Введение к работе
Актуальность темы. В теории и практике создания технических средств происходят качественные изменения. Принципиально нозые . машины все чаще появляются на основе разработки новых научно-технических идей, а также результатов фундаментально-исторических и физико-технологических исследований, выполняемых в процессе аванпро-ектирования (предпроектного обоснования).
Применение прогрессивных методов проектирования и поиска новых технических решений особенно эффективно в природоемких отраслях, к которым относятся лесозаготовки. Эти методы созданы изучением особенностей эволюции и закономерностей параметрического развития прошлых и существующих конструкций машин.
В диссертационной работе решается проблема обоснования параметров функционального назначения перспективных манипуляторных гусеничных лесозаготовительных машин созданием рациональных вариантов их конструкций на ^уровне изобретений и параметричестгих моделей идентификацией систем многофакторных уравнений с- таблицами значений технических данных прошлых и существующих конструкций.
Цель работы и задачи исследований. Целью работы является разработка теоретических основ предпроектного анализа параметров технических решений в виде устройств на уровне изобретений, а также модульного синтеза искомых конструкций сменных манипуляторных оборудований и рабочих органов.
В соответствии с целью работы были определены следующие основные задачи, исследования:
- провести ретроспективный анализ принципов действия, техни
ческих решений и параметров назначения валочно-пакетирующих ма
шин (ВПМ);
- разработать и практически использовать метод функционального поискового конструирования манипуляторного оборудования и рабочих органов;
разработать метод эвристического регрессионного анализа технических данных существующих лесозаготовительных машин и создать пакет прикладных программ для ЭВМ;
разработать методику блочно-модульного агрегатирования манипуляторного оборудования и рабочих органов новых машин;
разработать критерии для анализа и оценки искомых конструкций лесозаготовительных машин и их функциональных узлов;
создать системи многофакторных регрессионных моделей и
4 использовать"их при прогнозировании значений параметров назначения искомых конструкций лесозаготовительных мапшн;
- внедрить разработанные методы в научно-производственную практику и учебны,! процесс по специальностям 1704 и 2601.
Решение этих задач проводилось в соответствии с Программой САПР Минвуза РСЇСР, Программой 0.53.01 ГКНГ СССР, координационны-ми плаиш.'.и НіїОКР Ккнлеспрсма СССР, темами 1.8 и 1.9 ВНИИ проблем машиностроения, а также планами этих работ МарПИ с 1971 по 1991 * годы (гоерогиетрации тем 7Ю7І24І, 74061594, 750І286І, 77006145, 730-=8150, 80003661, 0I82I003309, 01830046726, 01840043369, 0IS60I264I3, 0I86GI26424, 01860136505, 01880028420, 0I8900I9353) Автор диссертации был исполнителем, ответственным исполнителем и руководителем этих научно-исследоватТельских работ.
Объекты и методы исследований. Объектами исследований являлись ВГЙЇ, имеющие по сравнению с другими типгч;и лесозаготовительных маг,;ин'белее совершенную систему функциональных, конструктивных и параметрических свяоэй (отношений) с лесной средой и процес сами' машиностроения. Параметрическими объектами являлись таблицы технических данных прошлых, существующих и искомых лесозаготовительных машин.
По разработанном системам.регрессионных уравнений, описывающих- технические данные отечественных и зарубежных ВПМ, изучалось влияние различных факторов и определялись наилучшие конструктивные решения ыанипуляторного оборудования, рабочих органов и режущих инструментов для обработки лесоматериалов.
При создании конкретных устройств применялись методы фуНКЦИ' опально-физического моделирования, статистических испытаний, специально разработанные программы структурно-параметрической идентификации.
Научная новизна. Впервые рассматривается эволюция.конструк-тивных схем и созданы параметрические модели, описывающие с достаточной для практики точностью значения технических данных прої. лых и существующих лесозаготовительных машин.
Существующая теория дополнена методами эвристико-статистичео кого моделирования параметров назначения, критериальной оценки взаимодействия лесозаготовительных.машин с предметами, обработки, а также расчета импульсов действий отдельных частей машин на обрабатываемые деревья и их части.
Научный результат..Разработан эвристико-математический аппарат на-базе ЭВМ, позволяющий.количественно описать множество :
параметров назначения прошлых, существующих и искомых лесозаготовительных машин и устанавливать целесообразные направления дальнейшего развития их принципов действия и модульных конструкций.
Получены системы многофакторных нелинейных регрессионных моделей параметров функционального назначения, а также аналитические формулы критериев*оценки многофункциональности, прогрессивности и технического совершенства перспективных"конструкций на уровне изобретений.
Примеры предпроектного анализа и предложенные" технические решения необходимы при формировании многоотраслевой системы манипуляторных мацин на базе одноковшовых гидравлических экскаваторов.
На защиту выносятся следующие научные положения.
-
Методика ретроспективного анализа Технических решений и математические модели для прогнозирования поколений лесозаготовительных машин.
-
Методика эвриотико-статиетического моделирования таблиц технических данных по существующим лесозаготовительным машинам.' Многофакторные регрессионные, модели параметров назначения лесозаготовительных машин". . л
-
Методика анализа и выбора новых конструкций лесозаготовительных машин, создаваемы-- на принципах конвертирования, модулирования, унификации и других, по предложенным критерия;.! прогрессивности и многофункциональности.
-
Методика и практические примеры модульного синтеза новых рабочих органов и манипуляторных оборудований перспективных лесозаготовительных машин.
-
Множество (типаж) манипуляторных машин, сменных рабочих органов и инструментов к ним-..
.6. Технические решения, защищенные авторски:'.:! свидетельствами, по-перспективным манипуляторным лесозаготовительным машинам и их функциональным узлам.
Достоверность выводов и результатов исн^едований. Она обес
печена: , . -
' - применением эвристических методов поиска, методов программно-целевого подхода, системного анализа, а также морфологических, структурно-функциональных и параметрических исследований; . - использованием законов и закономерностей возникновения, строения и развития техники;
- апробацией предлагаемых поисковых методов структурно-параметрического проектирования, и конструирования на больном колпчес- .
тве практических примеров;
- применением в проектировании структур математических моде
лей опыта, интуиции и знаний специалистов (экспертов).лесной про
мышленности ;
- применением созданного автором метода эвристической иден
тификации многофакторных регрессионных моделей по таблицам тех
нических данных лесозаготовительных машин;
- примерами расчета по готовым математическим моделям с пока
зом их адекватности.
Практическая значимость работы. Полученные результаты могут быть использованы при решении. следующих задач: разработка прогнозных моделей машин для лесозаготовок; технико-экономическое обоснование на перспективу конструктивных схем и чис:. )вых моделей новых машин; повышение технического уровнясуществующих лесозаготовительных машин; разработка типоразмерных классификаций лесозаготовительных машин и их основных функциональных узлов; своевременное оформление технических заданий на разработку, изготовление и утилизацию (конвертирование) новых лесозаготовительных машин.
Применение, предложенных методов позволяет определить конфигурации существующих.комплексов лесозаготовительных машин, выявить недостающие технические средства и разработать для них технические задания на проектно-кокструкгорскую проработку.-
Реализац:.' работы. Основные научные положения и ре:-- '~ -;ндации' реализованы при разработке комплексной целевой программы "Марийский лес", долгосрочной программы охраны природы.республики Марий Эл, мероприятий развития предприятий марийского лесного .комплекса, концепции возрождения марийского края. Результаты теоретических исследований включены в концепцию и методологию формирования систем машин многоотраслевого назначения, созданной в РосНИИ проблем машиностроения.
Конкретные конструктивные решения использовались в ЦНИИМЭ, КирКИИЛП, РосНИИПМ, ГатЛОС и других институтах. Разработаны и внедрены следующие устройства: сменные.рабочие органы к-ЛП-І9А для работы на трассах линий электропередачи, проходящих в лесных массивах, с эффектом 52,7 тыс.рублей в год на одну машину; сменный кусторез к ЛП-І7А; адаптивные дискофрезерные органы для лесо-» хозяйственных работ; самовращающиеся чашечные резцы и спиральные пилы для обработки лесоматериалов; зубчатые дисковые ножи для срезания деревьев, кустарника и поросли._
Апробздия работы. Основные положения и результаты исследований докладывались, обсуждались и были одобрены на пяти Всесоюзных конференциях, по автоматизации ренскового конструирования (1978 -Йошкар-Ола; 1980 - Новочеркасск; 1983 - Иваново; 1987 - Волгоград; 1990 - Ижевск), на < Всесоюзных конференциях ЦНИИДЭ (1976), ВДНХ СССР .(1984), МХИ'(1984, 1987), на Всесоюзном симпозиуме Карельского филиала АН СССР '1978 - Петрозаводск), на республиканской конференции по эврилоыи (1987-- Р;-:га), на Всесоюзных семинарах СО АН СССР (1983 - Кемерово, 1984 - Улан-Удз), на постоянно действующем специализированном семинаре ВНИИПМ (1990, 1991), на конференциях Всесоюзной ассоциации научно-технического творчества "Эвристика" (1989 - Волгоград, 1990 - Ижевск), на международном семинаре (1990 - Новороссийск).
Результаты отдельных исследований докладывались, обсукдались и были.одобрены на конференциях ЛТА им.С.М.Кирова "(1978, 1979, 1982), на конференциях (1971, 1973, 1975) и совещаниях (1976, 1989) ЦНИЙМЭ по проблеме разработки методов прогнозирования, на конференциях ЦШ'ЫОД (1978) и МЛТИ (1989), на Всесоюзных совещаниях Минлеспрома СССР (1987, 1988), на научно-практических конференциях марийской республики (1983, 1992), а также на ежегодных (1971...1991) конференциях МарПИ и постоянно действующем семинаре проблемной лаборатории математических методов оптимального проектирования МарПИ (1974...1989).
Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 135 печатных работах -общим объемом 173 п.л. Результаты исследований отражены в 28 отчетах по 16 научно-техническим темам. На технические решения получено более 90 а.с. и 50 положительных регоний. По некоторым из них опубликовано 17 проспектов,и икформационн'.тх . листков. Внедрение методов в учебный процесс и описание задач предпроектного обоснования вне темы диссертации изложено дог.;-. -нительно в 55 печатных работах объемом 48 п.л.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы 312 наименования и 37 приложений. Основное содержание диссертационной работы изложено на 295 страницах машинописного текста, иллюстрировано 90 рисунками и 70 таблицами. Приложения вклю-ча&т список изобретений, программы для расчетов на ЭВМ, справки, акты, решения советов и кафедр.