Совершенствование автоматического управления тяговыми режимами землеройно-транспортных машин при выполнении технологических операций

<jats:p>Тяговый режим гусеничной землеройно-транспортной машины складывается на пересечении трёх ограничений: сцепных возможностей движителя, располагаемой мощности силовой установки и переменного сопротивления рабочего органа, нарастающего по мере набора призмы волочения. Нормативная база фиксирует предельные значения буксования при тяговых испытаниях, однако эксплуатационные системы автоматического управления строятся на критериях, с этими значениями не согласованных, из-за чего расчётный оптимум рабочего цикла и нормативная граница расходятся. Цель работы – количественно оценить эффект перехода от одноконтурного регулирования заглубления отвала по буксованию к двухконтурному управлению, объединяющему регулирование заглубления с непрерывным изменением передаточного отношения гидростатической трансмиссии по загрузке двигателя. Расчёт выполнен на авторской модели гусеничного бульдозера тягового класса 15 эксплуатационной массой 27,4 т; сцепление движителя с грунтом описано экспоненциальной зависимостью коэффициента сцепления от буксования, рабочий цикл воспроизведён численным интегрированием с шагом 0,02 с для трёх грунтовых условий и трёх дальностей перемещения. Двухконтурное управление повышает техническую производительность на суглинке лёгком на 18,9%, на глине мягкопластичной на 10,0%, на суглинке тяжёлом на 6,6% при снижении удельного расхода топлива на 8,1; 3,7 и 0,3% соответственно, а коэффициент использования номинальной мощности двигателя поднимается с 0,807-0,874 до 0,954-0,956. Разложение прироста методом цепных подстановок отнесло 45,0% эффекта к сокращению времени перемещения призмы, 31,5% – к сокращению времени резания, 23,5% – к обратному ходу. Чувствительность результата к запаздыванию контура заглубления на однородном грунте в диапазоне 0,10-0,80 с не превысила 1,2 процентного пункта, однако при смене грунтовых условий внутри прохода время выхода из зоны предельного буксования различается в шесть раз. Определяющим параметром тягового режима выступает уставка буксования, а не быстродействие исполнительного механизма: расчётный оптимум цикла лежит выше нормативно допустимой границы, и достижимая производительность упирается в требования к сохранности движителя и грунтового основания.</jats:p> <jats:p>The tractive mode of a tracked earthmoving and haulage machine is shaped at the intersection of three constraints: the adhesion capacity of the undercarriage, the available power of the engine and the variable resistance of the working equipment, which grows as the blade load accumulates. Regulatory documents fix limiting slip values for drawbar testing, whereas in-service automatic control systems are built upon criteria that are not aligned with these values, so that the computed optimum of the duty cycle and the regulatory boundary diverge. The purpose of the work is to quantify the effect of the transition from single-loop control of blade depth by slip to two-loop control that combines blade depth regulation with continuous variation of the hydrostatic transmission ratio according to engine load. The calculation was carried out on the author's model of a tracked bulldozer of tractive class 15 with an operating mass of 27,4 t; the interaction of the undercarriage with the soil was described by an exponential dependence of the adhesion coefficient on slip, and the duty cycle was reproduced by numerical integration with a step of 0,02 s for three soil conditions and three haulage distances. Two-loop control raises technical productivity by 18,9% on light loam, by 10.0% on soft plastic clay and by 6.6% on heavy loam, while specific fuel consumption decreases by 8,1, 3,7 and 0,3% respectively, and the utilisation factor of rated engine power rises from 0.807-0.874 to 0.954-0.956. Decomposition of the gain by the method of chain substitutions attributed 45,0% of the effect to the reduction of haulage time, 31,5% to the reduction of cutting time and 23,5% to the return run. Sensitivity of the result to the lag of the blade depth loop on homogeneous soil within the range 0,10-0,80 s did not exceed 1,2 percentage points, yet when soil conditions change within a single pass the time required to leave the zone of limiting slip differs sixfold. The governing parameter of the tractive mode is the slip setpoint rather than the speed of the actuator: the computed optimum of the cycle lies above the permissible regulatory boundary, and attainable productivity is limited by the requirements of undercarriage and subgrade preservation.</jats:p>