения в виде электродвигателя с планетарным редуктором и механизма
нагружения роликов с помощью гидроцилиндра, а
также манипулятора консольного типа для перемещения и фиксации рабочего органа относительно обрабатываемой детали, что существенно сократит ручной
труд в процессе раскатки. С целью перемещения в
межцеховом пространстве установка со всеми ее системами размещается на передвижной тележке, что
позволяет обрабатывать крупные неподвижные детали типа панелей. При этом в процессе обработки требуется согласованное с вращением роликов переме-
щение рабочего органа относительно неподвижной
детали, например, размещенной в оснастке. Для обработки легких деталей типа балок (шириной до 0,5 м)
в конструкции должно быть предусмотрено наличие
рольгангов, по которым деталь перемещается относительно зафиксированной в требуемом положении раскатной головки путем самозатягивания при вращении
роликов.
Таким образом, в результате выполненных в период с 2010 по 2013 гг. работ сформированы все
предпосылки для создания автоматизированной технологии формообразования и правки подкрепленных
деталей раскаткой роликами.
Работа проводится при финансовой поддержке
правительства Российской Федерации (Минобрнауки
России) по комплексному проекту 2012-218-03-120
«Автоматизация и повышение эффективности
процессов изготовления и подготовки производства
изделий авиатехники нового поколения на базе
Научно-производственной корпорации «Иркут» с
научным сопровождением Иркутского государственного технического университета» согласно постановлению Правительства Российской Федерации от
9 апреля 2010 г. № 218.
Статья поступила 20.12.2013 г.
Библиографический список
1. Макарук А.А. Методика расчета технологических паравание и правка маложестких деталей при помощи переносметров процесса правки фрезерованных деталей каркаса
ного инструмента // Высокие технологии в машиностроении:
раскаткой роликами // Вестник Иркутского государственного
мат-лы Всерос. науч.-техн. конф. с междунар. участием.
технического университета. 2012. № 9 (68). С. 46–50.
Самара: Изд-во СамГТУ, 2009. С. 156–159.
2. Пашков А.Е., Викулова С.В., Макарук А.А. Формообразо-
УДК 621.878.25
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЗАВИСИМОСТЕЙ УГЛА
ПОВОРОТА ШАРНИРНО-СОЧЛЕНЕННОЙ РАМЫ И РАДИУСА ПОВОРОТА АВТОГРЕЙДЕРА
ОТ УГЛА ПОВОРОТА ПЕРЕДНИХ УПРАВЛЯЕМЫХ КОЛЕС
© А.А. Портнова1
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия,
644080, Россия, г. Омск, пр. Мира, 5.
Приведены результаты экспериментальных исследований автогрейдера c шарнирно-сочлененной рамой. Выявлены зависимости между углом поворота передних управляемых колес и шарнирно-сочлененной рамы для обеспечения движения передних и задних колес по одной колее; приведены уравнения регрессии. Опытным путем
получена зависимость радиуса поворота автогрейдера от угла поворота передних управляемых колес с учетом
движения передних и задних колес автогрейдера по одной колее.
Ил. 3. Табл. 6. Библиогр. 5 назв.
Ключевые слова: автогрейдер с шарнирно-сочлененной рамой; экспериментальные исследования; углы поворота; уравнение регрессии.
RESULTS OF EXPERIMENTAL STUDIES OF DEPENDENCES OF ARTICULATED FRAME TURNING ANGLE
AND MOTOR GRADER TURNING RADIUS ON FRONT STEERING WHEELS TURNING ANGLE
A.A. Portnova
Siberian State Automobile and Highway Academy (SibADI),
5 Mir pr., Omsk, 644080, Russia.
The paper presents the results of experimental studies of the articulated motor grader. It identifies the relationships be___________________________
1
Портнова Александра Андреевна, аспирант, тел: 89136676334, e-mail: portnova_aa@sibadi.org
Portnova Aleksandra, Postgraduate, tel.: 89136676334, e-mail: portnova_aa@sibadi.org
50
ВЕСТНИК ИрГТУ №3 (86) 2014
Механика и машиностроение
tween the turning angle of the front steering wheels and the articulated frame to ensure the movement of front steering
wheels and rear wheels along the same track, and provides regression equations. The dependence of motor grader turning radius on the front steering wheels turning angle is obtained empirically with regard to motor grader front and rear
wheels movement along the same track.
3 figures. 6 tables. 5 sources.
Key words: articulated motor grader; experimental researches; turning angles; regression equation.
Исследованиям систем управления автогрейдером (АГ) посвящен ряд работ [4, 5]. Однако до настоящего времени не решена проблема синхронизации
углов поворота передних управляемых колес и шарнирно-сочлененной рамы (ШСР) АГ, что существенно
повышает маневренность АГ при выполнении работ,
особенно в стесненных условиях. В связи с этим возникла необходимость проведения экспериментальных
исследований для выявления функциональных зависимостей между углами поворота передних управляемых колес и ШСР для обеспечения движения передних и задних колес по одной колее.
Для повышения маневренности автогрейдера с
шарнирно-сочлененной рамой и обеспечения движения передних и задних колес по одной колее необходимо синхронизировать изменение углов поворота
передних управляемых колес и ШСР. Для выявления
зависимости между этими углами был проведен эксперимент, целью которого являлось выявление соотношения между углом поворота передних управляемых колес и углом поворота ШСР для обеспечения
движения передних колес и задних балансирных тележек (БТ) по одной колее. При этом необходимо соблюдение минимального габаритного коридора (ГК),
равного ширине колеи. Для каждого радиуса поворота
( Rп ) АГ существует соответствие углов  и  , которое обеспечивает перемещение передних колес и
задних БТ по одной колее, где  – угол поворота передних управляемых колес, град.;  – угол поворота
ШСР, град.
Необходимое число измерений определяется по
критерию Стьюдента [1]:
N
ta2, n  S x2
2
2
S 
 ta2, n  x   ta2, n   2 ,
 
где   S x /  – ошибка эксперимента; ta , n – табличное значение критерия Стьюдента;  – доверительный интервал; S x – выборочная дисперсия.
При доверительной вероятности Р = 0,95 (уровень
значимости равен 0,05) и числе степеней свободы
n = N - 1 для определения доверительного интервала
с точностью S x /   1 число измерений составило
N ≥ 7.
При проведении эксперимента угол  варьировался от 2 до 20 с шагом 2 , т.е. принято N = 10. Угол
 замеряется не менее 5 раз.
Выдвинута гипотеза о том, что зависимость
  f   может быть линейной и принимать следующий вид:
  0  k ,
(1)
где  – факторный признак;  – результативный
признак. В табл. 1 планирования эксперимента приведены переменные фактора и отклика.
В табл. 2 приведены измерительные приборы, используемые в ходе проведения эксперимента.
Таблица 1
План эксперимента
 ,˚
1 ,˚
 2 ,˚
 3 ,˚
 4 ,˚
 5 ,˚
 6 ,˚

1
11
12
13
14
15
16
1
2
 21
 22
 23
 24
 25
 26
2
3
 31
32
 33
 34
 35
 36
3
4
 41
 42
 43
 44
 45
 46
4
5
 51
 52
 53
 54
 55
 56
5
6
61
62
63
64
65
66
6
7
71
72
73
74
75
76
7
8
 81
 82
 83
 84
 85
 86
8
9
 91
 92
 93
 94
 95
 96
9
10
101
102
103
104
105
106
10
ВЕСТНИК ИрГТУ №3 (86) 2014
,˚
51
Механика и машиностроение
Таблица 2
Измерительные приборы
Рабочий диапазон
Прибор
Угломер электронный ADA
AngleRuler
Рулетка
Точность измерения
0–999,9°
0,1°
0–200 м
0,01 м
Суть эксперимента заключается в следующем [5]:
– АГ совершал криволинейное движение по плоской опорной поверхности;
– варьирование угла  производилось в соответствии с планом эксперимента, приведенным выше;
– фиксировалась траектория движения АГ по отпечатку протекторов шин;
– угол  устанавливался таким образом, что передние управляемые колеса и задняя БТ АГ проходили по одной колее;
– центр поворота определялся в точке схождения
двух перпендикуляров к центрам хорд АВ и СD окруж-
ности траектории движения центра масс автогрейдера
(рис. 1);
– радиус Rn замерялся при помощи рулетки как
расстояние от центра поворота до траектории движения – ОО' (см. рис. 1).
В ходе эксперимента положение отвала в базе АГ
не менялось.
В табл. 3 приведены результаты измерения угла
 при заданном угле  , где 1 …  6 – соответствующие замеры угла  ;  – среднее значение угла  .
Рис. 1. Определение радиуса поворота автогрейдера
Таблица 3
Результаты измерения угла  при заданном угле  , град.
52

1
2
3
4
5
6

1
2
3
4
5
6
7
8
2
2,5
3,5
3
3,5
3
3
3,1
4
9
7,9
8,5
9
9,1
8,9
8,7
6
9
9,5
8,9
9
9
8,5
9,0
8
18
19,1
18,5
18
18,5
19
18,5
10
22,5
23
23
23,6
23,1
22,5
23,0
12
24
23,5
24
23,5
23,5
24
23,5
14
25
26,5
25,1
25,6
25,6
25
25,5
16
29
28
29,5
28,5
28,5
28,5
28,7
18
37
38
39,8
37
38
37
37,8
20
40
41,5
40,5
41
39,5
39,5
40,3
ВЕСТНИК ИрГТУ №3 (86) 2014
Механика и машиностроение
Для установления наличия связи   f   была
числа степеней свободы n=N–2=8 составил ta , n  1,86 .
произведена аналитическая группировка по факторному признаку. Группировка выполнялась при равных
интервалах и числе групп m = 4 [1]. Величина интервала
В данном эксперименте t  ta , n , коэффициент корре-
i
xmax  xmin
.
m
В результате i  4,5 .
В табл. 4 приведена группировка по факторному
признаку, где   – среднее в интервале; fj – число
единиц в соответствующих группах;   ij – сумма
ляции является существенным [1].
Чтобы определить возможность использования
линейной функции, необходимо было определить корреляционное отношение η и сравнить его с r. Если
 2  r 2  0,1 , то применение линейной функции считается возможным [1; 3]:

S2
,
S 2
(3)
i
откликов в соответствующих группах;  j – среднее
значение в каждой группе.
признака; S 2 – общая дисперсия результативного приТаблица 4
Групповая таблица
α, °
2–6,5
6,5–11
11–15,5
15,5–20
α',°

fj
4,25
8,75
13,25
17,75
ij
,°
i
3
2
2
3
20,8
41,5
49,2
106,8
N




.
j

Sr
(2)
1 r
2
N 2
.
Здесь t = 6,38; Sr =0,15.
Коэффициент Стьюдента для данной доверительной вероятности Р = 0,95; уровня значимости 0,05
0
(5)
Определяя по формулам (4) и (5) межгрупповую и
общую дисперсию результативного признака, получаем S2  125, 24 ; S2  136,13 .
Вычисляя по формуле (3) корреляционное отно125, 24
 0,96 – и сравнивая его с коэфшение:  
136,13
фициентом корреляции, получим 0,962  0,92  0,05 .
Так как
 2  r 2  0,1 , применение линейной
функции вида   0  k считается возможным.
Коэффициенты уравнения (1) определялись по
следующим формулам [4]:
0    k ;
N       
,
где Sr – среднеквадратическая ошибка коэффициента
корреляции при малом объеме выборки [1; 3], в свою
очередь рассчитываемая по формуле:
Sr 
(4)
N
k
t
i
2
i
2
Чем ближе коэффициент к 1, тем теснее связь.
Проведя вычисления по формуле (2), получаем r  0,9,
то есть прослеживается тесная корреляционная связь.
Оценка существенности линейного коэффициента
корреляции проведена с использованием критерия
Стьюдента [1]:
r
0
i
 
   
2
 



2

  
 
N
 
2
6,93
20,73
24,61
35,60
ления линейного коэффициента корреляции r [1; 3; 5]:
2




2
  

N

    f ;
S 
f
    .
S 
2
Корреляционная связь между столбцами данных

знака [1; 3], значения которых находятся по следующим соответствующим формулам:
 j , °°
 и  (см. табл. 3) была определена путем вычис-
r
где S2 – межгрупповая дисперсия результативного
N  2    
2
.
Отсюда 0 = -0,13; k = 1,99.
Подставив значения коэффициентов в формулу
(1), получим
(6)
  1,99  0,13 .
В качестве меры достоверности уравнения корреляционной зависимости использовано процентное
отношение среднеквадратической ошибки уравнения
Se к среднему уровню результативного признака  :
ВЕСТНИК ИрГТУ №3 (86) 2014
Se

100% ;
(7)
53
Механика и машиностроение
Se 
   
2
,
(8)
Ng
где g – число параметров уравнения регрессии.
Среднеквадратическая ошибка уравнения (8)
Se = 2,4. Вычисляя отношение по формуле (7), полуS
чим e 100%  11% .

Если это отношение не превышает 10–15%, можно считать, что уравнение регрессии достаточно хорошо отображает взаимосвязь  и  и может быть
использовано в практической работе [1].
С помощью программы Excel (приложение «Анализ данных») проведен регрессионный анализ для
оценки статистической значимости коэффициентов
уравнения (1). В соответствии с теорией обработки
экспериментальных данных, если значение t-критерия
для коэффициента уравнения превышает табличное
значение t-критерия для данной доверительной вероятности Р = 0,95 и числа степеней свободы n = 8, то
есть ti  ta , n , то коэффициент уравнения регрессии
является значимым, если ti  ta , n , то коэффициент не
значим и можно им пренебречь [1].
Для коэффициента k уравнения регрессии значение t-критерия tk = 15,09; 15,09 ≥ 1,86. Коэффициент k
значим.
Для коэффициента  0 уравнения регресси
t 0 = 0,08; 0,08 < 1,86. Коэффициент  0 не значим,
В табл. 6 приведены экспериментально полученные значения радиусов поворота АГ, соответствующие каждому значению угла поворота передних
управляемых колес и ШСР.
Таблица 5
Значения отклика фактора, вычисленные
по уравнению регрессии (9)

2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
3,86
7,85
11,85
15,84
19,83
23,82
27,82
31,81
35,80
39,80
Так как углу α соответствует определенный угол
 при данных условиях, то радиус поворота АГ RП, м,
будет зависеть только от угла α (рис. 3) [2].
Таблица 6
Экспериментальные значения радиуса поворота
автогрейдера, соответствующего углам  и 


RП
можно исключить его из уравнения регрессии, тогда
уравнение примет вид:
 = 1,99.
(9)
В табл. 5 представлены значения фактора (  ) и
отклика фактора (  ), вычисленные по уравнению
(16).
На рис. 2 представлена зависимость угла поворота ШСР от угла поворота передних управляемых колес. Точками показана экспериментальная зависимость, прямая показывает линейную регрессионную
зависимость.
β,˚
α
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
3
9
9
19
23
24
25
29
38
40
110
60
40,9
24,6
14,5
12,9
10,8
9,2
7,2
6,3
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
5
10
15
Рис. 2. Графическая зависимость   f  
54
ВЕСТНИК ИрГТУ №3 (86) 2014
20
α,˚
25
Механика и машиностроение
120
Rп΄, м
110
100
80
60
60
40,9
40
24,6
20
14,5
12,9
10,8
9,2
7,2
6,3
0
0
5
10
15
20
α,˚
25

Рис. 3. Графическая зависимость Rп  f  
Данная зависимость Rп , полученная экспериментальным путем, была аппроксимирована с помощью
программы Excel следующим линейным уравнением:
217,95
(10)
Rп 
 4, 499 .

2
Коэффициент детерминации R при этом равен
0,86, это свидетельствует о том, что уравнение (10)
достаточно точно описывает зависимость радиуса
поворота АГ Rп от угла поворота передних управляе-
ворота ШСР (  ) от угла поворота передних управляемых колес (  ), а также зависимость радиуса поворота АГ ( Rп ) от угла поворота передних управляемых
колес (  ) необходимы для создания системы синхронного управления углами управляемых передних
колес и ШСР и могут использоваться на практике. Результаты экспериментальных исследований АГ с ШСР
лягут в основу исследования математической модели
АГ с ШСР.
мых колес  [2].
Полученные регрессионные зависимости угла по-
Статья поступила 30.01.2014 г.
Библиографический список
1. Методы планирования и обработки результатов инженерском режиме // Омский научный вестник. 2006. № 7 (43).
ного эксперимента: конспект лекций / Н.А. Спирин, В.В. ЛавС. 107–109.
ров; под общ. ред. Н.А. Спирина. Екатеринбург: Изд-во
4. Щербаков В.С., Таланкин Д.С. Результаты исследований
УГТУ-УПИ, 2004. 257 с.
автогрейдеров на базе трактора ЗТМ-82 // Проблемы авто2. Портнова А.А. Зависимость между углами поворота пемобильных дорог России и Казахстана: мат-лы Междунар.
редних управляемых колес и шарнирно-сочлененной рамы
науч.-практ. конф., г. Омск: Изд-во СибАДИ, 2000. С. 96–97.
автогрейдера // Омский научный вестник. 2013. № 3 (123).
5. Щербаков В.С., Корытов М.С., Котькин С.В. ЭксперименС. 157–159.
тальные исследования рабочего процесса стрелового гид3. Щербаков В.С., Реброва И.А. Планирование траектории
равлического автокрана // Вестник СибАДИ. 2012. № 1 (24).
рабочего органа строительного манипулятора в автоматичеС. 72–76.
ВЕСТНИК ИрГТУ №3 (86) 2014
55
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа