Разработка автоматизированной системы адаптивного управления рабочим оборудованием одноковшового гидравлического экскаватора

Аннотация

Управление рабочим оборудованием одноковшового гидравлического экскаватора остаётся ручным: задание скоростей гидроцилиндров стрелы, рукояти и ковша формирует машинист, реагирующий на изменение сопротивления грунта с запаздыванием порядка секунды. Системы автоматизации, доступные на российском рынке, решают геодезическую задачу выведения режущей кромки на проектную отметку и не воздействуют на распределение потока рабочей жидкости при смене категории разрабатываемого грунта. Цель работы – построение и расчётная проверка структуры автоматизированной системы, которая перенастраивает задание скорости рукояти по текущей оценке удельного сопротивления копанию. Расчёт выполнен на авторской модели машины 4-й размерной группы по ГОСТ 30067-93 с эксплуатационной массой 23 т, ковшом вместимостью 1,0 м³ и номинальным давлением в гидросистеме 34 МПа; оценка сопротивления копанию получена рекуррентным методом наименьших квадратов с забыванием при периоде дискретизации 20 мс; режимы сопоставлены имитационным моделированием на 10 000 реализаций забоя. Установившаяся относительная погрешность оценки удельного сопротивления копанию составила 4,3% для грунтов I-II категорий и 6,8% для III-IV категорий при задержке отработки 0,34 с. Переход от базового управления к адаптивному увеличивает техническую производительность на грунтах IV категории со 110,0 до 135,3 м³/ч и снижает удельную энергоёмкость разработки с 0,984 до 0,734 кВт·ч/м³; на грунтах I категории прирост производительности не превышает 2,6%. Средневзвешенный по смешанному забою прирост производительности достиг 10,5% при снижении энергоёмкости на 19,3%. Зависимость эффекта от показателя степени в законе адаптации немонотонна, оптимум лежит вблизи значения 0,72. Выигрыш адаптивного контура сосредоточен в области тяжёлых грунтов и порождается устранением сбросов через предохранительный клапан, а не ускорением холостых участков цикла, что переносит центр тяжести проектирования системы управления с кинематики траектории на идентификацию силового взаимодействия ковша с грунтом.