CC BY
2
and Engineering, 537 (4), article No. 042024.
8. Чабаненко А.В. Стандартизация наукоемкой продукции // РИА Стандарты и качество. М., 2015. № 1.
С. 42 - 47.
9. Гулевитский А.Ю., Чабаненко А.В. Разработка и внедрение системы управления производством инновационной продукции // Избранные научные труды: Материалы IVX междунар. конф. М., 2015. С. 159 - 164.
10. Федеральная служба по интеллектуальной собственности (Роспатент) [Электронный ресурс] // Отчёт о деятельности организации [Электронный ресурс] URL: http:// http://www.rupto.ru (дата обращения: 10.01.2023).
11. Чабаненко А.В., Рассыхаева М.Д. Оценка пластичности с комбинированным упрочнением для исследования процессов деформирования конструкционных материалов при различных режимах малоцикловых нагруже-ний. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ 2021619545, 11.06.2021. Заявка № 2021618914 от 11.06.2021.
Чабаненко Александр Валерьевич, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения
POWER PLANETARY ELECTRIC DRIVES FOR LOCK BODIES OF PIPELINE TRANSPORT
A.V. Chabanenko
In the modern world, additive manufacturing plays a key role in a variety of industries. Additive technologies provide unprecedented flexibility in design and manufacturing, but also pose new challenges to engineers and researchers in ensuring and maintaining the high quality of manufactured products. The main tool in solving these problems is the modeling ofprinting processes. This article focuses on various aspects and modeling techniques used to predict and optimize the quality of products manufactured using additive technologies. In light of these challenges, modeling additive manufacturing processes is becoming an integral part of the development and optimization ofprinting technologies. The use of advanced computer models and simulations allows engineers and researchers to deeply understand the impact of each aspect of the printing process on the final product. From the accuracy of the print head positioning to the thermal control of the process, all these factors can be carefully studied and optimized using computer modeling. Analyzing the latest research and development in this area, we strive to show how the modeling of printing processes contributes to improving the quality and reliability of additive manufacturing, opening up new horizons for its application in various fields of industry and science.
Key words: quality, 3D printing, process modeling, standardization, CAD, FDM, quality control, additive technologies.
Chabanenko Alexander Valerievich, candidate of technical sciences, docent, a@chabanenko. ru, Russia, St. Petersburg, St. Petersburg State University of Aerospace Instrumentation
УДК 625.75
Б01: 10.24412/2071-6168-2024-4-39-40
ЭКСПЕРТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОНЦЕПЦИИ МАШИНЫ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ НЕЖЕЛАТЕЛЬНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ ВДОЛЬ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ПУТЕЙ
А.А. Шубин, Н.А. Витчук, С.О. Илюхин, В.Ю. Анцев
Рассмотрены способы борьбы с нежелательной растительностью на полосе отвода железнодорожных путей, указаны их преимущества и недостатки. Показана целесообразность разработки специальной машины на железнодорожном ходу, содержащей жилой модуль для обслуживающего персонала и несколько видов быстросменного рабочего оборудования для возможности выполнения различных операций по удалению нежелательной растительности. На основе метода экспертных оценок определены свойства вновь разрабатываемой машины для борьбы с нежелательной растительностью. Представлена концепция такой машины на базе автомотрисы АСГ-30П.
Ключевые слова: железнодорожные пути, нежелательная растительность, автомотриса АСГ-30П, бытовой модуль, дерево свойств, квалиметрия, эксперт.
Бесконтрольное зарастание полосы отвода железнодорожных путей древесной и кустарниковой растительностью и травой может спровоцировать аварийную ситуацию и представляет реальную угрозу безопасности и бесперебойности функционирования железнодорожного транспорта. Эта угроза включает в себя такие факторы, как возможность падения деревьев на железнодорожный путь или контактную сеть, снижение видимости на кривых участках пути, возгорание травы или другой растительности, при котором пламя может перекинуться на подвижной состав [1]. Поэтому в настоящее время в Российской Федерации актуальной является задача удаления травы и нежелательной древесно-кустарниковой растительности в полосе отвода железных дорог.
В соответствии с нормами отвода земельных участков, прилегающих к железнодорожным путям, а также земельных участков, занятых железнодорожными путями или предназначенных для их размещения установлено, что зона интенсивного содержания составляет 5 метров от оси пути, а зона экстенсивного содержания - 10 метров [2].
Известные способы борьбы с нежелательной растительностью вдоль железнодорожных путей классифицируют на [1]:
- ручной;
- химический;
- механический.
Ручной способ является самым трудозатратным и малопроизводительным, но при этом обеспечивает высокое качество удаления нежелательной растительности. Химический способ наиболее эффективен только после механической обработки и используется для подавления роста растительности.
Наиболее высокопроизводительным способом борьбы с нежелательной растительностью является механический. На данный момент рациональным и эффективным методом считается раздельное удаление надземной и корневой частей растений. Для решения этих задач (скос травы, удаление кустарника и спил крон деревьев) применяют косилки [3], кусторезы [4] и мульчеры [5], устанавливаемые на манипуляторы, которыми оборудованы самые различные транспортные средства.
В России и за рубежом имеется множество различных образцов специализированных машин для борьбы с нежелательной растительностью на железных дорогах. Классификация машин приведена на рис. 1.
Тип кусторезной машины
- ----
Грузайики с Экскабаторы с Специальные путевые
колесными парами колесными парами машины
Легкие Тяжелые
Гусиничные Легкие ¡Тяжелые\
_L
_L
Легкие
Тяжелые
..... рабочий инструмент Комплексное удаление нежелательной растительности ¡механический и химический метод! Сменный инструмент отдельно для каждого типа работы
Рис 1. Классификация кусторезных маиит
На зарубежных и российских железных дорогах используют как универсальные, так и специализированные машины. Универсальными машинами являются тяжелые и легкие грузовые автомобили (рис. 2, а), гусеничные и пневмоколесные экскаваторы на комбинированном ходу (рис. 2, б), а специализированными - путевые машины, оборудованные манипуляторной установкой [6-9] и др.
Рис. 2. Универсальные кусторезные машины
Каждая из этих машин имеет ряд своих преимуществ и недостатков.
Например, у путевых машин имеется ограничение по диаметру срезаемой растительности. Это сделано для универсальности машины, так как она выполняет не только спил кустарника и деревьев, но и функцию покоса травы. Преимуществом является высокая производительность и скорость перемещения по железной дороге.
Машины на платформе экскаватора и грузовика имеют преимущество в мобильности (способность быстро сходить с рельсового пути для пропускания поезда) и зоне охвата. С другой стороны, эти машины не способны быстро передвигаться по железной дороге. Еще к недостаткам можно отнести неспособность выполнять две функции одновременно - кустореза и покоса травы. Для этого необходимо менять оборудование и, как следствие, возвращаться в пункт базирования оборудования.
В зависимости от решаемых задач на манипуляторные установки могут навешиваться различные рабочие органы, такие, как дисковые пилы, роторные косилки, мульчеры и т. д. (рис. 3).
В кусторезных машинах используют различные инструменты, которые, в свою очередь, комплектуются разными рабочими элементами. У всех рабочих элементов имеются преимущества и недостатки, связанные с неоднородностью растительности, которую они срезают. Для удаления каждого типа растений необходим определенный рабочий элемент.
Из-за того, что конструкция большинства машин (легкие грузовые автомобили, гусеничные, пневмоко-лесные, на комбинированном ходу) не позволяет разместить на своей платформе сменный рабочий инструмент, становится невозможным выполнение одновременно нескольких видов работ на железнодорожном перегоне. В этой связи машине приходится перемещаться в место базирования сменного оборудования. Это увеличивает время закрытия перегона для движения поездов и снижает эффективность работы таких машин.
Способы удаления растительности
Спил кустарника и дередьеб
Окашийание трпбы
Рис. 3. Классификация способов удаления нежелательной растительности
Исходя из этого, становится очевидным, что для повышения производительности и качества выполнения работ по удалению нежелательной растительности, необходимо иметь на платформе машины несколько видов рабочих инструментов.
В связи с определенными особенностями конструкций машин дальность их использования ограничена. Специализированные машины имеют весьма высокую стоимость и не имеют постоянной востребованности из-за недостаточного объема работ. Содержать такую технику в парке предприятий не всегда экономически целесообразно. А также имеется определенный недостаток таких машин, связанный со сложностью работы и отдыха машинистов и операторов во время проведения работ на удаленном расстоянии от базы приписки.
Для того, чтобы определить, какими свойствами должна обладать машина, выполняющая операции по очистке полосы отвода от нежелательной растительности, применим один из методов квалиметрии - экспертный метод [10-12]. Оценивание свойств, которые должны присутствовать в машинах (рис. 4), производится экспертами путем постановки бальной оценки каждому свойству.
Для оценивания свойств экспертам был представлен список свойств и табель с критериями оценивания по пятибалльной шкале (табл. 1). На начальном этапе на основе экспертного оценивания осуществляется определение коэффициентов важности для каждого из свойств машин (рис. 4) при условии, чтобы сумма всех коэффициентов важности была равна единице.
Таблица 1
Критерии оценивания свойств машин_
Балл оценки Описание
0 Свойство не имеет значения для данного типа техники
1 Свойство имеет значение, но не является необходимым
2 Свойство весьма весомо
3 Свойство важно
4 Свойство является обязательным и необходимым
1. Ширина шёата рабочего органа
11 Экономическая целесообразность
[дойптЛа кусторезных машин для очистки полосы атЬода ж/д путей -
2. Зона охвата
3. Количеств рабочего персонала
5. Наличие бозможносши доп. одоруд.
Ш. АЬтпнаткть
Описание свойств.
12. Мобильность \Щй$ Рис. 4. Дерево свойств
1. Ширина захвата рабочего органа у всех машин разная из-за характеристик и конструктивных особенностей. Ширина не маловажна, так как от этого напрямую зависит производительность машины.
2. Зона охвата - участок поверхности, где кусторез может выполнять работы по спилу или окашиванию.
3. Количество рабочего персонала - численность рабочих, которая требуется для управления кусторезной
машиной.
4. Устаревание оборудования - актуальность устанавливаемого на машины рабочего оборудования.
5. Наличие возможности установки дополнительного оборудования - свойство машины, которое показывает, насколько она универсальна, есть ли возможность выполнения других функций.
6. Условия работы бригады - эргономичность рабочих мест, особенности управления машин, трудозатраты.
7. Маневренность - свойство машины в ограниченных рамках развернуться, переместиться для освобождения пути другому подвижному составу.
8. Скорость выполнения работ - свойство, показывающее сколько суммарно времени будет затрачено на выполнение работ и перемещение машины к месту работ.
9. Производительность - объем работ, который может выполнить машина в единицу времени.
10. Эффективность - показатель затрат трудовых и материальных ресурсов на выполнение определенного объема работ.
11. Многозадачность - возможность машины, непосредственно находясь в месте выполнения работ, быстро сменить рабочий инструмент для выполнения другой задачи.
12. Мобильность - возможность машины за короткие сроки переместиться в пункт, где необходимо выполнять работу.
13. Экономическая целесообразность - показатель выгоды содержания техники.
14. Автономность - свойство машины, позволяющее персоналу работать вдали от базы стоянки машины. После определения коэффициентов важности свойств на втором этапе оценивания эксперты заполняют
индивидуальные анкеты, где проставляют оценки каждому свойству. Далее оценки сводятся в общую таблицу и определяются средние значения баллов по каждому из свойств. Полученные значения представлены в табл. 2 для проведения окончательных расчетов. Результаты каждого пункта вычисляют по формуле:
Т _ £Г=1 Од
_
где - среднее значение оценки свойства, к - номер по дереву свойств, п - число экспертов, в1к — экспертная оценка свойства.
Далее были определены обобщенные количественные значения каждого свойства с учетом полученных средних оценок экспертов и коэффициентов важности по формуле:
Гг _ вл-г = 100 '
где г - коэффициент важности свойства, %.
Сведем вычисления показателей в табл. 2.
Табель экспертных оценок качества машин по их' свойствам
Таблица 2
Номера свойств по дереву Значения баллов, поставленных экспертами каждому из свойств Среднее значение оценки Коэффициент важности свойства, % Взвешенное значение оценки
1 2 3 4 5 6 7
1 3 4 3 3 3 4 3 3,29 5 0,16
2 4 4 4 4 3 3 4 3,71 6 0,22
3 1 2 2 1 2 2 1 1,57 8 0,13
4 1 1 0 1 1 1 1 0,86 2 0,02
5 3 3 1 2 1 2 2 2,00 3 0,06
6 2 3 3 3 3 2 3 2,71 4 0,11
7 2 2 3 3 2 2 2 2,29 6 0,14
8 3 3 4 3 4 4 4 3,57 8 0,29
9 4 4 4 4 3 4 4 3,86 12 0,46
10 3 3 1 2 1 2 2 2,00 7 0,14
11 3 3 4 3 4 4 4 3,57 9 0,32
12 4 4 4 4 3 4 3 3,71 8 0,30
13 4 4 3 3 4 4 4 3,71 12 0,45
14 3 3 4 3 3 3 3 3,14 10 0,31
Согласно полученным результатам экспертного оценивания заметно выделяются несколько свойств: зона охвата, экономическая целесообразность, производительность, многозадачность, мобильность, автономность. Анализ полученных результатов наиболее важных свойств, которыми должна обладать машина для удаления нежелательной растительности, позволяет сделать следующие выводы:
1) актуальной задачей является разработка специальной машины на железнодорожном ходу;
2) в разрабатываемой машине необходимо предусмотреть жилой модуль для обслуживающего персонала с целью повышения автономности работы машины на значительном удалении от базы приписки;
3) на машине должно быть несколько видов быстросменного рабочего оборудования для возможности выполнения различных рабочих операций.
С учетом этого предлагается концепция новой машины на базе автомотрисы АСГ-30П со специальным манипулятором и комплектом специального сменного оборудования, позволяющего выполнять весь комплекс работ в полосе отвода железнодорожного пути (рис. 5).
Машина состоит из следующих элементов: несущая рама 1, на которой в передней части расположен бытовой модуль 2, по центру машины установлена силовая установка 3, зона для размещения сменного оборудования показана на позиции 4, специальный манипулятор 5 размещен в задней части машины. Машина опирается на две приводные двухосные тележки 6 и имеет два автосцепных устройства 7.
Основными элементами манипуляторной установки являются: коренная 8 и телескопическая секция 9, смонтированная на опорно-поворотном круге 10. Кабина оператора 11, откуда осуществляется управление манипулятором, также установлена на полноповоротной платформе, что обеспечивает хороший обзор рабочей зоны. На манипулятор устанавливается быстросменное рабочее оборудование 12, которое располагается на платформе машины.
Рис. 5. Путевая автомотриса АСГ-30П с манипуляторной установкой и сменным рабочим оборудованием: 1 - рама; 2 - бытовой модуль; 3 - силовая установка; 4 - зона для размещения сменного оборудования; 5 - манипулятор; 6 - приводные тележки; 7 - автосцепное устройство;
8 - коренная секция; 9 - телескопическая секция; 10 - опорно-поворотный круг;
11 - кабина оператора; 12 - сменное навесное оборудование
Чтобы обеспечить необходимые условия для поездной бригады, при работе вдали от базы приписки, в машине необходимо предусмотреть место для отдыха и питания поездной бригады. Для этого предлагается в бытовом модуле автомотрисы АСГ-30П (рис. 6), разделить пространство на несколько зон, включая место для отдыха и сна бригады 2 с двухъярусной кроватью 3 и тумбой для личных вещей 4. Вместе с тем предусматривается зона для приготовления 5 и приема пищи 6, а также санитарный узел 7. Кроме того, в бытовом модуле прототипа имеются две кабины управления: 1 и 8.
Для повышения полезной площади бытового модуля (рис. 6) имеется возможность сдвига силовой установки к задней части машины на 1,5 м, что позволяет сделать жилой модуль просторней на 4,35 м2.
2 - спальное помещение; 3 - двухъярусная кровать; 4 - тумба; 5 - зона приготовления пищи;
6 - зона для приема пищи; 7 - санитарный узел; 8 - задняя кабина управления
При передвижении машины к месту работ стрела манипулятора складывается в транспортное положение и располагается на платформе. Манипулятор установлен на полноповоротном опорном круге, что позволяет выполнять работу по обоим бортам машины в полосе отвода железнодорожного пути. Управление манипулятором осуществляется оператором из кабины, которая установлена на полноповоротной платформе.
Реализация предложенной концепции машины позволит повысить производительность работ по удалению нежелательной растительности на полосе отвода железнодорожных путей, повысить автономность таких работ и обеспечить более комфортные условия для рабочих.
Список литературы
1. Очистка полосы отвода железнодорожных путей [Электронный ресурс] URL: https://dezinfekc.ru/raznoe/ochistka-polosv-otvoda-ot-drevesno-kustarnikovov-rastitel-nosti-na-zhd (дата обращения: 16.03.2024).
2. Об утверждении норм отвода земельных участков, необходимых для формирования полосы отвода железных дорог, а также норм расчета охранных зон железных дорог: Приказ Министерства транспорта Российской Федерации от 06.08.2008 № 126: зарегистрировано в Минюсте РФ 02.09.2008 №12203.
3. Каталог навесного косильного оборудования для манипуляторов и экскаваторов - AFR Group [Электронный ресурс] URL: https://afr-group.ru/goods category/kosilki (дата обращения: 16.03.2024).
4. Каталог навесного кусторезного оборудования для манипуляторов и экскаваторов - FERRI [Электронный ресурс]. URL: https://rock-unit.ru/catalog/kosilki izmelchiteli mulchery/diskovye kustorezy (дата обращения: 16.03.2024).
5. Каталог навесных мульчеров для манипуляторов и экскаваторов - AFR Group [Электронный ресурс]. URL: https://afr-group.ru/goods category/mulcher-na-excavator (дата обращения: 24.03.2024).
6. Каталог специализированных путевых машин - geismar [Электронный ресурс]. URL: https://geismar.com/catalogues/?lang=ru (дата обращения: 24.03.2024).
7. Каталог специализированных путевых машин - Kershaw Brushcutter Attachment [Электронный ресурс]. URL: https://www.knoxkershaw.com/products/ksf-940 (дата обращения: 24.03.2024).
8. Специализированные путевые машины Америки - Norfolk Southern Railroad Brush Cutter Railway [Электронный ресурс]. URL: https://www.trainboard.com/highball/index.php?media/norfolk-southern-brush-cutter.46988 (дата обращения: 24.03.2024).
9. Среднеразмерные экскаваторы - Volvo construction equipment [Электронный ресурс]. URL: https://www.volvoce.com/cis/ru/products /excavators/ec200d (дата обращения: 24.03.2024).
10. Азгальдов Г.Г., Костин А.В., Садовов В.В. Квалиметрия для всех: Учеб. пособие. М.: ИД ИнформЗна-ние, 2012. 165 с.
11. Анцев В.Ю., Игнатенко Е.Ю., Пасько Н.И. Квалиметрическая оценка поставщиков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. Вып. 1. С. 434-440.
12. Обоснование состава оборудования универсального уборочного комплекса на основе квалиметриче-ской оценки / В.Ю. Анцев, П.В. Витчук, Н.А. Витчук // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023. № Вып. 4. С. 464-469.
Шубин Александр Анатольевич, канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой [email protected], Россия, Калуга, Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана,
Витчук Наталья Андреевна, канд. техн. наук, доцент, vitchuk.natalya@mail. ru, Россия, Калуга, Калужский государственный университет им. К.Э. Циолковского,
Илюхин Семен Олегович, студент, [email protected], Россия, Калуга Калужский филиал Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана,
Анцев Виталий Юрьевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, anzev@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
EXPERT JUSTIFICATION OF THE CONCEPT OF A MACHINE FOR REMOVING UNWANTED VEGETATION ALONG
RAILWAY TRACKS
A.A. Shubin, N.A. Vitchuk, S.O. Ilyukhin, V.Yu. Antsev
The methods of combating unwanted vegetation in the railway right-of-way are considered, their advantages and disadvantages are indicated. The expediency of developing a special machine on a railway track containing a residential module for maintenance personnel and several types of quick-change working equipment for the possibility of performing various operations to remove unwanted vegetation is shown. Based on the method of expert assessments, the properties of the newly developed machine for combating unwanted vegetation have been determined. The concept of such a machine based on the ASG-30P railcar is presented.
Key words: railway tracks, unwanted vegetation, ASG-30P railcar, household module, property tree, qualimetry,
expert.
Shubin Alexander Anatolyevich, candidate of technical sciences, docent, manager of department, ashubin@bmstu. ru, Russia, Kaluga, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch,
Vitchuk Natalia Andreevna, candidate of technical science, docent, docent, vitchuk.natalya@mail. ru, Russia, Kaluga, Kaluga State University named after K.E. Tsiolkovsky,
Ilyukhin Semyon Olegovich, student, senvailvkhin2000@,gmail. com, Russia, Kaluga, Bauman Moscow State Technical University Kaluga Branch,
Antsev Vitaliy Yurievich, doctor of technical science, professor, manager of department, anzev@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
