V rámci cieleného výskumu v oblasti mobilných pracovných strojov možno verifikované matematické modely využiť na návrh doplnkových systémov zlepšujúcich cieľové parametre mobilného pracovného stroja. V rámci konkrétnych výskumných úloh bol analyzovaný aj pohon nakladača pri jednoduchom pracovnom cykle za cieľom verifikovania jeho matematického modelu, ktorý následne možno využiť pre optimalizáciu [2, 3].
Tvorbu matematického modelu možno rozdeliť podľa postupu kreovania do troch základných fáz. Tvorba samotného matematického modelu (definovanie rovníc) a stanovenie meracích miest v hydraulickom systéme pracovného stroja, uskutočnenie merania a verifikácia matematického modelu s nameranými údajmi. Takto vytvorený matematický model pohonu pracovného stroja možno využiť pre optimalizáciu požadovaných veličín. Jednotlivé fázy tvorby modelu sú značne komplikované, v príspevku je popísaná len metodika merania parametrov.
Stanovenie meracích miest pri meraní parametrov nakladača je obyčajne ovplyvnené dostupnosťou servisných meracích bodov v hydraulike stroja, ktoré sú predovšetkým využívané pri analyzovaní porúch, respektíve pri servisnej kontrole. Meracie miesto v hydraulickom systéme pohonu pracovného zariadenia vhodné pre verifikáciu bolo v konkrétnom prípade dostupné pred rozvádzačom ovládania zdvihu výložníka a preklápania nástroja. Meranie tlaku vo zvolenej časti hydraulického obvodu je treba realizovať snímačmi tlaku (Obr. 1) s dostatočným rozsahom, z dôvodu možných tlakových špičiek ktoré môžu nastať v hydraulickom systéme krátkodobo počas pracovného cyklu, respektíve pri neštandardných pracovných úkonoch, alebo pri rôznych špecifických situáciách. Z tohto dôvodu bol rozsah snímača tlaku zvolený v rozsahu 0 až 60 MPa. Tento meraný parameter možno lokálne chápať ako vstup (zdroj energie) pre pohon pracovného zariadenia.
Účinkom tlaku v príslušnej vetve hydraulického obvodu nastáva zmena polohy pracovného zariadenia. Z tohto pohľadu treba priebeh tlaku vnímať ako vstupnú veličinu a pohyb pracovného zariadenia ako odozvu na tento vstup. Teda vo všeobecnosti je potrebné vhodným spôsobom merať odozvu pracovného zariadenia, to znamená význačné pohyby. Takýmito môžu byť poloha a uhol naklopenia nástroja avšak z dôvodu realizovania merania a rôznych vplyvov kinematiky na tieto parametre je výhodnejšie merať priebeh zdvihu hydromotorov, pričom prípadné analyzovanie pohybov nástroja je potrebné riešiť simulačne (pracovné zariadenie z kinematického hľadiska možno analyzovať ako rovinnú úlohu) na základe známych priebehov. Zdvih hydromotorov je možné merať pomocou snímačov polohy s odpovedajúcim zdvihom (lineárne potenciometre) upevnených na telese hydromotora. Vzhľadom na priestorové možnosti bolo v konkrétnom prípade uchytenie snímačov realizované pomocou zverných objímok (Obr. 2).
Meracia aparatúra je napájaná z elektrického okruhu stroja. Pre verifikáciu je potrebné definovať vhodný pracovný cyklus, ktorý zaručí vplyv vstupných parametrov na merané priebehy. Vzhľadom na komplikovanosť matematického modelu a jeho simulácie je potrebné vytvoriť čo najjednoduchší cyklus. Pre riešenú úlohu bol zvolený cyklus naberania, zdvíhania a vysýpania materiálu z lopaty, ktorý zahŕňa pohyby hydromotorov zdvíhania a aj preklápania.
Na Obr. 3 sú znázornené priebehy zdvihov hydromotorov a tlaku v príslušnej vetve hydraulického okruhu nakladača pri uvedenom pracovnom cykle. Z grafu pre priebeh tlaku je vidieť značné zašumenie signálu, ktoré môže byť spôsobené vibráciami ktoré sa prenášali na snímač počas merania. Rušivé vplyvy od napájania z elektrického okruhu stroja nie sú badateľné vzhľadom na to, že signál zo snímačov dĺžok neobsahuje tento šum. Takýto signál tlaku je menej výhodne použiteľný pre identifikáciu, preto je potrebné z neho tento vysokofrekvenčný šum odfiltrovať. Nastavenie dolno-priepustného filtra nesmie ovplyvniť charakter priebehu meraných veličín (Obr. 4).
Pre ilustráciu ďalšieho bodu verifikácie matematického modelu mobilného pracovného stroja možno zobraziť porovnanie medzi simulovaným a nameraným priebehom zdvihu hydromotora priklápania lopaty. Pri verifikácií modelu boli najskôr definované parametre, ktorých hodnoty bolo možné presne určiť z dostupných materiálov ku skúmanému nakladaču. Následne bola urobená citlivostná analýza neznámych parametrov, pomocou ktorej sa stanovili tie parametre pre optimalizáciu, ktoré najviac vplývali na sledované priebehy. Pomocou iteračných optimalizačných metód boli nájdené ideálne hodnoty parametrov, ktoré na podstatnom úseku vykazovali dobrú zhodu medzi meraným a simulovaným priebehom. Bližší opis metodiky verifikácie uvedenej konkrétnej verifikácie je vzhľadom na počet premenných a rozsah nemožný. Uvedené poznatky možno ilustrovať porovnaním priebehov na Obr. 5. V prvej fáze priklápania nástroja možno považovať zhodu medzi meraným a simulovaným priebehom za dobrú pričom v ďalšej fáze dochádza k výraznej odchýlke pravdepodobne spôsobenej numerickou chybou matematického modelu.
Uvedenú metodiku možno aplikovať pomocou schémy (Obr. 6) aj na analyzovanie iných druhov pracovných zariadení, napr. pri analýze silových pomerov vo vybraných konštrukčných uzloch, pri skúmaní pohonu otočnej nadstavby rýpadla a ďalších problémov v oblasti vývoja konštrukcií mobilných pracovných strojov [2, 4, 5]. Schéma nájdete v na www.stavebni-technika.cz
Literatúra
[1] MAZURKIEVIČ, I. – GULAN, L. – IZRAEL, G. – GLATZ, M.: Mobilné pracovné stroje, Zemné stroje. Slovenská technická univerzita, Nakladateľstvo STU, 2014, ISBN 978-80-227-4190-3
[2] GLATZ, M. – MAZURKIEVIČ, I. – GULAN, L. – MOŤOVSKÝ, M.: Príspevok k metodike optimalizácie pohonu otoče rýpadiel. Magazín stavebné stroje a mechanizácia 2013, ISSN 1336-958X
[3] IZRAEL, G. – BUKOVECZKY, J. – GULAN, L. Neštandardné prevádzkové zaťaženia a ich vplyv na životnosť vybraných modulov mobilných pracovných strojov. Sborník přednášek 37. mezinárodníkonferencekatederdopravních, manipulačních, stavebních a zemědělskýchstrojů, Vysoké učení technické v Brně, 2011, ISBN 978-80-214-4323-5
[4] IZRAEL, G – BUKOVECZKY, J. – GULAN, L. – SCHMIDTOVÁ, C. Uplatnenie znalostného systému v procese komplexného návrhu mobilného pracovného stroja. 38. mezinárodní konference katader – dopravních, manipulačních, stavebních a zemědělských strojů, Západočeská univerzita v Plzni, 2012, ISBN 978-80-261-0141-3. - S. 39-42
[5] GULAN, L., – BUKOVECZKY, J. – IZRAEL, G.: Zapojenie virtuálnych elektronických prostriedkov znalostného systému na vytváranie modulárnej štruktúry konštrukcie mobilných pracovných strojov. Úžitkový vzor č. 6357, Úrad priemyselného vlastníctva SR, 2012.
