МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ПРОЕКТИРУЕМЫХ МГиКМ
Основные понятия и определения
Процесс проектирования машин или технологических процессов представляет собой последовательность процедур принятия решений на отдельных этапах проектирования. При этом чаще всего сталкиваются с альтернативными категориями, когда приходится выбирать не самое лучшее (оптимальное), а некоторое компромиссное решение, которое в целом обеспечивает наиболее приемлемое функционирование проектируемой системы. Конструктор, например, часто выбирает между массой и прочностью деталей машин, надежностью и экономичностью изделия. С альтернативными категориями встречаются и при выборе параметров, обеспечивающих наилучшую управляемость колесных машин; при прямолинейном движении с точки зрения управляемости и путевой устойчивости преимущество имеют длиннобазные машины, а при движении по криволинейной траектории предпочтение следует отдать короткобазным машинам. Как известно, долговечность муфт сцепления в трансмиссиях самоходных машин зависит от количества тепла, выделяемого при включении муфты вследствие пробуксовывания ее рабочих элементов. Чем больше время включения муфты, тем больше нагреваются ее элементы и тем, следовательно, меньше ее долговечность. С другой стороны, чем меньше продолжительность включения, тем большие динамические нагрузки передаются на соединяемые муфтой элементы трансмиссии, что ухудшает условия ее работы.
166
Возникающие во всех подобных случаях противоречия вынуждают принимать компромиссные решения и выбирать не максимально возможное для данной характеристики или данного параметра значение, а такое, при котором и другие важные характеристики имеют приемлемые значения. Такие решения обычно бывают неоптимальными по ряду критериев, однако общая эффективность системы оказывается при этом максимально достижимой. В математике подобные задачи называются многокритериальными задачами с противоречивыми критериями.
Между параметрами МГиКМ существуют определенные связи, которые могут быть как детерминированными, так и вероятностными.
К вероятностным зависимостям можно отнести статическую связь между массой трактора и развиваемым усилием. Уравнение регрессии такой связи для колесного трактора имеет вид
где т — эксплуатационная масса трактора с колесной формулой 4x4 для тяговых классов от 2,0 до 6,0; FKp — номинальное крюковое усилие (классификационный показатель типажа).
Коэффициент корреляции при этом равен 0,93. Такие же связи могут быть установлены между массой трактора (иногда через другие параметры) и основными характеристиками агрегатируе- мых с ним машин.
С развитием техники параметры меняются по-разному. Если сцепная масса, соответствующая тяговому классу, отклоняется незначительно в ту или иную сторону, то конструкционная масса имеет явную тенденцию к снижению. Еще большую тенденцию к снижению имеет материалоемкость (т.е. отношение массы машины к мощности), в то время как энергонасыщенность (т.е. отношение мощности к массе машины) с течением времени неуклонно возрастает. Имеется тенденция и к увеличению продольной базы колесного трактора с ростом мощности двигателя. Так, например, база трактора Т-150 по сравнению с трактором Т-74 увеличена на 0,25 м, а трактора Т-220 по сравнению с трактором Т-130 — на 0,4 м при сравнительно одинаковой колее и классе.
Определение параметров вновь проектируемой машины можно осуществить разными способами. Один из них заключается
167
в том, что используются статистические связи и составляются уравнения регрессии. При этом, применяя методы экстраполяции, можно проследить изменение этих параметров во времени и сделать прогноз о вероятном значении в будущем. Однако наряду со сравнительной простотой метод имеет ряд недостатков. Например, не раскрываются функциональные связи между параметрами машины, нс учитываются особенности технологического процесса, нс объясняется процесс взаимодействия движителя с грунтом (один из важнейших факторов при выборе оптимальных параметров мобильных машин) и т.д.
Другой способ определения параметров новой машины состоит в применении методов математического моделирования. Он предусматривает составление уравнений, описывающих функциональные связи машины с ее эксплуатационными свойствами.
Рассмотрим более подробно метод математического моделирования как наиболее приемлемый с точки зрения выбора оптимальных параметров трактора.
