Модель работы харвестера Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 634.0.30

Д. В. Клоков кандидат технических наук, доцент (БГТУ);

И. В. Турлай, кандидат технических наук, доцент (БГТУ)

МОДЕЛЬ РАБОТЫ ХАРВЕСТЕРА

Предложены новая модель функционирования харвестеров с учетом технических и технологических отказов на различных стадиях работы, формулы для установления эффективности работы систем по критериям вероятностей состояний с определением рациональных параметров функционирования: интенсивности подачи сырья, его обработки и ремонта оборудования.

A new model of harvester taking into account technical and technological failures at various stages of work is proposed, the formulas to determine the effectiveness of systems according to the criteria determining the probabilities of states with rational parameters of operation (flow rate of raw materials, their processing and repair of equipment) are offered.

Введение. Современные харвестеры представляют собой сложные системы, и установление рациональных параметров их работы обеспечит в дальнейшем эффективность функционирования таких машин.

Основная часть. Математическая модель для харвестеров разработана с учетом технических отказов (рис. 1). Для нее характерны следующие состояния: 50 - машина исправна, простаивает или совершает переезды со стоянки на стоянку, но не производит обработку деревьев; 51 - машина исправна, осуществляет валку деревьев, очистку их от сучьев и раскряжевку; 521 - отказ ходовой части; 522 - отказ двигателя; 523 - отказ технологического оборудования (манипулятора, харвестерной головки); 524 -отказ гидравлической системы; 525 - отказ системы управления [1].

В такой модели имеют место два типа потоков: деревьев и отказов оборудования. Приоритетом пользуется поток отказов, т. к. при их наступлении они «обрабатываются» (ремонт) в первую очередь.

Из свободного состояния 50 в рабочее 51 система переходит с интенсивностью подачи рабочего органа к дереву. Обратно переход осуществляется посредством обработки дерева с интенсивностью ц1. При наступлении отказа ходовой части система с интенсивностью Х21 перейдет из состояния 50 в 521. После выполнения ремонта с темпом ц21 система вернется в состояние 50. Отказ двигателя может привести к переходу в положение 522, как из состояния 50, так и из 51 с интенсивностью ^22. После ремонта система с темпом ц22 перейдет в состояние 50. Отказ технологического оборудования приведет к переходу в состояние 523 из состояния 51 с интенсивностью ^23. После ремонта система перейдет из состояния 523 в 50 с темпом ц23. Отказ гидросистемы приведет систему из состояния 51 в 524 с интенсивностью ^24. После ремонта система перейдет из состояния 524 в 50 с темпом ц24. Отказ системы

управления приведет систему из состояния 51 в 525 с интенсивностью ^25. После ремонта система перейдет из состояния 525 с темпом ц25 в состояние 50.

Рис. 1. Схема состояний системы харвестера

Неизвестные параметры и Цу устанавливаются следующим образом: ^ = 1/^, где tI¡ -продолжительность времени подачи рабочего органа к дереву; ц = 1 / tц, где tц - продолжительность цикла валки и обработки дерева; Х21 = 1 / где - продолжительность

времени между отказами шасси; ц2! = 1 / где - продолжительность времени восстановления работоспособности шасси; ^22 = 1 / ^2от, где ^2от - продолжительность времени между отказами двигателя; ц22 = 1 / ^2в, где ^2в - продолжительность времени восстановления работоспособности двигателя; ^23 = 1 / t2з , где ^3ОТ - продолжительность времени между отказами технологического оборудования; ц23 = 1 / ^3в, где ^3в - продолжительность времени восстановления работоспособности технологического

78_ISSN 1683-0377. Труды БГТУ. 2014. № 2. Лесная и деревообрабатывающая промышленность

оборудования; А24 = 1 / ^24от, где ¿24от - продолжительность времени между отказами гидравлической системы; ц24 = 1 / ¿24в, где ^24в - продолжительность времени восстановления работоспособности гидравлической системы; А25 = 1 / ^25от, где ¿25от - продолжительность времени между отказами системы управления; Ц25 = 1 / ^25в, где ¿25в - продолжительность времени восстановления работоспособности системы управления.

Модель функционирования системы будет иметь следующий вид:

Р dt

—-(А1 +Я21 +Я22 )-Р0 + Ц • р +Ц21 • Р21 +

+ Ц22 • Р22 + Ц23 • Р23 + Ц24 • Р24 + Ц25 • Р25 ;

dP

—¡0 = ~(1 + А22 + А23 + А24 + А25 V Р1 + А1 • Р0.

dP2

21

dt

— Ц22 • Р22 + А21 • Р0 ;

dP2

22

dt

— Ц22 • Р22 + А22 • Р + А22 • Р0 ;

dP23 dt

dP2

24

dt

Р dt

— Ц23 • Р23 + А23 • Р1;

— Ц24 • Р24 + А24 • Р ;

— Ц25 • Р25 + А25 • Р1 •

Р0 + Р + Р21 + Р22 + Р23 + Р24 + Р25 = 1- (1)

С учетом того, что моделирование и исследование работы харвестера производится на протяжении длительного промежутка времени (месяц, год и т. д.), значения вероятностей Рц будут колебаться относительно определенного среднего значения.

Тогда можно допустить, что Р0 ~ const, Р1 ~ const, Р21 ~ const, Р22 ~ const, Р23 ~ const, Р24 ~ const, Р25 ~ const.

Ошибка при принятии данного допущения не превышает 8%.

Решив систему уравнений относительно вероятностей состояний Р0, Р1, Р21, Р22, Р23, Р24, Р25, получим выражения для расчета режимов работы машины:

Р —

А*

Ц + А 22 + А 23 + А 24 + А 2

-Р>;

Р21 —

А 21 Р .

0'

Ц21

(2)

(3)

Р — А22 л

22 0

А,

Р —

23

Ц22 Ц1 + А22 + А23 + А24 + А25

А 23 А1

Ро; (4)

Р — А24 0/1 —

Ц23 Ц1 + А22 + А23 + А24 + А25 А1

Ро. (5)

24 " а А А А Р0; (6)

Ц24 Ц1 + А22 + А23 + А24 + А25

Р — А 25

А

25 " Л Л Л Л Р0. (7)

M25 Ml + А22 + А23 + А24 + А25

Примем, что

^^ 21 ^^ 22 ^^ 23 А' 24

= р21; = р22; = р23 ; = р24;

M 21 M 22 M 23 M24

А

25

— P25;

А

Ц25 Ц1 + А22 + А23 + А24 + А

Ф.

25

После подстановки в уравнение (1) выражений (2)-(7) получим уравнение для расчета вероятности состояния Р0:

Р—

1

21 + Р22 +Ф-(1 + Р22 +р23 +р24 +р25)

(8)

Подставив в выражения (2)-(7) значения вероятности Р0, найдем значения вероятностей

РЬ Р2Ь Р22, P23, Р24, Р25.

Полученные зависимости вероятностей состояний систем харвестера позволяют установить рациональные значения параметров машины. Технология работы с зависимостями следующая. Принимается на основе технических характеристик ряд параметров, например Ць а21, а22, а23, а24 либо А25, и из построенных зависимостей устанавливаются искомые параметры. Например, Ц21, Ц22, Ц23, Ц24 либо Ц25. Ниже приведен пример установления названных параметров.

Pi

Р1

Ц21

Рис. 2. Зависимость вероятностей состояний систем харвестера

Д21

Установленное значение ц21* позволяет определить рациональную, в данном случае, продолжительность восстановления ходовой части:

*

t21 =

*

Ц21

При этом обеспечивается надлежащая производительность машины, т. к. достигается практически максимальная ее величина Р1 (вероятность работы).

Заключение. Разработанная модель позволяет при заданных характеристиках исследуемого

харвестера получать рациональные режимы подачи сырья на обработку и ремонта технологического оборудования в случае технических отказов. Это приведет к росту производительности оборудования без существенных финансовых затрат.

Литература

1. Игнатенко В. В., Турлай И. В., Федорен-чик А. С. Моделирование и оптимизация процессов лесозаготовок: учеб. пособие для студентов специальностей лесотехнического профиля / Минск: БГТУ, 2004. 180 с.

Поступила 27.02.2014