автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Разработка подвижного состава подвесных канатных буксировочных дорог для лесоховяйственных работ

^УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ЛІСОТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

£■

*<> Ішук Віктор Басильович

' ,Л -...

')Ч :7сг< ' 7

" V УДК 630*377.21

РОЗРОБКА РУХОМОГО СКЛАДУ ПІДВІСНИХ КАНАТНИХ БУКСНРУВАЛЬНИХ ДОРІГ ДЛЯ ЛІСОГОСПОДАРСЬКИХ РОБІТ

Спеціальність 05.05^0? - Машини лісового комплексу

£?Г- л/. С{

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Львів - 1998

Дисертацією б рукопис

Робота виконана на кафедрі прикладної механіки Українського державного лісотехнічного університету Міносвіти України

Науковий керівник - доктор технічних наук, професор

Лютий Євген Михайлович,

Український державний лісотехнічний університет, зав. кафедри прикладної механіки

Офіційні опоненти - доктор технічних наук, професор

Плахтинз Омелян Григорович, .

Державний університет "Львівська політехніка", професор кафедри електроприводу і автоматизації виробничих процесів і технологічних комплексів

- кандидат технічних наук, с.н.с. Бадера Йосип Степанович,

SAT "Львівський ПКТІ "Лісдєревпром", директор департаменту з питань науки

Провідна установа - Кафедра технології машинобудування

Тернопільського державного технічного університету МО України, м.Тернопіль

Захист відбудеться 6/С1998 року о 14.30 на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 04.03.01 в Українському державному лісотехнічному університеті за адресою: м. Львів, вул. генерала

Чупринки, 103, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Українського державного лісотехнічного університету (м. Львів, вул. генерала Чупринки, 101).

Автореферат розісланий " " "УврвЗН& 1998 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Б.В.Прокопович

- 1 -

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Підвісні канатні дороги (ЩЦ) б одним з найефективніших видів транспорту в гірських місцевостях. Недостатній розвиток наземного транспорту в горах вимагає-застосування стаціонарних буксирувальних ПКД у лісовому господарстві. Використання канатних доріг для потреб лісового господарства замість будівництва автомобільних доріг дозволить покращити еколоґічну ситуацію в Українських Карпатах. Існуючі методи дослідження і розрахунку ПКД не враховують динаміки рухомого канату і не моделюють перехідних динамічних процесів у системі "канат - буксирувальний пристрій - буксирований об’єкт". У зв'язку з цим постала задача розробки методики розрахунку процесу буксирування, розв'язання якої дозволить обґрунтувати параметри як канатній доріг, тзк і їх рухомого складу для механізації перевезення вантажів при виконанні лісогосподарських робіт.

Зв'язок роботи з науковими темами. Дисертація присвячена механізації лісогосподарських робіт в гірських умовах Карпат і виконувалась в рамках досліджень кафедри прикладної механіки УкрДЛТУ за такими госпдоговірними темами: "Створення експериментальних взірців буксирувальних пристроїв барабанного типу", "Проведення випробувань буксирувальних пристроїв барабанного типу на надійність і довговічність" та іншими (всього 6 тем).

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності використання рухомого складу підвісних канатних буксирувальних доріг в лісовому господарстві шляхом математичного моделювання системи "багатопрогінний рухомий канат із закріпленими кінцями - буксирувальний пристрій - буксирований об’єкт", яка дозволяє описувати динаміку руху об'єкту під час транспортування вантажів при виконанні лісогосподарських робіт.

Задачі дослідження: .

1. Розробити розрахункову схему процесу буксирування об’єкту під час виконання лісогосподарських робіт.

2. Розробити систему рівнянь, якз описує динаміку багато-прогінного рухомого канату із закріпленими кінцями,"

3. Розробити систему рівнянь, яка описує динаміку системи "рухомий канат - буксирувальний пристрій - буксирований об’єкт".

4. Розробити пакет програм для персонального комп’ютера, що дозволяв досліджувати динаміку процесу буксирування об’єкту при виконанні лісогосподарських робіт.

5. Модернізувати існуючу модель буюсирувального пристрою в метою раціоналізації його параметрів для механізації процесів транспортування вантажів у лісовому господарстві.

Наукова новизна одержаних результатів. Подані в дисертаційній роботі результати теоретичного і прикладного змісту відносяться до малорозробленоі в науці проблематики - моделювання руху об’єкту, буксированого багатопрогінною гнучкою ниткою в закріпленими кінцями.

Науковз новизна полягав в наступному: вперше розроблена ме-

тодика розрахунку багатопрогінного рухомого канату із закріпленими кінцями, що базується на його математичній моделі; вперше розроблена методика розрахунку системи "багатопрогінний рухомий канат - буксирувальний пристрій - буксирований об’єкт".

Практичне значення одержаних результатів. На основі методики дослідження буксирування об’єкту багатопрогінною канатною букси-рувальною дорогою розроблений пакет прикладних програй для персонального комп’ютера, за допомогою якого можна досліджувати ди-, наміку системи "багатопрогінний рухомий канат - буксирувальний пристрій - буксирований об’єкт" при транспортуванні вантажів під час лісогосподарських робіт та приймати конструкторські рішення в процесі проектування буксирувальних пристроїв і канатних доріг. За допомогою цього пакету програм розраховані обґрунтовані значення жорсткості плоскої спіральної пружини для буксирувальних пристроїв барабанного типу різної вантажопідйомності, призначених для механізації транспортних процесів у лісовому господарстві. На замовлення ВАТ "Львівський завод гідромеханічних передач" (ЛЗГМП) за допомогою пакету програм розраховані параметри модернізованого буксирувального пристрою, які ввійшли до технічного завдання на його розробку. На цій основі створені робочі креслення, технічні умови, дослідні ввірці буксирувальних пристроїв та розпочате їх серійне виробництво на ВАТ "ЛЗГМП". Пристрій призначений для механізації перевезення вантажів і людей для потреб лісового господарства.

Особистий внесок здобувача. Автором розроблені методики розрахунку рухомого канату . і процесу буксирування та створено на їх основі пакет прикладних програм для персонального комп’ютера. Проведено розрахунок процесів буксирування для різних типів буксирувальних пристроїв. За результатами розрахунків отримані раціональні значення жорсткості плоскої спіральної пружини. За допо-

- З -

могою експериментальних досліджень показано, що запропонована математична модель адекватно описує процес буксирування. Розраховані параметри і розроблене технічне завдання модернізованого бук-сирувального пристрою на замовлення ВАТ "ЛЗГМП".

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи викладені: на міжнародній конференції "Лісотехнічна освіта і наука на рубежі XXI століття: сучасний стан, проблеми і перспекти-

ви", (Львів, 1995р.); на першій науково-технічній конференції молодих науковців УкрДЛТУ (Львів, 1996 р.); на п'ятій наукс-во-практичній конференції УКРСОФТ-95 (Львів, 1995 р.); на міжнародному симпозіумі "Наука і підприємництво" (Вінниця, 1996 р.); на науково-технічних конференціях УкрДЛТУ (Львів, ' 1993, 1994,

1995 рр.); на засіданні кафедри прикладної механіки УкрДЛТУ (Львів, 1996, 199? рр.).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 3 статті в наукових журналах і збірниках наукових праць та 3 статті в матеріалах і тезах конференцій.

Обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків і додатків. Робота викладена на 195 сторінках машинописного тексту, має 34 рисунки, 14 таблиць, 2 додатки. Список використаних джерел включає 123 найменування.

ЗМІСТ РОБОТИ

.В першому розділі дана загальна характеристика лісів і рельєфних умов Українських Карпат, а також розглянуті транспортні проблеми, які виникають при еєдєнні лісового господарства в гірських умовах. У зв’язку з очікуваним розвитком мережі стаціонарних канатних доріг в Карпатах стає можливим в значній мірі розв’язати проблему транспортування вантажів і людей для потреб лісового господарства схилами гір за допомогою буксирувальних канатних доріг. Інструмент, матеріали, бензсішли, посадковий матеріал, ґрунт можуть переміщатися, залежно від пори року, у візках або на санях, які прикріплюються до буксирувального пристрою.

Проведений аналіз існуючій конструкцій підвісних канатних буксирувальних доріг (ПКВД) та їх рухомого складу - буксирувальних пристроїв, а також існуючих методів їх дослідження і розрахунку. Опис гнучкої нитки системою трансцендентних рівнянь та моделювання багатопрогінного канату методом вирівнювання зусиль [Лавитський, 1975] є основою для розрахунку статичних канатів з закріпленими кінцями і не враховують динаміки рухомого канату.

Метод розрахунку рухомого канату як статичного з коригуванням результату шляхом врахування розподіленої динамічної складової тз нехтуванням вищих гармонік під час коливання [Сгііагуе, 1962; Пз-тарая, 1983] розроблений для розрахунку процесу захльостування і не відображає процесу буксирування. Моделювання рухомого канату за допомогою рівнянь рівноваги в формі Гамільтонз і опис зосереджених сил 5-функціями Діракз [Лавитський, 19913 не враховує багатократного зростання довжини буксируватьного пристрою в процесі розгону. Таким чином, для вирішення проблеми застосування ПКВД е лісовому господарстві необхідно розв’язати задачу моделювання процесу буксирування об’єкту масою де 200 кг канатною дорогою.

Буксирування об’єкту здійснюється за схемою, поданою на

рис. 1. До канату 1 в точці М, що рухається зі швидкістю 7,

шарнірно прикріплений корпус буксирувальногс пристрою 2. З корпусу витягується шнур 3, спірально намотаний на барабан 4,

співвісний з відцентровим гальмом 5 і плоскою спіральною пружиною 6, які знаходяться на осі 7. До шнура 3 прикріплений буксирований об’єкт 8, який рухається поверхнею 9.

При буксируванні вантажу маса об’єкту ш-сопзі, при буксируванні людини - т-\’аг.

В

Рис. 1. Схема буксирування об'єкту при виконанні лісогосподарських робіт

В другому розділі, відповідно до поставлених задач, отримана математична модель процесу буксирування на основі прийнятої розрахункової схеми (рис.1).

Для моделювання руху канату прийнято, що він є гнучкою не-ровтяжною ниткою, і точка М прикріплення буксирувального пристрою до канату в зв’язку з нетривалістю процесу розгону не змінює своєї траєкторії. Розглянувши рух елементарної ділянки однопро-гінного канату (див. рис. 2), за другим законом Ньютона можна записати:

СІТ-СОБв - (Т - ГУг)-5ІП0-СІ0 - 0 (5)

V .

сіт-зіп0 + (Т - ту2) соз0*с18 - тє-----------d0 (6)

сі0/сИ

де Т - натяг канату, 0 - кут нахилу канату, ї - питома маса канату, у - швидкість точок канату. ■

Рис. 2. Схема -до виведення рівняння руху каналу

Після інтеґрування і перетворень з рівнянь (5, 5) отримуєш рівняння руху точок канату в прогоні канатної дороги:

у - - |сЬ к(х - а) - с.Ь ка| (7)

де к-----------п;

Н - ту*

а - абсциса найнижчої точки канату,

Н - натяг в найнижчій точці канату.

З системи (5-6) отримуємо також вирази для натягів, кутів нахилу та координат як функції часу і координат: '

- 5 -

1 г л

х - - |АгэЬ (ку (І - іп)) + АгзЬ куі^ (8)

У-----/і + (к\г (I - іп))2 - /і + (куіп)2 (9) ,

К

Т - (Н - ТУ2)-сЬ (к(х - а)) + XV2 (10)

Т - гг-(у + - Л + (Ьіп)й ) + ГУг (11)

Т - ї\’я + (Н - їу2) ш\'\ + (к\г (і - іп))2 (12)

ІЄ0 - ку а - іп) (13)

іє9 - бЬ (к(х - а)) (14)

де іП - час, необхідний точці канату, щоб подолати шлях бід початку координат до найнижчої точки.

Надамо канату пружних властивостей. Отримуємо ва законом

Г'ука:

НІ г 2зЬ2£ + к2И2 і

&, сіЬ£, + 1 (15)

ДЬ -

2ЕР

к2!2

Ь - Ь0 + ЛЬ (16)

1

Ь — (зЬ к(1 - а) + зЬі ка) (1?)

к

кі гєі

де е, -

2 2(Н - ТУ2)’

1 - довжина прогону; И - перевищення в прогоні; Ь0 - початкова довжина канату в прогоні; Е - модуль пружності канату; Р - площа поперечного перерізу канату.

Розглянемо т-прогінний канат як сукупність однопрогінних. Для кожного прогону можна записати вирази (16, 17):

У(кі, Ьі, Ь0І) - о (-18)

А(кі, Ьі) - 0 (19)

І - 1, ..., їв

.2. Ьоі ~ (20)

1=1

де Ьоі~ початкова довжина канату в прогоні, яка може змінюватися ва рахунок переміщення канату на опорах; Ц- - початкова довжина всього канату буксирувальної дороги.

З умови рівноваги канату на 5-тій опорі :

, пр лв ,

Ні " То+1І *

з - 1,..., т-1

Пр ЛБ -

де Тз , Т3+1 - відповідно натяг на правому кінці з-того прогону і натяг на лівому кінці ]'+1-го прогону;

Ртрз ~ сила опору переміщенню канату на опорі.

Система (18-21) описує рук багатопрогінного канату. Записавши за принципом Даламбера рівняння, рівноваги для корпусу 2 (див. рис. і), валика 7 та буксированого об'єкту 8, отримуємо наступну систему рівнянь:

ШоР-ЗІП(1сСІгу/СІ12 - ШоР-СОЗф-СІ2Х/СІІ?' +

+ (Іе+ т0р2)-сі2іі>/сіі2 - аг-сі2ф/сі12 + аі'(сіфЛЛ)2 +

+ Сп(ф + Ф) + Л70£Р-5іпф + ШбЄРс-зіп(ф + г) +

&

■ + V ^

>т + *т

+ СпФо + аз - 0

(22)

(ггій+ то) -сЗ^х/сй2 - в)0р-созф-сІ2ф/сі12 +

+ тоР-ЗІПф-(щ./с31:)й - Нщ- 0 (Шб+ пь)-сі2у/с№.2 + т0р-зіпф-сі2ф/сі12 +

+ гп0р-созф- (сЗф/сіі)2 - (ше+ Шо)Є " Ут- 0

п п о !

(Іо+ пік- аа)+ аі-(сіф/сіі)2 +( —— + Сп|ф +

(33)

(24)

2Я

Р»

П!в

+ СпФ “ + Спіро + аз + Мо ~ 0

Есоз(В-й) + і'23іп(з-й)1 - е(зіпа + І'гсоБоО

сі2з

сії2

(25) 0 (26)

де т0 - маса механізмів валика; те _ маса корпусу буксиру-вадьного пристрою; Іб - момент інерції корпусу відносно точки М; І0 - момент інерції валика відносно його осі (крім колодок гальма); Ік - момент інерції колодки відносно осі валика; п - кількість колодок гальма (2-3 штуки); ф - кут повороту валика; Фа ~ кут заведення пружини в момент часу і-0; ф - кут повороту корпусу відносно вертикалі; рс, Р, ї - Геометричні параметри схеми буксирування; сім - діаметр цапфи затискного пристрою; ї?о ~ початковій радіус навпаки шнура; Гт - коефіцієнт

тертя Б шарнірі М; f2 - коефіцієнт тертя між поверхнею і об'єктом; Сп - коефіцієнт пружності спіральної пружини; аі, а2, аз - коефіцієнти, що визначають момент сил тертя гальма; Рш - сила буксирування шнура; Мо - момент тертя в опорах валика; Hm, Vm- відповідно горизонтальна і вер. тикальна складові тягового зусилля в точці М; s - переміщення буксированого об'єкту.

Третій розділ присвячений розробці та обгрунтуванню методики розрахунку процєру буксирування. Знехтувавши тертям в опорах і моментом інерції корпусу буксирувального пристрою як несуттєвими, отримуємо наступне рівняння руху буксированого об'єкту: d2s Fm

—z-------Сзіп(Ф+«) + і’осозСф+й)] - g(sina + fgcosa) (27)

dtfc гпБ

Алґоритм розв’явання рівняння (27) наступний. При умові Fm

— [зіп(ф+а) + і'асоз ((>+«)] С є (since + Ггсозос) (£B)

їїів

об’єкт не рухається, тобто s-D, ds/dt-Q, ds2/dt2-0. Задаючись часом t в кроком ДІ, обчислюємо координати точки М за формулами (8-9). Знаючи координати точки М та об’єкту, знаходимо кут ф і довжину шнура 1ш эа формулами:

х - (s0+s)cdsc[ + hzsina

ф - Arctf------------------------------------- (S9)

У _ (s0+s)sinn - hzcosot + h0

x - fs0+s)cosa + h23ina ІШ “ - lo (30)

sin ф

де s0 - початкове переміщення об’єкту; h0 - висота опори;

hz - відстань від поверхні руху до центру мас об’єкту;

1о - початкова довжина шнура.

Радіус намотування шнура має вигляд:

- (31)

де dш - розмір перерізу деформованого шнура, який він займав в барабані по висоті; її - довжина розмотаної частини шнура, при якій починається вміна радіуса його намотування.

Знаючи 1ш та ї?ш, знаходимо кут повороту валика. При умові 1шСІі:

ф “ 1щУР?о (32)

Якщо 1Ш>їїл кут ф знаходимо чисельно з виразу для архімедової спіралі:

( 1 Яо) /—----------------гн—ТТ ^т

1ш - — Ф---------К(сЗшФ ' 2лК0)Л+ сіп + — АгзИ ф--------------+

Чя 2сУ 4Я ^ сіш /

Ко /—5—п-----------5" СІщ / ЕіСЕо'і

+ ----- у4ЖгЯсҐ+ сЗш^ + — АгнИ і --------- + її (33)

2сіш 4л ' сіп / .

З (25) зусилля буксирування рівне:

ащ>2 + (І-аг)е + Сп(фо+9+Ф) + аз

Рш-------------------------------------------(34)

ї?ш

де їй - (іф/сй, - кутова швидкість валика;

£ - б^у/сИ'4 - кутове прискорення валика.

Диференціюючи (32-33, 29-30, 8-9), знаходило значення ь> і е.

З моменту, коли нерівність (28) перестав справджуватися, необхідно розв’язувати звичайне лінійне диференціальне рівняння другого порядку (27). Оскільки Рш - Р(і:,з,сіз/сіі:,с32з/с1і:2), тобто в правій частині рівняння (27) є друга похідна з по І, перетворимо це рівняння так, щоб ця похідна була лише в лівій частині.

Після перетворень отримуємо систему з двох звичайних лінійних диференціальних рівнянь: ..

СІУ2

, ------Г'іО^з.Уг) (35)

(К,

. СІБ

------ V- (36)

сіі

де у2 - швидкість буксированого об’єкту.

Розв’язок системи знаходимо чисельно методом Рунґе-Кутта за формулами Дормана і Лрінса з автоматичнім управлінням довжиною кроку інтеґрування. Суть методу полягає в розкладанні шуканих функцій у(т) (в нашому випадку - з(і) і у2(і)) в околі точки і в ряд Тейлора. Метод має достатню точність (до 10~5) та швидкість розрахунку.

Розрахунок руху системи "канат - буксирувальний пристрій -буксирований об’єкт" проводився на персональному комп’ютері за допомогою пакету прикладних програм "ЕІЖЗУК", написаного мовою ТУШО РАЗСАЬ за викладенім вище алгоритмом. Результати розра-

хунків наведені на рис. З у вигляді графіків. Криві 1 відповідають жорсткості спіральної пружини Сп - 0,087 Нм/рад, криві 2 -Сп - 0,01 Нм/рад, криві 3 - 0П - 2 Нм/рад.

Як видно з графіків, чітко простежуються три точки перелому функцій і їх похідних (див. криві 1):

1) точка початку спірального намотування шнура (і-1,7б с);

Е) точка початку руху об’єкту (і-1,864 с);

3) точка закінчення розмотування шнура (і-3,794 с).

Як видно з рис.З,б (Сп - 0,087 Нм/рад), найбільше впливав на зусилля буксирування шнура (рис.З,ж) момент пружності спіральної пружини (рис.З,є, І). Момент сил тертя (рис.З,Б,П) впливав значно менше, а момент сил інерції валика (рис.З,є,III) здійснює на зусилля буксирування дуже незначний вплив.

Вплив жорсткості пружини на прискорення об’єкту ілюструє рис.З,і. При малому значенні жорсткості (Сп-0,01 Нм/рад) швидкість об’єкту не досягав необхідної величини до кінця розмотування шнура (рис..3,и,£), і в точці 3 об’єкт отримує велике миттєве прискорення (рис.З,і,2). При занадто великій жорсткості пружини (Сп-2 Нм/рад) в системі виникають значні динамічні навантаження. Черев 0,2 с після посадки об’єкт починає рухатися з високою швидкістю, переганяючи букскрувальний пристрій (рис.3,и,3). В результаті виникав миттєвий ріст прискорення, а значить - перевантаження буксирувального пристрою (рис.З,і,3). Черев 4,8 с об’єкт починав рухатися майже рівномірно, після чого знову прискорюється. Такий процес може повторюватися декілька разів. Крива 3,і,1 показує зміну прискорення буксированого об’єкту при оптимальному значенні жорсткості пружини (Сп - 0,087 Нм/рад).

Четвертий розділ присвячений перевірці отриманих за допомогою запропонованої методики розрахунку теоретичних результатів експериментальними дослідженнями.

На основі аналізу існуючих методів дослідження рухомих об’єктів запропонована вимірювальна система, що складається з ак-селерометричних датчиків, узгоджувального пристрою, провідної телеметричної системи, блоку живлення і реєструючого пристрою. За допомогою цієї системи отримані вирази для прискорень вантажу та ланок тіла людини при виконанні лісогосподарських робіт. Графіки прискорень для вантажу наведені на рис. 4 (8 замірів).

Після статистичної обробки часу розгону та максимальних прискорень для вантажу та нижньої частини тулуба людини отримані

Рис. 3. Результат розрахунків: з,) кут нахилу шнура; б) кулі повороту валика; в) кутова швидкість шнура-, г) кутова швидкіслш ватка; д) кутове прискорення шнура; е) кутове прискорення валика

Рис. 3. Результат розрахунків: _

є) моменти, що діють на валик; ж) зусилля буксирування; з) переміщення об'єкту; и) швидкість об’єкту; • і) прискорення об’єкту; ї) прискорення наростання довжини шнура.

наступні довірчі іятерЕали для високих рівнів значимості: для вантажу: час роггону

1,88 % до.ОБ і 2,0 с; 1,85 < По,01 < 2,02 о;

1,62 і де,001 і 2,06 с;

Діапазон 26 рівняй іе + 26 - 1,34 ± 0,49, тобто 1,75 « Іс <, 2,13 С; максимальні прискорення

1,47 і де, 05 і 1,63 М/С*; 1,43 і До, 01 < 1,57 М/С'';

1.36 і ДО,001 < 1.74 М/С*;

ас + 26 - 1,55 ± 0,20; 1,25 'і. ас < 1,85 .м/с/';

для нижньої частини тудуба людини: час- розгону

1,70 < яо.05 < 2,2 с; 1,57 < д0, оі < 2,23 с;

1.37 і ДО, 001 * 2,53 с;

Іс + 36 - 1,95 і 0,91; 1,04 < іс Я 2,86 о;

Рис. 4. Експеримеитльиі залежності прискорень завтяу при йеге іщшспорщ&аеяі для лісогосподарських потреб

- 14 -

максимальні'прискорення '

1,49 ио,05 £ 1}71 м/с2; 1,45 і До. 01 < 1>75 м/с2; •

1,36 < И-о, 001 <1,84 м/с2;

ас + 36 - 1,60 + 0,39; 1,21 < ас < 1,99 м/с2.

Як видно в наведених даних, значення результатів не виходять за межі "трьох сиґм", тобто б достовірними.

Для оцінки адекватності розробленої математичної моделі знайдемо коефіцієнт кореляції між експериментально отриманими графіками прискорень та розрахованими на комп’ютері. Середній коефіцієнт кореляції для вантажу рівний 0,99, для нижньої частини тулуба людини - 0,96, для інших ланок тіла не перевищує 0,6.

Таким чином, запропонована математична модель процесу буксирування об’єкту адекватно описує реальний процес руху системи "багатопрогінний рухомий канат із закріпленими кінцями - буксиру-вальвий пристрій - буксирований об’єкт" для випадку буксирування вантажу при виконанні лісогосподарських робіт, і дозволяв оцінити прискорення, що діють на людину під час буксирування.

На замовлення ВАТ "Львівський завод гідромеханічних передач" розроблене технічне завдання для модернізованого буксирувального пристрою в використанням пакету "ВиК5їЕ". На базі технічного завдання створені робочі креслення та технічні умови, виготовлені дослідні взірці модернізованого буксирувального пристрою та розпочате його серійне виробництво. Буксирувальний пристрій призначений для транспортування вантажів при виконанні лісогосподарських робіт. .

Шляхом розрахунку екологічного ефекту від впровадження бук-сирувальних канатних доріг для лісогосподарських робіт в Бо-лехівському держлісгоспзазі показано, що площа лісів з вищим в 1,3 рази коефіцієнтом вітровалонебезпечності буде зменшуватися на 40% щороку. Встановлено, що зменшення площі лісів в підвищеним коефіцієнтом вітровалонебезпечності не залежить від довжини доріг, тобто проведений розрахунок характерний для будь-якого лісогосподарського підприємства при довільній довжині доріг.

висновки

1. Вперше розв’язана задача розробки рухомого складу підвісних канатних буксируваньних доріг шляхом моделювання динаміки процесу буксирування об’єкту масою до 200 кг з метою механізації транспортування вантажів і людей для лісогосподарських робіт.

2. На основі аналізу конструкції підвісних канатних буксиру-

вальних доріг, їх рухомого складу - буксирувалиних пристроїв, а також процесу буксирування, розроблена.розрахункова схема системи "багатопрогінний рухомий канат їв закріпленими кінцями - буксирувань ний пристрій - буксирований об’єкт". Схема є основою для моделювання руху системи при транспортуванні ..вантажів для потреб лісового господарства.

3. На основі аналізу динаміки руху канату розроблена математична модель багатопрогінного рухомого канату із закріпленими кінцями, яка складається з рівняння руху точок канату, виразів для координат точок канату, натягів і кутів нахилу в цих точках як функцій часу і координат. На базі моделі розроблена методика розрахунку рухомого канату, яка дозволяє збільшити точність визначення зусиль у канаті до 5% порівняно з методом статичної ланцюгової лінії, та до £0% - з методом статичної параболи (залежно від рельєфу, швидкості та питомої маси канату)..Це дає змогу підвищити точність розрахунку на міцність і жорсткість опор, їх фундаментів, роликових батарей та канату підвісної канатної дороги.

4. Виходячи із запропонованої розрахункової схеми розроблена математична модель системи "багатопрогінний рухомий канат із зак-кріпленими кінцями - буксирувзльний пристрій - буксирований об’єкт", що складається з диференціальних та алґебраїчних рівнянь. На базі моделі розроблена методика розрахунку динаміки системи, яка дає змогу визначати ґеометричні, кінематичні, динамічні та силові параметри процесу буксирування. Це дозволяє точніше розраховувати буксируваньні пристрої на міцність, жорсткість та довговічність і визначати їх раціональні параметри для мінімізації прискорень, ідо діють на буксирований об’єкт у процесі його транспортування для потреб лісового господарства.

5. На основі аналізу отриманої системи диференціальних та алґебраїчних рівнянь, що описує динаміку системи "багатопрогінний рухомий канат із закріпленими кінцями - буксирувзльний пристрій -буксирований об’єкт", запропонований спосіб її чисельного розв’язання з використанням методу Рунґє-Кутта за формулами Дорита і Прінса з автоматичним вибором кроку інтеґрування.

6. Виходячи із запропонованого способу розв’язання системи диференціальних і алґебраїчних рівнянь, розроблений пакет прикладних програм для персонального комп’ютера, що дозволяє визначати 25 ґеометричних, кінематичних, динамічних та силових параметрів схеми буксирування з кроком, що не перевищує 0,02 сек. Ре-

зультати експериментальних досліджень акселерометрі! процесу буксирування після статистичної обробки показали високу ступінь кореляційного зв’язку між прискореними, отршаними-під час розрахунку процесу буксирування ва допомогою розробленого пакету прикладних програм, та експериментальними прискореннями буксированого об'єкту. Це підтверджує достовірність розробленої математичної моделі рухомого канату та моделі системи "багатопрогінний рухомий канат із закріпленими кінцями - буксирувальний пристрій - буксирований об’єкт", а також методик їх розрахунку.

7. Шляхом моделювання процесу буксирування і на підставі експериментальної перевірки встановлено, що раціональні значення жорсткості спіральної пружини буксирувального пристрою барабанного типу вантажопідйомністю 100 кг знаходяться в межах 0,087 -0,08В Нм/рад, ванташпідйомністю 200 кг - в межах 0,185 - 0,186 Нм/рзд. Отримані значення дозволяють раціоналізувати характеристики жорсткості буксирувального пристрою, в результаті чого зменшуються на 15-20% прискорення, які діють, на буксирований об’єкт

. при його транспортуванні під час проведення лісогосподарських робіт. ■

8. На підставі результатів моделювання процесу буксирування розраховані раціональні паралетри відцентрового гальма, спіральної пружини та барабана, які використані для розробки технічного завдання для модернізованого буксирувального пристрою на замовлення ВАГ "Львівський завод гідромеханічних передач". На осноеі цього технічного завдання підготовлені робочі креслення та технічні умови, виготовлені дослідні взірці буксирувальних пристроїв та розпочате їх серійне виготовлення. Досягнута вища міцність деталей пристрою, а значить більший строк його служби, що дає змогу виробникові зайняти пріоритетне місце на ринку буксирувальних пристроїв. Розроблений буксирувальний пристрій призначений для перевезення вантажів і людей при виконанні лісогосподарських робіт.

9. За допомогою моделювання процесу буксирування вантажі’ для потреб лісового господарства і на підставі експериментальної перевірки встановлено, що максимальне зусилля буксирування становить 246 Н, максимальний момент спіральної пружини - 9,61 Нм, максимальний момент сил тертя гальма - 2,55 Нм, максимальний момент сил інерції обертальних частин буксирувального пристрою -

0,34 Нм. Отримані значення силових факторів дозволили провести

точніший розрахунок на міцність і жорсткість буксирувальної тяги, шнура, валика, підшипників, барабана, відцентрового гальма, деталей пружинного відсіку, корпусу, підвіски та затискача. Це дало змогу зменшити вагу буксирувального пристрою на 1,6 кг, покращити його технологічність, вменшити собівартість і продовжити строк служби його деталей. '

10. За допомогою розрахунку впливу будівництва автомобільних доріг на вітррвалонебезпечність гірській лісів встановлено, що використання для лісогосподарських потреб буксирувальних канатних доріг замість будівництва автомобільних дозволяв зменшити площ/ лісів з підвищеним коефіцієнтом вітровалонебезпечкості на 40%. Це дасть змогу підвищити обсяг заготівлі якісної деревини, покращити -гідрологічний режим рік, зменшити ерозію ґрунтів, кількість сель ових явищ та поширення ентомошкідників, тобто екологічна ситуація у високогірних районах Карпат покращиться.

Основні результати дисертації викладені в наступних роботах:

1. Іщук В.В. Проблеми застосування стаціонарних підвісних канатних доріг в лісовому господарстві. - Український ліс. Додаток. - Львів, 1995 - 1997, с.10-11.

2. Ishchuk Victor. Schleppliftfahren mathematisch erfasst. Internationale Seilbahn - Rundschau, No.3, Wien, 1935, S.63.

3. Лавитський A.O., Іщук В.В. Траєкторія руху вантажу в прогоні канату з закріпленими кінцями. - Український ліс,

N 3-4. - Львів, 1995, с.19-20.

4. Лавитський А.С., Іщук В.В. Математична модель системи

"канат - буксирувальний пристрій - буксирований вантаж". - Тези міжнародної конференції "Лісотехнічна освіта і наука на рубежі XXI століття: сучасний стан, проблеми і перспективи”. - Львів,

1995, с.58-59.

5. Лавитський А., Костирко В., Лавитська 0., Ішук В. Програма TRASA - засіб проектування підвісних канатних доріг. - Тези доповідей п’ятої міжнародної науково-практичної конференції "Україномовне програмне забезпечення УКРСОФТ-95". - Львів, вид-во ДУ "Львівська політехніка", 1995, с.7-8.

6. Lavitsky A.S., Lavitska E.N., Ishchuk V.V. Problems of transport infrastructure development of resort centres in the Ukrainian Carpathians. - Наука и предпринимательство. Матер. Меж-' дунар. Симпозиума, Львов, 13-16 февр. 1996. - Винница - Львов,

1996, с.20. .

- 18 -АНОТАЦІЇ

Іщук В.В. Розробка рухомого складу підвісних канатних букси-рувальних доріг для лісогосподарських робіт. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.07 - Машини лісового комплексу. Український державний лісотехнічний університет, Львів, 1998.

Дисертація присвячена теоретичним і експериментальним дослідженням•процесу буксирування вантажу за допомогою підвісної канатної буксирувальної дороги, обладнаної спеціальним рухомим складом - механічними буксирувальними пристроями барабанного типу. Розроблені методики розрахунку і математичні моделі руху канату в закріпленими кінцями та процесу буксирування, а також на їх основі - прикладні програмні комплекси. Створений пакет прикладних програм, який дозволяє моделювати вплив прийнятих на стадії проектування технічних рішень на роботу канатної дороги. Пакет рекомендований для застосування проектно-конструкторським організаціям. Отримані теоретичні результати підтвержені експериментально. Основні результати роботи знайшли промислове впровадження при проектуванні буксирувального пристрою з покращеними характеристиками для механізації робіт у лісовому господарстві.

Ключові слова: лісове господарство, канатні дороги, буксиру-вальні пристрої, динаміка руху канатної системи, математичне моделювання, метод Рунїе-Кутта, акселерометричні вимірювання, розподіл Стьюдента.

йідук В.В.. Разработка подвижного состава подвесных канатных буксировочных дорог для лесохозяйственных работ. - Рукопись. . Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.07 - Машины лесного комплекса. Украинский государственный лесотехнический университет, Львов, 199Э.

Диссертация посвящена теоретическим и экспериментальным исследованиям процесса буксирования груза с помощью подвесной канатной буксировочной дороги, оснащенной специальным подвижным составом - механическими буксировочными устройствами барабанного типа. Разработаны методики расчета и математические модели движения каната с закрепленными концами и процесса буксирования, а также на их основе - прикладные программные комплексы. Создан пакет прикладных программ, позволяющий моделировать влияние приня-

тых на стадии проектирования технических решений на работу канатной дороги. Пакет рекомендован для применения проектно-конструкторским организациям. Полученные теоретические результаты подтверждены экспериментально. Основные результаты работы наши промышленное внедрение при проектировании буксировочного устройства с улучшенными характеристиками для механизации работ в лесном хозяйстве .

Ключевые слова: лесное хозяйство, канатные дороги, буксиро-

вочные устройства, динамика движения канатной системы, математическое моделирование, метод Рунге-Кутта, акселерометрические измерения, распределение Стьюдента.

Ishchuk Victor V. Elaboration of towing ropeway hangers for forestry. - Manuscript.

Thesis for a scientific degree of Candidate of technical sciences in Engineering speciality 05.05.07 - Machinery of forest complex. Ukrainian State University of Forestry and Wood Technology, Lviv, 1998.

The dissertation contains theoretical and experimental research of process of load towing by the ropeway with hanger. The calculation methods and mathematical models of anchored ends rope movement and towing process as well as computer program complex were worked out. The program complex created gives opportunity to simulate an influence of technical decisions, made on stage of designing, on the ropeway work. This program complex is recommended for use in design institutions. Theoretical results obtained have been proved by experiments. Main results of dissertation have been used for designing of hanger with improved parameters. The hanger is designed for use in forestry.

Key words: forestry, ropeways, hangers, rope system movement dynamics, mathematical simulation, Runge-Kutts method, acceleration mesures, Student's distribution.

Підписано до друку 24. 02.1998р. Формат60х84 1/16 Умов. друк. арк. 1. 25 Умов. фарб, в і дб. 1.17 Об л.-вид. арк. 1.17 Зам. 636 Тираж 100 прим.

Видавництво ДУ "Ж’

290000, м. Львів, вул.акад. Ф. М. Колесси,2.