Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Обоснование оптимальных траекторий при работе гидроманипуляторов лесотранспортных машин с пропорциональным управлением

Диссертация: Обоснование оптимальных траекторий при работе гидроманипуляторов лесотранспортных машин с пропорциональным управлением
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

В последние годы не только зарубежные, но и отечественные производители технологического оборудования лесозаготовительной техники стали оснащать манипуляторы пропорциональной системой управления. Подобная система управления имеет ряд преимуществ перед широко распространенной и более простой релейной: снижение пиковых нагрузок на пуско-тормозных режимах работы, сокращение времени рабочего цикла… Читать ещё >

Содержание

  • 1. ОБЩЕЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И
  • ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 1. 1. Основные технологии лесозаготовок
    • 1. 2. Анализ основных моделей манипуляторов
    • 1. 3. Особенности эксплуатационных нагрузок манипуляторов лесотранспортных машин
    • 1. 4. Краткий обзор работ, посвященных исследованию манипуляторов
    • 1. 5. Анализ влияния системы управления технологическим оборудованием на функционирование гидроманипулятора
    • 1. 6. Постановка задачи исследования
  • 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОМАНИПУЛЯТОРА СОРТИМЕНТОВОЗА С ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
    • 2. 1. Цель и задачи экспериментального исследования
    • 2. 2. Объект исследований
    • 2. 3. Условия проведения испытаний
    • 2. 4. Система измерения и контроля
    • 2. 5. Датчики и чувствительные элементы
    • 2. 6. Регистрирующая аппаратура
    • 2. 7. Тарировка датчиков и погрешности измерений
    • 2. 8. Порядок проведения эксперимента
    • 2. 9. Обработка экспериментальных данных
    • 2. 10. Результаты экспериментальных исследований
  • Выводы по главе
  • 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ГИДРОМАНИПУЛЯТОРА С ПСУ
    • 3. 1. Анализ характеристик траектории
    • 3. 2. Энергетический анализ
    • 3. 3. Анализ долговечности
  • Выводы по главе
  • 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ТРАЕКТОРИЙ РАБОТЫ ГИДРОМАНИПУЛЯТОРА С ПСУ
    • 4. 1. Постановка задачи оптимального управления
    • 4. 2. Определение оптимальной траектории методом динамического программирования
    • 4. 3. Определение компромиссной траектории методом условного центра масс
    • 4. 4. Определение оптимальной траектории методом стохастического динамического программирования
    • 4. 5. Анализ чувствительности оптимального решения
  • Выводы по главе

Обоснование оптимальных траекторий при работе гидроманипуляторов лесотранспортных машин с пропорциональным управлением (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В настоящее время основной целью научно-технического прогресса лесного хозяйства и лесной промышленности является разработка и внедрение прогрессивных технических и технологических решений, обеспечивающих максимальное повышение производительности труда и создание условий для рационального использования всей биомассы дерева при минимальном воздействии машин на лесную среду и оператора.

Господствующая на текущий момент в нашей стране система лесозаготовок, предусматривающая уменьшение числа операций в лесу и перенос обработки хлыстов на нижние склады будет все шире заменятся сортиментной технологией. Этот переход связан не столько с повышением производительности труда лесозаготовительных машин (ЛЗМ) сколько с повышением качества разработки лесосек и сохранностью оставляемых на ней деревьев. Решение этих задач немыслимо без создания новой высокоэффективной и надежной техники, которая отвечала бы всем современным требованиям. Наиболее полно им соответствуют системы машин манипуляторного типа, позволяющие полностью механизировать все операции по заготовке и перемещению деревьев, повысить производительность и улучшить условия работы оператора, снизить себестоимость продукции.

В настоящее время проблема надежности ЛЗМ все чаще выходит на первый план в области развития современной техники, созданной для работы в лесу. Это связано с интенсификацией рабочих процессов, повышением нагрузок, скоростей, давлений в гидроприводе, уменьшением веса и габаритов конструкций. Кроме того, высокие цены на новую закупаемую технику и темпы инфляции делают естественным стремление обеспечить максимальный срок службы эксплуатируемой техники.

Возникшая в последнее время устойчивая тенденция к удорожанию энергоносителей заставляет руководителей предприятий и владельцев лесозаготовительной техники серьезнее подходить к вопросу экономии топлива.

В последние годы не только зарубежные, но и отечественные производители технологического оборудования лесозаготовительной техники стали оснащать манипуляторы пропорциональной системой управления. Подобная система управления имеет ряд преимуществ перед широко распространенной и более простой релейной: снижение пиковых нагрузок на пуско-тормозных режимах работы, сокращение времени рабочего цикла за счет совмещения рабочих движений, а также возможность автоматизации большой части элементов рабочего цикла. Однако, особенности функционирования манипуляторов с пропорциональной системой управления изучены сравнительно мало.

Поэтому целью данной работы является повышение эффективности функционирования манипуляторного погрузочно-разгрузочного технологического оборудования лесных машин путем снижения энергоемкости рабочего цикла и увеличения среднего ресурса за счет улучшения характеристик траектории движения гидроманипулятора.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: определить характер динамической нагруженности гидроманипулятора лесотранспортной машины в реальных производственных условиях эксплуатацииразработать метод определения оптимальной траектории движения гидроманипулятора лесотранспортной машины с учетом тех преимуществ, которые предоставляет применение системы пропорционального управленияи определить влияние различных факторов на полученное оптимальное решение.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Общий объем работы 110 е., из них 105 с. машинописного текста, 40 рис., 10 табл., приложения — 5 е., список литературы 86 наименований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. На основании проведенного анализа состояния вопроса и общих тенденций развития гидроманипуляторного технологического оборудования ЛЗМ установлено, что применение систем пропорционального управления позволяет существенно повысить эффективность работы.

2. В ходе проведенного экспериментального исследования выявлено, что наиболее неблагоприятным режимом функционирования гидроманипулятора ЛТМ с пропорциональным управлением в реальных условиях эксплуатации является разгрузка бункера сортиментовоза.

3. Сравнительный анализ динамической нагруженности гидроманипулятора ЛТМ с пропорциональной системой управления и его аналогов с релейной системой управления показал, что максимальные напряжения в металлоконструкции во время работы снижаются на 10−12%, что благоприятно сказывается на долговечности.

4. Экспериментально-теоретический метод позволяет получить исходные данные для определения оптимальных характеристик траектории в виде переходных матриц динамических марковских цепей, что в сочетании с матрицами энергоемкости и напряжений позволило использовать метод стохастического динамического программирования.

5. Экспериментально-теоретический метод позволяет получить исходные данные для определения оптимальных характеристик траектории в виде переходных матриц динамических марковских цепей, что в сочетании с матрицами энергоемкости и напряжений позволило использовать метод стохастического динамического программирования.

6. В результате оптимизации траектории движения гидроманипулятора методом динамического программирования были получены два оптимальных решения: по потребляемой мощности и по среднему ресурсу. Для получения компромиссного решения использовался метод условного центра масс. С его помощью определялась оптимальная стратегия управления для каждого состояния манипулятора. При этом для цикла погрузки ожидаемый средний ресурс составил 7248 моточасов, средняя потребляемая мощность 19,1 кВт за цикл, для цикла разгрузки ожидаемый средний ресурс составил 6953 моточасов, средняя потребляемая мощность! 9,6 кВт за цикл.

7. Для повышения адекватности модели функционирования гидроманипулятора при оптимизации стратегии управления целесообразно применять метод стохастического динамического программирования. Сравнение результатов применения динамического и стохастического динамического программирования показывает, что учет случайных факторов позволяет получить уточненные данные по параметрам оптимальных траекторий, при этом средний ресурс возрастает на 1011%, а потребляемая мощность снижается на 8−9%.

8. В результате анализа чувствительности оптимальной стратегии управления к вариации исходных данных установлено, что наибольшее влияние на потребляемую мощность и средний ресурс оказывают вероятности переходов в начальных и конечных состояниях циклов.

9. Результаты оптимизации траектории движения гидроманипулятора могут служить основой для автоматизации управления технологическим оборудованием ЛТМ.

Показать весь текст

Список литературы

  1. В.А. Динамические нагрузки в лесосечных машинах, -Л.: ЛГУ, 1984.-152 с.
  2. В.А. Научные основы динамики рабочих процессов и прогнозирование нагруженности лесосечных машин с гидроманипуляторами. Автореф. дис.. док. техн. наук. Л.: ЛТА, 1983. — 34 с.
  3. В.А. Моделирование взаимодействия лесных машин с предметом труда и внешней средой. Учебное пособие. Л.: ЛТА, 1987.-84 с.
  4. В.А. Влияние психофизической деятельности оператора на динамическую нагруженность лесосечной машины. // Межвузовский сборник научных трудов. Л.: ЛТА, 1979. Вып. 8. с 13−17.
  5. В.И. Оптимизация производственных процессов на лесозаготовках. М.: Лесная промышленность, 1977. 232 с.
  6. В.Н. Надежность лесных машин и оборудования. Л.: ЛТА, 1991.-152 с.
  7. В.Н., Балихин В. В., Хрусталев Б. С. Оптимизация технологических процессов ремонта лесных машин. Л.: ЛТА, 1988. — 88 с.
  8. В.Н., Волков В. Ф., Иоффе А. Я. Анализ чувствительности оптимальных решений в марковских процессах с доходами // Теория чувствительности и ее применение. М.: Академия наук СССР, 1981. ВК-74. С. 33−41.
  9. В.Н., Иоффе А. Я. Эти замечательные цепи. М.: Знание, 1987.-167 с.
  10. В.Н., Герасимов Ю. Ю. Повышение качества и надежности манипуляторного технологического оборудования лесных машин при проектировании: В 2 т. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 1995. 255 с.1U3
  11. В.Н., Герасимов Ю. Ю. Принятие оптимальных решений: теория и применение в лесном комплексе. Изд-во университета Йоэнсуу, 1999. 200 с.
  12. Я.П. Повышение эффективности управления лесозаготовительными машинами для рубок ухода на этапе проектирования. Ав-тореф. дис.. канд. техн. наук. П.: ЛТА, 1998. — 16 с.
  13. Ю.Г. Проектирование специальных лесных машин. Л.: ЛТА, 1976.-80 с.
  14. A.M. Электрогидравлические сервомеханизмы с широтно-импульсным управлением. М., Машиностроение, 1972. 144 с.
  15. М., Шатти К. Нелинейное программирование. Теория и алгоритм: Пер. с англ. М.: Мир, 1982. — 583 с.
  16. А., Рид Т. Элементы теории марковских процессов и их приложения. Пер. с англ. М.: Наука, 1969. -436 с.
  17. И.В., Бублик Б. Н., Зинько П. Н. Методы и алгоритмы решения задач оптимизации. Киев: Вышейна школа, 1983. — 512 с.
  18. Р., Калаба Р. Динамическое программирование и современная теория управления. М.: Наука, 1969. 120 с.
  19. В.В. Статистические методы в строительной механике. М.: Стройиздат, 1965. 279 с.
  20. В.Г. Математические методы оптимального управления. М.: Наука, 1969. 352 с.
  21. В.И., Семенов Л. Н. Надежность подъемно-транспортных машин: Учебное пособие. Л., Машиностроение, 1986. — 183 с.
  22. В.И. Моделирование технологических процессов лесохо-зяйственных машин: Учебное пособие. Л.: ЛТА, 1992. 173 с.
  23. Е.С. Исследование операций. М.: Советское радио, 1972. 550 с.
  24. Венцель Е С. Элементы динамического программирования. М.: Наука, 1964. 176 с.
  25. Г. К. Лесосечные работы. М., Лесная промышленность, 1981 -272 с.
  26. Гамынин Н С. Гидравлический привод систем управления. М., Машиностроение, 1972. — 376 с.
  27. Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация: Пер. с англ. М.: Мир, 1985. — 509 с.
  28. Ю.Ю. Повышение усталостной долговечности металлоконструкции гидроманипулятора лесной машины при учете качества сварки. Автореф. дис.. канд. техн. наук. Л.: ЛТА, 1990. — 16 с.
  29. Ю.Ю., Кильпеляйнен С А., Костюкевич В. М., Сюнев B.C. Манипуляторные системы лесных машин: Проектирование и расчет. Петрозаводск- Йоэнсуу, 1994. 95 с.
  30. Ю.Ю., Сюнев B.C. Лесосечные машины для рубок ухода: Компьютерная система принятия решений. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 1998. 236 с.
  31. Н.Р., Федоров В В. Несплошные рубки леса. М., Лесная промышленность, 1981 -272 с.
  32. .В., Беляев Ю. К. Математические методы в теории надежности. М.: Машиностроение, 1977. — 232 с.
  33. В.П. Вибронагруженность машиниста лесосечной машины с манипулятором в процессе формирования пачки деревьев (хлыстов) и пути ее снижения: Автореф. на соиск. учен. степ, к.т.н. Л.: ЛТА. 1983.- 18 с.
  34. Ю.А. и др. Аппаратура объемных гидроприводов: Рабочие процессы и характеристики. М.: Машиностроение, 1990. 272 с.
  35. С.П. Оптимизация по быстродействию траектории переноса груза манипулятором в раскряжевочной установке. // Известия вузов. Лесной журнал. № 4, 1988. С. 48 53.
  36. Г. В. Надежность автоматизированных систем. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Энергия, 1977. 536 с.
  37. A.B. Проектирование лесопромышленного оборудования. -Минск: Высшая школа. 1990. 312 с.
  38. И.Л., Войтенко М. А. Динамическое программирование в примерах и задачах. М.: Высшая школа, 1979. 125 с.
  39. К., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем. Пер. с англ. М.: Мир. 1980. 604 с. i UO
  40. Г. В. Повышение эффективности гидроманипуляторов по металлоемкости и быстродействию. Автореф. дис.. канд. техн. наук. С-Пб.: ЛТА, 1994. — 18 с.
  41. Дж., Снелл Дж. Конечные цепи Маркова. Пер. с англ. М.: Наука, 1970.-395 с.
  42. А.П., Перельмутер Ю. Н. О соотношении угловых скоростей звеньев манипулятора ВТМ при автоматизированном управлении траекторией. // Машинизация лесосечных работ. Химки: 1983. С. 60−63.
  43. А.Ф., Цветков Э. И. Спектральный и корреляционный анализ нестационарных случайных процессов. М.: Стандарты. 1970. — 101 с.
  44. В.Г., Бит Ю.А., Меньшиков В. Н. Технология и машины лесосечных работ. М.: Лесная промышленность, 1990. 391 с.
  45. B.C. Статистическая оптимизация манипуляторов лесозаготовительных машин по критерию металлоемкости. Автореф. дис.. канд. техн. наук. Л.: ЛТА, 1982. — 16 с.
  46. B.C., Лакота H.A. Динамика систем управления манипуляторами. М., Энергия, 1971, -304 с.
  47. В.Ф. Лесозаготовительные машины манипуляторного типа. М.: Лесная промышленность, 1981. -248 с.
  48. В.П. Повышение эффективности лесосечных машин с манипуляторами совершенствованием гидроприводов. Химки: ЦНИИМЭ, 1986.-20 с.
  49. B.C. Испытания тракторов. М.: Машиностроение, 1990. -272 с.
  50. Н.И. Объемный гидропривод машин лесной промышленности. М.: Лесная промышленность. 1986. 296 с.
  51. A.M., Макаревич Л. М. Методика оптимизации системы управления и работы оператора мобильных машин. // Тракторы и сельхозмашины, 1984, № 9. С. 7−10.
  52. Дж. Введение в теорию оптимального управления: Пер. с англ. М., Издательство «Наука», 1968. 192 с.
  53. А.Я., Розенман Е. А. Оптимальное управление. М., Энергия, 1970. 360 с.
  54. Ю.Н. Оценка вероятности безотказной работы гидроманипуляторов лесозаготовительных машин на этапе опытно-конструкторских работ. Автореф. дис.. канд. техн. наук. Л.: ЛТА, 1988.-16 с.
  55. A.C. Оценка напряженно-деформированного состояния металлоконструкции манипулятора лесотранспортной машины с применением метода конечных элементов. Автореф. дис.. канд. техн. наук. Л.: ЛТА, 1988. — 16 с.
  56. Мажид К, И., Оптимальное проектирование конструкций: Пер. с англ. М., Высшая школа, 1979. 237 с.
  57. Мак-Кинси Дж. Введение в теорию игр: Пер. с англ. М., Физмат-гиз, 1960. 452 с.
  58. Л.П. Повышение технико-экономических показателей валочно-пакетирующих машин за счет более эффективного использования мощности силовых установок в технологическом цикле. Автореф. дис.. канд. техн. наук. Химки: ЦНИИМЭ, 1985. — 20 с.
  59. А.К. Техника статистических вычислений. М.: Наука, 1971. 415 с.
  60. Д.В., Ильюшкин С. Н. Механизация лесозаготовок за рубежом. М.: Лесная промышленность. 1988. 296 с.
  61. П.Э. Разработка имитационной модели системы управления гидроманипуляторами лесных машин. // Машины и оборудование для механизации лесозаготовок и лесного хозяйства: Межвуз. сб. науч. тр. Л.: ЛТА, 1986. С. 87 92.
  62. А.Н. Повышение эффективности работы технологического оборудования лесной машины путем применения системы пропорционального управления. Автореф. дис.. канд. техн. наук. С-Пб.: ЛТА, 1993.-16 с.
  63. С.Ф. и др. Расчет и проектирование специальных лесных машин. Лекции. Л.: ЛТА, 1973. — 150 с.
  64. Л.С. и др. Математическая теория оптимальных процессов. М.: Наука, 1983. 583 с.
  65. A.C. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1990. -591 с.
  66. А.П. Повышение надежности и снижение металлоемкости гидроманипуляторов лесозаготовительных машин. Автореф. дис.. канд. техн. наук. С-Пб: ЛТА, 1992. — 19 с.
  67. В.Н. Повышение эффективности приводов с дроссельным регулированием. М.: Машиностроение, 1993. 320 с.
  68. Разработка автоматизированного гидроманипулятора для лесных машин ОТЗ: Отчет НИР / ЛТА- Руководитель К. Н Баринов. Л.: 1982. -143 с.
  69. Разработка методов оптимального проектирования типовых манипуляторов лесозаготовительных машин: Отчет НИР / ЛТА- Руководитель В. Н. Андреев. Л.: 1982. 89 с.
  70. Разработка методов оптимального проектирования типовых манипуляторов лесозаготовительных машин: Отчет НИР / ЛТА- Руководитель В. Н. Андреев. Л.: 1983. 97 с.
  71. Г. А. Исследование кинематики и динамики навесных шарнирно-сочлененных устройств (манипуляторов) для погрузки иluyштабелевки лесоматериалов: Автореф. на соиск. учен. степ, к.т.н. -М.: МЛТИ. 1970.-20 с.
  72. А.К. Основы моделирования и оптимизации процессов лесозаготовок. М.: Лесная промышленность, 1988. 256 с.
  73. В. К. Усов A.A. Станочные гидроприводы: Справочник. М., Машиностроение, 1988. 512 с
  74. Сырицын ТА Надежность гидро- и пневмопривода. М. Машиностроение, 1990. — 248 с.
  75. B.C. Динамические нагрузки опорных элементов лесных подборочно-транспортных машин и их снижение. Автореф. дис.. канд. техн. наук. Л.: ЛТА, 1984. — 19 с.
  76. Д.М., Гедз Н. И. Применение тензометрии в лесной промышленности. М.: Лесная промышленность, 1965. — 86с.
  77. X. Введение в исследование операций: Пер. с англ. М.: Мир, 1985.-654 с.
  78. A.B. Методика и аппаратура для исследования гидроманипулятора с пропорциональным управлением. Межвуз. сб. науч. тр., С-Пб., ЛТА, 1999. с. 97−100.
  79. Д. Оптимальное управление: Пер. с англ. М., Мир, 1981. 272 с.
  80. М., Мак-КормикЖ. Нелинейное программирование. Методы последовательной безусловной оптимизации. Пер. с англ. М.: Мир, 1972.-526 с.
  81. Д. Прикладное нелинейное программирование: Пер. с англ. М.: Мир, 1975. — 534 с.
  82. В.Н. Выбор режимов ускоренных испытаний технологического оборудования трелевочного трактора с манипулятором. Автореф. дис.. канд. техн. наук. Л.: ЛТА, 1980. — 20 с.110
  83. Ю.В., Горюнов А. К., Ярцев И. В. Лесоэксплуатация и транспорт леса. М.: Лесная промышленность, 1989. 520 с.
  84. Д.Б. Задачи и методы стохастического программирования. М.: Советское радио, 1979. 392 с.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!