CC BY
14
Нацюнальний лкотехшчний унiверситет УкраУни
УДК 630*377.4 Доц. М.1. Герис, канд. техн. наук -НЛТУ Украши, м. Льв1в
СТРУКТУРНА СХЕМА МАТЕМАТИЧНО1 МОДЕЛ1 КЕРОВАНОГО РУХУ ТА ОПТИМ1ЗАЦН ПАРАМЕТР1В КОЛ1СНИХ Л1СОТРАНСПОРТНИХ МАШИН
Розроблено структурну схему математично! моделi керованого руху та оптим1-заци параметрiв колюних лiсотранспортних машин з урахуванням внутршшх зв'яз-юв у системi, а також динамжи поздовжнiх та поперечних крешв.
Ключовг слова: структурна схема, математична модель, керований рух, колюна люотранспортна машина.
Для сучасних галузей народного господарства характерним е нарощу-вання використання великовагових i великогабаритних колюних машин як для транспортних робгг, так i як бази для рiзноманiтного промислового об-ладнання. Через постшне збiльшення об'емiв транспортних, будiвельних, до-бувних та шших робiт конструкцп таких машин розвиваються рiзними шляхами: створення принципово нових схем машин, зокрема з шаршрно-зчлено-ваною рамою, багатовiсних, багатоланкових автопотяпв тощо, а також тдви-щення ефективностi та досконалостi наявних машин.
Ефектившсть люотранспортно! машини (ЛТМ), як i будь-яко! шшо! тран-спортно! машини, значною мiрою залежить вiд ll рухливостi, що визначаеться низкою властивостей i характеристик, серед яких важливим е ступiнь доскона-лостi керованого руху машини [1- 3]. Керований рух зумовлений потребою ви-конувати повороти вiдповiдно до задано! траекторп, а також невщворотним вщ-хиленням машини вiд задано! траекторп внаслщок да зовнiшнiх збурень.
Керований рух ЛТМ здшснюе водш-оператор у реальнiй дорожнiй об-становщ, тобто в умовах наявностi шших транспортних засобiв, постiйно змь нюваного плану i профiлю дороги, збурень, що дють на машину тощо. Тому стутнь досконалостi керованого руху ЛТМ визначаеться суб'ективною оцiнкою водiя. З iншого боку, яюсть керованого руху системи "люотранспортна машина - дорога" визначаеться i об'ективними яюсними показниками, такими як се-редня швидюсть руху, ширина динамiчного коридору, запас статично! стiйкостi тощо [4]. У деяких випадках можливо встановити зв'язок мiж об'ективними показниками якост керованого руху та суб'ективною оцшкою водiя.
Керований рух ЛТМ характеризуемся змiною в чаи положення !! поз-довжньо! i вертикально! осей, а також наявшстю поздовжнiх i, головним чином, поперечних пришвидшень. Здатнють ЛТМ здшснювати криволiнiйний рух оцiнюеться двома властивостями: керованютю та курсовою стiйкiстю.
Зазвичай вщповщнють транспортно! машини встановленим вимогам перевiряеться у процесi випробувань на курсову стiйкiсть i керованiсть за рiз-ними методиками. Унаслiдок цього характеристики машини можуть бути по-лiпшенi в процесi доведення дослщного взiрця, що потребуе додаткових ро-бiт, а сам процес затягуеться вiд декiлькох мiсяцiв до декшькох рокiв i приз-водить до старшня машини.
Сучаснi темпи техшчного прогресу вимагають вiд iнженерiв i вчених, якi працюють у галузi транспортного машинобудування, максимального ско-
118
Збiрник науково-технiчних праць
рочення темтв розроблення й практично! реалiзацп нових конструктивних рiшень. Це завдання може бути виконане, якщо вже на стади проектного рь шення буде здшснено вибiр сукупностi конструктивних параметрiв, що за-безпечують оптимальнi експлуатацшш характеристики транспортно! маши-ни. Виршення цього завдання стосовно характеристик керованосп та курсо-во! стiйкостi ЛТМ може стати кроком на шляху до автоматизацп процешв розроблення i створення нових лiсових машин.
Зрозумшо, що оптимiзацiя конструкцп ЛТМ за умовами керованост i стiйкостi повинна бути поеднана з оптимiзацieю за тягово-швидюсними влас-ти-востями, плавнiстю руху, маневровiстю та iншими характеристиками [57]. Вирiшення проблеми оптимiзацп конструкцп ЛТМ на стади проектного ршення повинно базуватися на:
1) обгрунтованому вибор1 функцп мети та системи обмежень;
2) розробленш достатньо достов1рно! математично! модел1 ЛТМ, яка вщоб-ражала б особливост роботи оператора, кермового управлшня, двигуна, силово! передач! та шших елеменпв системи "оператор - машина - дорога";
3) використанш результата сучасно! науки [ практики з проблем опташза-цп та математичного моделювання руху мобшьних машин. Структурну схему математично! моделi керованого руху колюно! ль
сотранспортно! машини, розроблено! з урахуванням наведених вище вимог i внутршшх зв'язкiв у системi, наведено на рисунку. Початковi умови та умо-ви руху зiбрано в окремому блоцi, названому "умови руху". Цей блок фор-муеться перед початком розрахунку i мiстить величину початково! швидкост руху, рiвняння траекторп руху, напрям i швидкiсть вiтру, параметри опорно! поверхш (мiкропрофiль) та взаемодп колiс з дорогою (коефiцiенти опору ко-ченню та зчеплення).
Головним блоком системи е блок курсового керованого руху. У цьому блощ на кожному крощ розрахунку ршаються диференцiйнi рiвняння руху машини в рухомш системi координат та розраховуються оцiннi показники керованого руху (лiнiйнi й кутсга швидкостi та пришвидшення характерних точок машини, характеристики повертальносл, чутливостi до керувальних впливiв тощо).
Вихiднi данi з цього блоку поступають у блок "аналiз та оптимiзацiя", де виконуеться аналiз характеристик керованого руху та оптимiзацiя пара-метрiв конструкцп, а також ощнка впливу оптимальних параметрiв конструкцп машини на !! експлуатацiйнi властивосп. Результати розрахункiв виво-дяться на друк у виглядi числових значень або графiчних залежностей.
Рухальнi сили розраховуються у блощ "двигун i трансмiсiя", де залеж-но вщ положення органа подавання пального i швидкостi руху машини виз-начаеться крутний момент двигуна та з урахуванням передатного числа, па-раметрiв i коефiцiента корисно! ди силово! передачi визначаються сили тяги на колесах. У випадку, якщо рух машини моделюеться iз гальмуванням, су-марш поздовжнi сили на колесах визначаються з урахуванням гальмово! сили, що задаеться на кожному колес залежно вiд положення педалi гальм вщ-повiдно до вибраного закону.
3. Технология та устаткування лiсовиробничого комплексу
119
Сигнали керування рухом
Гальма
Розрахунок гальмових сил на колесах
I _
Кермове управлшня
Розрахунок сил, моменпв [ кутових перемщень у мехашз1ш повороту
I-
Умови руху
Швидкють руху Траектор1я руху Напрям [ швидкють в1тру Мкропрофшь дороги Коефщ1ент опору коченню Коефщ1ент зчеплення
Курсовий керований рух
Р1шення системи диференщйних р1внянь 1 розрахунок ощнних показниюв керованого руху (лшшних 1 кутових швидкостей та пришвидшень
характерних тонок машини, характеристик повертальносп тощо)
Анал1з та оптим1защя
Анал1з характеристик керованого руху та оштишзащя параметр! в конструкцп
Динамжа поздовжшх та поперечних крешв
Розрахунок вертикальних реакщй на колесах
Ходова частина
Розрахунок бокових сил. сил опору рухов1 та стабшзувальних моментсв кол ¡с
Технологтчне обладнання та вантаж
Розрахунок вагових, геометричних й шерцшних характеристик
Результати розрахунку
Параметри .конструкцп
Рис. Структурна схема математично! модел1 керованого руху та оптим'пац'и параметры кол к них лкотранспортних машин
Кути повертання керованих колю або кут складання нашврам розрахо-вуються у блощ "кермове управлiння". Блок мiстить рiвняння динамiки робо-ти гiдросистеми кермового управлшня, де вхiдним параметром е закон змiни кута повертання керма. Блок кермового управлшня не тшьки вщображае спе-цифiку роботи гiдравлiчного кермового мехашзму, але й дае змогу розв'язу-вати автономнi задач^ пов'язанi з оптимiзацiею елементiв кермового мехашзму, гiдравлiчного приводу та слщкувально! системи.
Уточнення значень вертикальних реакцш на колесах вiдбуваеться в блощ "динашка поздовжнiх та поперечних крешв". Блок мiстить рiвняння поздовжшх та поперечних кренiв пiдресорених мас з урахуванням шерцшних сил i динамiки вертикальних коливань пiдресорених мас. 1ншим входом у блок е мжропрофшь опорно! поверхнi у виглядi гармошчно! функцп чи ви-падкового сигналу певно! спектрально! щшьносп. Цей блок мае самостшне значення i може використовуватися для моделювання ЛТМ тд час досль дження !! плавносп руху. У цьому випадку результатом рiшення е швидкостi та пришвидшення характерних точок машини.
У блощ "ходова частина" мiститься математична модель бокового выведения еластичного колеса, яка дае змогу отримати значення боково! реакцп залежно вщ кута вiдведения i крена, вертикальних i поздовжнiх реакцiй. Ок-рiм цього, в блоцi "ходова частина" вщбуваетъся розрахунок опору коченню кожного колеса з урахуванням кута вщведення i вертикально! реакцп. Отри-маш таким чином боковi реакцп i сили опору руховi використовуються в бло-цi "курсовий керований рух" для розрахунку на наступному крощ штегруван-ня. Розрахунок вагових, геометричних й шерцшних характеристик вантажу та технолопчного обладнання для його розмщення, утримання, навантаження й розвантаження здшснюеться в блоцi "технологiчне обладнання та вантаж".
Сигнали повертання керма, положення педалей гальм й акселератора формуються в блощ "сигнали керування рухом". Залежно вщ вирiшуваноl за-дачi у цьому блоцi може здшснюватися корекцiя сигналiв чи покроковий розрахунок керувальних сигналiв вiдповiдно до наперед заданого закону. Ус блоки структурно! схеми з'еднаш мiж собою кшематичними й силовими зв'язками, що визначають характер взаемодп системи як единого цшого.
Розглянута математична модель е ушверсальною i може використовуватися для моделювання курсового криволшшного руху, дослщження курсо-во! стшкосп та керованостi й оптимiзацil параметрiв конструкцп рiзних транспортних машин. Структура окремих блоюв дае змогу здшснити простий пе-рехiд вщ одше! схеми машини до шшо! без iстотних змiн у модель
Л1тература
1. Библюк Н.И. Моделирование криволинейного курсового движения колесной лесот-ранспортной системы / Н.И. Библюк, Н.И. Герис // Лесной журнал : Известия ВУЗов России. - 1992. - № 6. - С. 42-48.
2. Библюк Н.1. Люотранспортш засоби : тдручник / Н.1. Библюк. - Льв1в : Вид. д1м "Панорама", 2004. - 456 с.
3. Жуков А.В. Теория лесных машин / А.В. Жуков. - Мн. : Изд-во БГТУ, 2001. - 640 с.
4. Герис М.1. Доб1р показнигав оцшки стшкосп i керованосп руху колюно! люотран-спортно! системи / М.1. Герис // Люове господарство, люова, паперова i деревообробна про-мисловють : м1жвщомч. наук.-техн. зб. - Льв1в : Вид-во "Свгг". - 1995. - Вип. 25. - С. 48-50.
3. Технолопя та устаткування лiсовиробничого комплексу
121
Нацюнальний лкотехшчний унiверситет УкраУни
5. Библюк Н.1. Методологiчнi передумови моделювання процеав руху люотранспор-тних 3aco6ÍB / Н.1. Библюк, М.1. Герис // Науковий вiсник УкрДЛТУ : зб. наук.-техн. праць. -Львiв : Вид-во УкрДЛТУ. - 2000. - Вип. 10.1. - С. 193-203.
6. Хачатуров А.А. Динамика системы дорога-шина-автомобиль-водитель / А.А. Хачату-ров, В. Л. Афанасьев, В.С. Васильев и др. - М. : Изд-во "Машиностроение", 1976. - 536 с.
7. Литвинов А.С. Автомобиль: теория эксплуатационных свойств / А.С. Литвинов, Я.Е. Фаробин. - М. : Изд-во "Машиностроение", 1989. - 240 с.
Герис Н.И. Структурная схема математической модели управляемого движения и оптимизации параметров колесных лесотранспортных машин
Разработана структурная схема математической модели управляемого движения и оптимизации параметров колесных лесотранспортных машин с учетом внутренних связей в системе, а также динамики продольных и поперечных кренов.
Ключевые слова: структурная схема, математическая модель, управляемое движение, колесная лесотранспортная машина.
Herys M.I. Block diagram of the mathematical model of controlled movement and parameter optimization wheeled timber transport machines
It's developed the block diagram of the mathematical model of controlled movement and parameter optimization wheeled timber transport machines including internal links in the system, as well as the dynamics of longitudinal and transverse roll.
Keywords: block diagram, mathematical model, controlled motion, wheel timber transport machine.
УДК 674.093 Доц. В.О. Маевський, канд. техн. наук;
асист. €.М. Мисьтв, канд. техн. наук; проф. В.М. MaKCUMie, д-р техн. наук;
проф. А.С. Куцик, д-р техн. наук - НЛТУ Украши, м. Львiв
МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ РОЗПИЛЮВАННЯ БРУСО-РОЗВАЛЬНИМ СПОСОБОМ КОЛОД 1З ФОРМОЮ ПОПЕРЕЧНОГО ПЕРЕТИНУ У
ВИГЛЯД1 ЕЛ1ПСА
Розроблено математичну модель розпилювання колод брусо-розвальним способом. Форму поперечного перетину колоди прийнято у виглядi елшса. Для опису коло-ди та розроблення математично! моделi !! розпилювання використано геометричну фь гуру - зрiзаний елштичний параболо!д. Достсшршсть розроблено! математично! моде-лi тдтверджено результатами експериментальних дослщжень, тому !! доцшьно вико-ристовувати для прогнозування виходу пилопродукци у виробничих умовах. Охарактеризовано особливосп випилювання пиломатерiалiв на етат розпилювання брушв.
Ключовг слова: математична модель, форма поперечного перетину колоди, розпилювання, брусо-розвальний спошб, прогнозування, пиломатерiали.
Постановка проблеми та актуальшсть дослщжень. Ця наукова робота е продовженням серп робгг [1-5] з актуального напрямку дослщжень -дослщження впливу реально! форми колоди, представлено! зр1заним елштич-ним параболо!дом, на об'емний вихщ пилопродукци залежно вщ напряму та способу розпилювання.
Розроблення математичноТ моделi розпилювання брусо-розваль-ним способом колод з формою поперечного перетину у виглядi елшса. Розпилювання колод брусо-розвальним способом розглянуто у два етапи (рис. 1). На першому еташ - розпилювання колод врозвал на необр1зш пило-
122
Збiрник науково-техшчних праць
