Методика выбора оптимизируемых параметров универсальных малогабаритных погрузчиков

В настоящее время при проектировании универсальных машин применяют системный подход [2, 3]. Графическая интерпретация взаимосвязи конструктивных параметров с подсистемами и главным параметром машины представлена на рис. 1, 2.

Рис. 1. Взаимосвязь конструктивных параметров с подсистемами и параметром эксплуатационной массы УМП

Для решения поставленной задачи приняты ограничивающие условия, основные из которых сформулированы в следующем виде: количество параметров, претендующих на параметры, принимаемые к оптимизации, должно быть максимально; параметры необходимо классифицировать на рациональные (увеличивающие значение при стремлении целевой функции оптимизации к своему оптимальному значению) и иррациональные (уменьшающие значение при росте целевой функции); количество параметров, принимаемых к оптимизации, ограничено функционально; математически обосновывается последовательность принятия параметра к оптимизации.

Рис. 2. Геометрические параметры УМП

В процессе установления взаимосвязи ме- жду главным параметром и одним из рассматриваемых конструктивных параметров машины вид функциональной зависимости (например, Z = 313,49 + 0,14G; N = 0,015G – 3,42; Y = G/(3459,29 + 0,35G и др.) определяют по значению минимальной ошибки уравнения регрессии. Для необходимого ряда значений главного параметра вычисляют значения первой производной функции взаимосвязи. Тем самым определяется мгновенная скорость изменения данного параметра от изменения величины главного параметра, которая является критерием селекции для одного порядка малости коэффициента корреляции или критерия регулярности. При наличии различных значений порядка малости коэффициента корреляции или значений критериев регулярности для ранжирования параметров раз-Ф работан критерий селекции: ks = . Здесь |Ф| -K абсолютное значение мгновенной скорости изменения параметра |Ф|=Y'; Kφ, K - значение коэффициента корреляции или значение критерия регулярности; Y' – значение первой производной функции взаимосвязи конструктивного параметра с эксплуатационной массой.

Физический смысл критерия селекции KS определяется требованиями повышения эффективности процесса оптимизации. Так, величина мгновенной скорости |Ф| изменения конструктивного параметра характеризует эффективность воздействия на этот параметр для снижения или увеличения значения эксплуатационной массы. Значение коэффициента корреляции Kφ показывает тесноту связи между параметрами, а значение критерия регулярности K характеризует величину разброса статистических данных, показывая при этом относительную ошибку аппроксимации. Необходимость оптимизации того или иного конструктивного параметра УМП вызвана: значительным разбросом статистических данных и большой мгновенной скоростью изменения параметра. Это условие записывается в виде: KS >max, а ограничения -

|Ф| ^ max

K ^ min

или

[I Ф|

^ min

K ^ max

Параметры

при этом ранжируются исходя из следующего выражения селекции:

Ki. + 1 <  Ki. ,

где i — порядковый номер параметра ( i =1, 2, ..., n ).

Конструктивные параметры формируются в группы по степени влияния на значение главного параметра. Значения критерия K_S в этих группах отличаются друг от друга на порядок. Ввиду сложности процесса формирования информационного потока значений конструктивных параметров на основе обработки статистической информации по моделям УМП, выпускаемым различными зарубежными фирмами, необходима оценка степени неопределенности ситуации для принятия параметров машины к оптимизации. Неопределенность ситуации возникает из-за неоднородности и различных объемов выборки значений обрабатываемых параметров. Условие неопределенности, обусловленное количеством информации, принимаемой во внимание при постановке задачи оптимизации, оценивают по величине энтропии Н параметра.

Логическая модель проведения исследований представлена на рис. 3. Следует отметить, что наличие обратной связи «Выхода» с «Входом» логической модели подразумевает итерационный процесс принятия решения, направленный на возможность коррекции результатов ранжирования параметров при появлении новых моделей и источников информации. Для использования оценок энтропии параметров рекомендуются объемы принимаемой во внимание информации, обеспечивающие вероятность появления параметра в рассматриваемой группе иерархии больше значения, равного 0,3 [2].

Рис. 3. Логическая модель построения иерархической структуры параметров и обоснование параметров, принимаемых к оптимизации

а)

б)

в)

Рис. 4. Иерархия параметров: а – по влиянию на значение эксплуатационной массы УМП и необходимости принятия их к оптимизации; б – по значению энтропии; в – по эффективности

принятия их к оптимизации по показателю материалоемкости

По разработанным программам для компьютера проведены исследования двадцати двух параметров машин, выпускаемых восемнадцатью фирмами-изготовителями. Здесь (рис. 4), различием между группами является отличающееся на порядок значение мгновенной скорости изменения параметра |Ф|. Так, для УМП, обладающих эксплуатационной массой до 1000 кг, в первую группу вошли 10 параметров (грузоподъемность, мощность двигателя, вместимость ковша и т. д.); от 1000 до 2000 кг — 4 параметра; от 2000 до 3000 кг — 4 параметра, но произошла трансформация положения параметров внутри группы. К первой группе параметров относят энергетические и конструктивные параметры, которые оказывают наибольшее влияние на значение эксплуатационной массы УМП, ко второй и третьей группам — параметры, оказывающие малосущественное и несущественное влияние на значение эксплуатационной массы, соответственно. Установлено, что при заданном значении грузоподъемности УМП эффективным является принятие к оптимизации параметров мощности двигателя и объемного гидропривода УМП (рабочего давления, подачи насоса и емкости бака для рабочей жидкости).