автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Оптимiзацiя та аналiз системи пiдресорювання лiсового колiсного трактора

Український державний лісотехнічний університет

од

ІіР Ш';

На правах рукопису

Перетятко Богдан Теодорович

ОПТИМІЗАЦІЯ ТА АНАЛІЗ СИСТЕМИ ПІДРЕСОРЮВАННЯ ЛІСОВОГО КОЛІСНОГО ТРАКТОРА

Спеціальність: 05.21.01 —Технологія і машини

лісового господарства і лісозаготівель

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Львів -1994

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі механізації лісорозробок, лісового господарства і транспорту лісу Українського державного лісотехнічного університету.

Науковий керівник - кандидат технічних наук,

професор Б.В.Білик

Офіційні опоненти - доктор технічних наук,

професор М.Л .Гірник

- кандидат технічних наук, С.Г.Костогриз

Провідна установа - Івано-Франківський державний

проектно-конструкторський інститут Мінпрому України

Захист відбудеться " 1994 р. о " годині

на засіданні спеціалізованої вченої рали ЩШ.О/ в Українському державному лісотехнічному університеті (290057 м.Львів, вул.Пушкіна, 103, зал засідань)

З дисертацією можна познайомитися в бібліотеці Українського державного лісотехнічного університету

Автореферат розіслано " ог " 6 ?______1994 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради

Т.А.Носовський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Продуктивність лісних колісних тракторів (ЛКТ) значною мірою залежить від тягово-швидкісних властивостей трактора та його плавності руху. Сучасні ЛКТ мають високі тягово-швидкісні показники. Але, як свідчать випробування, вони не можуть бути реалізоваііі через надмірні коливання трактора та водія при русі по нерівній поверхні волоку. Довговічність більшості деталей ЛКТ залежить від динамічних сил, які в основному визначаються інтенсивністю коливань трактора на робочих та транспортаих операціях. Іншими словами, від коливальних показників трактора залежить його міжремонтний пробіг. Не викликає сумніву, що від якості підвіски трактора, пружньо-демпфуючих характеристик шин його коліс залежить безпека руху, яка визначається, з однієї сторони, надійністю коїггакту коліс з дорогою та, з іншої сторони, втомою водія. Дослідженню коливальних властивостей колісних машин і, зокрема, тракторів присвятила увагу велика кількість вчених. Але, не дивлячись на великий обсяг проведенных наукових досліджень, створення нових моделей — конструювання ЛКТ сьогодні — це довготривалий процес.

Досягненнями в передових галузях промисловості доказано, що прискорити процес конструювання об’єктів можна шляхом автоматизації конструкторських робіт. Необхідною передумовою для цього є наявність адекватних математичних моделей, які не тільки достатньо точно відображають ті чи інші властивості об’єкта, але є достатньо ефективними на відповідній стадії конструювання. Крім того, сьогодні відсутня концеїщія створення автоматизованої системи проектування підвіски ЛКТ.

Особливістю ЛКТ, в порівнянні з колісними тракторами загального та сільськогосподарського призначення, є його завантаження пакетом стовбурів або дерев. Пак^т має певні пружні та демгіфуючі властивості, що суттєво впливає на коливання трактора. Крім того, умови руху трактора лісовим волоком значною мірою відрізняються від умов роботи тракторів іншого призначення.

Меі;а роботи і задачі дослідження. Основна мета роботи полягала" у тому, щоби, базуючись на результатах експериментальних та теоретичних досліджень, розробити загальну математичну модель, коливаїш ЛКТ разом з пакетом стовбурів, яка б враховувала властивості реальної системи та дозволяла б створювати часткові моделі, достатньо прості ,й ефективні на різних етапах конструювання ЛКТ.

Задачі роботи: розробити узагальнену модель просторових коливань ЛКТ без вантажу; розробити математичні моделі та математичний апарат для дослідження сумісних коливань ЛКТ та пакету стовбурів; встановити реальні числові значення пара- . метрів пакету стовбурів, які визначають його основні динамічні : властивості; дослідити основні дорожні фактори, що впливають. на коливальні процеси ЛКТ; розробити загальну методику аналізу та оптимізації параметрів підвіски ЛКТ в середовищі автоматизованої системи проектування; розробити концепцію створенім програмного забезпечення автоматизованої системи проектування підвіски ЛКТ в середовищі САПР.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження виконано з використанням основних положень теорії статистичної динаміки, теорії стаціонарних випадкових процесів, теорії ймовірностей, опору матеріалів, теорії коливань механічних систем, числових методів вирішення екстремальних задач та математичного моделювання. За математичну основу розроблених теоретичних положень прийнято числові методи, аналізу. За розробленими алгоритмами автором створено комплекс прикладних програм для ЕОМ. Характеристики пакета стовбурів визначалися шляхом натурних експериментальних досліджень. Експериментальні'дослідження характеристик пакету стовбурів проводилися на спеціально створеній установці, що дозволяла відтворювати та вимірювати показники вільних коливань та статичних деформацій окремих стовбурів. Під час проведення експериментів застосовувалась спеціальна апаратура та пристрої, розроблені автором. Результати експериментів оброблялися статистичними методами з застосувашіям обчислювальної техніки. Концепція програмного забезпечення автоматизованої системи проектування підвіски ЛКТ обговорювалася зі

спеціаііістами в галузі створення комп'ютерних систем та конструювання об'єктів машинобудування.

Наукова новизна. На основі систематизації розрізнених математичних моделей колісних тракторів загального призна-чеішя і ЛКТ, розроблено узагальнену модель просторових коливань ЛКТ без вантажу.

Розроблено методики дослідження коливальних властивостей пакету стовбурів, без яких неможливе виконання аналізу та синтезу підвіски ЛКТ при його проектуванні.. Вперше запропоновано методику та пристрій для вимірювання модуля пружності деревини стовбурів без їх руйнування. . Вперше запропоновано методику моделювання коливальних систем з розподіленими параметрами системою з скінченим числом ступеней вільності з оцінкою точності моделювання. Розроблено математичну модель та математичний апарат для дослідження сумісних коливань ЛКТ та пакету. Опрацьовано методику аналізу та оптимізації параметрів підвіски ЛКТ в середовищі автоматизованої системи проектування та концепцію створення програмного забезпечення автоматизованої системи проектування підвіски ЛКТ в середовищі автоматизованої системи проектування ЛКТ в цілому.

Досліджено реальні числові значення динамічних та статичних параметрів пакетів стовбурів та параметрів деревини стовбурів, основні дорожні характеристики, які. визначають вплив дороги на коливальні процеси ЛКТ, обгрунтувало вирази кореляційної функції нерівностей трелювальних волоків, розроблено алгоритм апроксимації цих функцій та математичну модель мікропрофілю трелювалышх волоків в часовій області.

Практична цінність. Використання розроблених методик, математичних моделей та алгоритмів при проектуванні ,ггісо-транспортних засобів дозволить: підвищити якість підвіски лісових' тракторів, реалізувати резерви їх потужності; ефективніше впроваджувати засоби автоматизації для конструкторської підготовки виробшщгва нових тракторів; полегшити роботу інже-нерів-кокструкторів при створенні нових моделей тракторів.

Запропоновані методики та пристосування для визначення модуля пружності при згині деревини, стовбурів дозволяють більш повно і точно визначити ці значення для різних порід і для

різних умов їх росту.Розроблена методика моделювання коливальних систем з розподіленими параметрами системою зі' скінченою кількістю ступенЬ вільності дозволить застосувати її для уточнення математичних моделей інших спеціальних лісових машин, що, в свою чергу, дозволить при проектуванні уточнити область їх оптимальних параметрів. .. ¡г, .Ь:

Опрацьована і перевірена на діючих макетах САПР концепція створення САПР] підвіски ЛКТ може бути застосована для створення САПР ЛКТ в цілому та САПР інших лісових та сільськогосподарських маіпиц. ...

Реалізація та впровадження результатів роботи. Розроблені методики, математичні моделі та алгоритми планується впровадити в проектно-конструкторських організаціях лісового господарства і лісозаготівель. .

Результати ’ досліджень і розроблені алгоритми та програмне забезпечення використовуються в практиці ЦНДІМЕ (Хімки), при проектуванні автобусів у конструкторсько-експериментальному інституті автобусобудування. (Львів), при проектуванні сільськогосподарських машин в ГСКБ,сільгоспхіммаш (Львів). ,

Основні положення, які виносяться на захист. Математична модель просторових коливань ЛКТ без вантажу. ' . .. .0 ,.к:.

і,,; ‘ Математична модель'коливань транспортованого, у нанів-

1 повантаженому стані пакету стовбурі^ та його сумісних, коли’ вань з ЛКТ. ’ . ... ГГ:

; Результати дослідження фізико-механічних. параметрів

• пакету стовбурів та методика визначеїшя їх числових значену.

1 1 Результати дослідження характеристик мікропрофілю тре-

лювальних волоків та методика визначення числових значень їх параметрів.' '

Методика аналізу та оіггимізацІЇ параметрів підвіски ЛКТ.

’’ КонЦепція програмного забезпечення САІІР підвіски ЛКТ.

Апробація роботи. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися на У-ій всесоюзній науково-технічній конференції аспірантів, співшукачів та молодих спеціалістів лісової промисловості ( Хімки, ЦНДІМЕ) в 1975 р.; на IV—ій всесоюзній'конференції "Комплексная механизация и автоматизация

... - ■ > •( переместительных операций в лесной, деревообрабатывающей

и целлюлозно-бумажной промьинленности” (Москва, МЛТІ) в

1984 р.; на Республіканській науково-технічній конференції "Вопросы разработки и применения средств вычислительной техники" (Тбілісі, НДІЗА НВО Елва) в 1985 р.; на всесоюзній галузевій конференції "Проблемы создания и развития автоматизированных систем на предприятиях Минсе льхо'змаша" (Волгоград, НДПІАСУ) в 1988 р.; на всесоюзному науково-технічному семінарі "Применешіе САПР в химическом и нефтяном машиностроении" (Москва, ЦІНТІХІМНАФТОМАШ) в 1990 р.; на практично-методичному семінарі "Системи автоматизованої підготовки виробництва на базі персональних ЕОМ" (Львів, ЛПІ) в 1992 р.; на науково-технічних конференціях і семінарах Львівського лісотехнічного інституту (Львів) у 1971—

1985 рр. Робота в цілому обговорювалася на розширеному

засіданні наукового семінару кафедри механізації лісорозробок, лісового господарства і транспорту лісу УДЛТУ. "

• ' Публікації. Основні наукові результати стосовно теми дисертаційної роботи опубліковано в 31 друкованих працях, в тому чисті одне авторське свідоцтво. :

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, семи розділів, висновків, списку літератури в кількості 136 назв. Матеріал викладено на 154 сторінках машинописного тексту, в тому числі 36 рисунків і 8 таблиць.

Зміст роботи

У вступі обгрунтована актуальність теми та визначена мета роботи.

Перший розділ. Фундаментальні роботи в теорії коливань лісовозного рухомого складу належать Б.Г.Гастєву та В.І.Мель-нікову. Основні роботи в цій галузі виконані Г.М.Васильєвим,

І.І.Леоновичем, А.В.Жуковим, З.С.Цофіним, Б.В.Біликом,

Н.І.Библюком, ІО.Д.Сілуковим, Є.І.Лахом, С.Г.Костогризом, Й.П.Ковтуном та іншими дослідниками. Досліджешія коливань ЛКТ започатковані в другій половині 60-х років. У цьому напрямку виконані роботи ІО.А.Добришним, Ю.Є.Рискіним, С.Ф.Козьміним, В.С.Сюнєвим, В.А.Симановичем та О.А.Стира-нівським. Дослідженню окремих питань аналізу підвіски ЛКТ

присвячені робота С.Н,Смехова,Л. А.Калякіна, М.П.Кононен-ко, В.І.Варави, С.П.Помогаева, Ю.Л.Волошина, а також фінських вчених К.АЬо та І.КаЮ. В цьому розділі наведено короткий огляд виконаних досліджень коливань та опти-мізації параметрів підвіски лісових колісних тракторів, вказані задачі роботи,, показана наукова новизна і практична цінність, сформульовані основні положення, які виносяться на захист.

У другому розділі на базі розрізнених досліджень в авто-мобіле- і тракторобудуванні розроблена узагальнена математична модель просторових коливань лісового колісного трактора, без вантажу, яка , дозволяє описати коливальну систему

• ЛКТ як для поширений конструктивних рішень: шарнірно-з'єд-}іана рама, балансирно підвішений передній міст, так і для інших можливих, але не поіішрешіх, конструктивних рішень. Вказана схема просторових коливань ЛКТ наведена на рис.1. При виводі рівнянь руху коливань ЛКТ прийнято наступні основні припущення: - коливання мас трактора є малими; - кутові коливання керованих коліс відносно шкворнів відсутні; - трактор є симетричний відносно поздовжньо-вертикальної площини; - осі мостів переміщаються в площинах, які перпендикулярні до поздовжньої осі трактора; - обертальні маси трансмісії не впливають на лінійні і кутові коливання трактора. Передбачено гакож можливість дії на трактор зовнішніх силових факторів (РС2,Рсх,Р^,Мсг,М^Мсу), які виникають від взаємодії з будь-яким технологічним обладнанням і, зокрема, пакетом стовбурів.

Положення мас ЛКТ визначаються узагальненими координатами: г>х,у - вертикальні, горизонтальні поздовжні і поперечні зміщення шарнірного вузла підресорених частин ЛКТ; а,/Закутові координати підресоренсекції трактора; у{,' у2- горизонтальні поперечні переміщення'центрів ваги переднього, заднього мостів; 21г,2и,ггг,2гі~ вертикальні переміщення коліс ЛКТ; Фіг,<ри,(р2г’ф2~ кути повороту коліс ЛКТ. На схемі (рис.1) символами М1,М2 та т,І з індексами позначені маси ПКТ і їх осьові та центробіжні моменти інерції;, ц - ординати мікропрофілю поверхні шляху під колесами; Р,Я,$ з індексами -зусилля, які виникають в елементах підвіски і піші коліс;

її 2І

Рис. 1 Розрахункова схема колииальїіої системи JIKT.

М з індексами - моменти в трансмісії та міжсекдійному шарнірі ЛКТ. Враховуючи, що швидкість переміщення будь-якої точки динамічної системи може бути виражена через її узагальнені координати, а узагальнені сили можна визначити склавши вирази для елементарної роботи сил на віртуальних переміщеннях, автором отримана система 18-ти нелінійних рівнянь другого порядку, яка .описує просторові коливання ЛКТ:

Мрі=И.. % ~ (і)

де ¡|МТ||.- матриця інерційних коефіцієнтів моделі ЛКТ; \р\ -

вектор-стовбець прискорень по узагальненим координатам; ¡/>1

- вектор-стовбець узагальнених сил.

У третьому розділі розглянута математична модель сумісних коливань лісового трактора та напівповантаженого пакету .стовбурів. З цією метою розроблена методика моделювання 'коливальної системи з розподіленими параметрами, якою є гстовбур, системою із зосередженими масами та скінченою кількістю ступенів вільності. В основу методики покладено рівність кінетичних енергій реальної системи і її моделі. Показано, що для моделювання коливальної системи пакету стовбурів системою з зосереджеіщми параметрами необхідно не тільки щоби зберіга-лася рівність кінетичних енергій цих систем, як абсолютно твердих тіл, але й щоб зберігалась також рівність кінетичних енергій пружних зміщень елементів вказаних систем і рівність енергій взаємозв'язаних пружних коливань та переміщень елементів цих систем як умовно твердих тіл.

Отримано систему рівнянь, яка дозволяє визначати параметри дискретної моделі (2), в якій Д/,/ - маса і центральний момент інерції відносно поперечної осі системи з розподіленими параметрами; г* - відстань дискретних мас ті від центра ваги моделі; II& - амплітуда пружних коливань г'-ої маси при к-ій формі; р - кількість опор; N - кількість зосереджених мас .моделі; т(х), II^(х) - відповідно розподілена маса й аплітудна функція системи з розподіленими параметрами. У випадку моделі з скінченою кількістю дискретних мас система рівнянь (2) може бути розв'язана лише наближено. Встановлено, якщо дискретні маси розміщати в вузлах 9+1 -ої форми коливань (де Є —

кількість форм коливань дискретної моделі), то похибка виникає лише ввизначенні повної маси моделі. Результатами обчислень стосовно моделі стовбура, яка враховує його поперечні згинні коливання, показали, що при кількості зосереджених мас:1 3,4,5 і >6, вказана похибка відповідно становить: 21%, 9,3%, 3,2% і <0,9%.

i-N+p

X тРІ = \т(х)иІ(хШх), к = 1,2,

/=1 о

І

X т,иа = Іт(х)ик{хЖх), к = 1,2,..„/V;

'■=1 О

ЫИ+р і -

т;ХУ;к = Іт(х)хик(х)й(х), к = 1,2,..„ТУ;

1 = 1 0

--ІЇ+Р

= м;

¡=1 ;

/=і - ¡=Ы±р

Хт-гі= Хт‘г<;

1=1 1=5+1

¿/я,г?=/, •

і=і

і=Я+р

1=1

(2)

Розрахункова модель коливальної системи транспортованого пакету стовбурів зображена на рис.2. При її створеіпіі прийнято, що поперечні коливання стовбура є нормальними до поверхні волоку, а непружні зусилля узгоджуються з гіпотезою Е.С.Сорокіна. Враховано також силу і момент тертя стовбура до волоку. При цьому прийнято, лцо тиск стовбура на волок є рівномірним. Враховано також зв'язок пакету стовбурів з ЛКТ через тросо-блочну систему. Положення дискретних мас пакету визначається наступними незалежними координатами: хТ, ут, гт -горизонтальні поздовжні, поперечні і вертикальні зміщення точки кріплення підвісного пристрою на ЛКТ; $2,їз>—^-./-вертикальні поперечні деформацій пакету в місцях зосереджених мас

Рис* 2. Схема дискретної моделі коливальної системи пакета стонбурів транспортованих в капіппідпішсному стані.

моделі; вх, ву - кутові зміщення пакету в вертикальній поздовжній і поперечній площинах. Модель також враховує зусилля, які передаються від ЛКТ і зусилля Iі'р яке виникає від дії сил опору переміщення стовбура. На схемі Сь...Сп.і - сили ваги дискретних мас моделі пакету: Автором отримана

система диференційних рівнянь другого порядку, яка описує коливання пакету стовбурів. У випадку врахування лише вертикальних зміщень дискретних мас моделі, ця система рівнянь має вигляд:

2 .

а -а, А _ а-а:

(3)

X""' .. І* Сі ; '■**“4

І-2 °п >=1 . ап

д.т. + V = і = 2>-’” -:

Тут д - логарифмічний декремент затухання; - коефіцієнти жорсткості. В роботі вказані значення параметрів дискретних моделей пакету стовбурів для різних умов експлуатації: оземком та вершинами вперед для трьох рівнів точності моделі. ■

В четвертому розділі розглянуто характеристики пакету стовбурів, які визначають його динамічні властивості.

Розглянуто густину деревини свіжозрізаних стовбурів основних порід Карпат і Прикарпаття, досліджено закони зміни густини деревиїш вздовж стовбура. Встановлено, що густина деревини листяних порід є практично стабільною вздовж стовбура, а для хвойних порід - густина зменшується від оземка до вершини, максимальні відхилення густини від її середнього значення спостерігаються в вершковій частині стовбура і становлять для сосни 15,3%, а для ялини - 25,8%.

Досліджено модуль пружності при згині деревини свіжозрізаних стовбурів та закони зміни його вздовж стовбура. Розроблено спеціальну методику, яка дозволяє визначати значення модуля пружності деревини в будь-якому його поперечному перерізі стовбура як єдиного цілого. Розроблено необхідне пристосування та проведено експериментальні дослідження модуля пружності деревиїш стовбурів карпатської ялини. В основу методики покладено апроксимацію лінійного рівняння в

часткових похідних поперечних деформацій балки скінчено-різницевим рівняшіям, що дозволило отримати вираз для визначення статичного модуля пружності при згині деревини для довільного січення стовбура у вигляді:

Мп - згинаючий момент у січенні п; Іп - момент інерції поперечного перерізу п; уп - прогин в перерізі п; Ах - крок інтегрування.

З метою визначення модуля пружності з високою точністю пристосування виконано, так, що вимірюються не абсолютні деформації стовбура, а зміщення перерізів п-1 і п+1 відносно перерізу п.

Для визначення динамічного модуля пружності при згині деревини стовбура запропоновано формулу:

де О, - власна частота; е,р - індекси, що вказують відповідно: експериментальна, розрахункова;. .£ - середнє значення модуля пружності при згині. . . .

,, Дослідженнями в Радехівському лісгоспі, Надвірнянському

лісокомбінаті, Славському лісгоспі та на території кафедри транспорту лісуЛЛТІ встшювлено, що модуль пружності при згині деревини стовбурів карпатської ялищі при температурі повітря 6°С змінюється від 12,5.до 14,5 ГПа і коефіцієнтного варіації не перевищує 7%. Усереднені дані для всіх дослідів, проведених в'літній та осінній періоди;' ,часу; дозволили

- встановити, що для карпатської .ялинй’ середній статичний модуль пружності при згині станобить 12,1±0,254 ГПа, а коефі -

Сі у •

де —5- - кривизна згину стовбура в січеши п , сіх

(4)

¿2У = У*-і-2Уп+Уп+і.

Т ? *7. ’

¿х2 Ах2'

(5)

цієїгг варіації — 20,96±1,55%. Отримало кореляційне рівняння залежності модуля пружності при згині у вигляді:

Е(х/Ь) = Ес(1,125-0,245х/Ь), (7)

де Ес~ середнє значення модуля пружності при згині; л: -відстань від оземкового перерізу до довільного перерізу; £ -повна довжина стовбура. .

Встановлено суттєвий вплив на значення модуля пружності при згині деревини стовбурів температури навколишнього , середовища; так при температурі -10°С він зростає на 40-50% (в порівнянні до 6°с). Розбіжність між усередненими значеннями статичного і динамічного модулів не перевищує 6%.

Розроблено методики теоретичного та експериментального визначення довжини приліднятої частини напівповантаженого стовбура. В основу розрахункового методу покладено метод початкових параметрів, експериментально вказану довжину приліднятої частини стовбура визначали шляхом аналізу кривих вільних коливань стовбура (в області малих коливань частина стовбура, яка лежить на землі, участі в коливаннях не бере). Отримано формулу наближеного обчислешія довжиіга припід-нятої частини стовбура, як функцію від Ес, діаметра стовбура на висоті грудей, висоти повантажувального пристрою- трактора, густини деревини та коефіцієнта опору переміщення. :

Розроблено методики теоретичного та експериментального визначення власних частот коливань напівповантаженого стовбура. В основу розрахункового методу покладено метод початкових параметрів, експериментально власні частоти визначалися шляхом обробки кривих ;в ільних коливань напівпо-вантажених стовбурів. Встановлено, що в діапазоні парціальїшх частот вертикальних коливань ЛКТ знаходиться три власних частоти коливань напівповантажених стовбурів. Отримано вирази для наближеного обчислення власних частот коливань напівповантажених стовбурів.

У п'ятому розділі розглянуто характеристики мікропро-філю Трелювальних волоків, встановлено, що кореляційну функцію мікропрофілю слід задавати функціями, які є не менше двох разів диференційованими, та що при дослідженні коливань ЛКТ необхідно враховувати нівелюючі властивості пневматич-

них шин. Останнє дозволяє не тільки уточнити результати, але й застосовувати в розрахункових дослідженнях коливань ЛКТ експериментальні дані авторів, які для апроксимації кореляційних функцій мікропрофілю трелювальних волоків вживали недостатньо коректні вирази.

Для апроксимації кореляційних функцій запропоновано алгоритм із застосуванням випадкового пошуку з самонавчанням, при цьому як критерій оцінки точності рекомендовано вживати довірчий інтервал кореляційної функції.

Проведено обстеження мікропрофілів трелювальних волоків і встановлено значення параметрів кореляційних функцій для 12 мікропрофілів трелювальних волоків Вигодського ЛК, Славського ЛГЗ та 'Радехівського ЛГЗ. Для вказаних доріг основний показник їх-рівності - середньоквадратичне значення висоти нерівностей становить від 7,62 см до 28,85 см, а кореляційна функція мікропрофілю достатньо точно описується функцією вигляду:

/г(т) = /г(0)]£Де'а,'1(со&ДіТ4-^-5ІпД|г|,) (8)

¡=1 Ні -

, Тут К(0) - дисперсія висот нерівностей; А^а^Рі - постійні коефіцієнти. ‘

3 метою моделювання впливів мікропрофілю трелювального волоку на коливання ЛКТ в часовій області проведено аналіз різноманітних методів моделювання випадкових процесів та встановлено, що при моделюванні коливань за допомогою ,ЕОМ найбільш доцільно використовувати формуючий фільтр, .який у випадку мікропрофілю трелювального волоку представ-;ляється диференційним рівнянням другого порядку виду:

+ + ^ = £(,), И>0, (9) .

йг Ж ■

де ¿7 - ординати мікропрофілю волоку; Іг і к - постійні; £,(() -стаціонарна некорельована випадкова функція з постійною спектральною щільністю. Значення вказаних постійних коефіцієнтів .та спектральної щільності процесу £(/) визначаються постійними кореляційної функції мікропрофілю валока.

і

Для врахування згладжуючих властивостей пневматичних шин ЛКТ при побудові реалізацій мікропрофілю слід вживати усередення висот нерівностей на довжині плями контакту.

У шостому розділі приведено методику аналізу та оптимі-зації системи підресорюванню ЛКТ.

Розглянуто основні існуючі методи статистичної динаміки та розроблено методику аналізу коливальної системи ЛКТ шляхом використання методу передавальних функцій із статистичною лінеаризацією нелінійностей системи та числовим визначенням її частотних характеристик. Запропонована методика грунтується на перетворенні Фур'є системи диференційних рівнянь руху коливальної системи з наступним числовим рішенням системи лінійних алгебраїчних рівнянь з комплексними коефіцієнтами. З метою підвищення точності і вірогідності результатів досліджешія, а також більш повного аналізу коливань ЛКТ і більш Повного врахуваїшя нелінійностей у системі підресорювання доцільно застосовувати ймовірнісне моделювання та розв'язок системи диференційних рівнянь коливань ЛКТ у часовій області. Рекомендується на ранніх етапах проектуваїшя підвіски ЛКТ використовувати перший зтіапедешіх методів, а на етапі створення робочої документації підвіски ЛКТ - другий метод.

Розроблена методика та алгоритм багатокрйтеріальної оптимізації параметрів підвіски ЛКТ, в основу якої покладено мінімаксний критерій, запропонований Краснощоковим, та випадковий пошук з самонавчаїпшм. Як критерії можна вживати різноманітні показники, зокрема, також доцільно застосовувати енергію коливань маси вЬдія.

Розрахунковими дослідженнями, проведеними з метою від-пріацювання запропонованих методик, встановлено, що найгірша плавність ходу ЛКТ ЛТ-157 спостерігається при його русі в ненавантаженому стані, найбільш важкий навантажу в альний режим ходової системи ЛКТ, обумовлений його коливаннями, виникає’в передній частіші при навантаженому тракторі. Оцінку навантажувального режиму деталей ходової системи в задній частині необхідно проводити як в навантаженому, так і в ненавантаженому станах: Навантажувальний режим ходової системи при транспортуванні пакету за оземки є більш важким, ніж за вершини. Найбільш раціональна, з умови навантаженості,

висота припіднятої частшш пакету стовбурів, транспортованих трактором ЛТ-157, знаходиться в межах 1,0-1,3 м.

Сьомий розділ розкриває концепцію створення САПР ЛКТ. .

Розглянуто проблему в цілому та сформуль.вано концепцію структури САПР ЛКТ з врахуванішм вимог реального процесу створення нових об'єктів. Розглянуто один з,варіантів САПР ЛКТ, яка може бути використана на етапах розробки технічного завданщ.та технічного проекту. Структура і зміст програмного забезпечення цієї САПР значною мірою визначається-особливостями процесу проектування колісних машин. Основною з цих Особливостей є компоновка проектованої машини на базі серійного трактора. і

Опрацьована за участю автора структура, Програмного забезпечення вказаної САПР включає як системне програмне забезпечення, (операційна система та драйвери), так і прикладне іірограшіе забезпечення загального призначення ( текстовий та графічний процесори, систему керування базами даних тощо), спеціальне прикладне програмне забезпечення та базу даних. Організація роботи всіх компонентів автоматизованої системи здійснюється спеціальною керуючою програмою. Спеціальне програмне забезпечення орієнтовано на виконання ряду робіт, основними з шейх є:

' - пошук і вивід на запит конструктора необхідної

довідкової інформації;

- комдоновка та визначення раціональних параметрів машини, виходячи з техніко-експлуатаційних вимог (вагових, тягово-швидкісних, керованості, плавності ходу тощо);

... - побудова та коректування креслень загального виду

машини; :

. - розрахунок основних техніко-експлуатаційних і еконо-

мічних показників опрацьовуваного варіанту машини та оцінки прийнятих рішень шляхом порівняння з технічними вимогами та показниками машин-аналогів;

- проведення функціональних розрахунків новостворюва-

них складальних одиниць та розрахунків на міцність і довговічність їх деталей; '

- огітимізацію параметрів машини в цілому та її окремих складальних одиниць;

- формування та вивід конструкторської документації.

Для автоматизованого виконання проектних процедур

передбачено декілька режимів функціонування системи, яким присвоєно такі умовні назви: Довідка, Компоновка, Оптимізація, Аналіз, Документування. Функціональна схема роботи САПР ЛКТ в режимі "Компоновка" зображена на рис.З. Організація взаємодії конструктора з автоматизованою системою не повинна обмежувати творчий характер процесу проектувашш. Тому

Рис.З. Схема функціонування САПР ЛКТ в режимі "Компоновка".

конструктору не повинна нав’язуватися послідовність переходу від одного режиму робота системи до другої О.- Прийняття -рішення про вагоміс-іЬ тих чи інших факторі^ які впливають на конструктивні ітараметри машини,> завжди повИШ'о бути за конструктором, 'алгоритми, реалізовані в ’автоматизованій системі, повинні мати виключно рекомендаційний, а не обов'язковий характер.

На основі викладених-вище рекомендацій під керівництвом автора та при його безпосередній участі було створено ряд діючих макетів автоматизованої системи проектування колісних машин. Як технічну базу цих макетів було використано різні засоби обчислювальної техніки: з ряду ЄС ЕОМ, СМ ЕОМ та персональних комп’ютерів типу РГ ІВМ. Досвід експлуатації цих автоматизованих систем показав, що реалізація її в повному і навіть у частковому об'ємах дозволяє суттєво підвищити якість проектування та значно скоротити терміни розробки конструк-. торської документації. Це досягається за рахунок підвищення рівня інженерних розрахунків, прискорення креслярських робіт та можливості проробки й об’єктивної оцінки великого числа варіантів компоновки машини.

Висновки дисертаційної роботи

В процесі проведення досліджень коливальної системи ЛКТ{і методів її аналізу та оптимізації зроблено наступне:

1. Розроблено математичну модель просторових коливань

ЛКТ, яка дозволяє описати різноманітні відомі сьогодні конструктивні рішення системи підресорювання колісних тракторів та отримувати часткові моделі його коливань і використовувати вказану модель як при розробці технічного завдання на проектування ЛКТ, при розробці технічного проекту, так і під час розробки його робочої документації. • ..

2. Створено математичну модель коливань пакету налів-

повантажених стовбурів з врахуванням їх взаємодії з ЛКТ: напівпоВантажений і напівпідвішений спосіб розташування пакету стовбурів. • -

3. Запропоновано методику моделювання коливальних систем з розподіленими параметрами дискретними системами з оцінкою точності моделювання. Встановлено, що напівповантаже -

ний стовбур достатньо точно моделюється дискретною системою з п'ятьма зосередженими масами. Розроблено методику моделювашія напівповантажених стовбурів системами з трьома, чотирма та п'ятьма зосередженими масами.

4. Розроблено математичну модель згинішх коливань напів-повантаженого стовбура та методики теоретичного й експериментального дослідження згинних коливань напівпованта-женого стовбура, проведені теоретичні та експериментальні дослідження власних частот та декременту затухания поперечних коливань вказаних стовбурів. Встановлено формулу для наближеного визначення значень власних частот напівпованта-жених стовбурів. Виявлено в діапазоні парціальних частот вертикальних коливань колісних тракторів три власних частоти коливань напівновантаженого стовбура.

5. Досліджено за методикою автора закони зміни густини деревини стовбурів свіжозрізаних стовбурів. Встановлено апро-ксимаційні залежності цих законів для основних листяних та хвошпіх порід Карпат та Прикарпаття.

6. Вперше запропоновано методики експериментально-

теоретичного дослідження статичного та динамічного модулів пружності при згині деревини свіжозрізаних стовбурів. Встановлено закони зміни модуля пружності цри згині деревини вздовж стовбура карпатської ялини. ‘

у 7. Розроблено математичну статичну модель напівпованта-женого стовбура, методику визначення довжини припіднятої його частиіш, проведені теоретичні та експериментальні дослідження останньої та встановлено формули для наближеного її визначення. ’

8. Проведено дослідження мікропрофілю трелювальних волоків, встановлено допустимі математичні моделі для пред-ставлешія його основної характеристики - кореляційної функції, розроблено алгоритм її апроксимації, отримано коефіцієнти виразів вказаної функції для мікропрофілів волоків Карпат і Прикарпаття, створено математичну модель ординат нерівностей мікропрофілю під колесами ЛКТ.

9. Розроблено методику аналізу коливальної системи ЛКТ шляхом використаїшя методу передавальних функцій з статистичною лінеаризацією нелінійностей системи та з числовим ви-

по-

значенням їх частотних характеристик. Для більш повного аналізу коливань ЛКТ рекомендовано застосувати ймовірнісне моделювання. . -

10. Опрацьовано методику та алгоритм багатокритеріальної : оитимізації параметрів системи підресорювання ЛКТ. В основу ; методики оптимізації покладено1 мінікаксний критерій за

• П.С.Краснощоковим, а'в основу алгоритму оитимізації - метод випадкового пошуку з самонавчанням за Л.А.Растригіним.

' 11. Проведено аналіз вертикальних коливань ЛКТ та

досліджено вплив різноманітних фактЬрів на інтенсивність його коливань. Виявлено залежність коливань трактора від висоти його навантажувального пристрою. Встановлено, що оптимальна висота їїрипідшггої частини стовбурів повинна становити 1,0 -1,3 м. •

12. Запропоновано концепцію створення автоматизованої системи проектування ЛКТ.

■ 13. Результати роботи впроваджені в практику дослідження

мікропрофілів лісових доріг ДНДІМЕ' та при обгрунтуванні

• параметрів системи підресорювання трелювального трактора ' ЛТ-157(м.Хімки), длй,!оптимізації системи підресорюванім

’ дослідного зразка колісного трактора ЛТЗ-145 Ліпецького тракторного заводу (Ліпецьк), в обгрунтуванні параметрів системи підресорювання експериментальних зразків автобусів інституту Укравтобусгіром та підвіски автобусів ЛАЗ 4202, JIA3 ■42021, ЛАЗ‘ 4207 ВО ЛАЗ (Львів), методичне забезпечення

• передано і' використовується інститутом Укравтобуспром 1 (Львів), програмне забезпечення, створене на основі результатів

роботи, впроваджено в розрахункові обгрунтування й автоматизовані системи пректування сільськогосподарських машин ■ ГСКБ сільгоспхіммаш (Львів). ‘

' Публікації здобувача по темі дисертації ' ’

; 1. Библюк Н.И., Перетятко Б.Т. Экспериментальное ис-следоваїше собственных частот хлыста как предмета транспортирования // Лесн. хоз-во, лесн., бум. и деревообраб. пром-сть. -; Київ: Будівельник, 1974. - вып. 3: - с. 64-69. '

2. Билык Б.В., Перетятко Б.Т. К вопросу о методике определения модуля упругости древесины хлыстов как объекта транспортирования // Лесн. хоз-во, лесн., бум. и деревробраб. пром-сть. - Київ: Будівельник, 1974, - вып. 4. - с. 17-21.

3. Перетятко Б.Т. К определению длины приподнятой части хлыста при трелевке//Лесп. хоз-во, лесн., бум. и дерево-обраб. пром-сть. - Київ: Будівельник, 1976. - вып. 7. - с. 87-91.

. 4. Билык Б.В., Перетятко Б.Т. К вопросу о выборе расчетной 'схемы пакета хлыстов при исследовании вертикальных колебаний трелевочных тракторов // Изв. вузов Лесн. журн. -

1975. - N 5. - с. 40-46. . ".

5. Перетятко Б.Т. О выборе расчетной схемы вертикальных колебаний системы колесный трелевочный трактор - пакет хлыстов // Тракторы и сельхозмашины. - 1975. - N 8. - с. 8-10.

. 6. Бильїк Б.В., Перетятко Б.Т. Моделирование реализаций

случайных функций микропрофиля трелевочных волоков на ЭЦВМ // Изв. вузов Лесн. журн. - 1975. - N 6. - с. 52-57.

. -. - 7. ' Бшіьік Б.В., Перетятко Б.Т. Численный метод определения частотных характеристик вертикальных колебаний системы колесный трелевочный трактор плюс пакет хлыстов //Лесн. хоз-во, лесн., бум. и деревообраб. пром-сть. - Київ: Будівельник, 1976; - вып. 7. - с. 59-61.

8. Перетятко Б.Т. Применение метода случайного поиска для оптимизации параметров подвески колесного трелевочного .трактора // Лесосечные й лесотранспортные работы: Тез. докл. V. научн.-техи. конф. аспирантов, соискателей и молодых специалистов лесн. пром-сти 15-17 апреля 1975 г. /ЦНИИМЭ. -Химки, 1975. - с.29-31.

9. Перетятко Б.Т., Билык Б.В. Выбор параметров дискретных моделей механических систем И Изв. вузов Лесн. журн. -

1976. - И 5. - с. 39-43.

10. Перетятко Б.Т. К вопросу моделирования случайных колебаний автотранспортных средств на ЭЦВМ // Труды ВКЭИ автобуспрома. - Львов, 1975. -с.111-118.

11. Билык Б.В., Перетятко Б.Т., Скоропад Я.Г. Численный метод определения комплексных частотных функций транспортной машины как многомерной колебательной системы //Труды ВКЭИАавтобуспрома. - Львов, 1976. - с. 35-41.

12. Перетятко Б.Т., Невидомский Л.К., Мыцык Б.И. Исследование Вертикальных колебаний автобуса с учетом осцилляционных параметров пассажиров //Труды ВКЭИ Аавтобуспрома. - Львов, 1976. - с. 202-216.

13. Билык Б.В., Перетятко Б.Т.,, Рыскин Ю.Е. Исследование влияния пакета хлыстов на колебания колесного трелевочного трактора // Лесн. хоз-во, лесн., бум. и деревообраб. пром-сть. - Київ: Будівельник, 1976, - вып. 12. - с. 38-44.

14. Перетятко Б.Т., Билык Б.В. Оценка точности аппроксимации корреляционных функций,, микропрофиля дорожной поверхности // Исследование лесопромышленных тракторов: Сб. трудов /ЦНИИМЭ. - Химкиг 1982. - с.78-81.

15. Билык Б.В., Перетятко Б.Т. О модуле упругости

древесины транспортируемых хлыстов // Лесн. хоз-во* лесн., бум. и деревообраб. пром-сть. - Київ: Будівельник, 1983, - выл. 14.-c.86- 89. ... .

16. Перетятко Б.Т., Грыцык Б.А., Невидомский Л.К.,

Библюк Н.И. Плавность хода самоходной машины для внесения минеральных удобрений // Тракторы и сельхозмашины. - 1981. -N1.-C.20-21. '

17. Библюк Н.И., Витвицкий В.Н., Бойко A.A., Перетятко Б.Т., Мирецкий И.Л. Определение модуля упругости при изгибе хлыстов без нарушения их целостности // Изв. вузов Лесн. журн. -1981. - N 6. - с. 47-50.

18. Билык Б.В., Незбрицкий М.И., Перетятко Б.Т., Фикташ М.Д. Автоматизация проектирования колесных самоходных сельхозмашин // Тракторы и сельхозмашины. -1983. - N 12. - с.14-15. - ^

19. Перетятко Б.Т., Катаева Н.И., Невидомский Л.К., Притула Н.Г., Билык Б.В. О системе автоматизированного проектирования машин //Лесн. хоз-во, лесн., бум. и деревообраб. пром-сть. - Київ: Будівельник, 1984. - вып. 15. - с.53-55.

20. Библюк Н.И.,. Перетятко Б.Т. О сходимости резуль-

татов теоретических и экспериментальных исследований изгиб-ных колебаний хлыстов // Изв. вузов. Лесн. журн. -1983. - N 5. -с.38-42. . .

21. Библюк Н.И., Ковтун И.П., Пузанов В.Г., Перетятко Б.Т., Грыцык Б.А. Влияние параметров системы подрессоривания на

илавность хода транспортной маипшы на базе трактора Т-150К '/Повышение технического уровня и качества машин для песозаготовок и лесного хозяйства: Межвуз. сб. научн.-тр. 'ЛТА - Л., 1986. - с.23-28. .

22. Билык Б.В., Перетятко Б.Т. Об опыте разработки САПР лесных и сельскохозяйственных транспортных машин '/Комплексная механизация и автоматизация переместительных эпераций в лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-Зумажной промышленности: Тез. докл. IV Всесоюзн. научн.-гехн. конф. 16-19 апреля 1984 г./ МЛТИ. - М., 1984. -с.167-169.

23. Библюк Н.И., Стыранивский O.A., Перетятко Б.Т.,

Зойко' A.A. Обобщенные статистические характеристики .шкропрофилей лесных дорог // Изв. вузов. Лесн. журн. - 1986. . N 4. - с. 44-48. -

24. Бойко A.A., Библюк Н.И., Перетятко Б.Т. Стати-лпческая модель поперечного микропрофиля лесовозных дорог / Изв. вузов. Лесн. журн. - 1987. - N 6. - с. 44-48.

25. Перетятко Б.Т., Тымчук А.Ю. Графическая диалоговая ¡истема анализа результатов в САПР // Вопросы разработки и грименения средств вычислительной техники: Тез. докл. Респ. гаучн.-техн. конф. 18-20 ноября 1985 г. / НИИСА НПО Элва. -Тбилиси, 1985. - с.234-235.

26. Перетятко Б.Т., Катаева Н.И., Тымчук А.Ю. Іодсистема "Анализ" инженерных расчетов САПР сельхоз-fангин // Проблемы создания и развития автоматизированных истем на предприятиях Минсельхозмаша: Тез. докл. отрасл. :онф. 6-7 декабря 1988 г. / НИПИАСУ. - Волгоград, 1988. - с. >0-61.

27.Перетятко Б.Т., Билык Б.В. Математическая модель ространственных колебаний колесного трактора // Лесн. хоз-о, лесн., бум. и деревообраб. пром-сть. - Київ: Будівельник, 989. - вып. 20. - с. 62-67.

28. Перетятко Б.Т., Катаева Н.И., Тымчук А.Ю. Авто-[атизировання система инженерных расчетов // Тракторы и ельхозмашины. -1988. - N 2, - с.30-31.

29. Перетятко Б.Т., Катаева Н.И. Автоматизированная нстема эскизного проектирования машин // Тракторы и сель-озмашины. -1989. - N 4, - с.5-6.

30. Плевачук Ю.А., Перетятко Б.Т. Автоматизированная система обработки текстовых конструкторских документов //Тракторы и сельхозмашины. - 1989. - N 4, - с.6-7.

31. А. с. № 727481 (СССР). Подвеска транспортного средства. /Смирнов И.В., Семенко Е.В., Скоропад Я.Г., Геврич Ю.Б., Дочйло О.М., Перетятко Б.Т.

Відгуки на автореферат у двох примірниках з завіреними підписами просимо надсилати за адресою:

290057 м.Львів, вул.Пушкіна, 103, Спеціалізована вчена рада

НВП Мста, м.Львів, тираж 60 ирнмірпиків