Материал: 1643

Для равномерного погружения винтовой сваи в грунт найдена зависимость между угловыми скоростями гидроприводов вращения – ωМ1 и подачи сваи – ωМ2:

где HЛ – шаг лопасти винтовой сваи; iМП1 – передаточное отношение привода механизма погружения для контура вращения сваи; iМП2 – передаточное отношение привода механизма погружения для контура подачи сваи.

Моменты сил сопротивления, приложенные к гидромоторам вращения и подачи сваи ММ1 и ММ2, будут определяться из следующих зависимостей:

где FБ – сила натяжения троса. Математическая модель двигателя

внутреннего сгорания (ДВС) совместно с регулятором, представленная известными зависимостями, позволяющая моделировать его динамику с учетом изменяющегося момента силы сопротивления на валу двигателя, является подсистемой математической модели процесса погружения винтовой сваи.

Уравнения движения подсистемы двигатель – всережимный регулятор:

где JД – приведенный момент инерции вала ДВС и связанных с ним агрегатов; МД – активный момент силы на валу двигателя; MC – суммарный момент приложенных к валу ДВС сил сопротивлений; ωД – угловая скорость вала двигателя; МД(MIN)(ωД) – момент силы двигателя при минимальной подаче топлива q0, соответствующей холостому ходу; kД – коэффициент

6

подачи; MZ – приращение момента силы при максимальной подаче топлива; z – перемещение муфты регулятора, отсчитываемое от положения максимальной подачи топлива; νТР – коэффициент вязкого трения вала регулятора; A(z) –поддерживающая сила; m – приведенная к муфте масса всех подвижных частей регулятора; FH –сила предварительного сжатия пружины, приведенная к муфте; СПР.Р – приведенная жесткость пружины регулятора.

На рисунке 3 представлена структурная схема математической модели ДВС, описывающая динамические свойства двигателя, оснащенного серийным всережимным регулятором угловой скорости типа РВ.

Рисунок 3 – Структурная схема математической модели двигателя внутреннего сгорания совместно с регулятором

Основные элементы, используемые в гидроприводах вращения и подачи сваи, в настоящее время достаточно хорошо изучены и математически описаны.

Математическая модель гидронасоса регулируемой подачи, структур-

где QH1 – подача насоса; qHM1 – максимальный рабочий объем насоса; qH1 – текущий рабочий объем насоса; eH1 – параметр регулирования; ωH1 – угловая скорость вала насоса; MH1 – момент силы сопротивления на валу гидронасоса; PА, PH1 – давления соответственно на входе и выходе из насоса (PА принимается равным атмосферному давлению); ηOH1, ηMH1 – КПД насоса соответственно объемный и механический.

7

Параметр регулирования eH1 представлен функцией угла наклона

где γшн_max1 – максимальный угол наклона шайбы гидронасоса.

Процесс перемещения шайбы гидронасоса с пропорциональным сле-

где KEK1 и I01 – коэффициент передачи и ток электромагнитного клапана; IEK1 – сила тока управляющего сигнала; Тшн1 – постоянная времени сервопривода.

Рисунок 4 – Структурная схема математической модели гидронасоса регулируемой подачи

где QМН1, QМС1 – расходы гидромотора; qМ1 –рабочий объем гидромотора; ωМ1 – угловая скорость вала гидромотора; JМ1 – момент инерции вращающихся масс, приведенный к валу гидромотора; MМ1 – крутящий момент силы на валу гидромотора; PMH1, PMC1 – давления соответственно на входе и выходе гидромотора; ηOМ1, ηMМ1 – КПД гидромотора соответственно объемный и механический.

Блок управления на основании показаний датчиков выдает управляющие сигналы IЕК1, IЕК2 на исполнительный гидропривод, обеспечивая оптимальную загрузку ДВС машины и синхронизацию вращательного и поступательного движения сваи.

Блок-схема алгоритма управления погружением винтовой сваи состоит из 2-х параллельных процессов и представлена на рисунке 5.

8

Рисунок 5 – Блок-схема алгоритма управления погружением винтовой сваи

Для первого контура управления сигнал рассогласования активного момента на валу ДВС MД будет:

где MД_ИЗМ – измеренное значения момента силы на валу ДВС; MД_ЗАД – заданное оптимальное значение момента силы на валу ДВС.

Выходной управляющий сигнал IEK1 формируется в зависимости от

где ω2_ЗАД и ω2_ИЗМ – заданное и измеренное значение угловой скорости гидропривода подачи сваи.

Значение ωМ2_ЗАД определяется по формуле (4):

9

На основании вышеописанного в среде MATLAB-Simulink была составлена структурная схема математической модели блока управления погружением винтовой сваи (рисунок 6). Данная схема содержит блок остановки процесса моделирования при достижении сваей заданной глубины:

Рисунок 6 – Структурная схема математической модели блока управления погружением винтовой сваи

Методом композиции в среде MATLAB-Simulink была построена блок-схема математической модели процесса погружения винтовой сваи (рисунок 7).

10