Теоретичні основи вибору системи машин для освоєння гірських лісів Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

де: J - момент шерци мас, що здiйснюють обертовий рух; a>i - KyTOBi швид-кост вiдповiдних мас; mj - маси вантажiв, що здшснюють поступальний рух; Uj - лшшш швидкостi вiдповiдних мас.

Потенщальна енергiя системи мае вигляд:

П = I

2

п m

S Ci ( - ^(i+i))+S cj ( ■ rj- Xj) i=1 j=1

(7)

де: С; С^ - жорсткостi вiдповiдних елементiв; р - кути закручування; ^ -радiуси обертання; Х]- - координати лшшних перемiщень мас.

Дисипативна функщя Рилея та узагальнена зовнiшня сила визна-чаеться для конкретних механiзмiв, якi зведенi до розрахункових схем, i умов 1х роботи. На основi аналiзу отриманих аналiтичних залежностей обгрунтову-ють основнi параметри люових машин.

Лiтература

1. Шкчря Т.М. Технолопя 1 машини люоачних робт - Льв1в: Тр1ада-плюс, 2003. -

352 с.

2. Адамовський М.Г., Мартинщв М.П., Бадера Й.С. Пщвюш канатш люотранспортш системи - К.: 1ЗМН, 1997. - 156 с.

3. Кузнецов Ю.М., Луц1в 1.В., Дубиняк С.А. Теор1я техшчних систем. - Ктв-Терно-пшь: 1ЗМН, Нац. техн. ушверситет Укра1ни "КП1", 1998. - 310 с.

4. Лютий С.М., Мартинщв М.П., Тисовський Л.О. Елементи теорп техшчних систем. - Льв1в: УкрДЛТУ, 2003. - 181 с.

5. Вейц В.Л., Кочура А.Е., Мартыненко А.М. Динамические расчеты приводов машин. - Л.: Машиностроение, 1971. - 353 с.

УДК 630.3.075.8 Доц. Й. С. Бадера, канд. техн. наук - НЛТУ Украты

ТЕОРЕТИЧН1 ОСНОВИ ВИБОРУ СИСТЕМИ МАШИН ДЛЯ

освоения прських Л1С1В

Запропоновано схеми систем машин для люоачних робгг i методику анал1зу ix роботи та оптимiзацii конструктивних, силових i експлуатацшних параметрiв.

Doc. Yo.S. Badera - NUFWT of Ukraine

Theoretical bases of choice of the system of machines for mastering of mountain forests

The charts of the systems of machines are offered for cutting areas works and method of analysis of their work and optimization of structural, power and operating parameters.

За останш десятирiччя в прських люозаго^вельних районах вщбува-ються значш змши в техшчному оснащенш люозаго^вельних шдприемств i технологii лiсосiчних робгг. Шдвишуються загальнi вимоги до охорони нав-колишнього середовища, лiсозаготiвельнi вимоги до збереження шдросту та трунив, рГзко зменшуються можливост використання суцшьних рубань. Прсью люи мають важливе значення: джерело цiнноi деревини для рГзних га-лузей народного господарства та еколого-регулювальний фактор. Тому осво-

ення гiрських лiсiв на основi науково-обгрунтованих рекомендацiй забезпе-чить 1х стабшьне вiдновлення, не допустить ерози грунпв i дасть можливiсть отримати щнну сировину. Лiсозаготiвельна технiка для прських пнезаготь вель вибираеться залежно вщ способiв рубання, форм та розмiрiв лiсосiк, якi визначаються вiдповiдними правилами ведення люового господарства, рельефом мюцевост та типом насаджень (порода, боштет та iн.) [1, 2].

Рубання, що проводяться в гiрських люах, можна умовно роздiлити на три групи: рубання догляду за люом; рубання саштарп; рубання промисловi.

Заключним етапом освоення лiсiв е промисловi рубання. Вони можуть бути вибiрковими, або суцiльними. Згiдно з "Правилами рубань" [1] суцiльнi рубання проводяться у виключних випадках, тому створювати для них спещ-альну систему машин недоцшьно. Ефективнiше розробити технологш освоення лiсосiк, базуючись на вщомих машинах та механiзмах.

Тобто, для освоення прських лiсiв Карпат, вщповщно до трьох груп рубань, необхщно запропонувати три типи систем машин та обгрунтувати 1х основш параметри. Широко розроблена i впроваджена система машин для нижньоскладських робгг [3, 4].

Однак при розробщ системи машин враховувався тiльки характер робгг, що виконуються на мюцевост (валка, обрiзання сучкiв, розкряжування) i необхiднiсть забезпечення вивезення деревинно! сировини у стовбурах чи сортиментах. При цьому не було враховано можливють оптимiзацil парамет-ричного ряду машин i механiзмiв i не ощнено приведенi затрати на виконан-ня операцiй.

У гiрських умовах вивезення деревини проводиться виключно у сортиментах. Тому на основi аналiзу виробничо! дiяльностi пiдприемств, характеру ведення люозаго^вельних та люогосподарських робiт у гiрських умовах запропоновано таю параметричш ряди систем машин для люошчних робiт (СМЛР). Схеми таких систем наведеш на рис. 1.

Систему машин необхщно вибирати з умови забезпечення мшмаль-них затрат на виконання робгт, створення машин, оргашзащю 1х виготовлен-ня i експлуатацiю, а також забезпечення збереження екосистем, особливо в прських умовах.

При виборi системи машин для люозаго^вель в гiрських умовах необ-хiдно знати розмiри люосжи, 1х запаси, вiддалi до люовозних дорiг, ухили траси. Тобто необхщно спочатку виконати аналiз об'екту експлуатацп.

Пiсля вибору системи машин необхщно оптимiзувати 1х конструктив-нi параметри за вибраними критерiями якостi i ефективностi.

Згiдно з рекомендацiями проф. П.В. Аляб'ева [4], складну систему, у загальному видi, можна характеризувати трьома групами параметрiв:

• параметри стану системи Х1, Х2, ..., Хп, яю можна представити у вигляд1 вектора стану Х;

• параметри керування (вхвдт) П1, V2,.. Пп вектора керування V (вектор входу);

• параметри ефективност (вихщт) у^ у2,... уи, як1 також можна представити у

вида вихщного вектора У (вектора результату).

- Партнер

ЛБП - легю бензиномоторш пилки;

МКЗМ - мехашчний кшь з машпулятором, на гумово-металевому ходу; КЛ - канатний люоспуск, вантажопiдiймадьнiстю 0 = 5 ^ 8 км з постшним чи змш-ним натягом каната;

- ушверсальна установка для подрiбнення гшок i навантаження 1х на автомобш;

- транспортнi засоби;

- бензиномоторна пилка;

- тдтрелювальна установка;

- легкий трелювальний трактор; МКУ - мобшьна канатна установка; МГК - мобшьний гiдрокодун з манiпудятором;

- навантажувально-розвантажувальна установка;

- установка для виготовлення трiски;

- канатна люотранспортна установка.

УУ

ТР

БП

ПУ

ЛТТ

НРУ

УТ

КЛУ

Для отримання заданих вихiдних параметрiв систему вибраних машин розглядають, як параметричний ряд.

Задача оптимiзацil параметричного ряду полягае в тому, щоб, при ви-сокiй продуктивностi працi, науково обгрунтувати такий склад машин при якому певний обсяг робгг буде виконуватись з найменшими приведеними затратами i включае наступнi етапи:

Визначення кшькосп лiсосiк i обсягiв робгт на них за певний перюд часу, визначення характеристик робгт та об,ектiв працi. Визначення кшькосп машин з певними параметрами для виконання робгг, тобто стан функци попиту:

M = р(x, 0. (1)

Складання рiвняння затрат на розроблення машин ряду, оргашзацш виготовлення, виготовлення та експлуатацш з приведенням рiзночасових затрат до одного часу. Приведет затрати на виготовлення виробничих опера-цiй, включаючи i затрати на створення та експлуатацш машин, можна пред-ставити у виглядi суми штегральних функцiонадiв [4]:

п Ь г z

Зж-

1 Ь З0 (х,и

slje

(2)

I I I I

s=11=1 j=1е=1

де: п - кiлькiсть пунктiв, на яких здiйснюеться захiд, тобто кiлькiсть люосж, якi одночасно розробляються; Q - обсяг робгт на всiх пунктах; ? - час, про-тягом якого розглядаеться захщ; Ь - кшьюсть, що враховуе операци на кожному пунктц г - кшьюсть титв машин, що виконують операци; z - кшьюсть типорозмiрiв машин кожного типу; З0 - елементарш умовно-зведенi затрати на здшснення певного виробничого процесу або виконання операци машинами одного типу, одного типорозмiру на одному пункл, вiднесенi до певного об'ему робiт i часу.

Визначення параметрiв, що характеризують ряд машин, який виконуе необхщний обсяг робгт при мiнiмумi приведених затрат, тобто при якому функцюнал (2) приймае мшмальне значення.

Я = Ф(х, и, t) = шт3. (3)

Функцiя мети для однотипних машин i однорiдних об,ектiв мае нас-тупний вигляд, [4]:

Я = ЗП

( Зз + Зп)

п

ии

• +

ЦЕп

ииг

+ Ст

тс + Зб

(4)

Для однотипних машин i вiдмiнних об,ектiв обслуговування функщя мети ускладнюеться:

Я = Зп

(Зз + Зп)

п

+1

ици2 и=х

ЦЕя + С

--+ Ст

ии у

тс + Зб

(5)

де: ЗЗ - рiчнi затрати на експлуатацш одше! машини або одинищ обладнан-ня; Зп - рiчнi затрати на утримання машини або одинищ обладнання; п -кшьюсть машин або одиниць обладнання; и1 - кшьюсть робочих дшв у рощ;

и2 - юльюсть робочих змiн за добу; Ц - балансова варпсть об'екпв, якi об-слуговуються; Еп - нормативний коефщент ефективностi каштальних вкла-день; СТ - собiвартiсть утримання об'екпв, якi обслуговуються за змшу; тс - середня юльюсть об'екпв, якi знаходяться в черзi i на обслуговуваннi; З6 - умовш затрати за змiну вщ невiдповiдностi параметрiв машин виробни-чим умовам; в - кшьюсть тишв об'екпв, якi обслуговуються (и = 1,2,...,в).

Шсля вибору оптимальних параметрiв параметричного ряду для аналь зу i керування процесом люозагопвель на даному шдприемствi необхiдно розробити математичну модель даного виробничого процесу.

Математична модель системи включае рiвняння стану системи. Ц рiв-няння виражають зв'язки мiж параметрами стану, керування i ефективностi системи. Модель включае також функщю мети i рiзного роду обмеження на параметри системи, обмеження i функцп мети е нелшшними.

Взаемодiю машин, що працюють на лiсосiцi можна представити у виг-лядi системи машин масового обслуговування з простими потоками [4, 5]. У такому випадку аналiз ефективносп роботи i вибiр оптимальних параметрiв можна здшснити, використавши аналiтичнi методи теори масового обслуговування. Завданням масового обслуговування е пошук функщональних за-лежностей величин, що характеризують ефективнiсть системи, вщ характеристик вхiдного потоку, параметрiв, що визначають можливiсть обслуговування об'екпв i вiд способiв оргашзаци обслуговуючо! системи в цшому, а також вiд способiв керування системою.

Процес змши стану системи зручно аналiзувати, маючи 11 графiчну схему у виглядi:

де: Х0 - стан системи; X - штенсившсть першого вхiдного потоку вимог; Л1 = в ■ X- т - штенсившсть другого потоку вимог; ¡¡1 - штенсившсть обслуговування об'екпв першого потоку; ¡¡2 - штенсившсть обслуговування об'екпв другого потоку; т - юльюсть об'екпв; к - юльюсть об'екпв, що обслуговуються.

Для процесу люозагопвель така схема представлена на рис. 2.

Показники iмовiрностi стану системи, графш яко! зображено на рис. 2,

можна визначити за допомогою рiвняння Колмогорова типу:

^ = -Х( )■ Ро ( ) + ?(< )■ Р ();

ЖР1 ()

Ж

¡(1 )■ Р () + Х( )■ Ро ().

(6)

Рис. 2. Графiчна схема процесу змти стану системы на лiсозаготiвлях

Стан задано! системи не обмежуеться кшьюстю вимог, що одночасно знаходяться у систем^ тобто вона е розiмкнутою. При цьому штенсившсть вхщ-ного потоку характеризуе загальна кiлькiсть вимог, як поступають у систему.

Для люозаго^вель iмовiрнiсть настання к поди простого потоку ш-тенсивнiстю X за час I розподiлено за законом Пуассона [4, 5], тодг

Рк

(XX)) к!

,-Аг

(7)

iз якого виходить, що iмовiрнiсть того, що за час I не виникае ш одно! поди, (к = 0), дорiвнюе:

Рк=0 (I ) = е~х, (8)

а iмовiрнiсть того, що промiжок часу мiж сусiднiми подiями буде рiвний I, мае показниковий розподш

р (' )=1

,-Аг

(9)

На основi рiвнянь Колмогорова (6), виразiв (7-9) можна отримати за-лежностi для характеристики процесу роботи системи машин на люозаго^в-лях i для конкретних умов експлуатацi! оптимiзувати !х конструктивы, сило-вi, та експлуатацiйнi параметри.

Л1тература

1. Правила рубань в прських люах Укра!нських Карпат. - К.: Дерком. люов. госп., 2003. - 24 с.

2. Шкчря Т.М. Технолопя 1 машини дiсосiчних робт - Льв1в: Тр1ада плюс, 2003. -

352 с.

3. Редькин А.К. Основы моделирования производственных процессов на лесозаготовках - М.: Лесн. пром-сть, 1977. - 232 с.

4. Алябьев В.И. Математическое моделирование и оптимизация производственных процессов на лесозаготовках. - М.: МЛТИ, 1982. - 67 с.