Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ ТЕРМШЮВ И СОКРАЩЕНИЙ 9
ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ.; ШСЛЕЩОВАНШ. Iі
История вопроса Л
Обзор конструкций ледофрезерных машин *3
Оценка свойств льда в системе "рабочий орган ледофрезер-ной машины - лед" 24
Классификация льдов 25
Некоторые основные физико-механические свойства льда 30
Лед как объект разрушения резанием 32
Некоторые результаты теорий резания грунтов и льда 32
Выводы по главе 41
1.6. Цель и задачи исследований 42
ГЛАВА 2. МЕТОД ШСЛЕДОВАНИЙ 43
Общая структурная схема исследований 43
Задачи экспериментальных исследований 46
Приборы и аппаратура 4S
Стенд для исследования процесса резания льда 51
Ледофрезерная машина как объект экспериментальных исследований 59
Планирование эксперимента 63
Методика обработки результатов экспериментальных исследований 63
2.7.1. Некоторые основные принципы применения стохастического
аппарата 66
2.8. Выводы по главе ^
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 8I
3.1. Зависимость усилия резания от толщины стружки 6*
Зависимость усилия резания от ширины резца 87
Влияние утла резания на усилия резания 92
Влияние кривизны траектории движения резца на усилия резания льда 95
Влияние на усилия резания анизотропности льда 97
3.6. Выводы по главе 99
ГЛАВА 4. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УСЙШ ФРЕЗЕРОВАНИЯ ЛЬДА 100
Теория подобия и теория групп 102
Некоторые существующие математические модели
усилий резания 112
Анализ способов построения детерминированных математических моделей усилий резания. 119
Математическая модель усилия резания льда единичным резцом 125
Учет кривизны траектории резания 126
Влияние анизотропности льда на усилия фрезерования 132
Развернутый вид математической модели усилия
резания льда единичным резцом 139
Математическая модель нагрузки на рабочем органе ледофрезерной машины 146
Проверка математической модели усилия
фрезерования льда 150
Зависимость нагрузки на фрезе от величины подачи 152-
Зависимость нагрузки на фрезе от утла резания 157
Влияние толщины ледяного покрова на усилия на фрезе 157
4.7. Выводы по главе 157
ГЛАВА 5. ВЫБОР РАЦЮНАЛЫЖ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
РАБОЧИХ ОРГАНОВ И ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОЧЕГО
ПРОЦЕССА ЛВДрФРЕЗЕНЖ МАШИН 159
5.1. Общие положения оптимизации 159
5.2. Определение параметров концевой фрезы 162
Выбор конструктивных параметров концевой фрезы 163
Выбор входных переменных оптимизации и построение целевых функций 165
Нахождение кинематических и динамических параметров концевой фрезы 171
5.3. Выводы по главе 172
ОЩИЕ ВЫВОДЫ 173
Использованная литература 175
Приложение I. Алгоритм поиска параметров распределения
Джонсона 189
Приложение 2. Программа поиска параметров распределения
Джонсона 191
Приложение 3. Алгоритм поиска параметров случайного процесса 202 Приложение 4. Программа определения параметров случайного
процесса 204
Приложение 5. Таблица коэффициентов асимметрии, эксцесса
и относительных отклонений 207
Приложение 6. Таблица зависимости вида распределений от
основных параметров резания 208
Приложение 7. Графические зависимости коррелограмм и кривых
спектральных плотностей от параметров резания 210 Приложение 8. Алгоритм поиска параметров математической
модели усилия резания 246
Приложение 9. Программа поиска параметров математической
модели усилия резания 247
ПриложениеЮ. Программа оптимизации параметров конструкции
и рабочего процесса ледофрезерных машин 252
Введение к работе
Актуальность работы. Большинство рек, внутренних водоемов и морей Советского Союза в зимний период покрыты льдами. Вопросы ледоведения и ледотехники имеют поэтому большое значение для народного хозяйства нашей страны. Лед оказывает разрушающее воздействие на корпуса судов в период зимнего отстоя и на гидротехнические сооружения, обуславливая необ^; ходимость их периодической околки. Объемы работ при этом достаточно велики. Так только в одном затоне им. А.А.Жданова судоремонтного завода "Память Парижской Коммуны" на реке Волге ежегодно в осенне-весенний период окалывается до 35 погонных километров льда. Необходимость разработки льда возникает также при строительстве ледовых аэродромов в Арктике и в Антарктиде, при подледном промысле рыбы, при укладке зимой на дно рек трубопроводов и кабелей, при околке золотодобывающих драг. Особое значение вопросы разработки льда приобретают в связи с открытием в районе шельфа северных морей полезных ископаемых и строительством ледовых островов. Поэтому создание и дальнейшее совершенствование ледорезной техники является актуальной народнохозяйственной задачей. Среди ледорезных машин важное место, обусловленное их мобильностью, производительностью и надежностью, занимают ледофрезерные машины /ЛФМ/. Для совершенствования существующих и создания новых эффективных ЛФМ необходимо иметь общую математическую модель /ММ/, описывающую процессы взаимодействия их рабочих органов /ГО/ со льдом. Имеющиеся в этой области результаты относятся в основном к конкретным рабочим органам и не могут быть перенесены без дополнительных исследований на РО другого типа и размера. Кроме того, недостаточно исследована динамика сил при резании льда. Все это затрудняет
повышение эффективности ЛФМ.
Целью работы является повышение эффективности рабочего процесса ЛФМ.
Научная новизна работы представлена:
установленной теоретически с помощью метода конформных отображений и подтвержденной экспериментально зависимостью силы на резце от кривизны траектории движения резца ;
установленной зависимостью силы на резце от анизотропной структуры льда, построенным для ее описания тензором анизотропности льда и разработанной методикой его использования для расчета силы на резце ;
предложенной физической моделью льда ка.к объекта разрушения резанием ;
разработанной математической моделью процесса взаимодействия резца со льдом ;
полученными экспериментально статистическими характеристиками силы резания льда и зависимостями их от параметров процесса, резания льда ;
разработанным алгоритмом оптимизации параметров рабочего процесса ледофрезерных машин.
Практическая ценность р а боты
заключается в предложенной методике определения на ЭВМ рациональных конструктивных параметров ГО и оптимальных режимов процесса резания льда. ГО ЛФМ ; в рекомендациях по проектированю РО ЛФМ ; в определенном технико-экономическом эффекте от внедрения в народное хозяйство ЛФМ с РО рационализированного типа и с оптимизированным режимом работы.
Реализация работы. Разработанные рекомен-
дации по рациональным конструктивным параметрам и оптимальным режимам процесса резания льда К) ЛФМ использованы при изготовлении в^елереза трестом "Севертрубопроводстрой" в г. Надыме Тюменской области; кроме того, полученные результаты находят применение при создании ледорезной техники в ОКБ "РАЛСНЕМГ" и в учебном процессе на кафедре "Строительные и дорожные машины и оборудование" Горьковского политехнического института.
Апробация работы. Диссертационная работа одобрена на заседаниях кафедр "Строительные и дорожные машины и оборудование" и "Металлорежущие станки и инструменты" Горьковского политехнического института в 1982 - 1984 гг. Основные результаты исследований докладывались на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы гидродинамики судов внутреннего плавания" в г. Горьком в 1978 г. ; на научной конференции, посвященной 50 - летию Горьковского политехнического института, в 1980 г. ; на Всесоюзной конференции по механике и физике льда в Москве в 1981 г. ; на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы создания новой техники для освоения шельфа" в г. Горьком в 1982 г. ; на научно-технической конференции в Сибирском автомобильно-дорожном институте в г. Омске в 1982 г. на Всесоюзной конференции по механике и физике льда в Москве в 1983 г.
Публикации. По результатам работы опубликованы
16 научных трудов, в том числе II статей, 3 научно-исследовательских отчета и 2 авторских свидетельства на изобретения.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка, литературы из 163 наименований и приложений. Работа имеет в целом
256 страниц, в том числе 123 страницы машинописного текста, 58 рисунков и приложения на 68 страницах.
Работа выполнена на кафедрах "Строительные и дорожные машины и оборудование" и "Металлорежущие станки и инструменты" Горьковского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института им. А.А.Жданова.
9 ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СИМВОЛОВ И СОКРАЩЕНИЙ Основные символы
- квантор существования, V - квантор всеобщности, X - символ декартого произведения, и,11,С^ - символы объединения, пересечения и включения, 0 - символ среднего /математического ожидания/ П " символ прямого произведения.
Матрицы обозначены большими буквами латинского алфавита ^векторы - малыми. Например, Л , Y , Z- - матрицы, X , Y ,В -векторы. Соответственно Aij t Yij , їі\ - элементы- матрицы, .ООі; У і » і - компоненты вектора. В случае необходимости подчеркнуть, является данный вектор строкой или столбцом, применены символы \ или ) ; например, \Х - вектор - строка, // ~ вектор - столбец. \%>У/ - скалярное /внутреннее/ произведение векторов. Символ П использован для обозначения конца доказательства или примера.
В ссылках на формулы, например, /3.4/, цифры в скобках указывают номер главы и номер формулы. В пределах главы в ссылках указывается лишь номер формулы.
Принятые сокращения
ЛФМ - ледофрезерная машина, РО - рабочий /исполнительный/ орган, ДФ - дисковая фреза,
КФ - концевая фреза ; если не оговорено противное, то имеется в виду трубчатая фреза со встроенным шнековым транспортером, ГД - гусеничный движитель, РВД - роторно-винтовой движитель, ШБРД- шипобарабанный распорный движитель, Ш - математическая модель,
10 MHK - метод наименьших квадратов,
НП - нелинейное программирование,
МНП - метод нелинейного программирования,
СВ - случайная величина,
СП - случайный /стохастический, вероятностный/ процесс.
