CC BY
20
FludL.O. Construction strength criterion for long wood
A synthesis of short-term strength criterion E.K. Ashkenazi long-term strength. The method of determining long-term strength tensor of orthotropic materials. It was used to set the functional dependence for calculating the tensor components, long-term strength of wood.
УДК 630.*36(100) Асист. Н.В. Шевченко - НЛТУ Укршни, м. Львiв
АНАЛ1З РЕЗУЛЬТАТ1В МОДЕЛЮВАННЯ ПОСТУПАЛЬНОГО РУХУ Л1СОВОЗНОГО АВТОМОБ1ЛЯ ТА ОПТИМ1ЗАЦ1Я ЙОГО
ОСНОВНИХ ПАРАМЕТР1В
Розглянуто результати моделювання поступального руху типовим маршрутом люовозного автомобшя на I-V та на V передачах коробки передач. За результатами моделювання розв'язано частковi задачi багатокритерiальноi оптимiзацii основних параметрiв лiсовозного автомобiля з рiзними наборами критерпв та зроблено порiв-няльний аналiз результатiв оптимiзацii.
Покращити тягово-швидюсш, паливно-економ1чн1 властивост чи транспортну продуктившсть люовозного автомобшя (ЛА), що е тягачем автопотяга, можна шляхом оптимального вибору його основних параметр1в. За основш параметри автопотяга, як потр1бно оптим1зувати, прийнято: вантаж-шсть автопотяга mQ i власну масу люовозного автомобшя-тягача m; макси-мальну теоретичну швидкiсть Vmax автопотяга, що вiдповiдае мтмальному загальному передатному числу ump min; максимальну потужнiсть Ne max i номь нальну частоту обертання вала двигуна nN.
Розглядаемо двi частковi задачi оптимiзацii для визначення цих пара-метрiв за результатами моделювання розгону з мюця автопотяга на I-V передачах та за результатами моделювання розгону до заданоi швидкост на V пе-редачi коробки передач, i з рiзними наборами критерпв.
Отримати аналiтичний опис критерпв оптимiзацii можна шляхом ма-тематичного моделювання поступального руху, крутильних коливань у тран-смiсii та вертикальних коливань автомобiля з подальшою апроксимацiею за-лежностей критерпв з урахуванням параметрiв автомобiля, дороги та водiя. Прийнято один з ймовiрних варiантiв маршруту вивезення деревини на шд-приемствах лiсового господарства, у якому усереднена частка дорш з асфаль-товим покриттям становить 55 %, щебеневим - 35 %, грунтових - 10 % у загальному маршрут вивезення деревини автопотягами.
Для першо!" задачi багатокритерiальноi оптимiзацii, беручи до уваги ДСТУ [1], взято таю критери: tpo3s60, c - час розгону до 60 км/год; tVk, с - час розгону до деяко!' кшцево1* швидкостi Vk; G60c, л/100 км - середня витрата паль-ного за час розгону до V=60 км/год; Gtk, л/100 км - витрата пального на момент кшця розгону до Vk, км/год; Gck, л/100 км - середня витрата пального за час розгону до Vk, км/год; Wck, т-км/год - середня продуктившсть для розгону до Vk км/год; Wtk, т-км/год - продуктившсть на момент кшця розгону tk, коли V=Vk км/год; aMtr, Н^м - середне квадратичне вдаилення динамiчного крутного моменту у валах трансмiсii, визначене для розгону тшьки на V передачi.
За критери оптимiзацii у другiй задачi оптимiзацii прийнято: G100 - витрата пального, л/100 км; W - продуктившсть люового автопотяга, т-км/год;
Науковий вкиик НЛТУ УкраТни. - 2011. - Вип. 21.7
VkA - кшцева швидкiсть руху на дорозi з асфальтовим покриттям, км/год; VkS -кiнцева швидкiсть руху на дорозi 3Í щебеневим покриттям, км/год; VkG - кш-цева швидюсть руху на дорозi з грунтовим покриттям, км/год; Vcep - середня швидюсть руху за час розгону до 60 км/год.
Потреба у виборi кшцевих швидкостей руху на дорогах з рiзним покриттям за критери оптимiзащ! постала тому, що вивезення деревини вщбу-ваеться дорогами рiзних типiв, умови руху на яких ютотно вiдрiзняються.
Допустимi межi змiни кожного з оптимiзованих параметрiв вибирали так, щоб вщмштсть !х вiд параметрiв серiйних автомобшв не перевищувала 20-30 %. Числовi експерименти моделювання поступального руху автопотяга проведено за допомогою розроблених проф. Б.В. Бшиком та Н.В. Шевченко в програмному середовишд Delphi комп'ютерних програм "AnRoz6x6 V60-5KL-Asf-S-G" та "AnRozh6x6-Vp5"на пiдставi розрахунково! та математично! моделей процесу розгону люовозного автопотяга. Оптимiзацiйнi розрахунки проведено за допомогою програм "OPT-AnRozh 6x6-5Kl" та "OPT-An-Rozh6x6-Vp5", якi розробив автор у програмному середовишд Algo.
Результати моделювання розгону автопотяга з мюця до швидкост V=60 км/год з рiзними двигунами i рiзним рейсовим навантаженням показали, що для автопотяпв з однаковими питомими потужностями показники розгону не так залежать вщ максимально! потужност Ne max двигуна, як вiд питомо! потужност автопотяга Nnum, максимально! теоретично! швидкост Vmax та номiнально! частоти обертання вала двигуна nN. Змiна передатних чисел коробки передач (за умови, що ump min вщповщае Vmax) на показники розгону практично не впливае.
Аналiз отриманих залежностей показав, що зменшення Vmax вiд 80 км/год до 60 призводить до зростання часу розгону приблизно на 19-35 % та середньо! витрати пального пiд час розгону Gcep на 14-18 % (залежно вiд Nnum). 3i збшьшенням Vmax витрата пального на одиницю транспортно! роботи змен-шуеться на 3-10 %, однак, коли Vmax< 65 км/год gmp рiзко зростае на 11-12 %. 3i змшою Nnum витрати пального на одиницю транспортно! роботи gmp змiнюеться незначно (± 3 %), однак для Vmax < 65 км/год зростае до 10-12 %.
Для Vmax=70-85 км/год та коли мала питома потужшсть Nnum, розгiн до 60 км/год неможливий. Для цього дiапазону швидкостей розгiн неможливий також коли mg>13 т на шебеневiй дорозi та для дiапазону Vmax=75-85км/год та mQ>13 т на дорозi з асфальтовим покриттям.
Результати моделювання на ПК руху автопотяга на V передачi стали тд-ставою, щоб стверджувати, що максимальнiй продуктивности П вщповщають значення теоретично! швидкостi Vmax у межах 72-77 км/год [3]. Середня швидюсть Vcep та продуктившсть набувають свого максимального значення за умови, що Ne max знаходиться в дiапазонi 175-185 кВт. 3i збiльшенням рейсового наван-таження mQ Vcp спадае, однак зростае продуктившсть П. Коли mQ>17 т, то Vcp е максимальним для Vmax<80 км/год (ump min>6,3 при nN= 2200 об/хв).
Результати моделювання ютотно вiдрiзняються залежно вщ покриття дороги. На грунтовiй дороз^ порiвняно з асфальтованою, зростае штенсившсть коливань моментiв на валах трансмiсi! Mtr та карданному валу Мкард, а витрата
пального О у л/100км збшьшуеться майже вдвiчi, тому оптимiзуючи парамет-ри автомобшя треба скласти типовий для люових шдприемств маршрут, що охоплюватиме дшянки дорiг, умови руху на яких ютотно вiдрiзняються.
Обидвi частковi задачi оптимiзащl актуальнi, бо за критери у них взято показники динамiчностi, продуктивностi, витрати пального. Характерною оз-накою для цих двох задач е те, що показники динамiчних якостей будуть кра-щими, коли витрата пального буде якомога меншою, а продуктившсть якомо-га бшьшою. Згiдно зi системним пiдходом, у математичних моделях посту-пального руху люовозних автопотягiв використано коефiцiенти, обмеження, залежност тощо, якi описують властивост самого автопотяга, дороги i водiя.
Отриманi за першим набором критерив оптимальнi значення основних параметрiв люовозних автомобшв 5-го класу го (з повною масою в дiапазонi 8-16 т) неютотно вiдрiзняються вiд параметрiв за другим набором критерив. А саме, рiзниця мiж значеннями Ые тах становить < 1,1 %, мiж п^ - < 1,8 %, мiж Утах- 3,4 %, лише вантажнiсть тд у цих задачах рiзниться на 14,2 %. Тобто обидва набори критерив можна використовувати у задачах оптимiзацil основних параметрiв лiсовозних автопотяпв.
1С)р1 ■ КамАЭ-4310 ВУрал-4320 ■ Урал-375Д
Ссрк/\Л/срк
Рис. 1. Значення показнишв динамiчностi, продуктивностi та витрати пального на дорозi з асфальтованим покриттям для автомобтя 5-го класу з оптимальними параметрами та серШних
Науковий вкник НЛТУ УкраТни. - 2011. - Вип. 21.7
Для nepeBÏpra адекватност знайдених оптимальних napaMeTpiB параметрам юнуючих автомобiлiв, тягачiв автопотяпв, зроблено порiвняльний ана-лiз. На рис. 1 наведено числовi значення показниюв динамiчностi, продуктив-ностi та витрати пального, що е критерiями оптимiзацiï, для автопотяга з виз-наченими оптимальними параметрами та для юнуючих автомобiлiв 5-го класу КамАЗ-4310, Урал-4320, Урал-375Д пiд час руху дорогою з асфальтовим пок-риттям на 5-й передачi КП. Оскшьки показники витрати пального для автомо-бiля з оптимальними параметрами е дещо гiршими за тi ж показники для се-рiйних машин, а показники продуктивност - навпаки е вищими, то доцiльно ввести ще такi критерiï, як годинш витрати пального, вiднесенi до одинищ транспортноï роботи Gck/Wck та GtjJWtk, якi, як видно з рис. 1, е на 1-5 % в автомобшя з оптимальними параметрами, кращими, нiж у сершних автомобiлiв.
Рис. 2. Вплив максимальноХ потужност1 на показники динамiчностi, продуктивностi та паливноХ економiчностi (п^=2400 об/хв, Утах=75 км/год)
Результати такого порiвняльного аналiзу дають змогу зробити таю висновки: якщо за визначальш (прiоритетнi) критери брати продуктившсть, час розгону та юнцеву швидкiсть руху, середне квадратичне вiдхилення ди-намiчного крутного моменту у валах трансмюи, то критери е однозначно кращими, нiж в iснуючих автомобшв цього класу (продуктивнiсть на 3-15 %, час розгону до 60 км/год на 7-11 %, юнцева швидюсть на 3-4 %, аМгг на 2-
6 %); витрата пального е дещо бшьшою, шж у машин-аналогiв (на 2,510,9 %), проте на 1-5 % е кращими такi критери як Gck/Wck та Gtk/Wtk.
Проведено аналiз впливу оптимальних параметрiв ЛА як на показники динамiчностi, продуктивност! та паливно! економiчностi, що увшшли у зада-4i оптим!зацп, так i на тi, якi не взято за критери оптим!зацп (рис. 2).
З рис. 2 наочно видно потребу в багатокритерiальнiй оптим!зацп i зна-ходженнi компромiсу мiж критерiями, бо, наприклад, збiльшення максимально! потужност двигуна Nemax шдвишуе витрату пального, але покращуе дина-мiчнi властивостi автомобiля. З рис. 2 також видно недоцшьшсть у такому критери, як час розгону на дшянщ шляху 1000 м t1000 (особливо для дорш з ас-фальтовим i щебеневим покриттям), та Vk кiнцева швидкiсть руху, а серед трьох показниюв паливно! економiчностi можна взяти за критерi! лише один, наприклад G60cp середню витрату пального за час розгону до V=60 км/год.
Змшюючи типовий маршрут, вантажшсть автомобiля-тягача та ваговi коефщенти критерi!в (прiоритети), з допомогою розроблених iмiтацiйних моделей можна вибрати оптимальш параметри автопотягiв того чи шшого класу.
На пiдставi аналiзу результатiв моделювання та оптимiзацi! основних параметрiв лiсовозного автомобiля можна зробити таю висновки: для вибору оптимальних параметрiв автомобшя однозначно варто використовувати роз-роблену автором методику багатокритерiально! оптимiзацi! [2, 3]; суперечли-вий характер критерив оптимiзацi!, коли одш зростають, а iншi спадають, ви-магае обгрунтування та введення нових критерив на еташ аналiзу результата оптимiзацi!.
Л1тература
1. ДСТУ 2942-94. Автотранспорта! засоби. Тягово-швидюсш властивосп та паливна економ1чшсть. Термши та позначення.
2. Шевченко Н.В. Методика вибору оптимальних параметр1в двигуна та мехатчно! трансмюп люовозного автомоб1ля / Н.В. Шевченко // Науковий вюник НЛТУ Укра!ни : зб. на-ук.-техн. праць. - Льв1в : РВВ НЛТУ Укра!ни. - 2009. - Вип. 19.7. - 308 с.
3. Бшик Б.В. Аспекти системного тдходу в процес вибору параметр1в люовозного ав-томоб1ля / Б.В. Бшик // Науков1 пращ Лю1вничо! академп наук Укра!ни : зб. наук. праць. -Льв1в : РВВ НЛТУ Укра!ни. - 2011. - Вип. 6. - С. 159-161.
Шевченко Н.В. Анализ результатов моделирования поступательного движения лесовозного автомобиля и оптимизации его основных параметров
Рассмотрены результаты моделирования поступательного движения типичным маршрутом лесовозного автомобиля на I-V и на V передачах коробки передач. По результатам моделирования развязаны частичные задачи многокритериальной оптимизации основных параметров лесовозного автомобиля с разными наборами критериев и сделан сравнительный анализ результатов оптимизации.
Schevcenko N.V. Study results of modeling the momentum of forest car and optimization of the basic parameters
The results simulation of translational motion typical of forest route and car I-V-and V-and on and gearbox. As a result of the partial simulation solved the problem of multicri-teria optimization of key parameters of forest car with a different set of criteria and a comparative analysis of optimization._
