автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Совершенствование процесса трелевки древесины гусеничными тракторами с электрогидравлическим управлением

■ ' 5о

ВОРОНЕЖСКИЙ ОРДЕНА ДРУЖЕИ НАРОДОВ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Яковлев Василий Тихонович

УДК 630.375.4

СОВЕРЕЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТРЕЛЕВКИ ДРЕВЕСИНЫ ГУСЕНИЧНЫМИ ТРАКТОРАМИ С ЭЛЕКТРОГВДРАШШЧЙСКИМ. УПРАВЛЕНИЕМ

05.21.01. Технология и машины лесного хозяйства •и лесозаготовок

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж 1989

Работа выполнена на кафедре механизации лесоразработок Воронежского ордена Дружбы народов лесотехнического института

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Петровский B.C.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор Станчев Д.И.,

- кандидат технических наук,

доцект Бит Ю.А.

Ведущее предприятие - ГСКБ Онежского тракторного завода. '

Защита состоится "ЛЗ " P^wL-it^Mlt989 г. на заседании специализированного Совета К. 063.50.05 б Воронежском ордена Дружбы народов лесотехническом институте.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просим направлять по адресу:

394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ВЯТИ, ученому секретари Совета.

С диссертацией »южно ознакомиться в библиотеке Воронежского ордена Дружбы народов лвоотехнического института.

Автореферат разослан "Л- 9 " ■■? tij.'-Ap 1989 г.

Ученый секретарь специализированно го Совета, кандидат биологических наук, доцент

Попова Н.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986-90 годы и на период до 2000 года" поставлена задача по улучшению выпуска прогрессивных средств механизации подъемно-транспортных работ, создания машин и механизмов с дистанционным и программным управлением способных наряду с повышением эффективности использования самих машин улучшить условия труда рабочих. •

В настоящее время для лесозаготс чок создан -комплекс машин и механизмов, которые соблюдая технически.? технологические правила, последовательно выполняют все производственные операции. Однако, на современном этапе в лесной отрасли сложились условия некоторого спада темпов роста производительности труда на основных операциях лесозаготовительного производства несмотря на увеличение энергоемкости применяемых механизмов или машин. В первую очередь это относится к тракторной трелевке и к малинной заготовке древесины, где с навеской дополнительного технологического оборудования в силу с несбалансированным распределением функций между системой "человек-машина" при традиционном способе управления возросли физические и психологические нагрузки на трактористов-операторов. Дальнейшее повышение производительности на указанных видах работ ограничивается функциональными.возможностями человека. В силу этого возникла объективная необходимость решения названной проблемы.

Анализ исследований по влиянию параметров системы управления на эффективность работы машино-тракторных агрегатов в различных отраслях народного хозяйства, включая лесную, показал,, что автоматизация элементов и отдельных операций технологического цикла на базе электрогидравлического управления (ЗГУ) способна разрешить существующие конструктивные недостатки машин и наиболее полно использовать их проектную производительность и на трелевке, исходя из физиологических возможностей человека. Для решения этой проблемы в методическом и научном плане требуется на основе достижений научно-технического прогресса решить ряд вопросов, вызванных спецификой конструкции лесосечных мантия и их. технологическими особенностями.

Цель и задачи исследований. Цепью дауной работы'рзлгетсг обоснование, разработка и внедрение методов и средств повъгленир эффективности процесса тракторной трелевки древесины ка базе автоматизированного электрогидравлического управления при одновременном улучшении условий труда тракториста-оператора.

В связи с этим в диссертационной работе поставлены следующие основные задачи:

1. Обосновать и исследовать параметр« систем управления нэ предает соответствия их нормативным показателям;

2. Разработать частные требования к системе ЭГУ трелевоч^и-:.;и тракторами;

3. Синтезировать и изготовит^ элементы системы управления;

4. Провести опьгтно-проиэводственную проверку и внедрение ЭГУ на трелевочных тракторах Онежского тракторного завода;

5. Проанализировать результаты комплекса исследований и дать рекомендации по их использованию при проектировании систем управления другими лесозаготовительными машинами.

Научная новизна работа заключается в том, что впервые предложен комплексный подход оценки систем управления лесосечных машин с учетом психологической (информационной) и физической нагрузок посредством коэффициента информационного согласования и разности энергозатрат на управляющие воздействия оператора; доказано их влияние на технико-экономические показатели работы системы "человек - машина"; разработана методика и использована специальная аппаратура для исследования параметров системы управления тракторами в производственных условиях; сформулированы частные требования к системе электрогидравлического автоматизированного управления базовыми трелевочными тракторами и их технологическим оборудованием и обоснованы принципы создания подобных систем для других лесосечных машин, созданных на базе трелевочных тракторов.

Практическая ценность. Решаемые в диссертации задачи позволили в теоретическом плане определить главное направление в повышении технико-экономических показателей машин за счет улучшения эксплуатационно-эргономических показателей систем управления; разработаны проектные решения и изготовлены опытные образцы основных элементов электрогидравлической системы управления

трелевочными тракторами ТДТ-55 и ТБ-1, которые прошли эксплуатационную проверку в Шуйско-Еиданском леспромхозе Карельской АССР. Результаты исследований переданы на ОТЗ и ЦНИИМЭ для практической реализации.

Апробация работы. Результаты исследований отражены в научных отчетах кафедры механизации лесоразработок ВЛТИ за 1977-1966 гг. (¥ Г.Р. 76057452, 77054134, 77054134, 78032206, 01.82.0086638 за 1982-1965 гг).

Докладывались на научно-технических конфер^нииях:ВЛТИ (19741989), ЦНИИМЭ (1975), ТбилНИИлеспрома (1975), Ш Всесоюзной научно-технической конференции "Комплексная механизация и автоматизация подъемно-транспортных работ в лесной и деревообрабатывающей промышленности"(1977), на научно-технических совещаниях в Москве (1986, 1989), на научно-технических советах в ГСКБ ОТЗ.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 работ, в том числе 3 авторских свидетельства.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы и приложений. Рабо-.та содержи',? 146 страниц машинописного текста, рисунков,

30 таблиц и 9 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ' РАБОТУ

Во введении определены актуальность темы, цель и краткая характеристика работы.

В первом разделе дается краткий анализ работ, посвященных проблемам изучения и обоснования оптимальных параметров трелевочных тракторов и созданных на их базе других лесосечных машин. Изучены работы, где исследовались вопросы влияния природно-производственных факторов на эффективность эксплуатации треле- . вочньгх и мнокооперационных машин. В указанных аспектах выполнен обзор работ следующих авторов: С.Ф.Орлова, В.И.Алябьева, В.Г.Ко-чегарова, П.В.Ласточкина, Д.К.Воеводы, В.С.Петровского,- Б.А.Тау-бера, Б.В.Прохорова, А.М.Гольдберга, Г.М.Анисимова, Ю.Г.Артомо-нсаа, В.А.Александрова, В.Л.Божака, А.И.Иевлева, В.Ф.Куиляева и др.

На основании отмеченных выше работ и с учетом исследований Н.А.Берштейна, М.И.Виноградова, Д.Д.Донского, А.Ц.Пуни,

Р.М.Ёарнеса, А.Чапаниса, И.С.Кондрора и др., которые касаются проблемы адаптации человека к условиям труда, проведен анализ взаимодействия системы "оператор-условия-машина" применительно к трелевочным тракторам и лесозаготовительным машинам и установлены некоторые несоответствия оптимальным или допускаемым усилиям на органах управления, высокая напряженность труда трактористов-операторов, расположение органов управления вне оптимальных зон и неблагоприятный микроклимат в кабинах. В связи с этим определено главное направление совершенствования процесса трелевки, которое заключается в создании оптимальных условий труда трактористам-операторам за счет разработки.наиболее совершенных систем управления как базовым трактором, так и его технологическим оборудованием. Наиболее перспективными в этом плане являются электрогидравлические системы управления, позволяющие не только обеспечить оптимальные усилия на органах управления, но выполнять элементы технологического цикла в автоматизированных режимах.

Поскольку вопрос влияния системы управления на технико-экономические показатели лесосечных машин шло изучен в теоретическом и практическом плане,нами были'определены цель и задачи исследований.

Во-втором разделе проведены теоретические исследования влияния системы "человек-машина" на процесс трелевки древесины гусеничными тракторами с электрогидравлическим управлением. Исследования включали в сеЙя: общие предпосылки совершенствования процесса трелевки древесины тракторами, анализ и пути снижения психологической и физической нагрузки на тракториста-оператора, анализ динамики элементов системы электрогидравлического привода.

Используя предложенную проф. В.Б.Прохоровым формулу для получения действительной производительности оборудования

( I )

где - коэффициент полезного использования времени;

к - показатель удельной энергопроизводительности, мэ/кВт*ч ■Л^ет- величина реализуемой мощности, кВт.

и учитывая факторы, влияющие на составляющие выражения ( I ), мы

пришли к заключению, что решающее влияние на производительность трелевки оказывает первый-показатель, который учитывает потери времени на выполнение основных и вспомогательных операций цикла. На него активным образом влияет целенаправленная деятельность тракториста-оператора в системе управления.

В общем случае функционирование замкнутой системы "человек-машина" можно представить в виде выражения

Т0 = * V ( 2 )

где - время обнаружения нарушения в управляемом .процессе,

с;

- время принятия решения, с;

¿3 - время на управляющие воздействия по устранению нарушения, с;

- время прохождения управляющего сигнала по элементам системы управления и приведение отклоняющегося параметра в заданное состояние, с.

Для получения максимального эффекта при взаимодействии системы "человек-машина" необходимо сокращение составляющих выражения ( 2 ), а для выполнения элементов технологического цикла совмещение операций управления. Однако, в силу специфики конструкции существующего поста управления такое совмещение не всегда выполнимо из-за поступления избыточной информации, которую оператор перерабатывает и реагирует на нее с опозданием, медленно включая органы управления. Это ведет к увеличению непроизводительных потерь времени цикла. Поэтому при проектировании эрготичес-ких систем необходимо рациональное"распределение функций в системе "человек-машина".

Теоретически оценить психологическую нагрузку на оператора, представленную составляющими и в выражении ( 2 ) сложно из-за стахостичности решаемого процесса управления. Однако, ограничения на нее можно определить, формализовав деятельность тракториста-оператора. При этом, информационную сущность процессов, протекающих в системе, отразим используя понятие энтропии.

Пусть Н(А) - европия состояния управляемого объекта (рис.1) : - у) ^нтропия сигн&гов управления оператора. Н($)~ энтропия ■- . входного сигки , И(п) - энтропия помех. Оператор в про-

цессе управлекг; гъодкт управляющие воздействия через дискретные

HCyJ И(А) Нч(у)

HCs)

Рис. I. Схема контура управления системы "человек - машина"

интервалы времени - такты управления. Поэтому энтропия Ц(А)^'йСч) изменяется в эти же дискретные моменты времени. Вследствие неизбежного присутствия помех идеальная выхода« величина системы Н"(У) отличается от НСу) на величину Н С&) :

Н(Е) = (Н(у)-Н"С*/). ( з )

Тогда задача оптимизации контура управления сведется к отысканию экстремума некоторого выпуклого функционала Iе

Р - СЕЛ7- ТП1Л ( 4 )

где НК(Е) _ энтропия ошибки на к-м такте управляющей коррекции оператора.

ВВедя дополнительные ограничения, касающиеся характера переходных процессов в виде функции Л(5) и др. В случае, когда

НС*)- ОН*Су) и, следовательно, Н(Ю-НСу).

При этом минимизируемый функционал примет вид:

Р[Н„ ( 5 ,

¿=1, 2, 3........к - число тактов управления.

В процессе управления оператор вводит в систему некоторое количество информации. На I -том такте сна будет равна:

f^Hi-rti/J-HlCy) .

Информацию, вносимую помехой выразим через:

ф

Тогда, б переходном режиме справедливо неравенство:

ist 1 <t*t

(б)

( 7 ) ( 8 )

а для установившегося режима должно име.ть место равенство:

К к

(9)

> аг

Практически величина ^ ограничена, поэтому выполнени0 последнего условия можно обеспечить путем правильного выбора интервалов коррекции.

Количество информации,- вносимое оператором в управляемый процесс, равно изменению энтропии выходного параметра процесса

)~Ну{А), " 10 }

где НоС*)- энтропия выходного параметра в начале процесса; Ну (А)- энтропия выходного параметра в установившемся режиме.

Считая, что оператор вбодит управляющие воздействия с интервалом времени ^ . Количество информации, вносимое оператором в А'-м такте управления, равно:

¿х- Нк-Г^к * д нк } ( и ^

.где Н*./ и ¿Ъ _ значение энтропии выходного параметра в (к-1)-й и к -й моменты времени; - прирост энтропии выходного параметра за время за счет действия возмущающих факторов. Информационный показатель процесса в данном случае может быть

выражен 1&Н„

С. - тах < ~~

-л I г J • ( 12 )

Он представляет собой минимально пропускную способность оператора, достаточную для управления процессом. Задачей же оптимизации управляемого процесса является согласование информационной способности оператора с информационным показателем уп- • равляемого процесса. Это согласование состоит' в максимально воз-мэжном приближении С^ и информационной способности оператора Соп . Для этого вводится показатель согласования

* - ~ ( 13 )

Кроме психологической нагрузки на технико-экономические показатели системы "человек-машина" влияет и моторная реакция человека (реализация команд управления) и носит характер физи-

ческой нагрузки. Нами предложено оценивать ее величиной совершаемой работы трактористом-оператором при выполнении управляющих движений органами управления. В свою очередь величина работы А в общем случае зависит от числа включений -Л/ .и времени Т, которые характеризуют темповую и временную напряженност: тракториста-оператора и выступают в роли частных критериев. На величину И/ и Т при выполнении технологического цикла будут оказывать влияние суммарные расстояния передвижения машины Л , скорости выполнения основных и вспомогательных ходое, V , количество органов управления т базов им трактором и "I' -тез нологическим оборудованием, величина их перемещения £ , пр1 ладываемые усилия Р и объем хлыста С£хл .

Комплексный критерий . системы уйравления зависит от составляющих И/ и 7" , равных

*> т; т?

-Г И . - , т' т> -

где , ± f¿ > ¿у ^ а^ г _ соответственно число вклю-

чений, время на управляющие движения и затраты механической работы при управлении базовым трактором и его технологическим оборудованием.

Тогда, суммарная величина совершаемой работы составит

( 17

Поэтому при разработке элементов системы управления необходимо минимизировать главный критерий путем оптимизации частных критериев М и Т .

Указанная оптимизация может быть достигнута за счет миниа-поризации и сокращение числа органов управления, их рационального размещения на пульте, а' так же автоматизации элементов

технологического цикла, имеющих постоянный алгоритм управления.

Аналитическими исследованиями установлено, что информационная нагрузка на тракториста-оператора зависит от постоянной времени гидпропривода, величину ее предложено оценивать обобщенным временем запаздывания , которое определялось из эксперимента по осциллограммам переходного процесса.' (19) где - время запаздывания, эквивалентное постоянным времени линейных элементов, с; - постоянное время запаздывания, обусловленное инерционной нагрузкой гидродвигателя, с; постоянное время запаздывания, определяемое неучтенными малыми параметрами.

Для анализа характера изменения выходной величины (перемещения штока силового гидроцилиндра) от входной (перемещения золотника) и определения настроечных параметров системы управления было использовано уравнение электрогидравлического привода и выполнены расчеты на ЭВМ.

Анализ расчетов показал, что выходная величина системы управления, главным образом, зависит от давления в системе, величины внешней нагрузки и быстродействия магнитов.

Устойчивость системы управления исследовалась по известному в теории автоматического управления операторному методу на основе передаточных функций звеньев системы с использованием преобразования Лапласа. При этом рассмотрены передаточные функции электромагнита ( 20 ), гидроусилителя ( 21 ), гидроцилиндра ( 22 ) •

<р ==,*"'-; ( 20 ) ; ф =-Ъ- ( 21 )

ф ( 22 ) оаГ Т*$* * 9 '

где - коэффициенты усиления звеньев;

£ Т - постоянные времени магнита, катушки, гидроу-

силителя и гидроцилиндра,

- оператор Лапласа.

Приравняв нулю знаменатели найдены при каком значении

-;:лест место полюсы и их расположение на плоскости. По расположения полюсов установлено, что неустойчив™ звеном в системе является гидроцилиндр. В качестве настроечных параметров системы-управления приняты быстродействия магнитов и давление в систему как регулируемые параметры.

Учитывая приведенные выше соображения в направлении снижения психологической и физической нагрузок на тракториста-оператора и имея сведения о динамике звеньев системы управления,представляется возможным перейти к разработке схемы системыДЭГУ тракторами и ее технической реализации.

В третьем разделе приводится техническое обосйование системы электрогидравлического управления тракторами, уровня автоматизации элементов технологического цикла и требования к ДЭГУ.

Далее дано структурное построение и описание работы принципиальной схемы системы управления и ее элементов.

Синтезируется конструкция и размещение пультов управления стационарных для ТДТ-55 и ТБ-1 и выносного для ТДТ-55, приводятся места установки злектрогидравлических исполнительных устройств.

В четвертом разделе приводится методика и результаты комплекса лабораторно-стендовых и полигонных испытаний, исследований системы управления при работе тракторов ТДТ-55 и ТБ-1.

Определение рабочих параметров звеньев системы управления производилось В1 процессе их отладки на стендах и непосредственно на объектах управления. Рабочие напряжения электромагнитов, давление измерялось серийными измерительными приборами. Динамические характеристики звеньев системы управления тракторами ТДТ-55 и ТБ-1 исследовались при постановке эксперимента по осциллограммам переходного процесса при типовых управляющих воздействиях.

Обработка осциллограмм показала, что для тракторов ТДТ-55 среднее время прохождения команды управление по техническим звеньям системы управления на включение составляет 0,79 с, а на выключение - 0,6 с,

У трактора ТБ-1 время срабатывания золотника управления распределителя изменяется от 0,1 до 0,19 с при включении и от 0,1 до 0,2 при выключении. Для второго каскада распределителя соответственно от 0,03 до 0,12 с при выключении и от 0,06 до 0,14 при выключении.

На рис.. 2 показана циклограмма времени взаимодействия элементов системы при управлении муфтой сцепления

4

2

----—— У

. - ■ \ ■ ■ ■ < л. ,11

О 20 40 ео 80 /00 '¿о С/0~г

Рис. 2.' Циклограмма взаимодействия элементов системы

при управлении муфтой сцепления трактора ТДТ-55 I - сигнал с пульта управления; 2 - сигнал тензодатчика; 3 - сигнал на электромагните

Точность управления'манипулятором оценивалась величиной перерегулирования соответствующего гидроцилиндра. Эксперекентами установлено, что она зависит от оборотов двигателя и Енешней нагрузки и изменяется при управлении рукояти на подтягивание от 32 до 100 км, при зыносе - '22-50 мм. Бользюй разброс при подтягивании объясняется совпадением направления действия внешней нагрузки с направлением усйния гидроцилиадра. При повороте гидроманипулятора алэво величина перерегулирования варьируется от 8 до 23 мм, вправо - от 17 до 33. При подъеме стрелы исследуемая величина изменялась от 5\до 7 мм, а при опускании от 18 до 35 мм.

В период полигонных испытаний проводились исследования по сравнительной оценке эксплуатационно-эргономического качества системы ДЭГУ экспериментальными тракторами и базовыми вариантами. Здесь оценивалась операционная напряженность труда тракториста-оператора по количеству манипуляций с органами управления, а так же определялись временные затраты на выполнение наиболее сложных команд управления с учетом перемещения конечностей рабо-чего_5_ В табл. I приводятся итоговые результаты эксплуатационных

исследований трудовой деятельности тракториста-оператора трактора ТДТ-55 и ТДТ-55 с ДЭГУ.

Таблица I

Поэлементные затраты времени и количество включений органов управления при управлении трактора ТДГ-55 и ТДГ-55 с ДЭГУ

Операции и команда | ^^ ! ТДГ-55 ^ с ДЭГН

управления |Время на вы|кол-во |Время на \Кол-во ко

"полнение, с"включен-вып.операц-манд управ.

Трогание с места 4,5 5 2,14 2

Переключение передач 5 6 1.4 . 1-2

Остановка трактора 4 4 0,8 I

Подготовка к сбору

пачки 5,5 3 1.3 2

Натаскивание пачки 14 12 3,4 4

Итого 33,0 30 9,04 10-11

Аналогичные исследованияпроводились и при работе трактора ТБ-1 оборудованного ДЭГУ технологическим оборудованием.

В результате проведения комплекса лабораторно-стендоЕых и полигонных испытаний исследований системы ДЭГУ тракторами ТДТ-55 и ТБ-1 установлено:

- применение ДЭГУ трелевочными тракторами способно обеспечить расположение органов управления в оптимальных эргономических зонах, снизить физическую тяжесть труда тракториста-оператора

и довести усилия на органах управления до оптимальных I - 1,5 Н, сократить количество органов управления;

- снизить непроизводительные потери времени засчет бкаро-действия звеньев системы, обобщенное время запаздывания по реализации команд при ДЭГУ снижается на 0,6-1,7 с против шарнирно-рычажной системы управления;

- система ДЭГУ тракторами ТДТ-55 позволяет выполнять, в полуавтоматическом и автоматическом режимах следующие операции и их элементы: переключение передач, останов трактора, вариация оборотов двигателя при включении-выключении муфты сцепления, сбор пачки;

- система ДЭГУ тракторами обеспечивает надежную и безаварийную работу как самой машины, так я тракториста-оператора.

В пятом разделе изложена методика и результаты производственных испытаний трелевочных тракторов ТДТ-55 и ТБ-1, оборудованных системой дистанционного электрогидравлического управления, а так же результаты исследований автоматизированного управления гидроманипулятором трактора ТБ-1 и технико-экономические расчеты при внедрении ДЭГУ трактора ТБ-1.

Для этого в процессе исследований проводились, опыты и анализировались следующие показатели: удельные затраты времени на набор и отцепку пачки, рейсовая нагрузка, скорости грузового и холостого хода, удельные затраты времени на выполнение вспомогательных работ, эргоном ¡ческие показатели по системам управления.

В результате оСраС гки эксперимент'"'-'"•т данных нами получены значения удельное затрат времени-на фор- -<<:>шие, сброс и отцепку пачки, значения рейсовых нагрузок к сь г-: /гей движения.

На рис. 4 изображены зависимости удедь-лзс затрат времени: а) на формирование и б) на сброс и отцепку пачки деревьев у тракторов ТДТ-55 и ТБ-1 от объема хлыста

6

а)

б)

%

\ N ч

ог

0,2 Вис. 4

4*

0.4

о, г 0,2 0.3 44 0,5

Зависимости: а) ^ = / С9**) для ТДТ-55 и ТБ-1; Ю Для ТДГ-55

.1 - ТДТ-55; 2 - ТДГ-55 с ДЭГУ; 3 - ТБ-1; 4 - ТБ-1 с ДЗГУ

Опытами установлено, что удельные затраты времени на I м3 при формирований пачки у экспериментальных тракторов на 1,7-4,3% ниже, чем серийных, снижение затрат времени на рейс составляет у тракторов ТДТ-55 0,9-1 мин., у тракторов ТБ-1 - 2,2-2 мин. Снижаются так же удельные затраты времени на отцепку пачки у тракторов ТДТ-55 на 10-12 % сокращение временных затрат на peile 0,5-0,6 мин. УТБ-1 изменение указанных величин незначительные и составляет около I % в сторону уменьшения. Увеличиваются средние скорости движения у экспериментальна тракторов ТДТ-55 на 5 % с увеличением расстояния трелевки.

Степень тяжести труда трактористов-операторов оценивалась энергозатратами на выполнение управляющих воздействий и информационной загрузкой.

Величина совершенной работы расчитывалась по формуле ( 23 )

Аг = £ 77: Р£ s COS и, (23)

r,=f '

где - количество включений органов управления,

- фиксированное значение усилий органов управления,

Si - ход (величина перемещения) органов управления,м.

Опыты проводились в летний для тракторов ТДТ-55 период, а для ТБ-1 в зиший период времени. Б результате эксперимента установлено, что при 12 рейсах в смену энергозатраты на включение органов управления на серийном тракторе ТДТ-55 составляют 84622,8 Дж, а количество управляющих воздействий - 3339,6. Для экспериментального соответственно - 1058,4 Дж и 1702 команды управления.

Оценивая работу тракториста и оператора тракторов ТДТ-55 по критериям предложенным Кондрором с точки зрения монотонности, установлено, что труд тракториста относится к напряженному -13,9 включений в мин. для серийного и 7,7 вкл/мин. для экспериментального. Эти показатели расчитаны на период активной работы тракториста и оператора. В расчете на рабочую смену они равны 8,8 вкл/мин для серийного и 4,5 вкл/мин. для экспериментального, что ближе и соответствует норме (6 вкл/мин). Что касается энергозатрат рабочего, так они в 80 раз ниже при работе на экспериментальном тракторе. При этом в 1,9 раза уменьшается количество команд управления, в 2,5 раза сокращается время на их реализацию.

В информационном плане установлено снижение величины . Аб-

солютная величина его равна для серийного 1,3, а для экспериментального 0,3.

Для трактора ТВ-1 при II рейсах в смену с ДЭГУ технологическим оборудованием позволяют снизить затраты времени на реализацию команд управления в 2 раза. 3 20 раз снизить энергозатраты тракториста - оператора на суммарное включение органов управления. Однако, без автоматизации элементов технологического цикла число включений в минуту органов управления превышает 25.

Для автоматизации управления гидроманипулятором трактора ТБ-1 и улучшения эргономических показателей системы управления нами экспериментально определены оптимальные циклограммы включения приводов при доставке дерева (хлыста) в коник из различных рабочих зон манипулятора и его возврата в зону захвата дерева (хлыста). Схема ДЭГУ дсполнена разработанным блоком автоматизированного управления гидроманипулятором на базе ДЭГУ, который позволяет выполнить полуавтоматическое управление манипулятором при доставке дерева в коник по четырем программам и возврат его в зону захвата дерева согласно схеме, показанной на рис. 5.

Рис. 5 Схема секторов рабочих зон при автоматизированном управлении манипулятором Опытами определены затраты времени на доставку хлыста в коник при ручном и автоматизированном управлении манипулятором и показаны в табл. 2

Таблица 2

Затраты времени на доставку хлыста в коник трактора ТБ-1 при ручном и автоматизированном управлении манипулятором

!' Время на доставку хлыста в коник

№ сектора ,-:-■ . v--

| ТБ-I ДЭГУ^ ТБ-1 ДЭГУ (АВТ)

- I2-I6 14

П - Ш II II

1У 12-16 • 13,5

У 12-15 13,8

УТ . 12-16 13,5

УП 14-18 16,3

УП 15-19 17-20

Время на доставку манипулятора в зону захвата I-П сектора составляют 3,5-4 с, а в зону У1-УШ сектора 5-10 с; что не ниже ручного управления. Число включений-в расчете на I хлыст в зависимости от его расположения при автоматизированном управлении манипулятором сокращается на 4-6. включений.

Экономическая эффективность от внедрения только ДЭГУ манипулятором согласно^ расчетов составляет 505 руб. на I трактор, фактический рост производительности в момент постановки опытов составил 7-10 %.

В приложениях приведены распечатки результатов расчетов на. ЭВМ выходных параметров электрогидравлического привода при заданных входных, технические требования к- системе электрогидравлического управления тракторами ТДГ-55 и ТБ-1, описание'работы схемы электрогидравлического автоматизированного управления гидроманипулятором ТБ-1, акты испытаний и внедрения макетных образцов тракторов, оборудованных разработанной нами системой управления.

Основные выводы и предложения

I. Анализ известных схем и конструкций систем управления показал, что ни одна из них в машинах для лесной отрасли не обеспечивает создантз нормальных условий труда трактористу-оператору

с точки зрения физической и эмоциональной нагрузок, а так же расположения органов управления в оптимальных эргономических зонах. Это в значительной степени влияет на эффективность процессов, выполняемых машинами.

2. Доказано, что одним из путей повышения показателей функционирования процесса трелевки является модернизация систем управления на базе автоматизированных злектрогидравлических устройств, которые могут существенно снизить психофизиологическую загрузку оператора и затраты времени на выполнение цикла.

3. В результате теоретических построений сформулированы требования к автоматизированной системе управления. За основу приняты теория производительности машин, математическая теория информации, элементы теории автоматического регулирования и управления в привязке к элементам электрогидравлического привода. Определены динамические параметры звеньев системы управления, предельные значения информационной и физической загрузок оператора при. различных способах управления. Установлено, что электро гидравлическое управление наилучшим образом способно распределить функции в системе "человек - машина".

4. Требования к системе электрогидравлического управления тракторами реализованы в разработанной испытанной й внедренной системе автоматизированного электрогидравличесг.ого управления тракторами ТДТ-55 и ТБ-1.

5. Анализ.трудовой-деятельности тракториста-оператора и ручного поста управления показал, что последний не обеспечивает рациональных режимов процесса трелевки.

6. В результате лабораторных и производственных испытаний установлено, что степень совершенства системы управления влияет на технико-экономические показатели работы как трактористов-операторов, так и машин, что подтверждает справедливость теоретических выводов.

7. Разработанная методика и специальная аппаратура производственных испытаний тракторов позволяет повысить достоверность собираемой информации о процессе и может быть использована для испытаний других лесосечных машин.

8. Предложенная конструкция электрогидравлического управления функционально обеспечивает эффективное управление приводами

трактора и обладает следующими преимуществами, позитивно влияющими на процесс трелевки:

- позволяет автоматизировать управление тягово-транспортнкм агрегатом и технологическим оборудованием тракторов. При этом довести усилия на органах управления до 1-1,5 Н, в 80 раз снизить энергозатраты на управляющие воздействия, сократить количества включений органов управления до 4,5 вкл/мин (при норме 6);

- снизить удельные затраты времени на элементы технологического .цикла;

- повысить производительность тракторов.

9. Полученные в результате прорабЬтки теш выводы позволяют рекомендовать :

- НИИ и КБ использовать результаты исследований при создании перспективных и модернизации существующих конструкций трелевочных тракторов и других лесосечных машин;

- предприятиям отрасли при условии серийного выпуска лесозаготовительных машин с разработанной системой управления решать вопросы повышения производительности на основных операциях лесозаготовительного комплекса, повысить престижность труда трактористов-операторов лесосечных машин в социальном аспекте, решить проблему по подбору кадров, снизив к ним профессиональные требования.

10. Расчетный годовой экономический эффект от внедрения ДЭГУ технологическим оборудованием трактора ТБ-I составит 505 рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Гарузов В.И., Федоринин В.А., Яковлев В.Т. Радио-и телеуправление трелевочными тракторами "Лесная промышленность" ¥ 12, М., 1974. с. 22-23.

2. Яковлев В.Т. Резервы повышения производительности лесозаготовительных машин. Тезисы докладов научно-технической конференции ЦШИМЭ 1У. м., 1975'. с 18-19.

3. Яковлев В.Т. Резервы повышения производительности на трелевке леса тракторами и многооперашонными машинами на основе разработки системы автоматизированного управления. Сб. тезисов докладов научно-технической конференции ТбилНИИлеслрома. X.I975. Тбилиси, с 4-46. .

4. Яковлев В,Т.- Разработка и исследование способа снижения физической и психологической нагрузки оператора лесозаготовительных машин. Сб. тезисов докладов Ш Всесоюзной научно-технической конференции "Комплексная механизация и автоматизация подъемно-транспортных работ в лесной деревообрабатывающей промышленности" 1977, М. с. 254-257.

5. Яковлев В.Т. Оптимизация и оценка системы "человек -производственная среда -- машина" применительно к лесосечным машинам с целью"повышения их эффективности и качества ВИНИТИ, 1982, М.

6. Федоринин В.А., Яковлев В.Т., Сидельников И.А. Исследование новых методов управления самоходными лесосечными машинами. Тезисы доклада научно-технической конференции, посвященной 50-яетию ВЛТИ, 1981. Воронеж.

7. Иевлев А.И., Меле'пко В .Л, Яковлев В.Т. Способ машинного срезания и пакетирования деревьев и лесозаготовительная машина для его осуществления. A.C. 818554 БИ » 13, 7.04.81

8. Иевлев А.И., Меяеако В.Л., Яковлев В.Т. Манипулятор лесозаготовительной машины A.C. 808054 Б.И. « 8. 10.3.81

9. Иевлев А Л., Меяешко В.Л., Яковлев'В.Т. Захватно-срезаю-цее устройство-лесозаготовительной машины A.C. >< 736910 Б.И. ч 20. 30.05.80

10. Ефанова A.A., Яковлев В.Т., Бужор В.П., Климов В.М. Ис- -следование факторов оперативной деятельности в процессе управления лесозаготовительными машинами манипулжгорного типа ВНИПИЭИ. 1963. спр. У 1079лб

11. Яковлев В.Т. Синтзэ элементов системы "оператор-производственная среда-машина" применительно к трелевочным тракторам на основе дистанционного автоматизированного управления. Сб,тезисов докладов научно-техн. совещания. М., 1966,. с. 216-218.

12. Яковлев В.Т. Анализ динамики элементов системы электрогидравлического привода ВНИПИЭИлеспром Ч 2431лб 89., М. ■

13. Яковлев В.Т. Экспериментальные исследования параметров системы электрогидравлического управления технологическим оборудованием трактора ТБ-1 ВНИПИЭИлеспром » 2430лб 89. М.

14. Петровский B.C., Яковлев В.Т. Способы создания оптимальных условий труда трактористу-оператору лесосечных машин Сб. тезисов

докладов Всесоюзного научно-технического совещания. Эргономика и научно-технический прогресс в лесной промышленности и лесном хозяйстве 1989. М. с. 144-148.