авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |

«ТЕХНОЛОГИЯ, МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОЗАГОТОВКИ И ДЕРЕВООБРАБОТКИ УДК 630*383 В.И. Посметьев ...»

-- [ Страница 2 ] --

Решение задачи об изгибе составного стержня основано на подходе, разработанном в работе [4].

Рисунок 2. Расчетная схема рабочего оборудования гидроманипулятора Ci - изгибная жесткость каждой части составного стержня, Нм2;

C i = Ei J i, где Ei - модуль Юнга, Па;

J i - момент инерции сечения стержня, м4;

P - нагрузка, действующая на манипулятор под углом 0, Н;

i - углы наклона касательной к каждой части стержня соответственно, рад.

Геометрически линеаризованные уравнения равновесия для каждой части стержня запишем в виде [2, 3]:

d 2 i + qi2 ( i + 0 ) = 0, dt PL где qi = - собственные числа дифференциального уравнения Ei J i равновесия каждой части стержня;

i = 1,...4 - количество составных частей стержня;

0 - угол действия нагрузки к оси х (для жесткого закрепления груза 0 = ), рад.

l t = – безразмерная координата точки стержня;

L где l - криволинейная координата точки стержня, м;

L - общая длина стержня, м.

Решением данного уравнения равновесия является следующая система уравнений:

i = k1i sin( qi t ) + k 2i cos(qi t ) 2, d i = q k cos(q t ) q k sin( q t ).

dt i 1i i i 2i i где k1i и k 2i - коэффициенты, определяемые с помощью граничных условий:

1 (0) = 0, d (1) = 0, dt и условий «сшивки» решений:

i (1) = i +1 (0), Ei J i i' (1) = Ei +1 J i +1 i +1 (0).

Общая приведенная изгибная жесткость стрелы определяется как:

P C=, y max где P – заданная нагрузка, Н;

ymax – максимальный прогиб рабочего оборудования, м. Вычисляется с помощью функции следующим способом:

– сначала с помощью функции находим координаты точек стрелы в декартовой системе координат (численно в пакете MAPLE):

x1 y = cos i dt, = sin i dt.

Li 0 Li - затем вычисляем ymax как координату y свободного конца стержня.

В качестве примера расчета приведенной изгибной жесткости при повороте рассмотрим работу комбинированного гидроманипулятора III размерной группы с сосредоточенным грузом.

На основе расчета построена зависимость приведенной изгибной жесткости рабочего оборудования гидроманипулятора от вылета при нагрузке Р = 1000 Н, рисунок 3.

Рисунок 3 - Зависимость приведенной изгибной жесткости рабочего оборудования гидроманипулятора от вылета Проанализируем зависимость приведенной изгибной жесткости рабочего оборудования от вылета:

Жесткость рабочего оборудования сначала увеличивается с 1.

увеличением вылета до L= 7,05 м, а затем уменьшается.

Максимальная жесткость С = 11815 Н/м достигается при 2.

вылете L = 7,05 м.

Данную зависимость можно аппроксимировать полиномом 3.

третьего порядка:

C = 1678,1L3 + 30034 L2 173242 L + 328417, при величине достоверности аппроксимации R 2 = 0,9996.

Библиографический список Алферьев, Н. И. Исследование динамических нагрузок при 1.

повороте гидроманипуляторов с реечным механизмом [Текст] / Н. И.

Алферьев // Перспективные технологические процессы и системы машин на нижних лесных складах: сб. науч. тр. ЦНИИМЭ. – Химки, 1976. – С.

142 - 148.

Власов, В.З. Тонкостенные упругие стержни [Текст] / В.З.

2.

Власов гос. из-во физ.-мат. Литературы. – Москва, 1969. – 568 с.

Жуков А.В. Проектирование лесопромышленного 3.

оборудования [Текст] / А.В. Жуков Учебн. для вузов – Мн: Высш. шк., 1990 – 312 с.

Захаров, Ю.В. Нелинейный изгиб тонких упругих стержней 4.

[Текст] /Ю.В. Захаров, К.Г. Охоткин // ПМТФ. – 2002. – Т.43. - №5. – С.

124-131.

УДК 630.831 И.А. Балдаков В.А. Лозовой ПЕРСПЕКТИВЫ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ ОБРАБОТКИ ХЛЫСТОВ НА КОНЕЧНЫХ ПУНКТАХ ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г.Красноярск Наиболее спорными являются вопросы технологии лесозаготовок (хлыстовая, сортиментная) и состава комплексов машин для их выполнения. По какому пути целесообразно развивать в дальнейшем в России технологии лесозаготовок и комплексы лесных машин – стратегический вопрос, поскольку переход с одной технологии на другую связан с огромными материальными затратами.

Не вызывает сомнения, что техническое перевооружение лесозаготовительной промышленности должно быть направлено на улучшение результатов производства. При этом необходимо помнить, что увеличение объемов заготавливаемой древесины и повышение уровня рентабельности предприятий может считаться улучшением результатов только в том случае, если все это достигнуто в соответствии с природоохранными требованиями и не связано с чрезмерными затратами.

Поэтому можно согласиться с мнением специалистов ЦНИИМЭ, которые на основе анализа тенденций развития техники и технологии лесосечных работ, а также особенностей существующих природно-производственных условий основных лесопромышленных регионов утверждают, что в ближайшие 8-10 лет доминирующей в нашей стране останется хлыстовая технология, несмотря на то, что в странах Скандинавии машинизация лесозаготовок идет в другом направлении [1].

Анализ показывает следующее. Принципиальные технологические процессы на лесозаготовках и в странах СНГ, и Северной Америке остаются неизменными. Как и раньше, в странах СНГ и Северной Америке (США, Канада) преобладает технология с вывозкой хлыстов или деревьев на нижний склад для первичной обработки сырья, при этом достигается более полное его использование (увеличение на 20...25%).

Условия заготовки древесины в североамериканских странах близки к нашим: сплошная рубка, высокие уклоны, снежный покров толщиной до 1,5 м, каменистый грунт или заболоченные участки. Следует также иметь в виду, что в Российской Федерации и других странах преобладают лесонасаждения, не пройденные рубками ухода, как это делают в странах Скандинавии. Значительную долю (30%) лесонасаждений составляют деревья лиственных пород с крупными сучьями, которые практически невозможно обработать харвестерами. В таком древостое произрастает большое количество тонкомерных деревьев, доля которых около 35%.

При вывозке хлыстов или деревьев раскряжевка производится на нижнем складе. В этом случае трудоемкость выполнения операции уменьшается, появляется возможность использования высокопроизводительных стационарных автоматизированных раскряжевочных установок.

В рекомендациях Мирового конгресса ИЮФРО (г. Любляны, Югославия) отмечалось, что проводимые в разных странах исследования по разработке лесозаготовительных систем, которые до минимума снизили бы перечень работ, осуществляемых на лесосеке или вблизи нее, должны активно развиваться. Подчеркивалась необходимость в связи с этим предусматривать перенесение возможно большего числа операций из леса в контролируемые условия с целью реального применения принятых стандартов эргономики.

Выступивший на этом конгрессе американский специалист отметил, что вывозка и централизованная обработка хлыстов и деревьев являются в настоящее время основным направлением развития технологии и техники в США при освоении тонкомерных насаждений [2].

На принятие решения о выборе технологического процесса лесозаготовок, в частности, где и как обрабатывать деревья, влияют многие факторы: доступность к освоению и характеристика древостоев, рельеф местности, почвенно-грунтовые условия, дорожная сеть, ограничения по массе и длине перевозимого груза, расстояния вывозки, требования к продукции и рыночный спрос на нее.

В свое время в США, когда запасы девственных лесов казались неисчерпаемыми, особенно на западе страны, вопрос этот решался просто:

из леса брали лишь лучшие части лучших деревьев, а техника соответствовала технологии. По мере истощения лесов, вовлечения в эксплуатацию тонкомерных насаждений ситуация изменилась. Сегодня в США доминирующим технологическим процессом является вывозка хлыстов с централизованной их обработкой. Главной побудительной причиной стала необходимость максимального использования заготавливаемой древесины и экономические требования. В немалой степени этому способствовали и возросшие требования к сохранению среды, энергетические проблемы, рост спроса на древесную щепу и пр.

Американские специалисты отмечают следующие преимущества централизованной обработки:

сведение к минимуму числа операций в лесу;

использование на погрузочно-разгрузочных операциях грузов максимальных единичных размеров;

оправдание капиталовложений в эффективное и высокопроизводительное оборудование применением крупномасштабной обработки деревьев;

улучшение точности и качества раскряжевки;

улучшение обзорности ствола при принятии решения о режиме его раскроя, а также возможности использования механических, лазерных и других устройств отмера, учета, маркировки древесины;

участие в обработке меньшего числа людей, меньшие затраты на обучение, хотя и с обеспечением высокого уровня квалификации;

возможность использования электронных систем сканирования стволов и компьютеризованной системы обеспечения принятия решений, создающих высокую стоимость выхода сортиментов и максимальное возмещение затрат на лесозаготовках;

возможность оперативного реагирования на изменение рыночной конъюнктуры быстрой переналадкой программы раскроя;

возможность выработки высококачественной щепы благодаря окорке и дроблению в стационарных условиях.

В связи с этим определяются следующие возможные пути развития технологии с централизованной обработкой древесины:

улучшение выхода ценной древесины за счет расширения применения сканирующих и электронно-вычислительных систем;

расширение использования передвижных обрабатывающих спецтехники в стационарных условиях, а также разработка технологических схем с включением их в системы со стационарными установками;

улучшение сортировки сортиментов по диаметру и длине с целью повышения производительности и выхода продукции в лесопилении;

улучшение качественной оценки хлыстов с целью изъятия из процесса обработки нежелательного и труднообрабатываемого материала;

уменьшение степени централизации обработки при увеличении объемов поставки на заводы бревен, разрезаемых на определенную длину;

снижение затрат, улучшение технического обслуживания [2].

Технология заготовки леса целыми деревьями и хлыстами при сплошной вырубке позволяет наиболее легко восстанавливать леса методом, при котором в качестве семенных деревьев оставляют на корню 40-70 лучших деревьев на гектаре. Это обеспечивает быстрое и надежное воспроизводство древостоя. Естественному лесовозобновлению может способствовать и обнажение почвы в результате трелевки деревьев или хлыстов.

В целом считается, что в определенных условиях технология с централизованной обработкой хлыстов и деревьев при правильном применении и организации работ экономически полностью себя оправдывает.

Следует отметить, что в последнее время высказывается мнение о превосходстве сортиментной технологии над хлыстовой. Однако в целом лесозаготовительные страны мира по хлыстовой технологии заготавливают свыше 70% всей древесины. В России заготовка и вывозка леса в хлыстах имеет безусловное преимущество. Поэтому созданы системы машин для лесосечных, лесотранспортных и нижнескладских работ, хорошо зарекомендовавшие себя на протяжении длительного периода.

Но в определенных условиях применение сортиментной заготовки оказывается более выгодной. Противопоставлять хлыстовую и сортиментную технологии не следует, поскольку сортиментная в нашей стране может иметь преимущество только при ограниченном количестве заготовки сортиментов (не более 4), высоком качестве лесфонда (с выходом деловой древесины не менее 80%), плотных грунтах, поставке рассортированной продукции непосредственно с лесосеки 3- потребителям разного профиля, разветвленной дорожной сети, проведении рубок местного значения, а также при рубках промежуточного пользования и выборочных рубках.

Библиографический список 1. Наумов, М. Модернизация – тернистый путь к успеху / М. Наумов // Дерево.ru. – 2003. – № 3. – С. 45-49.

2. Можаев, Д. В. Механизация лесозаготовок за рубежом / Д. В.

Можаев, Илюшкин С. Н. – М.: Лесная промышленность, 1988. - 296 с.

3. Можаев, Д. В. Леса и лесозаготовки в Канаде / Д. В. Можаев // ЛесПромФорум. – 2003. –№ 5. С. 53- УДК 634.0.648 С.Н. Долматов ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ОТХОДОВ ЛЕСОПЕРЕРАБОТКИ НА ОСНОВЕ ЖИДКОГО СТЕКЛА ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г.Красноярск Цель рационального использования древесных ресурсов – поиск технологических решений обеспечения вовлечения в производство отходов лесного комплекса. Основной упор сделан на возрождение практически забытой технологии производства деревобетона – арболитовых плит и блоков с применением альтернативных недорогих местных вяжущих.

Проведенные экономические расчеты показали перспективность технологии производства деревобетона. Обеспечение региона Восточной Сибири относительно недорогим строительным материалом, имеющим высокие теплоизоляционные свойства, положительно скажется на темпах решения жилищных проблем, что является приоритетным направлением развития экономики.

Практика современного лесного комплекса ведущих зарубежных стран показывает стремление наиболее полно использовать лесные ресурсы, отведенные в рубку. Основной потребитель древесных материалов – строительная промышленность.

Жилищное строительство в настоящее время – одно из приоритетных направлений развития экономики и социальной сферы России. В условиях мирового кризиса важно изыскать возможность строительства доступного жилья с применением современных технологий и местных, недорогих материалов.

В условиях Восточной Сибири можно сделать ставку на малоэтажное строительство. Это объясняется рядом факторов:

1. Наличие значительных незаселенных пространств.

2. Затруднения при подводе и эксплуатации централизованных источников теплоснабжения, канализации.

При наличии таких факторов жилищное строительство в виде блочной малоэтажной застройки представляет значительный интерес. При достойном типовом оформлении домов, а также прилегающих территорий создаются предпосылки самобытного ландшафтного пейзажа с переходом в микрорайоны многоэтажных домов.

Строительство объектов жилья, промышленных помещений сопровождается значительным потреблением отделочных, теплоизоляционных и конструкционных материалов. Современные технологии строительства находятся в динамическом развитии, постоянно появляются и продвигаются на рынок новые строительные материалы.

Вместе с тем, часто применяются необоснованно дорогие, но агрессивно рекламируемые материалы, в ущерб незаслуженно забытым материалам из местного сырья, часто не уступающим, а то и превосходящим по своим потребительским качествам и имеющим более низкую стоимость.

Перспективное малоэтажное домостроение в условиях Восточной Сибири и в частности в Красноярском крае применяет в основном следующие стеновые конструкции.

1. Облегченные кирпичные кладки с заполнением пустот пенополистиролом, керамзитом или пенобетоном.

Блоки типа «Сибит» газобетонные.

2.

Блоки пенобетонные и керамзитобетонные.

3.

Каркасная технология с эффективными малоплотными 4.

утеплителями (Изовер, Урса, Тисма и др.).

Классическое домостроение из бруса строительного.

5.

Использование оцилиндрованного строительного бревна 6.

Эти технологии имеют существенные недостатки:

– высокая стоимость строительных материалов;

– дополнительные затраты на отделку поверхности;

– длительные сроки строительства из маломерных материалов;

– потери времени на сушку и усадку зданий (при строительстве из бруса) Кроме того, кирпичные, каменные кладки имеют низкие теплоизоляционные свойства. При компенсации тепловых потерь толщиной стен, неизбежно возрастают затраты на возведения фундаментов, цокольных элементов, перекрытий. Значительные объемы и массу стройматериалов следует погрузить, доставить, обеспечить сохранность и условия хранения. Это также существенные затраты.

Несомненно, наиболее перспективна технология крупнопанельного строительства из панелей промышленного изготовления. Причем обязательно в конструкции панелей должна присутствовать экологически чистая, имеющая высокие теплоизоляционные свойства древесина.

Древесина, по возможности полученная при переработке ныне невостребованных отходов лесозаготовки и лесопереработки.

Большие перспективы имеет производство арболита. Расчеты показали, что массовое применение арболита вместо строительного бруса снижает затраты на стеновые конструкции в расчете на 1 м2 полезной площади жилых зданий в следующих размерах: себестоимость строительных работ – 25,7 %, среднегодовые эксплуатационные затраты на 30,3 %, приведенные затраты, исчисленные с учетом фактора времени на 24,7 %. Применение блоков из арболита позволит решать жилищную проблему, путем строительства коттеджей даже там, где строительный брус просто недоступен.

За рубежом наибольшее признание нашли изделия на основе древесно-цементных композиций, выпускаемые швейцарской фирмой «Дюризол», бельгийской и голландской фирмами «Элтен Инжениринг» и австрийской фирмой «Велокс», по лицензии которых развернуто производствоаналогичных изделий во многих странах мира. «Дюризол» по своим качествам близок к арболиту. Состоит из древесной стружки, получаемой из технологической щепы – 250 кг, портландцемент – 200 кг, химические добавки – 35 кг на 1 м3 материала. Выпускается большой ассортимент изделий. Это – теплоизоляционные плиты, пустотелые и цельные камни, плиты покрытий и перекрытий, стеновые панели.

Для жилищного строительства широко применяются плиты, выполненные на гипсовых вяжущих. Это гипсостружечные плиты (ГСП) гипсоволокнистые плиты (ГВП). В качестве сырья для производства этих плит используются горбыль, рейки, фанерные обрезки, карандаши, круглые лесоматериалы. Производство подобных плит в России позволило бы существенно уменьшить импорт гипсоплит и гипсокартона.

Все это говорит о необходимости широчайшего внедрения технологий комплексной переработки древесных отходов.

Строительные материалы, применяемые в условиях Восточной Сибири, работают в исключительно жестких условиях. Для нашего региона характерны зимы с понижением температуры до -40 град и теплое лето до +35 град. Для обеспечения приемлемых теплоизоляционных свойств стен из традиционных строительных материалов (бетон, кирпич) их приходится делать значительной толщины (до 800 мм). Это приводит к значительному повышению стоимости жилья. Конструкции домов из строительного бруса или оцилиндрованных бревен не обеспечивают требований пожарной безопасности и плохо противостоят гниению. Таким образом, поиск перспективных материалов для стен малоэтажного строительства – актуальная задача промышленности. Для стеновых материалов малоэтажного строительства в Восточной Сибири желательно выполнение следующих требований:

1. Максимальные теплоизоляционные свойства.

2. Невысокая масса и стоимость 3. Материалы должны изготавливаться из местного недорогого сырья.

4. Возможность формирования панелей значительного размера для крупнопанельного домостроения.

Принимая во внимание суровые климатические условия Восточной Сибири, во главу угла следует поставить теплотехнические свойства стеновых материалов. Теплотехнические свойства материалов обратно пропорциональны их объемному весу, поэтому большое значение приобретают легкие и особо легкие бетоны, которые могут быть исполь зованы не только как утеплители, но и как конструкционный, несущий стеновой материал. Широкое распространение получают особо легкие бетоны с различными минеральными и органическими заполнителями на базе минеральных вяжущих веществ.

Одним из таких заполнителей могут быть древесные частицы, полученные из отходов древесины лесозаготовительной, лесопильной и деревообрабатывающей промышленности. Арболит — это строительный материал, особо легкий бетон с малым объемным весом, повышенными теплоизоляционными свойствами и достаточной механической прочностью и огнестойкостью.

Арболит изготовляют из смеси древесного заполнителя, неорганического вяжущего и воды. Для ускорения твердения растворов, а также для минерализации древесных частиц в смесь добавляют различные химические вещества.

Проанализировав стоимость арболитовых изделий, можно прийти к выводу, что до 50% стоимости готовых изделий составляют затраты на минеральное вяжущее – портландцемент. Применительно к условиям Красноярского края вопрос недорогого минерального вяжущего стоит наиболее остро. На рынке Красноярского края производство портландцемента, по существу, монополизировано. Рост цен на цемент составляет до 40% в год. Также ощущается дефицит этой продукции в сезон строительства (весна-осень).

Для успешного развития технологии крупнопанельного домостроения из арболита в условиях рыночной экономики желательно наличие местного источника дешевых минеральных вяжущих веществ. Такими вяжущими могут стать следующие вещества:

1. Продукция помола известняков местных месторождений.

2. Жидкое стекло.

Для условий Восточной Сибири наиболее перспективной является технология выработки арболитовых изделий на жидком стекле.

Еще 1950-х годах была разработана технология производства автоклавного жидкого стекла. По этой технологии предприятия могут организовать производство жидкого стекла на месте с использованием песка, добываемого в районе расположения предприятия. Исходными материалами для изготовления автоклавного жидкого стекла (Na2О*SiO2*mH2O) являются тонкомолотый песок, технический едкий натр и вода.

Обыкновенный карьерный песок сушится в пескосушилке, а затем подвергается помолу в вибропомольной установке до удельной поверхности 5000-6000 см2/г.

Едкий натр технический (каустическая сода) выпускается химическими заводами в жидком и твердом виде. Для производства жидкого стекла пригоден едкий натр любого сорта. Себестоимость 1 т.

автоклавного жидкого стекла составляет примерно 1200 руб.

На основе жидкого стекла возможно производство арболитовых панелей со следующими физико-механическими свойствами:

Объемный вес и воздушно-сухом состоянии, 400 кг/м Влажность, 7% Гигроскопичность за 72 час по весу 4% Водопоглощение не более 70% Предел прочности при статическом изгибе 0,7 МПа Предел прочности при сжатии, 1МПа Коэффициент теплопроводности ккал/м-ч-град.........0,085-0, Как показывает практика малоэтажного строительства, а особенно дачного строительства нагрузка на стены легких 1-2-х этажных домов редко превышает 0,5 МПа, поэтому применение строительных материалов на основе жидкого стекла целесообразно.

Как показали сравнительные расчеты экономической эффективности производства арболита на портландцементе и жидком стекле, последний вариант более предпочтителен. При планируемом объеме производства 13000 м3 арболитовых изделий в год (что соответствует объему древесных отходов предприятия заготавливающего 120…150 тыс. м3 древесины в год), себестоимость 1 м3 изделий из арболита на портландцементе составляет 3100 руб., на жидком стекле 2600 руб.

Для сравнения себестоимость 1 м3 материала – конкурента, с равноценными физико-механическими свойствами (пенобетон) составляет 3800 руб. Следовательно, производство строительных материалов на основе древесных отходов - выгодное решения для существующих лесоперерабатывающих предприятий. Производство арболита не только позволяет получать дополнительную прибыль, но и решает проблему утилизации древесных отходов, снижает риск возникновения пожаров.

Библиографический список 1. ГОСТ 19222-84 Арболит и изделия из него. Общие технические условия [Текст].- Введ. 01.01.84. – М.: Издательство стандартов, 1990. – с.

2. Павленко С.И. Мелкозернистые бетоны из отходов промышленности [Текст] / С.И. Павленко – М: Стройвариант, 1997. – с.

3. Спринцин С. М. Экономика использования вторичных древесных ресурсов [Текст] / С.М. Спринцин, Т.А. Сапожникова, С.А. Литвиненко, В.К. Малышкина – М.: Лесн. пром-сть, 1990. – 236 с.

УДК 620:539.3 В.И. Матюшин К ВОПРОСУ ПОЛУЧЕНИЯ ТОЧНЫХ ОДНОРОДНЫХ РЕШЕНИЙ ТЕОРИИ УПРУГОСТИ ДЛЯ ЧАСТИ ПОЛОГО КРУГОВОГО ЦИЛИНДРА ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г.Красноярск В статье рассматривается общая идея использования некоторых функций, входящих в общее решение плоской задачи теории упругости в полярных координатах. С помощью этих функций имеется возможность получения дополнительных решений, которые приводят выявленную структуру формул напряжений к необходимой схеме совместно решаемой системе однородных уравнений.

Как известно, точное решение задач теории упругости должно удовлетворять:

1) полной системе дифференциальных уравнений внутри области рассматриваемого твердого тела;

2) граничным условиям на поверхности;

3) условиям его закрепления (краевым условиям).

Соответствующим выбором бигармонических функций всегда можно удовлетворить условиям, указанным в первом и втором пунктах.

Значительно труднее подчинить рассматриваемое решение условиям закрепления данного твердого тела. Для этой цели в теории упругости используют однородные решения, получение которых представляет определенные трудности.

Большинство из решенных задач теории упругости относятся к тем случаям, когда упругие тела имеют различный порядок по всем трем направлениям (плоская деформация, плоское напряженное состояние, стержни, пластинки, оболочки). Как правило, однородные решения в этих случаях получены в форме решения соответствующего трансцендентного уравнения в рядах для параметра, дающего нулевые напряжения, например, для кругового цилиндра, на боковых его поверхностях.

Наиболее полно вопрос получения однородных решений разработан в задачах об осесимметричной деформации кругового цилиндра (Лурье А.И., Прокопов В.К.) Случай неосесимметричной деформации при получении однородных решений приводит к еще большим трудностям и решения в этом случае носят приближенной характер (Сумцов В.С. и др.).

Определенный интерес в этом случае представляли бы решения, полученные от функций в виде полиномов r,,x, но, как было показано авторами (Лурье А.И., Прокопов В.К.), получение однородных решений в этом случае невозможно из-за трудностей разделения переменных при интегрировании бигармонического уравнения.

Среди практических задач, большое распространение имеют конструкции, в которых одним из элементов является тело в виде части полого кругового цилиндра, Это покрытия промышленных зданий, ангаров, своды тоннелей, метро, напорная грань арочной или контрфорсно-арочной плотины и др.

При решении задач такого рода оказывается возможным получение однородных решений теории упругости от функций в виде полиномов r,,x и в случае неосесимметричной задачи. С этой целью обратимся к общему решению задач теории упругости в случае плоской задачи в полярных координатах. Наиболее полно это решение представлено в курсе «Теория упругости» (Филоненко- Бородич М.М.) (рис.1) + c01 ln r + c02 r ln r + c03 r + c04 + = c ln r + c r ln r + c r 2 2 01 02 1 + с11 r + c12 + c13 r ln r cos + c r + c ln r sin + + 3 r c13 r 11 r (c r + c r ln r ) cos + c r + c r ln r sin + + 04 05 04 (c )cos m + n + m+2 m+ 2 m + cm 2 r + cm 3 r + cm 4 r m r m m= m+2 m m+ 2 m + cm1 r + cm 2 r + cm 3 r + cm 4 r sin m n m=2 0 = Рисунок Среди частных решений в нем приводятся функции, содержащие множителем, sin 0, соs0.Эти функции для кругового кольца не используются, так как напряжения и перемещения от них являются многозначными. Для части же кругового кольца (на это указывает и Филоненко-Бородич М.М.) эти функции могут быть использованы.

Для получения напряжений и перемещений к настоящему времени имеется много различных форм представления общих решений теории упругости. Следует заметить, что при практическом их использовании формулы для напряжений, входящих в граничные условия на боковых поверхностях приводятся к такой структуре (в цилиндрической системе координат), 1 r = M ( Ar + B1 + C ) cos ;

r r 1 r = M ( Ar + B2 + C 3 ) sin. (1) r r Нетрудно видеть, что при удовлетворении однородным граничным условиям на боковых поверхностях, полученная в этом случае система алгебраических уравнений, будет несовместной. Чтобы эта система стала совместной, необходимо в выражении (1.1) уравнять коэффициенты В1 и В2. Для круговой цилиндрической оболочки это сделать не удается. Для части же кругового цилиндра это можно сделать, вводя дополнительные частные решения от функций, имеющих множителем, sin 0, соs0.

В случае пространственных задач эти функции могут быть получены путем их умножения на пространственную координату х в соответствующей степени при удовлетворении полученного в этом случае многочлена условию бигармоничности.

В следующих разделах доклада приводится методика получения частных решений, с помощью которых коэффициенты В1 и В2 могут быть уравнены. Так как в случае сложного загружения напряженное и деформированное состояние материала элементов конструкций является также сложным, имеется необходимость и получения соответствующих однородных решений. Например, экспериментальные исследования, проведенные на моделях контрфорсно-арочной плотины, показали, что напряжения на контакте арки с контрфорсом имеют криволинейный характер, который хорошо описывается полиномом второй степени от пространственной координаты. Поэтому нами была дана методика получения однородных решений для таких случаев в виде частных решений. Для получения указанных решений использовалось общее решение теории упругости в форме, предложенной академиком Галеркиным Б.Г. [1].

Библиографический список 1. Галеркин, Б.Г. Определение напряжений и перемещений в упругом изотропном теле при помощи трех функций: Б.Г. Галеркин// Известия НИИ Гидротехники. 1931. – Т.1.

УДК 621.01 А.Н. Кучеренко ВОЗМОЖНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ НАДЁЖНОСТИ МАШИН ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г.Красноярск Надежность машин определяется прочностью и жесткостью конструкции. Рациональными способами повышения прочности, не требующими увеличения массы, являются: применение выгодных профилей и форм, максимальное использование прочности материала, по возможности равномерная нагрузка всех элементов конструкции.

Следует шире применять метод моделирования эксплуатационных условий, заключающийся в стендовых или эксплуатационных испытаниях машин на форсированном режиме в условиях, заведомо более тяжелых, чем нормальная работа машины. В этом случае машина проделывает в сжатые сроки цикл, который при нормальной ее работе длится несколько лет.

Надежность машин в первую очередь определяется прочностью и жесткостью конструкции. Рациональными способами повышения прочности, не требующими увеличения массы, являются: применение выгодных профилей и форм, максимальное использование прочности материала, по возможности равномерная нагрузка всех элементов конструкции.

Безаварийность работы и длительность межремонтных сроков во многом зависят от правильности эксплуатации, бережного отношения к машине, тщательных уходов, своевременной профилактики, предотвращения перегрузок. Но было бы неверным всецело полагаться на качество обслуживания. Условия правильной эксплуатации машины должны быть заложены в ее конструкции. Необходимо обеспечить надежную работу даже в условиях недостаточно квалифицированного обслуживания. Если машина портится в неумелых руках, это значит, что конструкция недостаточно продумана со стороны надежности.

Высокой надежности машин можно достичь только комплексом конструктивных, технологических и организационно-технических мероприятий. Повышение надежности требует длительной, повседневной, скрупулезной, целенаправленной совместной работы конструкторов, технологов, металлургов, экспериментаторов и производственников, ведущейся по тщательно разработанному и последовательно осуществляемому плану.

Непременным условием выпуска качественной продукции является прогрессивная технология изготовления, высокая культура производства, строгое соблюдение технологического режима и тщательный контроль продукции на всех стадиях изготовления, начиная с операций изготовления деталей и кончая сборкой изделия.

Наибольшие трудности представляет объективная оценка показателей надежности, долговечности и стоимости эксплуатации. Эти показатели можно достоверно выяснить только через длительный промежуток времени, притом на продукции, вышедшей за стены завода-изготовителя и разбросанной в различных, порой отдаленных эксплуатационных точках.

Следует шире применять метод моделирования эксплуатационных условий, заключающийся в стендовых или эксплуатационных испытаниях машин на форсированном режиме в условиях, заведомо более тяжелых, чем нормальная работа машины. В этом случае машина проделывает в сжатые сроки цикл, который при нормальной ее работе длится несколько лет.

Испытания ведут до наступления предельного износа или даже до полного или частичного разрушения машины, периодически их приостанавливая для замера износов, регистрации состояния деталей и определения признаков приближения аварий.

Подобные жесткие испытания позволяют обнаружить недостатки конструкции и принять меры к их устранению. Ускоренные испытания дают также достаточно надежный исходный материал для оценки реальной долговечности машины.

Доводка машин в эксплуатации. С целью создания надежных и долговечных машин необходимо тщательно изучать опыт эксплуатации.

Работа конструкторских организаций, над машиной не должна заканчиваться государственными испытаниями опытного образца и сдачей машины в серийное производство.

Доводка машины по-настоящему только начинается после ввода ее в эксплуатацию. Эксплуатационная проверка лучше всего позволяет обнаружить и устранить слабые места конструкции.

Недостатки машины особенно наглядно выясняются при ремонте.

Поэтому обязательная тесная и непрерывная связь конструктора с ремонтными предприятиями. Заводам-изготовителям массовой и крупносерийной продукции полезно иметь собственные ремонтные подразделения как лаборатории изучения машин и школы конструирования.

При изучении дефектов нужно отличать случайные дефекты от систематических. Случайные дефекты обычно обусловлены неудовлетворительностью контроля и недостаточностью технологической дисциплины на заводе-изготовителе. Систематические дефекты свидетельствуют о неудовлетворительности конструкции и требуют незамедлительного внесения исправлений в выпускаемые машины.

Наблюдение за работой машины в эксплуатации должно быть включено в планы работы конструкторских организаций, наряду с проектированием и составлять значительную долю бюджета времени конструктора.

Основную роль играет рационализация производства (механизация и автоматизация производственных процессов, концентрация технологических операций, специализация заводов, производственное кооперирование и др.).

Эти меры осуществимы и дают наибольший эффект при больших масштабах производства и стабильной продукции. Здесь на первый план выступает роль конструктора. Он должен обеспечить высокий потенциал развития, заложив в конструкцию предпосылки изготовления одной модели в течение длительного периода времени при наибольшем возможном масштабе выпуска, т.е. создать конструкцию, обладающую широкой применяемостью и ресурсами совершенствования.

Большое значение имеет уменьшение числа типоразмеров машин рациональным выбором типажа и параметров машин, что позволяет повысить серийность производства с выигрышем в стоимости изготовления. Это тоже конструкторская задача.

Важно обеспечить технологичность конструкций. Под технологичностью понимают совокупность признаков, обеспечивающих наиболее экономичное, быстрое и производительное изготовление машин с применением прогрессивных методов обработки при одновременном повышении качества, точности и взаимозаменяемости частей.

Технологичность зависит от масштаба и типа производства. Штучное и Мелкосерийное производство предъявляет к технологичности одни требования, крупносерийное и массовое - другие. Признаки технологичности специфичны для деталей различных групп изготовления.

Большой экономический эффект дают унификация и нормализация деталей, узлов и агрегатов.

Унификация. Унификация состоит в многократном применении в конструкции одних и тех же элементов, что способствует сокращению номенклатуры деталей и уменьшению стоимости изготовления, упрощению эксплуатации и ремонта машин.

Унификация конструктивных элементов позволяет сократить номенклатуру обрабатывающего, мерительного и монтажного инструмента.

Унификации подвергают посадочные сопряжения (по посадочным диаметрам, посадкам и классам точности), резьбовые соединения (по диаметрам, типам резьб, посадкам и классам точности, размерам под ключ), шпоночные и шлицевые соединения (по диаметрам, формам шпонок и шлицев, посадкам и классам точности), зубчатые зацепления (по модулям, типам зубьев и классам точности), фаски и галтели (по размерам и типам) и т.д.

Наибольший экономический эффект дает заимствование деталей серийно изготовляемых машин, когда детали можно получить в готовом виде.

Заимствование деталей машин единичного производства, машин, снятых или подлежащих снятию с производства, а также находящихся в производстве на предприятиях других ведомств, когда получение деталей невозможно или затруднительно, имеет только одну положительную сторону: проверенность деталей опытом эксплуатации. Во многих случаях и это оправдывает унификацию.

Унификация марок и сортамента материалов, электродов, типоразмеров крепежных и других нормализованных деталей, подшипников качения и т.д.

облегчает снабжение завода-изготовителя и ремонтных предприятий материалами, нормалями и покупными изделиями.

Степень унификации оценивают коэффициентом унификации k ун, который представляют как отношение:

числа z ун унифицированных деталей к общему числу z деталей изделия:

z ун k ун = 100% ;

(1) z массы унифицированных деталей к общей массе изделия:

G ун 100% ;

k ун = (2) G стоимости унифицированных деталей и стоимости изделия:

C ун 100%.

k ун = (3) C Недостаток первого показателя (1) состоит в том, что он не учитывает удельное значение унифицированных деталей в конструкции машины. Второй показатель (2) учитывает доли массы унифицированных деталей в общей массе машины. Наиболее правилен третий показатель (3), однако, определение его затруднительнее, чем первых.

Степень внутренней унификации оценивают коэффициентам повторяемости N k П = 1 H 100%, NД (4) где NН - число наименований деталей изделия;

NД - общее число деталей изделия.

Этот коэффициент (4), легко определяемый на основании сводной спецификации, суммарно характеризует совершенство конструкции со стороны сокращения номенклатуры деталей. В хороших конструкциях k П = 40 60%.

Для дифференцированной оценки применяют следующие показатели:

степень унификации оригинальных деталей N ун.ор.

k ун.ор = 100%, (5) N ор где Nyн. ор. - число унифицированных оригинальных деталей;

Nор - общее число оригинальных деталей;

степень унификации элементов конструкции N тр 100%, k эл = N эл (6) где Nтp - число принятых типоразмеров данных элементов;

Nэл — общее число данных элементов в изделии, например степень унификации резьб N тр.кр k рзб = 1 100%, N кр (7) где Nтp рзб - число типоразмеров резьб;

Nкр - общее число резьбовых соединений в изделии;

степень унификации крепежных деталей N тр.кр 100%, k кр = N кр (8) где Nтр кр - число типоразмеров крепежных деталей;

Nкр - общее число крепежных деталей S изделии.

Нормализация. Нормализация есть регламентирование конструкции и типоразмеров широко применяемых машиностроительных детален, узлов и агрегатов.

Почти в каждой специализированной проектной организации нормализуют типовые для данной отрасли машиностроения детали и узлы.

Нормализация ускоряет проектирование, облегчает изготовление, эксплуатацию и ремонт машин и при целесообразной конструкции нормализованных деталей способствует увеличению надежности машин.

Нормализация дает наибольший эффект при сокращении числа применяемых типоразмеров нормалей, т.е. при их унификации. В практике проектных организаций эта задача решается выпуском ограничителей, содержащих минимум нормалей, удовлетворяющих потребностям проектируемого класса машин.

Преимущества нормализации реализуются в полной мере при централизованном изготовлении нормалей на специализированных заводах.

Это разгружает машиностроительные заводы от трудоемкой работы изготовления нормалей и упрощает снабжение ремонтных предприятий запасными частями.

Степень нормализации оценивают коэффициентом N k Н = Н 100%, (9) N где NН - число, нормализованных деталей;

N - общее число деталей в изделии.

Нельзя согласиться с распространением среди конструкторов (особенно конструкторов творческого склада) пренебрежительным отношением к стандартам. Стандартизация является существенным фактором снижения себестоимости машин и ускорения проектирования. Однако непременным условием является высокое качество стандартов, непрерывное их совершенствование в уровень с прогрессом техники.

Кроме того, применение нормалей не должно стеснять творческую инициативу конструктора и препятствовать поискам новых, более рациональных конструктивных решений. При конструировании машин не следует останавливаться перед применением новых решений в областях, охватываемых нормалями, если эти решения имеют явное преимущество перед нормалями.

Библиографический список 1.Анурьев В.И. и др. Справочник конструктора – машиностроителя.

Изд. 6-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение», 2002г.

2. Орлов П.И. Основы конструирования. Справочно-методическое пособие в 3-х книгах. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1977г.

УДК 621.03:004.896 Н.И. Галибей В.Г. Межов А.М.Меньшиков КОНСТРУИРОВАНИЕ ВАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭЛЕМЕНТОВ САПР ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г.Красноярск При проектировании электромеханического привода процесс проектирования вала состоит из двух этапов: разработка конструкции вала и ориентировочное определение диаметров участков вала (предварительный, ориентировочный расчет) и проверочный (уточненный) расчет.

Предварительный расчет вала ведется по заниженным напряжениям на чистое кручение, не смотря на присутствие изгиба. Приближенно определяются диаметры участков вала.

Проверочный расчет валов производится на статическую прочность и усталость. При этом составляется расчетная схема вала и схема действующих на него сил.

Данная научная разработка позволяет проводить ориентировочный расчет валов, дополняя уже существующую на кафедре «Прикладной механики» программу по проверочному расчету валов.

Для оценки различных условий работоспособности ступенчатого вала разработаны методики, базирующиеся на основе расчетной схемы, в которой схематизированы действующие нагрузки, форма ступеней и свойства материала.

Однако расчетная схема в ряде случаев не отражает истинной картины работоспособности вала. Чтобы устранить этот недостаток и представить расчетную схему в более реальных условиях, необходимо в начале создать реальную модель ступенчатого вала и только затем на ее основе перейти к расчетной схеме и оценить уже все факторы условий работоспособности.

Для разработки реальной модели ступенчатого вала необходимо:

а) определить требуемое условиями эксплуатациями количество ступеней;

б) решить проблему закрепления деталей, монтируемых на ступенях вала;

в) обеспечить удобства сборки и разборки узла вала;

г) подобрать приемлемые формы диаметра и длины ступеней.

Для решения этих задач разработана методика и программа эскизного конструирования ступенчатого вала.

В начале, для оценки диаметров ступеней вала необходимо иметь информацию о величине крутящего момента Ткр, который передается ступенями вала от ведущего элемента вала к ведомому. Из условия ориентировочной оценки прочности вала он определяется по зависимости d min = k 3 Т кр, где Ткр – передаваемый валом крутящий момент в Нм;

к – коэффициент, принимаемый к=10 для входных валов, к=8 для промежуточных валов к=6 для выходных валов.

Формирование длин ступеней будет зависеть от размеров монтируемой левой (вл) и правой (вп) деталей, которые позволяет выбрать программа, а также от расположения монтируемых деталей по отношению к обоим опорам и между собой.

Эскизный выбор диаметров ступеней производят с соблюдением следующих условий:

а) равнопрочности ступеней вала.

б) удобства монтажа деталей на валу.

в) концевые ступени под муфту обычно приравнивают по диаметру под диаметр вала подсоединяемый детали.

При выборе длин ступеней, зависящих в основном от вводимых параметров ширины деталей и их расположения, возникают следующие проблемные ситуации:

а) для входных и выходных концов валов необходимо предусмотреть возможность установки уплотнений и крышек для защиты подшипниковых узлов от вытекания смазки.

б) длину ступени под стандартный подшипник качения принимают равное ширине подшипника в0.

Так как при эскизной компоновке подшипники еще не подобраны, то ширину подшипника принимают по ориентировочной эмпирической формуле в зависимости от диаметра ступени d.

в0 = 0,5d+6мм в) Если монтируемые детали на валу установлены по отношению к опорам, то расстояние между серединами опор l1 принимают равным удвоенному расстоянию от середины опоры в середины консольной детали l2 т.е. l1 = 2l2.

Значение диаметров ступеней необходимо округлять для ближайших стандартных значений для подшипников и уплотнений, а для остальных ступеней до рекомендуемых значений стандартного рода диаметров и длин.

Конструирование вала выполняется в три этапа:

1-й этап: Выбор типа вала;

2-й этап: Ввод исходных данных;

3-й этап: Проектирование вала.

В самом начале выводятся схемы валов и схемы монтируемых на валу деталей. При выделении на схеме валов выбранного вала (входного, выходного или промежуточного) соответственно изменяется схема монтируемых деталей, на которой необходимо выделить каждую схему монтажа деталей. При этом программа фиксирует номер n схемы вала. По выбранному номеру схемы вала выводится примерная конструкция узла выбранного вала, для которого выбираются необходимые номера монтируемых на валу левой jл и правой jп деталей.

После окончательного выбора конструкции вводятся исходные данные (Ткр) для разработки конструктивных параметров ступеней вала.

Затем запускается программа расчета параметров ступеней вала и на экран монитора выводится расчетная модель ступенчатого вала, в которой выбраны необходимые ступени и их расчетные диаметры и длины.

Расчетные диаметры и длины необходимо откорректировать в оптимальную сторону, согласовав их значения со стандартными для соответствующих деталей. Для удобства пользования пользователю предложен порядок изменения соответствующих параметров ступеней.

Окончательно отредактированную конструкцию вала открывают в офисном приложении Microsoft Word.

Результаты выводятся в виде двух видов модели ступенчатого вала:

а) плоская модель с указанием видов, диаметров и длин каждой ступени;

б) плоская модель с указанием координат узловых точек ступеней, к которым будут прикладываться схематизированные нагрузки при уточненном расчете вала по критерию долговечности.

К преимуществам данной программы можно отнести то, что она позволяет оперировать реальными значениями крутящих моментов на валах, диаметров участков валов, дает представление о строении редукторов (закрытых цилиндрических передач), о месторасположении деталей и подшипников на валах, таким образом, позволяя учащимся получить представление о реально существующих агрегатах и узлах, с которыми они, скорее всего, столкнутся на производстве.

Разработка имеет, прежде всего, характер обучающего пособия, направленного на лучшее усвоение учащимися пройденного материала.

Она позволяет в короткие сроки проводить довольно длительные расчеты, причем суть процесса расчета не теряется и остается понятной пользователю до конца, скрывается только машинная работа, направленная на вычислительные процессы.

Методики, включающие в себя использование средств ЭВМ для решения прикладных задач, в настоящее время активно внедряются как в учебный процесс, так и в процесс научных разработок. Зачастую учащимся гораздо проще осваивать новый материал с помощью компьютеров вследствие их повсеместной распространенности в настоящее время.

Библиографический список 1. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин : Учеб. пособие для техн. спец вузов. – 5-е изд., перераб. и доп. М.: высшая школа, 1998.-447 с., ил 2. СТП 3.4.204 – 01 Система вузовской учебной документации.

Требования к оформлению текстовых документов.

3. Фаронов В. В. Delphi 5. Учебный курс. М.: «Нолидж», издатель Молгачева С. В., 2001. – 608 с., ил.

4. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин : Учеб.

пособие. Издание 2-е перераб. и дополн. – Калининград: Янтарный сказ, 2002.-455 с.: ил., черт.-Б.ц.

УДК 620:539.3 Е.А. Рогова О МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ОТКРЫТОЙ КРУГОВОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБОЛОЧКИ НА КОНТАКТНУЮ ПРОЧНОСТЬ ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г.Красноярск В данной работе предлагается методика расчета открытой толстостенной круговой оболочки, загруженной контактной нагрузкой, интенсивность которой в продольном направлении имеет параболический закон изменения.


В дуговом направлении её закон изменения может быть представлен как четной, так и нечетной тригонометрической функцией. Оболочки такого вида могут использоваться как в строительстве, так и в машиностроении. Решение поставленной задачи проводится на базе теории упругости с применением общего решения в форме, предложенной академиком Б. Г. Галеркиным [1].

В работе получены необходимые функции, найдены от них напряжения и выполнены граничные условия на поверхностях оболочки.

Введение 1.

Решение поставленной задачи проводится в безразмерной цилиндрической системе координат. Общие обозначения такие:

x, r, (,, ) – оси цилиндрической системы координат (размерной и безразмерной);

x r = ;

= - оси в безразмерной системе координат;

c c b, a – наружный и внутренний радиусы оболочки;

= 1+, = 1- – наружные и внутренние радиусы оболочки в безразмерной системе координат;

a+b = c - радиус средней поверхности оболочки ba = - половина относительной толщины оболочки;

a+b l – длина оболочки;

G М= ;

(1 µ )C G –модуль упругости материала оболочки при сдвиге;

- коэффициент поперечной деформации.

Закон распределения контактной нагрузки, действующей на внутреннюю поверхность оболочки, задается формулой:

x p = q ( x ) cos (1) l В выражении (1) p- нормальное давление в данной точке оболочки;

q- интенсивность распределенной нагрузки.

2. Методика построения решения задачи В данной статье рассмотрим построение задачи, удовлетворяющей только части нагрузки (1):

p1=q·x·cos (2) С этой целью построим пространственные бигармонические функции такого вида:

1 4 2 2 5 1 7 1 12 1 = + A1 + + B1 + 2 4(1 µ ) 16 1 + ( 2 ln 3 ln )C1 + ln cos ;

2(1 µ ) М 3 2 = ( 3 4 6 ) А1 + 4 D1 sin ;

6(1 µ ) 8 6 ( 3) М 3 3 = ( 3 4 6 ) А1 + 4 D1 cos 6(1 µ ) 8 1 2 5 7 5 2 3 4 6 A1 + E1 2 ln + 5 21 4 + F1 2 + K1 ln ;

Функции 1, 2, 3 удовлетворяют условию бигармоничности. Напряжения и перемещения от функций (3) определяются по формулам общего решения, приведенного в [1]. Коэффициенты A1, B1, C1, D1, E1, F1, K1, L являются пока неопределенными.

С целью упрощения записи от функций (3) приведем формулы только тех напряжений, которые входят в граничные условия на боковых поверхностях оболочки.

r = M (5 + 2µ )A1 3 + (6 B1 + 2 D1 ) + 2[(3 + 2µ )E1 (1 + 2µ )C1 ] cos ;

2 K1 (4) 1 xr = M 3(3 + 2µ ) A1 2 4 B1 2(1 + µ )C1 2 2 + (5 + 2µ ) A1 4 + [3B1 (1 + 2µ ) D1 ] 2 + 2[ (2 µ )C1 + (1 2µ ) E1 ]ln + [(1 4µ ) E (7 5µ )C1 F1 ] + ( K1 + L1 ) cos ;

r = M (1 + 2 µ ) A1 3 + 2( B1 D1 ) + 2[C1 (1 + 2µ )] sin 2 K Граничные условия для рассматриваемой оболочки будут такими:

r r =a = 0 ;

r = 0;

r =b xr r =b = 0 ;

( xr r =a = 0 ;

5) r r =b = 0 ;

r r =a = 0 ;

Так как задача решается в безразмерной цилиндрической системе координат, то система уравнений от напряжений (4), соответствующая условиям (5) имеет такой вид:

+ (6 B1 + 2 D1 ) + 2[(3 + 2 µ )E1 (1 + 2 µ )C1 ] (5 + 2µ )A = 0;

2 K M[ (5 + 2 µ ) A1 + (6 B1 + 2 D1 ) + 2[(3 + 2 µ )E1 (1 + 2 µ )C1 ] 2 K1 ] = qc;

(6) [ 3(3 + 2 µ ) A1 4 B1 2(1 + µ )C ]=0;

[ 3(3 + 2 µ ) A1 4 B1 2(1 µ )C ]=0;

(5 + 2µ )A1 4 + [3B1 (1 + 2µ ) D1 ) 2 + 2[(1 2µ )E1 (2 µ )C1 ]ln + [(1 4 µ ) E1 (7 5µ )C1 F1 ] + ( K1 + L1 ) 2 = 0;

(5 + 2µ )A1 4 + [3B1 (1 + 2µ ) D1 ) 2 + 2[(1 2µ )E1 (2 µ )C1 ]ln + + [(1 4 µ ) E1 (7 5µ )C1 F1 ] + ( K1 + L1 ) 2 = 0;

(1 2 µ ) A1 3 + 2( D1 B1 ) + 2[C1 (1 2 µ )E1 ] 2 K1 3 = 0;

1 (1 2 µ ) A1 3 + 2( D1 B1 ) + 2[C1 (1 2 µ )E1 ] 2 K1 3 = 0;

1 Решение системы уравнений (6) в общем виде не представляет особых затруднений и в статье не приводится. После решения этой системы коэффициенты A1, B1, C1, D1, E1, F1, K1, L1 получают определенные значения, связанные с внешней нагрузкой (1) на внутренней поверхности оболочки. Полученное решение (1) точно удовлетворяет полной системе дифференциальных уравнений теории упругости внутри оболочки и заданным граничным условиям на ее поверхностях.

При использовании этого решения в конкретной задачи необходимо иметь еще перемещение оболочки в трех направлениях, которые не трудно найти, воспользовавшись формулами общего решения, приводимыми в [1]. Чтобы полностью решить поставленную выше задачу, необходимо учесть еще условия закрепления оболочки в конкретной рассматриваемой конструкции, а также убрать остатки напряжений на ее торце (или торцах).

Этого можно добиться, если воспользоваться соответствующими однородными решениями, набор которых приводится, например, в [2].

Библиографический список 1 Галеркин, Б. Г. Определение напряжений и перемещений в упругом изотропном теле при помощи трех функций: Б. Г. Галеркин //Известия НИИ Гидротехники, 1931, -Т. 2 Матюшин, В. И. Некоторые однородные решения пространственной теории упругости для цилиндрической арки [текст] / В.

И. Матюшин – монография, Красноярск, 2005.

УДК 630.37 Н.Д. Гайденок А.С. Пантелеев В.Ф. Чумаков Е.С. Пантелеев МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ ОСНОВ ОСТАНОВКИ ПЛОТОВ ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г.Красноярск В данной статье представляется решение задачи по остановке плота способом прижима его к берегу буксирными катерами, с позиции теории оптимального управления – задачи о быстродействии. Решение данной задачи с использованием теории оптимального управления позволило, рассчитать оптимальную траектории движения плота при остановке, что в свою очередь привело к сокращению времени остановки на 32 %, и экономии ГСМ 30%, что является существенной экономией ГСМ и времени остановки, при авральной работе в летне-осенний период сплава леса на рейдах приплава лесоперерабатывающих комплексов (г.

Лесосибирск, г.Братск).

Рассмотрим остановку плота как классическую задачу оптимального управления – задачу о быстродействии. Суть ее заключается в том, чтобы перевести материальную точку из положения А0(l0,s0) в положение A1(l1,s1) в соответствии с некоторым законом движения dХ/dt=f1(Х, У,V);

Х(0)=Х dУ/dt=f1(Х, У,V);

У(0)=У0 (1) dV/dt=f2(Х,У,V,F);

V(0)=V0=0;

где Х и У – оси координат, V – вектор скоростей, F – некоторый управляющий параметр, физический смысл которого станет ясным из последующего изложения.

Рис. 1. Траектория и силы действующие на плот /Сол, Щерб/.

Перейдем к анализу процесса остановки плотов применительно к Лесосибирскому ЛДК. На основании материалов кафедры «Использования и охраны водных ресурсов» СибГТУ были получены конкретные параметры плотов и особенности режимов остановки.

В целом остановка плотов производилась методом прижима к берегу /Щерб/. В этих целях заблаговременно с понтона сбрасывались цепи – волокуши и затем 4 буксира начинали прижимать плоты параллельно берегу. Технические характеристики буксира: проект Т63;

мощность л.с., сила тяги на швартовых (при скоростях до 1.2 м/с) 1700 при оборотах/мин /Дисп, Руков/. Поперечное смещение находилось в пределах от 130 до 225 м при среднем 143 м. Время прижима – от 315 с до 764 с при среднем в 357 с. Средние параметры плота: длина – 230 м, ширина – 33 м, осадка – 1 м. Коэффициент трения цепей по галечному грунту принят 0.5.

В соответствии с работами / Вас, Павл, Солод, Ваган/ для описания движения плота была использована система дифференциальных уравнений - (рис. 1.) dLr/dt = -Vr;

Lr(0)[500,1100];

dS/dt = -V;

S(0) =S0[130, 220];

S(Т) =В/2;

(1+p)M/gdV/dt = F-CV2-Ftk;

V(0) = V0 =V(Т) =0;

(2) Cav = (Csl + Cvg)/2;

Csl = (81.5+0.625L/To)B;

Cvg = 50Vp0.67(0.01+1.7To/L)(LB/T2)0.33;

Ftk = µМtk;

где Vp – объем плота, To - осадка, L - длина, B - ширина, S – путь смещения с фарватера, Lr – путь смещения вдоль берега, V – скорость смещения, p – коэффициент присоединенной массы, M – масса плота, F – сила тяги буксиров, Rtk – сила сопротивления такелажа, T – время остановки плота, Cvg и Csl – коэффициенты силы сопротивления плота по Солодухину и Ваганову /Ваг, Сол, Щерб, Ал/, µ - коэффициент трения скольжения, Мtk – масса цепей в воде. Согласно /Щер/ величина µ для плотного грунта равна 0. В связи с тем, что движение производилось только в направлении S, в системе (2) можно исключить первое уравнение для Lr. Тогда получим dS/dt=-V;

S(0)=S0[130, 220];

S(Т) = S0=В/2;

(1+p)M/g dV/dt=F-CV2-Ftk;

V(0)=V0=V(Т)=0;

(3) T I=(1)dt =Т min После деления (3.2) на (1+p)M/g получим dS/dt=-V;

S(0)=S0=200;

S(Т) = S0=В/2;

dV/dt=Fm-CmV2-Ftm;

V(0)=V0=V(Т)=0;

(4) Fm=F/(1+p)M/g;

Cm=C/(1+p)M/g;

Ftm=Ftk/(1+p)M/g;

.

T I=(1)dt +G(T) min G(T)=S2(T) + V2(T).

В соответствии с принципом максимума Л.С. Понтрягина /Понт, Вань/ для системы (4) введем дополнительные переменные 1 и составим гамильтониан H(S, V, Fm) H(S, V, Fm)=-1-1v+2(Fm-CmV2);

(5) и запишем расширенную систему 1(T)=G(T)/S=0;

d1/dt = -H(S, V, Fm)/S=0;

2(T)= G(T)/V=0;

d2/dt = -H(S, V, Fm)/V=1+2CmV2;

dS/dt=H(S, V, Fm)/1 =-V;

S(0)=S0=200;

S(Т) = S0=В/2;

(6) dV/dt=H(S, V, Fm)/2 =Fm-CmV2-Ftm;

V(0)=V0=V(Т)=0.

Как видно из (6) переменная 1(T)0 и ее можно переписать в следующем виде 2(T)=0;

d2/dt=H(S, V, Fm)/V=2CmV2;

dS/dt=H(S, V, Fm)/1 =-V;

S(0)=S0=200;

S(Т) = S0=В/2;

(7) dV/dt=H(S, V, Fm)/2 =Fm-CmV2-Ftm;

V(0)=V0=V(Т)=0.

Далее, в соответствии принципами задачи быстродействия для определения оптимального режима остановки найдем максимальное значение H(S, V, Fm) по управляющей переменной Fm maxH(S, V, Fm)=-1-1v+2(Fm-CmV|V|)=-1-1v+2(Fmsign2 CmV|V|), (8) Fm которое в общем случае достигается при Fm = Fmsign2, Fm =max(Fm). (9) Однако, особенности остановки плотов прижимом /Курм/ не допускают свободного маневрирования с обеих сторон плота особенно в близи берега. Поэтому (6) необходимо переписать в виде Fm = FmHeaviside2, (10) отражающих особенности действия только с одной стороны – рис. 2.


Рис. 2. Особенности реализации маневрирования.

В виду наличия ограничений (9) или (10) на Fm мы имеем задачу синтеза оптимального управления.

В соответствии с (10) систему (6) можно записать в виде 2(T)=0;

d2/dt=2CmV2;

dS/dt=-V;

S(0)=S0=200;

S(Т) = S0=В/2;

(11) dV/dt=FmHeaviside2-CmV2-Ftm;

V(0)=V0=V(Т)=0.

Второе уравнение из (11) можно исключить, т.к. переменная S не входит в другие уравнения данной системы и далее решать систему из двух уравнений с двумя неизвестными 2(T)=0;

d2/dt =2CmV2;

(13) dV/dt=FmHeaviside2-CmV2-Ftm;

V(0)=V0=V(Т)=0.

Краевая задача (13), как видно из присутствия в обоих уравнениях нелинейных членов, решается только численным образом. Данное решение дано на рис. 3.

Но при такой зависимости 2 и V не возможно выполнение граничного условия V(Т)=0, т.к. всегда 20 и никаким образом не возможно уменьшить V до 0.

Рис. 3. Решение системы (13).

С другой стороны особенности решения классической задачи на быстродействие /Понт/ дают такой режим остановки: на некотором отрезке времени t0 – tg необходимо наискорейшим образом повысить V до Vмах и удерживать ее до tg;

далее необходимо уменьшить тягу буксира до нуля, предоставив плоту возможность двигаться по инерции.

Рис. 4. Синтез оптимальной траектории остановки плота (Fsin) и иллюстрации отдельных режимов для реального плота:

(Fm+) – разгон и Vmax;

Fm- - инерция.

Такой режим можно получить, если воспользоваться свойствами гамильтониана /Цирл/. В силу того, что правые части (13) не зависят явно от времени и временной интервал не фиксирован значение H(Fopt)=0 для всего временного интервала. Учитывая тот факт, что р1(t)0 для выполнения H(Fopt)=0 имеем V2 = (Fm-Ftm)/Cm. Это в свою очередь означает тот факт, что H(Fopt)=0 для множества значений Fm. Однако, последнее обстоятельство обуславливает необходимость рассмотрения особых решений задачи оптимального управления. Приемлемым типом особого решения является решение, получаемое из условия d2(H/u)/dt2 =0, из которого следует, что 2(t) = c1t+c2 и формальная возможность уменьшения тяги с максимальной до нулевой.

От полученных теоретических выводов легко перейти к конкретным практическим алгоритмам нахождения оптимального режима остановки плота. Ясно, что плот надо сначала разгонять до Vmax, затем его скорость держать до определенного момента времени (точка Pg) и далее прекращать работу буксиров – F(t Pg)=0. Данный алгоритм легко реализовать численным образом, принимая F(tPg)=Fmax и F(tPg)=0:

оптимальное решение дано на рис. 4.

Рис. 5. Фактическое распределение положения точки Pg Рис. 6.Реальная траектория типового плота По материалам производственных испытаний было рассмотрено плотов. Распределение точки снижения Vmax - Pg – для типового плота приведено на рис. 6;

оптимальный режим остановки представлен на рис. 4.

Fm+. и Fm-.

Для среднего плота, обладающего указанными выше параметрами и имеющего Vmax = 0.54 м/с и время остановки Т = 357 с было определено оптимальное время, которое составило 241 с – рис. 4 (Fm+ и Fm-).

Сокращение времени остановки составляет 32 %.

Библиографический список Ваганов Г.И., и др. В.К. Тяга судов. – М.: Транспорт, 1986. – 1.

200 с.

Понтрягин Л.С. и др. Математическая теория оптимальных 2.

процессов. – М.: Наука, 1983. – 396 с.

Солодухин М.М., Овчиников М.М. Водный транспорт 3.

хлыстов. – М.: Лесн. промышленность, 1978. – 144 с.

Щербаков В.А. Лесосплавные рейды. – М.: Лесн.

4.

промышленность, 1979. – 246 с.

УДК 630.37 Н.Д. Гайденок А.С. Пантелеев В.Ф. Чумаков Е.С. Пантелеев ПОИСК ОПТИМАЛЬНЫХ ГАБАРИТНЫХ РАЗМЕРОВ ГРУНТОВЫХ БЛОКОВ ДЛЯ ВОЗВЕДЕНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г.Красноярск В статье представлена математическая модель, позволяющая оптимизировать габаритные параметры грунтовых блоков, выпиливаемых баровыми установками, при возведении земляного полотна в зимнее время.

Предложенный способ возведения земляного полотна осуществляется следующим образом: в зимнее время в боковых резервах проводят подготовку грунтовых блоков путем нарезки вертикальных швов – двух поперечных и двух продольных и нижнего шва, путем отрыва сформированного грунтового блока от земляного массива. Земляное полотно формируют путем укладки готовых грунтовых блоков нижним основанием вверх. В начале участка закладывают забой.

Для повышения эффективности процесса возведения земляного полотна, необходимо построить математическую модель рассматриваемого процесса.

В начале рассмотрим концептуальную схему процесса возведения земляного полотна. Из анализа удельной энергоемкости предлагаемой технологии, основные энергозатраты (более 70 %) приходятся на процесс пиления мерзлого грунта. Поэтому имеются все основания для рассмотрения данного показателя в виде целевой функции конструируемой оптимизационной задачи.

Выбрав критерий оптимизации, перейдем к регламенту системы ограничений, отражающих условия, при которых необходимо минимизировать выбранный критерий.

В качестве первого ограничения выбираем грузоподъемность манипулятора, используемого при перемещении полученных грунтовых блоков в тело земляного полотна.

Вторым ограничением является мощность трактора, необходимая для преодоления силы сопротивления отрыву мерзлого грунта.

Третьим ограничением является соответствие между шириной земляного полотна и габаритами мерзлых грунтовых блоков, покрывающих его по ширине (должно быть целым числом).

Итак, описав концептуальную схему процесса возведения земляного полотна, перейдем к построению его математической модели. Пусть Lгр – ширина земляного полотна;

x, y, z – соответственно: ширина, длина и высота мерзлого грунтового блока. Целевая функция пропорциональна половине боковой поверхности блока, т. е. геометрическим смыслом целевой функции является минимизация поверхности пиления.

F(x, y, z) = (x + y)z (4.1) Переходим к построению формального образа системы ограничений.

Первое ограничение, являющееся по своему физическому смыслу ограничением на объем, формализуется следующим образом:

xyz Gгр /qгр (4.2) где Gгр – грузоподъемность манипулятора (Gгр = 3000 кг);

qгр – плотность мерзлого грунта (qгр = 1760 кг/м3).

Второе ограничение формализуется на основании соотношения (3.7) [6] следующим образом:

Fсопр = врx2y /6z Fк (4.3) где Fсопр – сила сопротивления возникающая при отрыве мерзлого грунтового блока;

вр – сопротивляемость мерзлого грунта разрушению при изгибающем усилии ( вр = 44 кН/м2);

Fк – усилие создаваемое трактором на крюке (Fк = 100 кН).

Третье ограничение, отвечающее регламенту количества блоков полностью покрывающих земляное полотно, формализуется следующим образом:

(Nb1 – Lгр /y)(Nb2 – Lгр /y)…(Nbm – Lгр /y) = 0 (4.4) где Nb = (Nb1, Nb2,…, Nbm) – массив значений количества блоков, которое удовлетворяет физическому смыслу задачи и реальным габаритным размерам блоков.

К ограничениям (4.2) – (4.4) естественным образом добавляется условие положительности x, y, z.

x 0, y 0, z 0, (4.5) Кроме этого ограничения, существуют также ограничения верхней границы x, y, z: их, не нарушая общности, можно считать ограниченными габаритами земляного полотна:

x Взп, y Взп, z Нзп (4.6) где Взп, Нзп – соответственно: ширина и высота земляного полотна.

Объединяя соотношения (4.1) – (4.6) получим следующую задачу не линейного программирования с не линейной целевой функцией (4.1) и не линейными ограничениями (4.2) – (4.6):

(x + y)z min xyz А врx y /6z В (4.7) (Nbi – Lгр /y) = 0i= x 0, y 0, z x Взп, y Взп, z Нзп Система ограничений (4.5) – (4.6) необходима при реализации численных алгоритмов решения задачи (4.1) – (4.4).

Рассматриваемую систему (4.5) – (4.6) в ряде случаев можно более конкретизировать в соответствии с особенностями физики процессов замерзшего грунта или параметрами технических устройств.

Действительно, переменная z не может быть меньше глубины границы мерзлого и талого грунта в течении осени и больше максимальной длины бары зимой.

Метод решения задачи (4.1) – (4.4);

(4.1) – (4.6). Для этих целей используем метод штрафных функций, сводя задачу условной минимизации, к безусловной.

Основная идея метода штрафной функции состоит в преобразовании задачи минимизации функции:

(4.8) U=f(х) с соответствующими ограничениями, наложенными на х, в задачу поиска минимума без ограничений функции:

U=F(x)+P(x) (4.9) Функция Р(х) является штрафной. Необходимо, чтобы при нарушении ограничений она "штрафовала" функцию U, т. е. увеличивала ее значение.

В этом случае минимум U будет находиться внутри области ограничений.

Функция Р(х), удовлетворяющая этому условию, может быть не единственной. Задачу минимизации можно сформулировать следующим образом:

минимизировать функцию U = f(х) (4.10) при ограничениях сj (х) 0, f=1, 2,..., m.

(4.11) Замечание. Ограничение вида "меньше или равно", h(х) 0, всегда может быть записано как - h(х) 0, поэтому в приведенной выше формулировке нет потери общности.

Функцию Р(х) удобно записать следующим образом:

m P( x) = r (4.12) j =1 cj ( x ) где r - положительная величина.

Тогда функция U = (х, r) принимает вид:

m U = ( x, r ) = f ( x ) + r (4.13) cj ( x ) j = Если х принимает допустимые значения, т. е. значения, для которых сj(х) 0, то Z принимает значения, которые больше соответствующих значений f(х) (истинной целевой функции данной задачи), и разность можно уменьшить за счет того, что r может быть очень малой величиной.

Но если х принимает значения, которые хотя и являются допустимыми, но близки к границе области ограничений, и по крайней мере одна из функций сj(х) близка к нулю, тогда значения функции Р(х) и, следовательно, значения функции Z станут очень велики. Таким образом, влияние функции Р(х) состоит в создании "гребня с крутыми краями" вдоль каждой границы области ограничений. Следовательно, если поиск начинается из допустимой точки и осуществляется поиск минимума функции (x, r) без ограничений, то минимум, конечно, будет достигаться внутри допустимой области для задачи с ограничениями. Полагая r достаточно малой величиной, для того чтобы влияние Р(х) было малым в точке минимума, мы можем сделать точку минимума функции (x, r) без ограничений совпадающей с точкой минимума функции f(х) с ограничениями.

В общем случае невозможно аналитически определить положение минимума функции (x, r), рассматривая ее как обычную функцию от r.

Для его определения необходимо обратиться к численным методам.

Следует отметить, что если целевая функция f(х) выпукла, а функция сj(х) вогнута, то функция (x, r), заданная уравнением (4.13), также является выпуклой функцией в области ограничений, которая сама является выпуклой. Следовательно, (х, r) имеет для данного значения r единственный минимум.

Известно, что градиент функции f(z1, z2.... zn ) в каждой точке направлен в сторону наискорейшего локального возрастания этой функции. Следовательно, для поиска минимума необходимо спускаться в противоположном направлении. Если минимизируемая функция дифференцируема и ограничена снизу, а ее градиент удовлетворяет условию Липшица, то итерационный процесс будет сходиться к минимуму функции f из произвольной начальной точки с координатами z10, z20,..., zn [1].

zi k+1 = zi k – a gradzi f(z1k, z2k,..., znk) (4.14) Параметр а в формуле (4.14) определяет длину шага в направлении спуска. Длину шага можно выбирать из условия минимизации функции вдоль направления, противоположного градиенту. Такой вариант градиентного метода называют методом наискорейшего спуска. В другом варианте градиентного спуска длина шага а выбирается методом дробления [1, 5]. В последнем варианте итерации по формуле (4.14) проводятся с начальным шагом а до тех пор, пока функция f убывает, т.е.

выполняется условие:

f(z1k+1,..., znk+1)f(z1k,...., znk) (4.15) При невыполнении этого условия шаг а уменьшается вдвое, вычисляются координаты zik+1 с новым шагом и вновь проверяется условие (4.15). Дробление шага продолжается до тех пор, пока не будет выполнено условие (4.15). Для завершения итерационного процесса можно выбрать следующий критерий:

/zik+1 – zik/ i, (4.16) где i - допустимая погрешность определения минимума по i-й координате.

В частности, значения всех i могут быть заданы одинаковыми.

С помощью градиентного спуска минимум гладких функций находится значительно быстрее, чем при использовании координатного спуска. Однако наряду с вычислением функции f на каждой итерации градиентного метода приходится вычислять составляющие градиента этой функции. Кроме того, сходимость итерационного процесса (4.14) может быть медленной для функций, имеющих овражный рельеф. В этом случае изменением масштабов переменных рекомендуется перейти к котловинному рельефу или применить так называемый овражный метод [1].

В окрестности точки минимума составляющие градиента функции имеют малые значения, что приводит к возрастанию чувствительности итерационного процесса (4.14) к погрешностям вычислений и осложняет поиск на заключительном этапе.

Для преодоления проблемы попадания в локальный экстремум, генерируемый ограничением (4.4), использовали стратегию мульти старта – серию начальных приближений выбирали для разных вариантов числа блоков.

Реализовав данный алгоритм с помощью пакета Mathlab 7, получили следующие результаты:

xyz = 1,56 – при ограничении 1, Fсопр = 100 кН – при ограничении Fк = 100 кН Число блоков Nb = 5 – при ограничении Взп = 6,8 м Библиографический список 1. Сухарев А. Г., Тихомиров А. В., Федоров В. В. Курс методов оптимизации. – М.: Наука, 1986. – 328 с.

2. Мудров А. Е. Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран и Паскаль. – Томск: МП «РАСКО», 1991. – 272 с.

3. Банди Б. Методы оптимизации: Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1988. - 128 с.

4. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. – М.: Наука, 1976. – с.

5. Плис А. И., Сливана Н. А. Лабораторный практикум по высшей математике. – М.: Высш. Шк., 1983. – 208 с.

6. Гайденок Н. Д., Баранов А. Н., Чумаков В. Ф. Исследование процесса разрушения мерзлого грунта при изгибающем усилии. – Сб.

ст.Транспорт в лесном комплексе. Йошкар-Ола. МарГТУ, 2004, 5 с.

7. Беляев Н. Б. Сопротивление материалов. – М: Наука, 1976. – 608 с.

8. Зеленин А. Н. Основы разрушения грунтов механическими способами. – М.: Машиностроение, 1968. – 750 с.

УДК 630.377.4 Д.В. Черник К ВОПРОСУ ОБОСНОВАНИЯ РАСЧЕТНОЙ СХЕМЫ РАЗМЕЩЕНИЯ ДЕРЕВА В ЗАХВАТЕ ЛЕСОПОГРУЗЧИКА ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г.Красноярск В статье ставится вопрос о выборе расчетной схемы размещения дерева в захвате лесопогрузчика. Рассматриваются две расчетных схемы: с учетом угловых колебаний, без учета угловых колебаний. Приводятся методика и результаты расчета сил захвата при различном номинальном давлении в гидравлической системе лесопогрузчиков ЛТ-188 и ЛТ-240.

Даются рекомендации по выбору расчетной схемы.

При проектировании лесопогрузчиков перекидного и фронтального типов, а также при исследовании динамики различного рода нагрузок данных машин возникают вопросы выбора расчетной схемы расположения дерева в захвате. В настоящее время существуют две расчетные схемы размещения дерева в захвате лесопогрузчика, которые показаны на рисунке 1 [1]. В расчетной схеме а, подразумевается участие в колебательном процессе части дерева, которая находится между двумя опорами захвата. В расчетной схеме б – не учитывается часть дерева, расположенная в захвате, комлевая и вершинная части рассматриваются как консольные балки.

Рисунок 1 – Расчетные схемы хлыста:

а – относительно опор возможны угловые и ограничены вертикальные перемещения;

б – относительно опор ограничены как вертикальные, так и угловые перемещения.

При выборе расчетной схемы, необходимо учитывать, что на характер размещения дерева в захвате лесопогрузчика влияют различного рода факторы. Одним из таких факторов является сила захвата PЗ (Рисунок 2).

Рисунок 2 - Расчетная схема взаимодействия захвата с деревом На схеме: РЗ – сила захвата;

R – реакция дерева;

GД – вес дерева;

rзв – радиус звездочки;

РЦ – сила гидроцилиндра;

L – расстояние от точки до места приложения силы PЗ.

Используя Рисунок 2, составим уравнение моментов относительно точки О М0 = 2 PЦ rзв G Д l R L = 2 PЦ rзв G Д l R= = PЗ (1) L Силу РЦ находим по формуле [2] D 2 1000 РНОМ PЦ =, (2) где D – диаметр поршня гидроцилиндра, м;

РНОМ – давление в гидросистеме лесопогрузчика, МПа;

– к.п.д. гидросистемы.

Используя формулы (1) и (2) находим зависимость силы захвата от номинального давления в гидросистеме. График этой зависимости отображен на Рисунке 3.

Рисунок 3 – График зависимости силы захвата от номинального давления в гидросистеме Несмотря на большие РЗ, при переходе лесопогрузчика из режима набора в режим транспортировки деревья в пачке начинают смещаться относительно друг друга, тем самым уплотнятся, вследствие чего сила захвата уменьшается. Исходя из этого, для расчетов рекомендуется принимать расчетную схему, которая учитывает возможное влияние участка дерева, ограниченного захватом (Рисунок 1а).

Библиографический список 1. Лозовой В.А. Расчеты лесозаготовительного оборудования с учетом колебаний : учебное пособие дл студентов специальностей 26.01.00, 17.04.00 и слушателей ФПК / Лозовой В.А. – Красноярск: СибГТУ, 1999. – 140 с.

2. Полетайкин В.Ф. Погрузочные машины: учебное пособие / В.Ф.

Полетайкин Е.В. Авдеева – Красноярск: СибГТУ, 2001. – 200с.

УДК 630.377.4 Д.В. Черник ВЛИЯНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДЕРЕВА В ЗАХВАТЕ ЛЕСОПОГРУЗЧИКА НА ЖЕСТКОСТЬ ВЕРШИННОЙ И КОМЛЕВОЙ ЧАСТЕЙ ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»

г.Красноярск В статье рассматривается вопрос о влиянии положения дерева в захвате лесопогрузчика на жесткость вершинной и комлевой частей при смещении предмета труда относительно продольной оси лесопогрузчика.

При этом максимальное смещение в обоих направлениях принимается 1, м. Приведена расчетная схема расположения дерева в захвате. Показана методика расчета жесткости вершинной и комлевой частей в зависимости от смещения. Построены графики зависимости жесткости частей дерева в зависимости от смещения для II…IV разрядов сосны и ели, проведен их анализ.

При проектировании лесопогрузчиков перекидного и фронтального типов принято считать, что центр тяжести дерева, расположенного в захвате совпадает с продольной осью машины. Но практика показывает, что смещение центра тяжести дерева относительно продольной оси лесопогрузчика может достигать 1,67м [1]. Данный фактор влияет на величину дополнительного момента, который возникает при колебаниях во время грузового хода лесопогрузчика вследствие разности величин масс и жесткостей вершинной и комлевой частей. Дополнительный момент, возникающий в поперечной плоскости, увеличивает величину динамической нагруженности элементов конструкции рабочего оборудования. Исходя из этого, вопрос влияния смещения центра тяжести дерева относительно продольной оси лесопогрузчика на дополнительный момент является актуальным.

Рассмотрим влияние положения дерева в захвате лесопогрузчика на его жесткость.

При составлении расчетной схемы хлыста учитываем следующие условия (Рисунок 1):



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.