Модель неуправляемого сдвига на примере строительно-дорожной техники

Введение. Наличие внешних сил на рабочих орудиях тракторных агрегатов и строительно-дорожных машин часто приводит к неуправляемому отклонению от заданной траектории. Такое движение можно представить как сумму управляемого движения и неуправляемого смещения (сдвига). В настоящее время неуправляемое движение мало изучено в силу отсутствия адекватных моделей сдвига (страгивания). Целью является построение модели неуправляемого сдвига под действием внешней силы, позволяющей определить максимальное значение сдвигающей силы в зависимости от ее направления.
Материалы и методы. Математическая модель предельного равновесия была построена на примере бульдозерного агрегата, работающего с перекосом отвала. Входящие в нее силовые факторы взаимодействия движителя с грунтом сформированы на основе математической теории трения. Модель была усовершенствована путем введения различных коэффициентов сцепления в продольном и поперечном направлениях, что позволило учесть анизотропию взаимодействия гусеничного движителя с грунтом.
Результаты. В результате численного эксперимента построен годограф предельной сдвигающей силы. Его анализ показал, что сдвигающая сила равна пределу сцепления в единственном случае поступательного сдвига. Во всех остальных случаях (при мгновенно вращательном сдвиге) значение предельной сдвигающей силы значительно меньше предела сцепления. Учет анизотропных свойств дополнительно снижает значение предельной сдвигающей силы.
Заключение. Годограф позволяет рассчитать значение предельной поперечной силы и оценить возможность неконтролируемого отклонения машины от заданной траектории. Полученная модель впоследствии может быть использована при разработке системы управления работой беспилотной машины с учетом внешнего воздействия со стороны рабочих орудий.

1. Мерданов Ш.М., Закирзаков Г.Г., Конев В.В., Половников Е.В., Красиков А.А. Определение показателей эксплуатационных свойств современных строительно-дорожных машин // Фундаментальные исследования. 2016. № 12-2. С. 312–317.

2. Kozbagarov R.A., Таran M.V., Zhussupov K.A., Kanazhanov A.E., Kamzanov N.S., Kochetkov A.V. Increasing the efficiency of motor graders work on the basis of working elements perfection. News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan, Series of Geology and Technical Sciences. 2021. vol. 1(445), pp. 98-105. doi:10.32014/2021.2518-170X.14

3. Shevchenko V., Chaplyhina O., Pimonov I., Reznikov O., Ponikarovska S. Mathematical model of a motor-grader movement in the process of performing working operations // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. vol. 985(1). no. 012009. doi:10.1088/1757-899X/985/1/012009

4. Баловнев В.И., Данилов Р.Г. Снегопогрузчики // Строительные и дорожные машины. 2020. № 1. С. 3–9.

5. Zonta T., Selvanathan J., Patel J., Wilson K. Kaura H., Berry C, Tayefeh M., Barari A. Autonomous snowblower utilizing internet of things for minimal power consumption. In 14th IEEE International Conference on Industry Applications (INDUSCON 2021 – Proceedings). 2021. pp. 686-69. doi:10.1109/INDUSCON51756.2021.9529823

6. Савельев А.Г., Михайловская В.А. Максимально возможные нагрузки, действующие на отвал бульдозера при принятых расчетных положениях // Техника и технология транспорта. 2019. № 5(13). 41 с.

7. Kaukarov A., Kokodeeva N., Kochetkov A., Yankovsky L., Chelpano I. Capture of Large Objects by the Earthmoving Machine’s Implement During Operation on Motor and Toting Roads. Advances in Intelligent Systems and Computing. 2020. vol. 1116 AISC, pp. 285-295. doi:10.1007/978-3-030-37919-3_28

8. Du J., Zhou H., Jin X. Vehicle motion simulation method in urban traffic scene. Lecture notes in computer science (including subseries lecture notes in artificial intelligence and lecture notes in bioinformatics). 2020. vol. 12341 LNCS, pp. 312-321. doi:10.1007/978-3-030-60816-3_34

9. Kotiev G., Padalkin B., Miroshnichenko A., Stadukhin A., Kositsyn B. A Theoretical study on the high-speed electric tracked vehicle mobility. IOP Conference series: Materials science and engineering. 2019. vol. 820(1). no. 012012. doi:10.1088/1757-899X/820/1/012012

10. Keller A., Aliukov S., Anchukov V. Studies of stability and control of movement of multipurpose vehicle. Lecture notes in engineering and computer science. 2017. vol. 2230, pp. 815-820.

11. Игнатов С.Д., Портнова А.А. Способы решения проблемы управляемости дорожных машин // Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации: материалы Международного конгресса СибАДИ. 2013. С. 51–57. 12. Ермаков Б.Е. Боковой увод двухзвенного транспортера при его движении по криволинейной траектории // Механизация строительства. 2012. № 2 (812). С. 27–31

12. Сергеев Н.В., Сенькевич С.Е., Чичиль Р.А. Курсовая устойчивость агрегата // Вестник ВИЭСХ. 2017. № 1. С. 61–66.

13. Stroganov Yu.N., Lukashuk O.A., Akulova A.A. Movement stability of tractor unit. ACM International Conference Proceeding Series. 2018. Part F137690. pp. 117-120. doi:10.1145/3191477.3191501

14. Андреева Е.В. Экспериментальные исследования пассивного поворота гусеничной машины при страгивании // Инженерно-техническое обеспечение АПК. Реферативный журнал. 2005. № 3. 613 с.

15. Troyanovskaya I.P., Zhakov A.O., Starunova I.N. Mathematical model of passive withdrawal of a tractor unit. IOP Conference series: Earth and environmental Science. 2021. vol. 659(1), no. 012081. doi:10.1088/1755-1315/659/1/012081

16. Андреева Е.В. Пассивный поворот гусеничной машины (задача страгивания) // Инженерно-техническое обеспечение АПК. Реферативный журнал. 2005. № 3. 611 с.

17. Казаченко Г.В., Басалай Г.А., Тройнич В.А. Уравнения равновесия при уводе гусеничной машины и их исследование // Горная механика и машиностроение. 2020. № 1. С. 17–22.

18. Вязников М.В. Использование теории комбинированного трения при составлении математической модели криволинейного движения гусеничных машин // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. № 12. С. 279–290. doi: 10.7463/0815.9328000

19. Troyanovskaya I., Ulanov A., Zhakov A., Voinash S. Friction forces at the wheel’s contact with the ground in a turning vehicle, Tribology in industry. 2019. vol. 41, no. 2. pp. 166-171. doi:10.24874/ti.2019.41.02.03

20. Жаков А.О., Трояновская И.П. Влияние анизотропии на взаимодействие гусеничного движителя с грунтом при повороте машины // Тракторы и сельхозмашины. 2020. № 2. С. 43–49. doi:10.31992/0321-4443-2020-2-43-49