Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1. Лесозаготовительные машины на базе колёсных сельскохозяйственных тракторов 10
1.2. Машинно-тракторные агрегаты в сельском и лесном хозяйстве 18
1.3. Модульные лесные машины 20
1.4. Исследования технологии лесосечных и лесовосстанови-тельных работ при комплексном освоении участков лесного фонда 25
1.5. Состояние исследований в области кинематики и динамики движения автотракторных поездов 30
1.6. Исследования в области математического моделирования технологических процессов лесосечных и лесовосстанови-тельных работ 31
1.7. Задачи исследования 34
2. Обоснование конструкции и параметров прицепа лесной машины 36
2.1. Структурно-компоновочная схема машины для малообъёмных лесосечно-лесовосстановительных процессов 36
2.2. Обоснование конструкции рамы прицепа 38
2.3. Определение усилий в элементах узла соединения секций рамы прицепа 42
2.4. Обоснование конструкции тележки прицепа 47
2.5. Кинематика движения лесной машины с прицепом с полноповоротными колёсами 51
2.6. Выводы 59
3. Имитационное моделирование движения колёсной лесной машины по ленте леса 60
3.1. Задачи имитационного моделирования 60
3.2. Описание имитационной модели 62
3.3. Планирование вычислительного эксперимента на имитационной модели 70
3.4. Результаты имитационного моделирования. 75
3.5. Выводы 82
4. Экспериментальные исследования 84
4.1. Лабораторные исследования физической модели узла со единения секций рамы прицепа 84
4.1.1. Условия и задачи лабораторных исследований 84
4.1.2. Описание физической модели узла соединения секций рамы прицепа 84
4.1.3. Обоснование критериев подобия физического моделирования 87
4.1.4. Описание лабораторной установки и порядок проведения эксперимента 88
4.1.5. Анализ результатов 92
4.2. Производственная проверка технологии сбора и трелёвки сортиментов без прокладки пасечных волоков 95
4.2.1. Условия и задачи производственной проверки 95
4.2.2. Технология лесосечных работ при производственной проверке 96
4.2.3. Методика хрономегражных наблюдений и анализ результатов 100
4.3. Выводы. 101
5. Технологическая оснастка и схемы работы машин для ма лообъёмных лесосечно-лесовосстановнтельных процессов 103
5.1. Лесные машины на базе колёсных тракторов с прицепами с полноповоротными колёсами ...103
5.2. Лесные машины для валки деревьев, обрезки сучьев, раскряжёвки хлыстов и пакетирования сортиментов 104
5.3. Лесные машины для заготовки подроста, сбора и трелёвки сортиментов 111
5.4. Лесные машины для сортировки и погрузки сортиментов на погрузочном пункте (верхнем складе) 116
5.5. Лесные машины для частичной обработки почвы, посадки сеянцев и агротехнического ухода за ними 119
5.6. Выводы 122
6. Оценка экономической эффективности прицепов лесных машин с модулями для малообъёмных лесосечно- лесовосстановнтелъных процессов 123
Заключение 129
Список литературы
- Исследования технологии лесосечных и лесовосстанови-тельных работ при комплексном освоении участков лесного фонда
- Обоснование конструкции рамы прицепа
- Планирование вычислительного эксперимента на имитационной модели
- Обоснование критериев подобия физического моделирования
Введение к работе
Актуальность темы. Процесс структурного реформирования лесного комплекса России потребовал пересмотра и корректировки всей системы производственных отношений в лесозаготовительных предприятиях. Особенно остро проблема реформирования производства стоит для малообъё'мных лесозаготовок, появившихся в районах с истощённым лесным фондом и в малолесных районах после банкротства и реорганизации государственных лесопромышленных комплексов.
Малообъёмные лесозаготовительные предприятия, являясь арендаторами участков лесного фонда, согласно Лесному кодексу РФ [77] должны производить наряду с лесозаготовительными лесовосстановительные работы, как правило, на небольших разрозненных лесосеках в объёмах, не обеспечивающих полную загрузку существующих лесозаготовительных и лесохозяйственных машин. Разрозненность и небольшие размеры лесосек значительно повышают затраты предприятий на перебазировку техники и рабочих, усложняют и удорожают техническое обслуживание и ремонт машин и оборудования. В малообъёмных лесозаготовительных предприятиях велика доля лесозаготовок, приходящаяся на рубки промежуточного пользования, техника и технология которых должны удовлетворять жёстким экологическим требованиям [191].
В этих условиях перспективной организационной формой ведения хозяйства является поквартальный способ освоения участков лесного фонда [24, 26, 164, 126], обобщающий опыт комплексного ведения лесозаготовок и лесного хозяйства [100, 106, 150, 170] и предусматривающий проведение в квартале или группе кварталов всех предусмотренных лесоустройством лесозаготовительных и лесохозяйственных работ,
Эффективность производства малообъёмного лесозаготовительного предприятия напрямую зависит от применяемых техники и технологии лесосечных и лесовосстановительных работ. Технологический процесс, выполняемый в условиях леса (лесосеки, вырубки), носит сложный многоплановый
характер и может значительно варьироваться в зависимости от природно-производственных условий. Так, технология комплексного освоения участков лесного фонда предусматривает последовательное проведение на незначительной лесной площади (в квартале или группе кварталов) порядка 40 технологических операций различными технологическими машинами.
Ситуация осложняется тем, что в нашей стране лесная промышленность долгое время была ведомственно отделена от лесного хозяйства, что вызвало и заметную конструктивную обособленность лесохозяйственных машин от лесозаготовительной техники. В новых условиях ведения лесного хозяйства, когда предусматривается производство лесовосстановительных и прочих лесохозяйственных работ арендаторами участков лесного фонда, разнородность лесохозяйственных и лесозаготовительных машин обусловит возрастание эксплуатационных затрат в малообъемных предприятиях. Кроме того, производство лесовосстановительных работ на небольших разрозненных лесосеках по существующим технологиям с применением тяжёлой лесохозяйственной техники экономически не эффективно.
Анализ состояния и тенденций развития лесного, сельскохозяйственного и строительного машиностроения показывают, что наиболее перспективным направлением механизации и машинизации технологических процессов в малообъёмных лесозаготовительных предприятиях является применение машин на базе колёсного трактора и прицепов с различными технологическими модулями, агрегатируемых с базовым трактором для выполнения отдельных операций технологического процесса. Благодаря такой компоновке достигается более полная загрузка дорогостоящего трактора и существенное уменьшение простоев техники из-за сезонности и недостаточных объёмов работ.
В этой связи обоснование параметров прицепа лесной машины с модулями для малообъёмных лесосечно-лесовосстановительных процессов является актуальной проблемой, представляющей научный и практический интерес.
Работа выполнена в рамках гранта Министерства образования России по фундаментальным исследованиям в области технических наук «Исследование
7 технологии лесосечных работ с применением агрегатируемых технологических модулей на рубках главного и промежуточного пользования». Шифр гранта Т02-11.2-2722.
Цель работы: повышение эффективности малообъёмных лесосечно-лесовосстановительных процессов путём совершенствования конструкции и обоснования параметров прицепа с технологическими модулями.
Объект исследования: технологическое оснащение лесной машины для малообъёмных лесосечно-лесовосстановительных процессов.
Предмет исследования: конструкция и параметры назначения активного прицепа лесной машины с технологическими модулями для лесосечно-лесовосстановительных процессов.
Методы исследования. В процессе исследования использованы методы математического моделирования, вычислительного эксперимента, физического моделирования, натурного эксперимента, теории вероятностей и математической статистики.
Научная новизна. Впервые для малообъёмных лесосечно-лесовосстановительных процессов: созданы структурно-компоновочные схемы лесной машины, отличающиеся применением прицепа с секционной рамой и устройством для разъёмного соединения её секций, и колёсной тележки прицепа, обеспечивающей повышение манёвренности машины; разработаны методика расчёта усилий в узле соединения секций рамы прицепа, отличающаяся учётом его конструктивных особенностей, и математическая модель, описывающая кинематику движения колёсного трактора с прицепом с полноповоротными колёсами и отличающаяся описанием процесса самостоятельного движения прицепа; предложена имитационная модель движения колёсной лесной машины с прицепом по ленте леса, отличающаяся построением габаритной полосы движения, с использованием которой были получены регрессионные уравнения, характеризующие проникаемость лент леса; получены математические зависимости, позволяющие оценить технологию работы лесных машин на базе колёсного трактора и активного прицепа с полноповорот-
8 ными колёсами, отличающиеся учётом новых технологических возможностей предложенных машин; даны варианты оснащения прицепов лесных машин и технологические схемы их работы при выполнении различных операций лесо-сечно-лесовосстановительных работ, отличающиеся применением единого базового колёсного трактора.
В процессе лабораторных исследований физической модели узла соединения секций рамы прицепа с использованием метода тензометрирования получены результаты, подтверждающие достоверность расчётов, выполненных по предложенной методике расчёта данного узла.
Во время производственной проверки предложенной технологии сбора и трелёвки сортиментов без прокладки пасечных волоков получены регрессионные уравнения, характеризующие зависимость показателей работы лесной машины от проникаемости лент леса (пасек).
Положения, выносимые на защиту.
Методика определения усилий в узле соединения секций рамы прицепа.
Математическая модель, описывающая кинематику движения колёсного трактора с активным прицепом.
Имитационная модель движения колёсной лесной машины по ленте леса и результаты моделирования, характеризующие проникаемость лент леса.
Варианты технологического оснащения прицепов лесных машин и схемы их работы при выполнении операций в условиях малообъёмных лесо-сечно-лесовосстановительных работ.
Результаты производственной проверки технологии сбора и трелёвки сортиментов без прокладки пасечных волоков.
Практическая значимость. Структурно-компоновочные схемы лесных машин на базе колёсного трактора и активных прицепов, рекомендуемые для лесосечных и лесовосстановительных работ в условиях малообъёмных лесозаготовок, позволяют повысить эффективность работы за счёт снижения затрат на техническое обслуживание и ремонт, уменьшения простоев машин из-за сезонности работ, их меньшей материалоёмкости.
Полученные математические зависимости и уравнения позволяют: рассчитывать конструкцию узла соединения секций рамы прицепа при его проектировании, вести технологические расчёты с целью определения эффективности при организации малообъёмных лесосечно-лесовосстановительных работ.
Реализация результатов работы. Решениями администрации Сернур-ского лесхоза и администрации ОАО «Сернурское РТП» основные результаты работы приняты к внедрению, что подтверждено соответствующими актами.
Результаты работы внедрены в учебный процесс и используются при подготовке специалистов по специальности 260100 в курсе «Новые способы лесозаготовок и лесовосстановления».
Апробация. Результаты проведённых исследований докладывались, обсуждались и были одобрены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов и сотрудников Мар-ГТУ (Йошкар-Ола, 2002-2004 гг.), Всероссийской научно-практической конференции «Химико-лесной комплекс — проблемы и решения» (Красноярск, 2002 г.), Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 2002 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 статей.
1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования технологии лесосечных и лесовосстанови-тельных работ при комплексном освоении участков лесного фонда
Хозяйственная деятельность человека в лесу должна строиться на основе учета всех полезностей леса: как ресурсных (источник древесины и других видов природного сырья), так и экологических (природорегулирующие и рек-реационно-эстетические функции леса). Понимание леса как элемента природного ландшафта особенно важно на малолесных территориях, где лес играет в первую очередь природорегулирующую роль и, как правило, подвержен интенсивной рекреационной нагрузке. Все хозяйственные мероприятия в таких лесах должны строиться на основе сохранения и воспроизводства их природной среды.
Понимание необходимости бережного отношения к лесу, изначально присущее людям с ним связанным, было обобщено в работах В Л.Меньшикова [ 105-108], В.Г.Атрохина, И.К.Иевиня [24-26, 64], В.ААзарёнка [3, 4], и др. [2, 12, 45, 111, 150, 154, 164].
В работе [25] ВХ.Атрохиным и И.К.Иевинем рассмотрены биолого-лесоводственные основы рубок ухода как метода формирования устойчивых продуктивных лесонасаждений различного назначения, предложены программы и способы рубок ухода в насаждениях различного типа, обоснована их лесоводственная и экономическая эффективность, предложены схемы механизации работ.
Также под руководством И.К.Иевиня была выполнена масштабная работа по обоснованию технологических параметров машин для рубок ухода. В частности С.П.Бойковым был определён оптимальный вылет манипулятора ва-лочно-пакетирующей машины для рубок ухода [34].
Определённым недостатком указанной работы, носящей фундаментальный характер по обоснованию рубок ухода, является обособленное рассмотрение рубок ухода как от рубок главного пользования, так и от лесовосстановнтельных мероприятий. Такой подход может быть оправдан в условиях многолесных районов, но для условий малолесных районов и малообъёмных ле созаготовительных предприятий требуется его существенная корректировка в вопросах, касающихся техники и технологии рубок ухода.
В работе [111], касающейся технологии и организации работ при несплошных рубках леса, даётся экономическая оценка технологии и организации рубок ухода и рубок главного пользования в лесах I группы. Приводятся перспективные машины и технологические схемы освоения лесосек при несплошных рубках с их использованием.
В работе [170] описываются экономическая и организационно-технологическая стороны функционирования комплексных лесных предприятий, создание которых началось в бывшем СССР с конца 50-х годов прошлого века. Главный вывод говорит о том, что принципиально правильная идея комплексного ведения лесозаготовительных и лесохозяйственных работ требует принятия адекватных экономических, организационных и технико-технологических мер для её эффективного воплощения.
Первая попытка выработки единого технологического подхода к лесохо-зяйственной и лесопромышленной деятельности была предпринята в трудах В.Н.Меньшикова [108], которым были проанализированы виды и способы рубок леса и системы машин, применяющихся при их выполнении с учётом воздействия на природные объекты; дана оценка эффективности системы «лесозаготовки- воспроизводство леса» на основе вероятностного описания состояния леса как объекта эксплуатации.
Своё дальнейшее развитие идея комплексного освоения участков лесного фонда получила в работах Ю.А.Ширнина, А.В.Лазарева, К.П.РукомоЙникова[158, 169, 174-177, 180-194]. Ю.А.Ширниным были обобщены известные ранее способы комплексного ведения лесного хозяйства, на основании которых был разработан поквартальный метод освоения участков лесного фонда [126] для малообъемных лесозаготовительных предприятий. Авторами были обоснованы параметры агрегата для выкопки и посадки елового подроста, разработаны технологические схемы его работы, дана оценка возможности применения форвардеров для производства лесосечных и лесовосстановительных работ при комплексном освоении участков лесного фонда.
Одной из форм комплексного ведения работ в лесу является поквартальный и блочный методы. Сущность поквартального метода заключается в том, что в целом квартале производятся все предусмотренные лесоустройством работы. Блочный метод в дополнение к поквартальному предполагает вовлечение в концентрацию производства сразу нескольких кварталов [111].
Поквартальный метод имеет преимущества на различных стадиях освоения участков лесного фонда. При поквартальном и блочном методах в 1,5-2 раза уменьшаются затраты на отвод лесосек по сравнению с поделяночным отводом. Сокращаются затраты на подготовительные и ремонтные работы; одни и те же лесовозные дороги, магистральные волоки, погрузочные пункты можно использовать для проведения всех видов рубок в квартале и в соседних кварталах в ограниченный временной отрезок.
Концентрация производства обеспечивает рациональное использование древесного сырья и лесозаготовительного оборудования. Резко сокращаются трудовые и денежные затраты на перебазировку оборудования. Для малообъёмных лесозаготовок создаются условия для круглогодовой занятости оборудования и рабочей силы за счёт создания мастерских участков, занимающихся комплексным освоением (лесозаготовки, рубки ухода, искусственное лесовыращи-вание) участков лесного фонда. Усиливается контроль за выполнением работ и отпуском лесопродукции. Улучшается организация и условия труда (централизованное горячее питание, доставка рабочих в лес и обратно и т. д.). Одновременное проведение всех предусмотренных лесоустройством работ в лесу повышает пожарную устойчивость, улучшает санитарное состояние и способствует быстрому восстановлению нарушенной хозяйственной деятельностью лесной среды. Создаются условия для постепенного превращения кварталов (блоков кварталов) в структурную единицу организационно-хозяйственного обустройства территории с сетью лесовозных дорог, волоков, технологических коридоров и верхних складов [191].
Обоснование конструкции рамы прицепа
Морфологический анализ набора прицепов, необходимых для малообъёмных лесосечно-лесовосстановительных технологий, позволяет выделить в них следующие функционально-структурные элементы: тележка, рама, энергораспределительная система, манипулятор, рабочие органы, устанавливаемые на манипуляторе, рабочие органы, устанавливаемые на раме.
Это позволяет определить главную задачу конструирования лесных машин для малообъёмных лесосечно-лесовосстановительных технологий как обеспечение качественного выполнения всех видов работ при минимальном наборе функционально-структурных элементов. Проведённый с этой целью анализ компоновочных схем прицепов с технологическими модулями показал, что размещение функционально-структурных элементов на раме прицепа происходит, как правило, последовательно, что позволяет, рассматривая горизонтальную структуру технологических модулей (рис. 2.3), выделить ряд функциональных зон, представляющих собой участок рамы прицепа с установленными на нём агрегатами.
Некоторые функциональные зоны являются универсальными (секция с дышлом, секция с энергораспределительной системой, секция с манипулятором, секция с ходовой тележкой), а участки рамы с рабочими органами являются специализированными. Таким образом, если конструктивно, в виде секций, выделить отдельные участки рамы (рис. 2.4), то появляется возможность более полной загрузки универсальных функциональных блоков при их использовании в сочетании с различными специализированными функциональными блоками, что существенно снижает металлоёмкость и стоимость технологического комплекса, а также позволяет более гибко варьировать технологию работы и применяемое технологическое оборудование в зависимости от природно-производственных условий.
В этом случае большое влияние на эффективность эксплуатации прицепов модулей с секционными рамами оказывает техническое решение узла со единения секций. Данный узел, имея предельно простую конструкцию, должен обеспечивать позиционирование секций рамы с достаточной точностью, надёжно передавать статические и динамические усилия, быть технологичным в изготовлении и обеспечивать относительно лёгкое и быстрое соединение и разъединение секций.
Известные способы соединения секций рамы, которые условно можно разделить на фланцевые и штифтовые, не отвечают в полной мере предъявляемым требованиям, поэтому была предложена конструкция узла соединения секций, представленная на рис. 2.5.
Предлагаемая конструкция включает в себя: секцию рамы 1, состоящую из трубы коробчатого сечения 2 и торцовой плиты 3; биконусные стяжки 4, расклины 5; два болтовых соединения 6.
Процесс соединения секций рамы происходит следующим образом. Первоначально секции рамы 1 сближаются до соприкосновения торцовых плит 3, что дает возможность через вырезы в коробчатом сечении 2 и прорези в торцовых плитах 3 установить биконусные стяжки 4 в гнёзда торцовых плит 3. После этого секции рамы 1 раздвигаются, насколько им позволяют биконусные стяжки 4, и в образовавшийся зазор устанавливаются расклины 5, которые затем болтовыми соединениями 6 стягиваются до создания необходимого предварительного напряжения в узле соединения секций рамы.
Прелагаемая конструкция узла соединения секций является достаточно простой и технологичной в изготовлении, что обеспечивает её высокий уровень надёжности. В то же время она позволяет с необходимой точностью позиционировать секции рамы относительно друг друга и обеспечивает высокую скорость и легкость соединения и разъединения секций рамы. По принятым в настоящее время правилам проектирования и расчёта рам и корпусов транспортных и технологических машин, расчёт конструкции производится по статическим нагрузкам» умноженным на величину коэффициента динамичности. Данный подход приемлем и для предлагаемой конструкции, так как никаких дополнительных динамических нагрузок на элементы узла соединения секций рамы в процессе работы машины, кроме обусловленных технологическим процессом, не возникает.
Таким образом, при проектировании и расчёте узла соединения секций рамы необходимо определить статические усилия, возникающие в наиболее нагруженных элементах конструкции, которыми являются биконусные стяжки и расклины.
Планирование вычислительного эксперимента на имитационной модели
Как отмечено ранее, задачей вычислительного эксперимента на имитационной модели является получение в виде регрессионных уравнений эмпирических зависимостей проникаемости лент леса от двух групп факторов, являющихся входными регулируемыми факторами активного вычислительного эксперимента.
Первую группу факторов составляют параметры лент леса: длина, ширина, закон распределения деревьев, густота древостоя, средний диаметр деревьев и его дисперсия. Вторую группу факторов образуют параметры лесной машины: база и колея трактора, максимальный средний угол поворота управляемых колёс трактора и вынос за его заднюю ость тягово-сцепного устройства, а также длина дышла прицепа и тип его шасси.
Выходным фактором (откликом) вычислительного эксперимента является проникаемость ленты леса для колёсной лесной машины.
Таким образом, на отклик оказывают влияние 12 факторов, что значительно затрудняет проведение исследования. С целью уменьшения размерности факторного пространства на основе известных данных было произведено априорное ранжирование входных факторов (табл. 3.1).
Факторы 5-го ранга оказывают слабое влияние на отклик в силу своей незначительной изменчивости. Для исследуемых сосновых древостоев наиболее характерно регулярное распределение деревьев по площади, максимальный средний угол поворота управляемых колёс на современных колёсных тракторах примерно равен 50 и его дальнейшее увеличение ограничено объективными закономерностями поворота колёсных машин. Также незначительно на современных колёсных тракторах варьируется расстояние выноса за заднюю ось трактора тягово-сцепного устройства примерно равное 1 м.
Вышеприведённые соображения позволяют отказаться от исследования влияния на отклик факторов 5-го ранга, приняв их за постоянные величины.
Значимость влияния факторов 4-го ранга была проверена дисперсионным анализом результатов специального вычислительного эксперимента, проведённого по соответствующему плану (табл. 3.2). Вычислительный эксперимент проводился для двух вариантов комплектации лесной машины при густоте древостоев 400 и 600 шт./га. При этом два исследуемых фактора варьировались на трёх уровнях. Основные статистики отклика приведены в Приложении 8.
План предварительного вычислительного эксперимента на имитационной модели движения лесной машины по ленте леса для выяснения значимости влияния на отклик среднего диаметра деревьев и его дисперсии
Дисперсионный анализ полученных результатов показал, что средний диаметр деревьев и его дисперсия не оказывают статистически значимого влияния на проникаемость лент леса, что позволяет перевести их в число постоянных параметров имитационной модели, приняв величину усреднённого диаметра деревьев на уровне земли вместе с защитной полосой, обеспечивающей сохранность корневой системы оставляемых на доращивание деревьев -1 м. Для упрощения программы генерации древостоев в виду статистически незначимого влияния, оказываемого дисперсией среднего диаметра деревьев, её величина принята равной нулю. Статистическую незначимость влияния среднего диаметра деревьев можно объяснить его относительно незначительным варьированием в пределах ОД - 0,4 м.
Из оставшихся семи входных факторов вычислительного эксперимента шесть носят количественный характер, и один фактор (тип шасси прицепа) имеет качественный характер. Диапазон варьирования шести количественных входных факторов, определённый исходя из критерия практической применимости результатов исследования, представлен в табл. 3.3. Для предварительной оценки характера влияния на отклик шести количественных факторов необходимо провести серию однофакторных экспериментов, условия проведения которых приведены в Приложении 9. После обработки результатов предварительной серии экспериментов и их щ. анализа возможно выдвижение предположений о характере влияния исследуе мых факторов на отклик и создание обобщённой многофакторной математической модели, характеризующей их влияние на проникаемость лент леса.
Так как отклик (проникаемость ленты леса) является результатом многократного повторения отдельного испытания, исходом которого может быть либо да, либо нет (метод статистических испытаний, Монте-Карло), то дисперсия отклика оценивается по формуле л в»- ЬгЗ, (з.2) где р = оценка математического ожидания отклика (I — число прони каемых лент леса, N - общее число лент леса).
Результаты расчёта необходимого количества испытаний в каждом опыте, приведенные согласно правилу 3-х сигм, приведены на рис. 3.5. Как видно из графиков, уменьшение относительной ошибки с 20% до 10% достигается увеличением количества испытаний в 4 раза, что с учётом надёжности исходных данных не представляется целесообразным.
С практической точки зрения, наиболее интересна область с проникаемо-стью лент леса 85 - 95%, так как в этом случае реально выполнение технологических операций под пологом леса, поэтому для обеспечения надёжности оценки отклика в этой области принято по 100 испытаний в каждом опыте.
Таким образом, проведение вычислительного эксперимента согласно изложенному плану позволит изучить характер влияния исследуемых факторов на отклик, а также получить многофакторную регрессионную модель, отражающую зависимость проникаемости лент леса для лесных машин от шести входных факторов.
Обоснование критериев подобия физического моделирования
Дня определения усилий в элементах узла соединения секций рамы на основании тензометрических исследований его физической модели было использовано неполное упругое подобие при статическом действии нагрузок.
Для определения величин, влияющих на искомые результаты, использовалась расчётная схема узла соединения секций рамы прицепа (рис. 2.6, 2.7). Узел соединения секций представляет собой пространственную статически неопределимую систему, элементы которой условно считаем соединёнными между собой шарнирными связями. Таким образом, на результаты физического моделирования при нахождении продольных усилий в биконусах влияние оказывают следующие параметры (в квадратных скобках указаны их размерности): F[p] - главный вектор сил внешнего нагружения; M[PL]- главный момент сил внешнего нагружения; l[l], ryi [і], ryi [і], ггі [і] - геометрические характеристики узла соединения секций рамы прицепа; /ДРІТ1], ІЛРІ-1], fil-PI-1], ІДРІГ1], /3[Р1" 1, h \рL l\ погонные жёсткости бико-нусных стяжек и расклинов (горизонтальной и вертикальной составляющих).
Неполное упругое подобие при статическом действии нагрузок является частью механического подобия, описываемого критерием Ньютона — = idem, (4.1) та где т, а - масса и ускорение элемента. Кроме того, указанные величины позволяют составить следующие безразмерные комплексы, которые также являются критериями подобия моделирования; = ІЛ»І idem; L L=iL = iL = L = idem. L = L = L = idem, (4.2) Ft F iB h h h h ги гщ Приведённые критерии подобия показывают, что масштаб двух величин может быть выбран произвольно. Наиболее удобно за произвольные принять линейный масштаб lc и масштаб погонной жёсткости первой биконусной стяжки ilc. В этом случае масштабы моделирования прочих влияющих величин, на основании критериев подобия примут вид
Лабораторная установка для тензометрических исследований физической модели узла соединения секций рамы прицепа (рис. 4.4) состояла из гидравлического пресса с максимальным усилием пуансона 400 кН, гидравлического домкрата с максимальным усилием 100 кН, физической модели узла соединения секций и регистрирующей аппаратуры.
Датчиками величин являлись биконусные стяжки с наклеенными на них чувствительными элементами (рис. 4.2, б). В качестве чувствительных элементов использовались проволочные тензорезисторы общего назначения с одноэлементной петлевой решеткой на пленочной основе с базой чувствительного элемента равной 20 мм при номинальном сопротивлении 200 Ом.
Датчики усилий включали в себя два тензорезистора Rb R2, соединенных по схеме полумоста. Тензорезистор Ri (активный датчик) наклеивался вдоль продольной оси биконуса, а тензорезистор R2 (компенсационный датчик) также наклеивался на биконус под углом nj2 к активному датчику.
Регистрация исследуемых величин производилась вручную, путём визуального снятия показателей светолучевого осциллографа HI 17/1. Для усиления сигналов, поступающих от датчиков, использовался усилитель 8АНЧ-7М С целью ликвидации шумовых помех между осциллографом и усилителем устанавливались пассивные LC -фильтры с частотой среза 50 Гц. Для измерения внешних нагрузок использованы динамометры.
При тарировке датчиков (рис.4.4) одна из секций рамы физической модели при помощи болтовых соединений жёстко крепилась к станине пресса, а на вторую секцию через динамометр с помощью рычага и домкрата подавали вертикальное усилие. Таким образом, биконусные стяжки оказывались нагруженными известными растягивающими усилиями. Отклонения «зайчиков» фиксировались, что позволило составить тарировочную диаграмму (рис. 4.5).
При тарировке было произведено 10 серий нагружения-разгружения, на основании данных которых был построен усреднённый тарировочный график, линейный в зоне рабочих замеров и имеющий две ветви: нижняя-линия на-гружения, верхняя - линия разгружения.
Далее производилось нагружение физической модели узла соединения секций изгибающими (рис. 4.6, 4.7) и крутящим моментами (рис. 4.8). При этом одна из секций рамы усилием пуансона пресса фиксировалась, а вторая через динамометр нагружалась с помощью домкрата внешней нагрузкой.
