Технические науки/2. Механика

К.т.н. Ласточкин Д.М.

Поволжский государственный технологический универсистет, Россия

Исследования в области моделирования технических систем для лесного хозяйства

Для проектирования специальных лесных машин или технологического оборудования на стадии разработки необходимо располагать значениями возможных в эксплуатации динамических нагрузок. Знание максимальной динамической нагрузки позволяет заложить в проектируемую конструкцию необходимый запас прочности, долговечности и надежности.

Необоснованный выбор запаса прочности без учета характера реального динамического нагружения машин приводит к увеличению массы и избытку металла. Так, масса технологического оборудования ВТМ ЛП-17 – 3200 кг, ВПМ ЛП-19 – 5400 кг, что, соответственно, составляет 28 и 32,8% от общей массы машины [1]. В то же время известно, что большая металлоемкость не всегда способствует исключению слабых мест в конструкции, снижающих ее долговечность. Все это в конечном итоге привело к тому, что создание и доводка лесных машин в настоящее время растягивается на 8-10 лет.

Такое положение, по мнению В.А. Александрова [1], сложилось в значительной мере из-за слабой базы знания конструкторами и инженерно-техническими работниками области математических методов моделирования и прогнозирования предстоящих динамических нагрузок в упругих связях лесных машин, необходимых для обоснования расчетов на прочность и долговечность.

В общем случае под математической моделью понимают систему параметров и математических соотношений, описывающих с требуемой точностью изучаемый объект и его поведение в реальных условиях. Естественно, что математическая модель, как и любая другая модель, не может точно воспроизвести реальный объект, но она должна с необходимой степенью приближения адекватно отражать основные его особенности и условия функционирования.

Наиболее универсален метод математического моделирования, базирующийся на применении ЭВМ. Применение ЭВМ при проектировании позволяет в сжатые сроки произвести обсчет большого количества вариантов сочетаний параметров лесных машин и выбрать их оптимальные соотношения.

Построению математической модели предшествует промежуточный этап – создание структуры или расчетной схемы динамической системы. Исходную информацию для составления расчетной схемы в первую очередь извлекают из рассмотрения и анализа чертежей объекта. Для лесосечных машин с манипуляторами основными документами, облегчающими создание расчетной схемы, являются кинематическая схема и компоновочные чертежи.

Выбор способа математического описания конкретной механической системы может быть выполнен по аналогии с другими подобными системами или на основе анализа имеющихся экспериментальных данных.

В работе [1] В.А. Александрова представлена наиболее целесообразная схема проектирования лесосечной машины (рис. 1), которая сначала предусматривает обоснование и выбор технологии ведения лесосечных работ, а затем и зависящее от нее количество и тип лесосечных машин.

Рис. 1. Схема проектирования лесосечной машины

Большой вклад в развитие методик моделирования технологических процессов лесных машин и оборудования внесли В. А. Александров [1, 2], В.И. Брауде [3 – 5], В. И. Варава [6 – 8], Л. А. Гоберман [9, 10], Мазуркин П.М. [11-12] и др. Главная роль в разработке по праву принадлежит ученым СПбГЛТУ под руководством В.А. Александрова. Под их началом были разработаны такие разделы теории моделирования, как: методы моделирования при исследовании взаимодействия лесных машин с предметом труда и средой; определение основных параметров динамической системы «лесосечная машина с манипулятором – предмет труда»; моделирование предмета труда и условий эксплуатации лесных машин; моделирование технологических процессов ВТМ и ВПМ; прогнозирование нагруженности проектируемой машины; моделирование устойчивости лесосечных машин.

В работах [1, 2] В.А. Александров описывает теорию моделирования, методы и построение математической модели. Автор дает определение моделирования как метода изучения реального объекта, основанное на применении вспомогательного искусственного или естественного объекта – модели, который: объективно соответствует изучаемому оригиналу, заменяет оригинал на некоторых этапах исследования, дает определенную информацию об изучаемом оригинале. Также автор описывает основные операции, характерные исследованию объекта на модели: переход от объекта к модели – построение модели; экспериментальное исследование модели; переход от модели к объекту – перенесение результатов исследований модели на объект.

В работах [9, 10] В.А. Гобермана и Л.А. Гобермана говорится о взаимосвязи выбора математического аппарата с факторами и природой, характеризующих рассматриваемый объект, учитывающих детерминированный или вероятностный характер изучаемых воздействий, линейность или существенную нелинейность описываемой системы и т.д.

Вопросам поискового конструирования лесотехнического оборудования посвящены работы П.М. Мазуркина [11, 12]. В них приведена методика поиска технических решений при конструировании машин.

Подводя итог, необходимо отметить, что к настоящему времени накоплен большой опыт математических методов определения и прогнозирования предстоящих динамических нагрузок в упругих связях лесных машин как от внутренних, так и от внешних источников возмущения, необходимых для обоснования расчетов на прочность и долговечность, в том числе на базе колёсных тракторов. Это позволяет использовать полученные знания при проектировании новых лесных машин и их технологического оборудования, учитывающие особенности условий труда.

Литература:

1. Александров, В.А. Моделирование технологических процессов лесных машин [Текст]: учеб.для вузов/ В. А. Александров. – М. : Экология, 1995. – 256 с.

2. Александров, В.А. Динамические нагрузки в лесосечных машинах [Текст]/ В.А. Александров.– Л.: Изд-во Ленинград. ун-та, 1984.– 152 с.

3.Брауде, В.И. Вероятностные методы расчета грузоподъемных машин [Текст]/ В. И. Брауде.– Л.: Машиностроение, 1978. – 230 с.

4. Брауде, В.И. Надежность портальных и плавучих кранов [Текст]/ В.И. Брауде. – Л.: Машиностроение, 1967. – 153 с.

5. Брауде, В. И. Системные методы расчета грузоподъемных машин [Текст] / В. И. Брауде, М. С. Тер-Мхитаров. – Л. : Машиностроение, 1985. – 181 с.

6. Варава, В. И. Механизация лесохозяйственных работ [Текст] : учеб. пособие / В. И. Варава. – Л. : ЛТА, 1990. – 68 с.

7. Варава, В. И. Моделирование технологических процессов лесохозяйственных машин [Текст] : учеб. пособие / В. И. Варава. – Л.: ЛТА, 1992. – 173 с.

8. Варава, В. И. Расчёт и конструирование упругих систем транспортных машин [Текст] / В. И. Варава. – М.: Лесн. пром-сть, 1975. – 134 с.

9. Гоберман, В. А. Технология научных исследований – методы, модели оценки [Текст] / В. А. Гоберман, Л. А. Гоберман. – М.: Изд-во Моск. гос. ун-та леса, 2001. – 389 с.

10. Гоберман, В.А. Основы производственного менеджмента: моделирование операций и управленческих решений [Текст] : учеб. пособие / В. А. Гоберман, Л. А. Гоберман. – М. : Юристъ, 2002. – 333 с.

11. Мазуркин, П. М. Манипуляторные машины [Текст]: учебное пособие / П. М. Мазуркин. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001. – 354 с.

12. Мазуркин, П.М. Поисковое конструирование лесотехнического оборудования [Текст] / П.М.Мазуркин. – Саранск: Изд-во Сарат. ун-та. Саран. фил., 1990. – 304 с.