close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Математическое моделирование компьютерная оптимизация технологий параметров оборудования и систем управления лесного комплекса (сб. науч. тр. Вып.13)

код для вставкиСкачать
4
РАЗДЕЛ I МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ,
ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
УДК 519.87+674-412
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ В
СИСТЕМАХ УЧЁТА ОБЪЁМОВ ДРЕВЕСИНЫ
М.В. Филипцов (ВГЛТА)
Эта задача должна решаться с учётом сложившейся практики переработки круглых лесоматериалов. В частности, в лесопилении построение технологии распиловки брёвен базируется на измерении диаметров пиловочных
брёвен в верхнем сечении их длины. По этим параметрам часто производится
сортировка пиловочного сырья. Технологические расчёты поставов (схем
распиловки брёвен) основываются на учёте требуемой спецификации пиломатериалов с увязкой распределения объёмов пиловочного сырья по диаметру в верхнем отрубе и длине. В связи с вышеизложенным, учёт пиловочного
сырья в лесопилодеревообрабатывающей промышленности производится,
исходя из диаметров и длин брёвен по соответствующим таблицам. Эта технологическая обстановка переработки пиловочника также соответствует техническим условиям переработки балансов, рудничной стойки, строительных
брёвен, шпального сырья.
Таким образом, технология переработки круглого леса требует математических моделей брёвен, исходными параметрами которых должны быть
диаметры в верхних сечениях и длины круглых лесоматериалов.
При реализации в практике систем компьютерного управления процессами лесопиления, шпалопиления, переработки рудстойки, баланса необходимо измерять длины и верхние диаметры брёвен. Такие системы измерения
и учёта параметров круглых лесоматериалов разработаны и внедрены в производство сотрудниками кафедры АПП ВЛТИ на Лесосибирском, Новоенисейском, Красноярском доке. Опыт эксплуатации этих систем компьютерного учёта показал высокий уровень точности и надёжности измерения диаметров и длин сортиментов круглого леса.
Анализ геометрических и качественных параметров круглых лесоматериалов показал, что по форме все сортименты круглого леса можно разделить на 3 группы. Из каждого хлыста всегда получается только одно комлевое бревно, всегда одно вершинное, а также одно, два, три и более средних
брёвен. Поэтому математические модели брёвен должны быть трёх видов:
комлевые, срединные и вершинные.
В лесопилении и шпалопилении используются комлевые и срединные
брёвна. Поэтому компьютерная поддержка распиловки этих брёвен должна
строиться на использовании их математических моделей.
В 1992 году на кафедре АПП ВЛТИ проведён анализ методов математического моделирования круглых лесоматериалов [2]. Рассмотрены описан© Филипцов М.В., 2008
5
ные в литературе математические модели в виде усечённого пораболойда.
Эта модель даёт погрешность в вычислении диаметров брёвен ±15-20%,
ошибки в вычислении объёмов брёвен ещё больше. Был сделан однозначный
вывод о непригодности формул усечённого пораболойда для решения задач
компьютерной поддержки технологий переработки круглого леса.
В связи с этим кафедрой АПП ВЛТИ были разработаны более точные
математические модели брёвен, которые учитывают особенности формообразования круглого леса в зависимости от породы и места вырезки из хлыста.
Эти модели представлены в относительных величинах в виде функций изменения относительного диаметра брёвен по относительной длине, тем самым
математические модели учитывают и породу древесины, и место вырезки из
хлыста. Модели охватывают весь диапазон изменения диаметров и длин брёвен. Общий вид математических моделей брёвен:
⎡ ⎛ Y ⎞2
⎤
⎛Y ⎞
2 х = d в ⎢ А2 ⎜ ⎟ + А1 ⎜ ⎟ + А0 ⎥,
⎝H⎠
⎢⎣ ⎝ H ⎠
⎥⎦
(1)
где 2х – текущий диаметр бревна на расстоянии Y от комля, м;
dв – диаметр бревна в верхнем торце, м;
H – длина бревна, м;
Y – расстояние от анализируемого сечения до нижнего сечения, м;
А2, А1, А0 – коэффициенты, зависящие от породы древесины и места
вырезки бревна.
Получение математических моделей сосновых комлевых, срединных и вершинных брёвен. Для получения математических моделей комлевых, срединных и вершинных сосновых брёвен проведены эксперименты на
Апшеронском доке. Измерено 100 брёвен. Начиная с комлевой части, сделали измерения средних диаметров сечений по длине брёвен через 50см.
Результаты замеров занесены в таблицу и вычислены относительные
величины 2х/dв и Y/H, где 2х/dв – относительный текущий диаметр кряжа; Y/H
– относительная высота (см. рисунок).
Методом наименьших квадратов и с помощью ЭВМ вычислены величины коэффициентов А2, А1, А0. Уравнения образующей брёвен сосны в коре
и без коры имеют следующий вид:
а) комлевые брёвна
В коре
2
⎡
⎤
⎛Y ⎞
⎛Y ⎞
2 х = d в ⎢0.27⎜ ⎟ − 0.64⎜ ⎟ + 1.37 ⎥.
⎝H⎠
⎝H⎠
⎢⎣
⎥⎦
(2)
Без коры
2
⎡
⎤
⎛Y ⎞
⎛Y ⎞
2 х = d в ⎢0.28⎜ ⎟ − 0.57⎜ ⎟ + 1.29⎥.
⎝H⎠
⎝H⎠
⎣⎢
⎦⎥
(3)
6
Рисунок. Модель бревна: 2х/dв – относительный текущий диаметр бревна; Y/H – относительная высота [1]
б) срединные брёвна
В коре
2
⎡
⎤
⎛Y ⎞
⎛Y ⎞
2 х = d в ⎢− 0.009⎜ ⎟ − 0.25⎜ ⎟ + 1.26⎥.
⎝H ⎠
⎝H⎠
⎣⎢
⎦⎥
(4)
Без коры
2
⎡
⎤
⎛Y ⎞
⎛Y ⎞
2 х = d в ⎢− 0.05⎜ ⎟ − 0.24⎜ ⎟ + 1.21⎥.
⎝H⎠
⎝H⎠
⎢⎣
⎥⎦
(5)
в) вершинные брёвна
В коре
2
⎡
⎤
⎛Y ⎞
⎛Y ⎞
2 х = d в ⎢− 0.09⎜ ⎟ − 0.15⎜ ⎟ + 2.25⎥.
⎝H⎠
⎝H⎠
⎣⎢
⎦⎥
(6)
Без коры
2
⎡
⎤
⎛Y ⎞
⎛Y ⎞
2 х = d в ⎢− 0.33⎜ ⎟ − 0.90⎜ ⎟ + 2.19⎥.
⎝H ⎠
⎝H⎠
⎢⎣
⎥⎦
(7)
Анализируемые математические модели дают возможность найти формулы для вычисления объёмов сосновых брёвен:
V=
π
H
(2 x)
4∫
2
dY .
(8)
0
После преобразования и интегрирования получим конечные формулы
определения объёмов кряжей, поступающих в раскряжёвку на чураки:
а) комлевые брёвна
В коре
π
V = 1.31 d в2 Н .
4
(9)
7
Без коры
π
V = 1.21 d в2 Н .
4
(10)
б) срединные брёвна
В коре
V = 1.28
π
4
d в2 Н .
(11)
d в2 Н .
(12)
Без коры
V = 1.27
π
4
а) вершинные брёвна
В коре
V = 2.83
π
4
d в2 Н .
(13)
d в2 Н .
(14)
Без коры
V = 2.28
π
4
Проверка точности этих формул проведена по таблицам объёмов круглых лесоматериалов ГОСТа 2708-85. Погрешность формул: Рср=+4.9…–3.4%.
Эта разница объясняется тем, что фактический объём комлевых сосновых брёвен за счёт закомелистости на 4.9% больше, а объём вершинных сосновых брёвен на 3,4% меньше, чем объёмы срединных еловых брёвен, на
основе которых составлены таблицы объёмов круглых лесоматериалов для
всех пород ГОСТа 2708-85.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.
Головнёв, В.Н. Оптимизация рубок ухода для увеличения выхода
безсучковой древесины в берёзовых древостоях и оптимизация раскроя хлыстов. [Текст] / В.Н. Головнёв – Автореф. дис.... – Воронеж: ВГЛТА, 2002. –
16 с.
2.
Петровский, В.С. Оптимальная раскряжёвка лесоматериалов.
[Текст] / В.С.Петровский – М.: Лесн. пром-сть, 1989. – 288 с.
УДК 630*33.2.001.57
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ФРЕЗЕРОВАНИЯ ПНЕЙ
МАШИНОЙ МУП-4 С ГИДРОПРИВОДОМ РАБОЧЕГО ОРГАНА
П.И. Попиков, Е.В. Беликов (ВГЛТА), В.В. Посметьев (ВГТУ)
Для удаления пней существует ряд машин и орудий с различными рабочими органами. В частности, машина для удаления пней МУП-4 имеет рабочий орган в виде усеченного конуса с механическим приводом от раздаточной коробки, который установлен на стреле впереди трактора ТДТ-55А.
По образующим конуса установлены скалывающие ножи по спирали, а на
© Попиков П.И., Беликов Е.В., Посметьев В.В., 2008
8
нижнем основании установлены два подрезающих ножа. Рабочий процесс
осуществляется при опущенной стреле и ее повороте в горизонтальной плоскости для подачи вращающегося рабочего органа на пень. Однако машина
для удаления пней МУП-4 удовлетворяет требованиям только при понижении пней мягколиственных и хвойных пород, а при удалении пней твердолиственных пород снижается производительность из-за высокого уровня вибрации.
Нами предложена новая компоновка скалывающих и подрезных ножей
на рабочем органе [1] (рис. 1). Рабочий орган приводится во вращение с помощью гидромотора установленного соосно с фрезой (рис. 2).
Для описания работы фрезерной машины для понижения пней используем дифференциальное уравнение вращения твёрдого тела вокруг неподвижной оси:
dω
J пр ⋅
= M дв − M c.ф. ,
(1)
dt
где Jпр - приведенный момент инерции вращающихся масс к валу
гидромотора кг⋅м2;
ω – угловая скорость вала гидромотора, с-1;
Мдв – движущий момент, развиваемый гидромотором, Н⋅м;
Мс.ф. – момент сопротивления фрезерования пня, Нּм.
Jпр=Jгид+Jд - приведенный момент инерции вращающихся масс к валу
гидромотора;
Jгид – момент инерции вращающихся элементов гидромотора, кгּм2;
Jд – момент инерции фрезерного барабана, кгּм2.
Рис. 1. Схемы взаимодействия подрезного и скалывающего резцов
9
Рис. 2. Силовое взаимодействие рабочего органа с пнем: 1 – рабочий
орган, 2 – пень, U – вектор скорости главного движения, z – ось вращения рабочего органа, ω – угловая скорость вращения рабочего органа, H – высота
усеченного конуса, R – радиус нижнего основания, r – радиус верхнего основания, l – длина образующей конуса (длина дуги контакта), Pτ – равнодействующая касательных сил (данная сила ортогональная плоскости рисунка), Pn
– равнодействующая нормальных сил
⎛2
⎛
β
β ⎞ ⎞
⎜ ρHτ (π − β )⎜⎜ cos⎛⎜α + ⎞⎟ + f тр sin⎛⎜α + ⎞⎟ ⎟⎟ + ⎟
2⎠
2 ⎠⎠ ⎟
⎜π
⎝
⎝ ⎝
dω ηп ⋅ qm ⋅ p ⎜
⎟ ⋅ l ⋅ n ⋅ (R + r ) / 2
J пр ⋅
=
− ⎜ + Lσ см.r (sinδ + fТР cosδ ) +
(2)
⎟
2πη0
dt
⎟
⎜ 1
⎟⎟
⎜⎜ + H r ρ (cosα + cosδ )( f трctgα −1)
⎠
⎝ 2
где ηп – полный КПД гидромотора;
η0 – объёмный КПД гидромотора;
qm – удельный объём гидромотора, м3/об;
p – перепад давлений рабочей жидкости между полостями нагнетания и
слива гидромотора
n – количество ножей;
α – задний угол;
β – угол заострения;
ρ – радиус округления лезвия;
Ητ – статическая твердость древесины в тангенциальном направлении;
fтр – коэффициент трения древесины о режущий элемент;
L – зона соприкосновения передней грани резца с древесиной;
10
σсм.r – предел прочности древесины на смятие поперек волокон в радиальном направлении;
Ηr – статическая твердость древесины в радиальном направлении.
Для возможности более полного анализа динамических процессов в
гидроприводе фрезерной машины, уравнение (2) должно быть дополнено
вторым дифференциальным уравнением, которое описывает расход рабочей
жидкости.
Это уравнение имеет вид
dp
1
=
⋅ q н nн − q mω − a y p ,
(3)
dt K p
(
)
Kp – коэффициент податливости упругих элементов гидропривода;
qн – рабочий объем насоса, м3/об;
qm – рабочий объем гидромотора, м3/об;
nн – угловая скорость вращения насоса, с-1;
ω – угловая скорость вращения вала гидромотора, с-1;
ay – коэффициент утечек, м3/(с·Па).
Система уравнений (2, 3) представляет собой систему дифференциальных уравнений первого порядка, которая описывает динамические процессы
в рассматриваемом гидроприводе рабочего органа машины для удаления
пней.
Уравнения (2), (3) вместе с соответствующими начальными условиями
представляют собой задачу Коши для обыкновенных дифференциальных
уравнений второго порядка. Для решения задачи Коши обычно используют
одношаговые численные методы, в частности, в данной работе используется
модифицированный метод Эйлера [2]:
где
ϕ
k +1
ω
k +1
= ϕ + ω ⋅ Δt +
k
k
=ω +
k
p k +1 = p k +
где
ε k ⋅ (Δt )2
ε k + ε k +1
2
p& k + p& k +1
2
2
;
(4)
⋅ Δt ;
(5)
⋅ Δt ,
(6)
k – номер шага интегрирования;
φ – угол поворота вала гидромотора, с-1;
ε – угловое ускорение вращения вала гидромотора, с-1;
Δt – шаг интегрирования (элементарный отрезок времени);
p& – производная давления по времени.
По сравнению с базовым методом Эйлера, имеющим первый порядок
погрешности, данный метод имеет третий порядок погрешности для координаты и второй для скорости, а сама вычислительная схема (4, 5, 6) является
эффективной и устойчивой [3]. Шаг интегрирования для всех расчетов принимался Δt = 0,001 с.
11
Таким образом, зная оптимальные значения задних углов α, углов заострения β и углов резания δ для различных пород путем решения математической модели динамических процессов в гидроприводе машины, можно
спроектировать рабочий орган для дробления пней с минимальными энергозатратами.
На основании полученных выражений была изготовлена экспериментальная установка с новым рабочим органом, а так же изготовлен подрезной
нож новой формы и скалывающие ножи различной геометрии с новой расстановкой их на рабочем органе.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Драпалюк, М. В. Силовое взаимодействие фрезерно-скалывающего
рабочего органа с пнем [Текст] / М. В. Драпалюк, П. И. Попиков, Е. В. Беликов // 70 лет кафедре механизации лесного хозяйства и проектирования машин Воронежской государственной лесотехнической академии : сб. науч. тр.
– Воронеж, 2007. – С. 76-82.
2. Советов, Б. Я. Моделирование систем [Текст] : учеб. пособие / Б. Я.
Советов, С. А. Яковлев – М. : Высш. шк., 1998. – 319 с.
3. Инженерные расчеты на ЭВМ: Справочное пособие / под ред. В.А.
Троицкого. – Л.: Машиностроение, 1979. – 288 с.
УДК 681.3
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА ПОДАЧИ СЕМЕННОГО СЫРЬЯ БУНКЕРОМДОЗАТОРОМ
А.В. Кочегаров (ВГТУ)
Выбор наилучшего плана эксперимента (оптимального в некотором заданном смысле) позволяет во много раз повысить к.п.д. исследователя. Это
особенно важно, когда эксперимент проводится в условиях неоднородностей.
Здесь ошибка эксперимента может быть столь большой, что на ее фоне трудно выделить эффективность факторов, действие которых интересует экспериментатора. При наличии сильных источников неоднородностей анализ
экспериментальных данных может быть ошибочным. Прежде чем перейти к
описанию того, какие способы и приемы предлагаются при планировании
эксперимента для уменьшения ошибок, рассмотрим источники и виды неоднородностей [1].
В технологических исследованиях источниками неоднородностей дискретного типа чаще всего являются различия в сырье, аппаратах, машинах,
способах проведения процессов, исполнителях и т.д. Так, весьма часто экспериментатор не в состоянии провести всю серию экспериментов на однородном сырье. Партии сырья могут отличаться по своему составу. Иногда
приходится сравнивать эксперименты, проведенные на различных лабора© А.В. Кочегаров, 2008
12
торных установках. Возможные различия в аппаратуре также рассматриваются как источники неоднородностей. В сельскохозяйственных исследованиях источники неоднородностей это – различия в плодородности участков
земли, в удобрениях, сортах семян, способах ирригации и т.д. В некоторых
случаях влияние источников неоднородностей может быть столь же сильным, как и основных факторов. Тогда эксперимент нужно планировать так,
чтобы специально изучить влияние этого источника неоднородности. Источник неоднородности превращается в один из основных факторов. Отличие
его от других основных факторов, которые чаще всего являются количественными, в том, что он имеет качественную оценку [1].
Планирование эксперимента при наличии качественных факторов приобретает особенно важное значение на первых этапах исследования, при создании новой технологии. Именно здесь приходится производить сложный
перебор комбинаций множества качественных и количественных факторов.
Основная задача планирования в таких случаях – оптимальное сокращение
перебора комбинаций качественных факторов (дискретных элементов) и количественных факторов. Здесь построение наилучшего плана эксперимента
превращается в комбинаторную задачу. В таких ситуациях часто приходится
прибегать к сложным несимметричным планам, в которых количественные и
качественные факторы варьируют на разном числе уровней. Один из способов решения задач оптимизации перебора – применение методов последовательного отсеивающего эксперимента с использованием комбинаторных
планов типа блок-схем и латинских планов [3].
Прежде чем переходить к планам эксперимента, предназначенным для
исключения влияния источников неоднородностей, следует определить за
счет чего можно исключить их влияние на ошибку реализации плана эксперимента и на адекватность полученного математического описания технологического процесса.
Одним из наиболее эффективных приемов исключения влияния неоднородности на результаты эксперимента является декомпозиция математического описания объектов управления с неоднородными характеристиками
[2].
Предварительными исследованиями процесса подачи семенного материала установлено, что для загрузочно-дозирующего устройства наиболее
важными факторами, влияющими на процесс подачи семян являются следующие его параметры: число щеток в механизме питателя zщ ,шт. (Х1); частота вращения питателя nщ , мин –1 (Х2); угол поворота гребенок в заслонке ϕ
град. (Х3);
Все остальные факторы, влияющие на процесс подачи семенного сырья,
были зафиксированы на постоянном уровне и в ходе эксперимента не изменялись. Значения стабилизируемых факторов были выбраны на основании
предварительных теоретических исследований. В ходе эксперимента были
установлены следующие значения стабилизируемых факторов: величин связанных с конструкцией бункера-дозатора: ширина бункера Bб = 0,225м; наибольшая ширина прутка Bпр = 0,01 м; шаг расстановки прутков в решетке L =
13
0.01; радиус щетки - Rщ = 0,035 м; длина щетины щетки - l щ = 0,035м; угол
наклона прутковой решетки к горизонту - α = 350; высота расположения приводного вала над днищем бункера H = 0,065 м.
Щеточные элементы рабочего органа питателя были изготовлены из
конских щетин (длина щетинок 25 мм, диаметр 0,3 мм).
Эксперимент проводился на разработанной лабораторной установке, согласно разработанным методикам.
Как показал анализ технологического процесса истечения семян в бункере-дозаторе и изучения конструкторско-технологических параметров и физико-механических свойств семян хвойных пород, технологический процесс
носит вероятностный характер, а часть входных переменных относится к неуправляемым входным переменным, характеризующимся неоднородностью
[4, 5].
Так как технологический процесс подачи семян носит вероятностный
характер, а выходная переменная y1 является случайной величиной, то для
описания его статики возможно использовать методы регрессивного анализа
по каждой однородной компоненте математического описания [2, 3] на основе статистических данных, накопленных в результате эксперимента.
При получении математического описания технологического процесса
дозирования необходимо для учета неоднородности и декомпозиции математического описания в управлении регрессии вводить либо обобщенный показатель неоднородности k, либо те конструктивные параметры, которые зависят от этого показателя.
Процедуру построения математической модели технологического процесса подачи семян рассмотрим для семян сосны обыкновенной как одну из
однородных компонент математического описания. В качестве выходной переменной была принята производительность y1= Q (кг/ч).
Для построения математической модели [2]
n
n
y1 = b0 + ∑ bij xi + ∑ bij xi x j + ∑ bii xi2 + ...
i =1
i =1
j =1
j ≠1
i =1
,
(1)
где b0 , b1 , bij , bii - коэффициенты уравнения регрессии, оценка которых
β 0 , β1 , β ij , β ii требуется определить в результате постановки и обработки
данных эксперимента, методом регрессионного анализа согласно его предпосылкам вначале проверяется гипотеза о нормальном распределении случайной величины y1 c помощью χ2 – критерия Пирсона.
В результате предварительных экспериментов серий из 50 опытов при
условиях: zщ =2 ; nщ = 35 мин-1, ϕ=30 град (табл. 1). Была проверена гипотеза
о нормальном распределении случайной выходной переменной y1.
2
Так как полученное χ p = 8,37 оказалось больше критического [2]
χ кр2 = 9,49 при уровне значимости q = 0,05, то гипотеза о нормальном распределении выходной переменной была подтверждена.
14
Таблица 1
Значения и уровни варьирования факторов
Наименование
фактора
Число щеток, zщ
Частота вращения
питателя, nщ
Угол поворота
прутков φ, град
Нормализованное обозначение
x1
x2
нижний, xiH
1
25
x3
20
Уровни факторов
основверхной, xiб
ний, xiв
2
35
3
45
Шаг варьирования,
Δxi
1
10
30
10
10
В связи с тем, что данный объект исследования допускает постановку
активного эксперимента, то выбирается план активного эксперимента, формируется матрица планирования после преобразования факторов xi (i = 1,3)
по формуле, определив верхний, нижний и базовый уровни по каждому фактору (табл.2).
Таблица 2
Матрица активного эксперимента
№ опыта
l = 1, N
X0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
+1
+1
+1
+1
+1
+1
+1
+1
+1
+1
+1
+1
+1
+1
+1
Матрица плана
x2
x1
-1
+1
-1
+1
-1
+1
-1
+1
-1
+1
0
0
0
0
0
-1
-1
+1
+1
-1
-1
+1
+1
0
0
-1
+1
0
0
0
x3
-1
-1
-1
-1
+1
+1
+1
+1
0
0
0
0
-1
+1
0
ϑl2
6,18
1,129
1,526
13,8
2,22
8,84
9,3
5,38
2,6
40,29
2,3
29,4
2,35
6,68
4,48
Производительность, кг/ч
ŷ1
y1
2,7
6,6
5,2
18,3
7,4
19
10
31
5,3
17,6
8
16
7
15,9
11,5
2,525
6,355
5,135
18,265
7,225
18,855
10,035
30,98
5,27
17,65
8,74
16,1
7,11
15,81
11,46
В большинстве случаев квадратичная модель оказывается достаточно
работоспособной [2], то после преобразования факторов в стандартизованный масштаб был выбран В-план и реализован с параллельными опытами m
= 5.
После реализации плана эксперимента с m параллельными опытами
(m ≥ 3) проводится проверка воспроизводимости опытов с использованием
критерия Кокрена. Так как расчетное значение G расч = 0,13 оказалось меньше
критического [2] Gкр = 0,24 для q = 0,05, при числе степеней f = m − 1 = 4 , то
гипотеза о воспроизводимости опытов (об однородности выборок) была принята, после чего определены оценки коэффициентов регрессии и проведена
проверка гипотезы о статистической значимости по t-критерию Стьюдента.
15
Расчет нормированных коэффициентов регрессии, дисперсий коэффициентов и ковариации проводили на ЭВМ с помощью пакета программ Excel
методом наименьших квадратов с помощью матрицы базисных функций и
столбцов результатов для опытов для y1.
В результате получено следующее уравнение регрессии в стандартизованном масштабе факторов:
ŷ1 = 11,46 + 6,19x1 + 3,68x2 + 4,35х3 + 2,32х1x2 + 1,95х1x3 + 0,08х2x3+
(2)
+ 0,06х12 + 0,39x22 + 0,11x3 .
Проверка статистической значимости по t-критерию Стьюдента показала, что величина tрасч для оценок коэффициентов уравнения регрессии оказалось меньше критического tкр = 2,00 для βˆ23 , βˆ32 , βˆ12 , поэтому эти оценки
были признаны статистически незначимыми и были исключены из уравнения
регрессии, а после перерасчета статистически значимых коэффициентов
уравнения регрессии было получено уравнение для факторов в стандартизованном масштабе:
ŷ1 = 11,16 + 6,08x1 + 3,68x2 + 4,21х3 + 2,56х1x2 + 2,06х1x3 + 0,39x22.
(3)
Далее была проверена адекватность математической модели (3). Для
проверки адекватности определялись расчетные значения F-критерия Фишера. Так как расчетное значение F-критерия Фишера оказалось равным Fрасч
= 1,19, а критическое Fкр = 1,99 при степени свободы f1 = 10, f2 = 60 и уровне
значимости q = 0,05, то была принята гипотеза об адекватности математической модели.
Таким, образом технологический процесс дозированной подачи семенного материала бункером-дозатором на верхнее решето РУ адекватно описывается полученными уравнениями регрессии второго порядка, позволяющими определять его параметры и оценивать эффективность процесса подачи и
распределения семян.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кочегаров, А.В.Проектирование и исследование бункеров-дозаторов
с оптимальными конструктивно-технологическими параметрами с учетом
информационной оценки неоднородности физико-механических свойств семян хвойных пород [Текст]: дисс. …д-ра техн. наук. / А. В. Кочегаров. – Воронеж: ВГТУ, 2007, 295 с.
2. Зацепина, С.А. Теория управления [Текст] / С.А. Зацепина, Я.Е.
Львович, В.Н. Фролов. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 1989.
3. Маркова, Е.В. Планирование эксперимента в условиях неоднородностей [Текст] / Е.В. Маркова, А.И. Лисенков. – М., 1973.
4. Кочегаров, А.В. Математическая оценка неоднородности биологических объектов с использованием элементов теории информации [Текст] /
А.В. Кочегаров, В.Н. Фролов // Наука – производству: науч.-техн. журнал. –
2006.– № 4(90).
5. Кочегаров, А.В. Алгоритмизация процесса оценки неоднородности
биологических объектов [Текст] / А.В. Кочегаров, В.Н. Фролов // Системный
16
анализ и управление в биомедицинских системах: журнал практической и
теоретической биологии и медицины. – 2006. – Т. 5. – № 4.
УДК 630*378+674+001
ПЛАВУЧЕСТЬ КОНТЕЙНЕРОВ С ВОЗДУШНЫМ ПОДПЛАВОМ
И. В. Четверикова (ВГЛТА)
Рассмотрение вопроса плавучести основано на общих формулах теории. В теории судов использование таких формул часто сопряжено с большими трудностями, так как суда имеют сложную форму, в нашем случае ситуация упрощается вследствие относительной простоты формы и конструкции контейнеров.
Контейнер имеет форму цилиндра, нижняя часть его объема занята щепой, а после сброски контейнера на воду в верхней части образовывается
пустота, которая, заполняясь воздухом по технологии, и служит в качестве
естественного подплава, способствующего уменьшению осадки контейнера.
Экспериментально была определена осадка и высота поперечного сечения
контейнера в зависимости от времени его нахождения на воде (изменяется
плотность транспортируемого груза). График зависимости представлен на
рис. 1.
Т,м
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
t,сут
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Рис. 1. Зависимость осадки от времени нахождения контейнера на воде
По графику видно, что осадка контейнера сначала резко возрастает, а
затем становится практически постоянной. Это говорит о том, что измельченная древесина впитывает влагу, а далее этот процесс замедляется и стабилизируется.
Основная проверка на обеспечение плавучести контейнерной единицы
– расчетный коэффициент запаса плавучести, который должен быть не менее
табличного значения Кп ≥ 1,15 [1]. Если это условие соблюдается, то контейнер удержится на плаву необходимый период времени, достаточный для
транспортирования древесной щепы потребителю. Проведя эксперимент [2]
и получив опытные данные, определили коэффициент запаса плавучести при
среднеарифметической осадке Кп = 1,7, при максимальной экспериментальной осадке Кп = 1,4.
© Четверикова И. В., 2008
17
4
Кп
3,5
3
2,5
Кп = 2,3165 – 0,2703Ln(t)
2
1,5
1
0,5
0
0
10
20
30
40
t, сут
Рис. 2. Зависимость коэффициента запаса плавучести от времени нахождения контейнера на воде
Для полного раскрытия поведения контейнера на воде рассматриваются процессы, происходящие со щепой внутри оболочки, интенсивность ее
водопоглощения, распределение влаги по частицам щепы и воздуховыделение измельченной древесины в целом.
Полученные опытные значения осадки контейнерных единиц и коэффициента запаса плавучести подтверждают теоретические предположения о
том, что предлагаемый контейнер будет держаться на воде не только ввиду
относительно малой начальной плотности такого сыпучего груза как щепа,
но и за счет воздушного подплава, образованного естественным путем.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Карпачев, С. П. Транспорт щепы по воде в мягких плавучих контейнерах [Текст]: обзор. информ. / С. П. Карпачев, Н. В. Комяков, Н. В. Ковров и
др. – М.: ВНИПИЭИлеспром, 1986. – 36 с.
2. Налимов, В. В. Теория эксперимента [Текст] / В. В. Налимов. – М.:
Наука, 1976. – 208 с.
УДК 629.114.2
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ В ПОЧВЕ ДИСКОВОГО РАБОЧЕГО
ОРГАНА С ВИБРОЗАГЛУБЛЯЮЩИМ ЭФФЕКТОМ
В.И. Посметьев, А.В. Лиференко (ВГЛТА), В.В. Посметьев (ВГТУ)
При проектировании лесных почвообрабатывающих орудий необходимо решать проблему с надежным заглублением и устойчивым движением на
заданной глубине обработки дисковых рабочих органов. С одной стороны,
лесные дисковые орудия должны быть достаточно тяжелыми, чтобы хорошо
заглубляться в почву, с другой, – неметаллоемкими и легкими, чтобы снизить
динамические нагрузки при работе и перевозке орудия в транспортном положении. Один из путей решения проблемы – применить вибрацию для дополнительного заглубления рабочих органов [1].
© Посметьев В.И., Лиференко А.В., Посметьев В.В., 2008
18
С учетом конструкций лесных дисковых плугов и культиваторов оказалось целесообразным использовать в качестве виброэлемента гидроцилиндр
предохранителя орудия, предотвращающего поломки орудия при встрече с
неперерезаемыми препятствиями (рис. 1).
14
11
16
20
12
17
18
5
19
15
13
ВОМ
21
10
4
О1
9
7
Pi
1
8
2
Rxz
Pi
а
6
Нп
3
а
Рис. 1. Принципиальная (а) и схема
компонования (б) гидравлического пре5
дохранителя с гидропульсатором рабочей жидкости на дисковом орудии: 1 –
рама ору дия; 2 – стойка рабочего ор га
21
20
на; 3 – дисковый рабочий орган; 4 – пру
6
жина; 5 – гидроцилиндр; 6 – гид ро1
пульсатор; 7 – корпус распредели теля
4
гидропульсатора; 8 – эксцентриковый
вал; 9 – поршень; 10 – гидроцилиндр
распределителя; 11 – пружинноб
гидравлический аккумулятор;
12 и 20 – предохранительные клапаны; 13, 14, 15 и 19 – обратные клапаны; 16
– теплообменник; 17 – регулируемый вентиль; 18 – гибкий трубопровод; 21 –
пневмогидравлический аккумулятор; 22 – трактор
22
19
В рабочем режиме орудие, оснащенное гидропульсатором, работает сле дующим образом. При движении дискового рабочего органа 3 (рис. 1) в почве на
заданной глубине а обработки почвы он вместе со стойкой 2 совершает вынужденные колебания в упру гой системе рабочий орган – пружина 4 – почва
под воз действием пульсаций рабочей жидкости в гидроцилиндре 5 предохранителя, передаваемой по трубопроводу 18 от гидропульсатора 6. Регулирование амплитуды колебаний рабочего органа, а следовательно, и глубины обработки в зависимости от удельного сопротивления обрабатываемой почвы
осуществляется из кабины трактора с помощью вентиля 17. Необходимую частоту колебаний дисков устанавливают путем подбора частоты вращения вала
отбора мощности трактора. Остальные элементы гидравлической схемы предназначены для гашения пульсаций в случае закрытого вентиля 17 и перераспределения жидкости при срабатывании предохранителя под воздействием
неперерезаемого препятствия.
Для теоретического исследования предложенной конструкции и оптимизации ее параметров была разработана комплексная математическая модель, учитывающая подсистемы: гидравлическую, механическую и процесса
взаимодействия рабочих органов с почвой.
Модель механической подсистемы была разработана ранее с использованием метода разбиения механизма на отдельные плоские твердые тела, соединенные между собой в контактных точках связями в виде шарниров, невесомых нерастяжимых тяг и пружин. При этом использовался формализованный подход при составлении уравнений движения на базе уравнений Лагранжа первого рода с неопределенными множителями.
Для составления модели гидравлической подсистемы использован универсальный метод комбинации математических моделей для базовых гидроэлементов: насоса, гидроцилиндра, трубопровода, тройника, клапана, гидроаккумулятора. Дифференциальные и алгебраические уравнения, которыми
описываются базовые гидравлические элементы, интегрируются совместно с
основной системой уравнений. Для численного интегрирования используется
модифицированный метод Эйлера. Компьютерные эксперименты проводятся
с помощью специально составленной программы в среде Borland Delphi 7.
Для моделирования взаимодействия рабочего органа (диска) с почвой
(рис. 2) используется конечноэлеметный подход [2]. Почва представляется в
виде большого количества одинаковых элементов – шаров диаметром 7 см,
взаимодействующих между собой и с рабочим органом вязкоупругими силами. Для того чтобы учесть начальную сплошность почвы, контактирующие
шары в модели предварительно "склеиваются", а затем, в процессе движения
рабочего органа, имеют возможность "расклеиваться". Кроме того, после
"расклеивания" шары, помещенные в непосредственную близость, имеют
возможность снова склеиваться, однако с меньшей эффективностью; этим
имитируется возможность влажной почвы слипаться.
20
Рис. 2. Результаты компьютерного эксперимента (виброэффект в
дополнительном заглублении дискового рабочего органа)
Для того чтобы изучить влияние частоты пульсации жидкости fП на заглубление рабочего органа a была проведена серия компьютерных экспериментов с моделью. При этом частоту fП изменяли от 0 до 25 Гц с шагом 5 Гц. Как
видно из графика (рис. 3), при передаче вибрации рабочему органу глубина обработки увеличивается от 10,2 примерно до 15,4 см.
16
a, см
14
12
10
0
5
10
15
20
fп,25
Гц
Рис. 3. Зависимость глубины обработки почвы a от частоты пульсации
fП
Зависимость a(fП) имеет максимум при значениях fП около 11 Гц. При
увеличении частоты от 0 Гц глубина a(fП) сначала увеличивается, так как
вибрация интенсифицирует процесс обработки почвы и позволяет дисковому
рабочему органу лучше заглубляться. После достижения частоты примерно
11 Гц зависимость a(fП) имеет убывающий вид, это в основном объясняется
тем, что пульсации при высоких частотах хуже передаются рабочему органу,
так как гасятся в гидравлической и механической подсистемах. Таким образом, оптимальная частота пульсаций составляет около 11 Гц. Вероятно, частота пульсации рабочей жидкости существенно зависит от параметров почвы, которые изменяют жесткость упругой системы "рабочий орган – пружина
– почва". Для выяснения этого, на следующем этапе исследования целесообразно изучить зависимость оптимальной частоты пульсаций от параметров
почвы.
21
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Посметьев, В. И. Обоснование перспективных конструкций предохранителей для рабочих органов лесных почвообрабатывающих орудий
[Текст] / В. И. Посметьев; ВГЛТА. – Воронеж, 2000. – 248 с.
2. Посметьев, В. И. Модель процесса вибрационного взаимодействия с
почвой дисковых рабочих органов лесных орудий [Текст] / В. И. Посметьев,
В. В. Посметьев // Матем. моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем лесного комплекса : сб. науч. тр.
– Воронеж, 1999. – С. 5-9.
УДК 630*: 65.011.54
ОБОСНОВАНИЕ ДЛИНЫ ОТВАЛА ДИСКОВОГО ПЛУГА
И ВЫСОТЫ ЕГО РАЗМЕЩЕНИЯ
С. В. Зимарин (ВГЛТА)
Основная обработка дренированных почв на вырубках выполняется
дисковыми плугами (ПЛД-1,2, ПДП-1,2, ПДВ-1,5 и др.)
Для повышения качества оборота и укладки пласта предлагается устанавливать на дисковом корпусе плуга отвал [1], ограничивающий подъем
пласта по поверхности диска. Дисковый плуг такой конструкции при работе
на нераскорчеванных вырубках имеет высокую проходимость и обеспечивает
требуемое качество обработки почвы.
Рассмотрев рисунок, определим высоту установки отвала (Н) и длину нижней кромки отвала (L):
Н = аtgγ D − 1 ,
a
⎛
L = a ⎜⎜ 1 + tg γ
⎝
⎞
D
− 1 ⎟⎟ 1 −
a
⎠
(1)
D
a ⎛⎜ 1 + tg γ
⎝
D
− 1 ⎞⎟
a
⎠
,
(2)
где а – глубина обработки; D – диаметр диска; γ – угол наползания
пласта на диск, то есть угол между линией поверхности поля и линией
движения плуга.
Рисунок. Дисковый корпус плуга с отвалом
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Нартов П.С. Дисковые почвообрабатывающие орудия [Текст]. – Воронеж: Изд-во ВГУ, 1972.– 181с.
© Зимарин С.В., 2008
22
УДК 630*174.754:630*18
УПРУГО - ПЛАСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ
ОСИНЫ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ ВЛАЖНОСТИ
М. В. Ивановская (ВГЛТА)
В различных конструктивных элементах, а также при некоторых операциях механической обработки древесины часто испытывает не только статические, но и динамические нагрузки, при которых она деформируется (
растягивается, сжимается, спрессовывается и т. п.)
В связи с этим представляет определенный теоретический и практический интерес исследование упруго-пластических свойств древесины при динамических нагрузках и при различном гидротермическом состоянии. Опыты
проводились на сжатие вдоль волокон.
Для замера усилий, возникающих при ударных нагрузках, часто используют маятниковые и вертикальны копры. Для фиксирования величины
остаточной деформации иногда применяют крешеры, представляющие собой
небольшие цилиндры из мягких металлов, например, из алюминия, меди и т.
п.
В наших опытах для замера упругих, остаточных и суммарных упругопластических деформаций был применен крешерный метод, где в качестве
крешера вместо мягких металлов применялся пластилин. Кроме этого применялся метод механической регистрации деформаций. Эти способы позволяют фиксировать крайнее (начальное), крайнее нижнее (при максимальном
сжатии) и промежуточное (после частичной распрессовки) положения нижней рабочей кромки пуансона, а, следовательно, и подсчитывать величины
всех трех видов деформаций. В исследованиях использованы стандартные
образцы древесины осины по ГОСТу 16483.11-72 с размерами 20х20х30 мм.
Образцы предварительно подвергались обработке, т. е. доводились до
требуемой влажности температуры путем выдерживания в климатической
камере. Перед испытанием образцы замерялись с точностью до 0,1 мм, а после испытания проверялась их влажность стандартным методом. В каждом
опыте испытывалось 10 образцов и подсчитывалась среднеарифметическая
величина деформации [1].
Работа свободного падения ударника, приходящаяся на 1 см2 поперечного сечения образца, определялась по формуле:
m ⋅ g ⋅ hi
кг ⋅ м 2
A=
,( 2
(1)
);
см ⋅ сек 2
F
где m - масса ударника с грузом, кг;
g - ускоренная силы тяжести, м /сек2.;
F - площадь сечения образца,см2;
hi - высота падения ударника, м.
© Ивановская М.В., 2008
23
.
a
b
c
Рисунок. Зависимость упругих Еy , остаточных Е0 и суммарных Е деформаций и реологических коэффициентов (K y , K0 )от удельной работы А : а
– при W < 10%, b = при W = 20%, с – при W = 30%
На основании полученных результатов и расчетов реологических коэффициентов построены графики упругости и пластичности от удельной работы
На рис. графически представлены зависимости упругих Еy, остаточных
Е0 и суммарных Е упруго-пластических деформаций от удельной работы А.
Графики на рисунке построены по опытным данным для образцов с влажностью W=10% (a); с влажностью W=20% (b) и с влажностью W=30% (с). [3]
Результаты исследований показывают, что при удельных нагрузках в
образце древесины осины при ее сжатии в осевом направлении возникают
одновременно как упругие, так и остаточные деформации.[2] При этом величина относительных остаточных деформаций при всех значениях удельной
нагрузки превышает величину упругих деформаций. С увеличением удельной нагрузки все три вида деформаций возрастают с постоянным замедлением, которое объясняется повышением плотности древесины по мере ее упрессовки. С повышением влажности древесины от 10 до 30% деформативность древесины возрастает, что подтверждается увеличением всех трех видов деформаций.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Серговский, П. С. Гидротермическая обработка древесины [Текст] /
П.С. Серговский. – М.: Гослесбумиздат, 1958. – 360 с.
2. Шамаев, В. А. Модификация древесины [Текст] / В. А. Шамаев. –
М.: Экология, 1990. – 120 с.
24
3. Хухрянский, П. Н. Прессование древесины [Текст] / П. Н. Хурянский. – М. : Лесн. пром-сть, 1979. – 248 с.
УДК 674.093
СРАВНИТЕЛЬНАЯ СУШКА СЕКТОРНЫХ И ПРЯМОУГОЛЬНЫХ
ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
В.Б. Щепкин, В.С. Болдырев (ВГЛТА)
Прямоугольные и секторные пиломатериалы получали из сосновых цилиндров диаметром 30 см и длиной 300 мм, выпиленных из одного бревна.
Раскрой производился по разметке на ленточнопильном станке (рис.1). Из
одного чурака получали 3 образца прямоугольного сечения и 3 образца секторного сечения. Все образцы для сохранения влаги укладывали в один полиэтиленовый мешок. Выпиливали образцы пяти толщин: 25; 35; 45; 50; 60
мм, при этом из каждого чурака получали образцы только одной толщины.
Рис. 1. Разметка торцевой и боковой поверхности чурака: B, H – соответственно ширина и толщина прямоугольных и секторных пиломатериалов
Сушку пиломатериалов одной толщины и ширины проводили в сушильном шкафу при температуре 100 ° C и скорости циркуляции воздуха 1,5
м/с до постоянного веса. До и в процессе сушки образцы взвешивали, с точностью 0,01 г.
Определение количества влаги, оставшееся в образце за каждый промежуток времени сушки (в % от общего количества влаги в образце до сушки) проводили с помощью разработанной нами формулы:
Α=
GT − GK
⋅ 100 ,
GH − GK
где Α - содержание влаги в образце в заданный момент времени, %;
GT - текущий вес образца (вес образца в заданный момент времени), г;
GK - конечный вес образца (постоянный вес после окончания сушки), г;
GH - начальный вес образца, г;
© Щепкин В.Б., Болдырев В.С., 2008
(1)
25
GH − GK - общее количество влаги в образце до начала сушки, г;
GT − GK - количество влаги в образце на текущий момент времени, г.
Классическая формула (2) для определения влажности древесины для
условий нашего эксперимента оказалась непригодной из–за значительного
разброса значений начальной влажности образцов.
W =
G − G1
⋅ 100 ,
G1
(2)
где W – влажность образца в заданный момент времени, %;
G - вес образца в заданный момент времени, г;
G1 - вес образца в абсолютно сухом состоянии, г;
G − G1 - количество влаги в образце в заданный момент времени, г.
Предлагаемая методика позволяет значительно повысить точность получаемых результатов за счет почти двойного увеличения отношения числителя к знаменателю в формуле (1), а также упразднить различия в величинах
начальной влажности. То есть результаты исследований имеют минимальный
разброс.
На графиках рис. 3 и 4 представлены результаты исследований для пиломатериалов толщиной 25 мм. Для образцов толщиной 35, 45, 50, 60 мм
графики выражаются аналогичной зависимостью. Приведенные графики показывают: скорость сушки образцов секторного сечения выше, чем у образцов прямоугольного сечения; общая продолжительность сушки образцов секторного сечения в зависимости от толщины на 4–8 часов меньше продолжительности сушки образцов прямоугольного сечения.
Рис. 2. Зависимость количества влаги в образцах от времени сушки: 1 –
образцы прямоугольного сечения; 2 – образцы с сечением в виде сектора
26
Рис. 3. Скорость потери влаги с течением времени из образцов: 1 – образцы прямоугольного сечения; 2 – образцы секторного сечения
Графики на рис. 4 имеют выраженную параболическую зависимость
продолжительности сушки от толщины образцов. Причем продолжительность сушки образцов сечения в виде сектора для всех толщин значительно
ниже, чем у образцов прямоугольного сечения.
Рис. 4. Зависимость продолжительности сушки пиломатериалов от их
толщины: 1 – образцы прямоугольного сечения; 2 – образцы секторного сечения
Из графиков рис. 5 видно, что зависимость приращения ( Δτ ) продолжительности сушки образцов прямоугольного сечения ( τ 1 ) по отношению к
27
продолжительности сушки образцов с сечением в виде сектора ( τ 2 ) выражается в виде линейного уравнения:
(3)
Δτ = 0,1143 ⋅ ( H − 25) + 4 , час
⎛ Δτ ⎞
⎟⎟ 100 в %:
⎝ τ1 ⎠
Δτ = 26,7%
Для зависимости, выраженной отношением ⎜⎜
(4)
То есть значение приращения Δτ не зависит от толщины образцов и для условий опыта равняется 26,7 %.
Рис. 5. Зависимость приращения ( Δτ ) продолжительности сушки образцов прямоугольного сечения ( τ 1 ) по отношению к продолжительности
сушки образцов с сечением в виде сектора ( τ 2 )
Выводы:
1. Для толщин в диапазоне 25 – 60 мм у пиломатериалов секторного сечения
скорость сушки выше и продолжительность меньше на 26,7 % по сравнению
с пиломатериалами прямоугольного сечения.
2. Зависимость продолжительности сушки пиломатериалов прямоугольного и
секторного сечения от их толщины имеет параболический характер.
3. Зависимость приращения продолжительности сушки образцов прямоугольного сечения по отношению к продолжительности сушки образцов с
сечением в виде сектора выражается линейными уравнениями при расчете и
в часах и в %. Причем при вычислении в % указанное приращение не зависит от толщины образцов и равно 26,7 %.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. А.с. 490651 СССР, МКИ 1 В27Д 1/100. Способ получении клееных заготовок радиальной распиловки [Текст]/ В.А.Червинский; опубл. 05.11.75, Бюл.
№41.
28
УДК 630.3
ГРУНТ КАК ОБЪЕКТ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
В.В. Белозоров, И.М. Казбанова (ВГЛТА)
Грунт как объект математического моделирования является сложным
предметом исследования, характиризующимся множеством показателей, к
которым прежде всего относятся общие физические, физико-механические,
воздушные, водные и тепловые свойства грунта [1].
Кроме того, грунт как объект исследования обладает рядом особенностей:
−
нелинейным характером внешних и внутренних связей (увеличение массы или скорости движения лесовозного подвижного состава приводят
к нелинейному ответному воздействию грунта на колесо);
−
высокой сложностью и неоднородностью строения;
−
незамкнутостью;
−
динамичностью (зависимость состояния от времени суток и года);
−
нестационарностью (различные геодезические мероприятия могут изменить уровень грунтовых вод и соответственно воздушный, водный и
тепловой баланс грунта);
−
инерционностью.
Сущность метода математического моделирования грунта заключается
в том, что наряду со сложной системой (объектом) рассматривается ее упрощенная модель, представляющая подобие оригинала. При этом основные
принципы поведения и работы модели должны соответствовать сложной системе.
Различают аналитические модели, в которых исследования проводятся
с помощью математического аппарата, и имитационные модели, работа которых оценивается на ЭВМ. В отдельных случаях имитационная модель дополняет аналитические исследования, когда невозможно или сложно математически описать работу объекта.
С позиции математического моделирования грунт необходимо рассматривать как систему, состоящую из множества внутренних элементарных
частиц. Эта система воздействует сама на другие объекты и одновременно
испытывает воздействие со стороны соседних систем (колес автомобиля, окружающей среды, различных искусственных и естественных покрытий, грунтовых вод и др.). Все это вместе составляет структуру системы, которая может изменяться во времени.
Цель разработки математической модели – систематизировать и формализировать сведения о грунтах Центрально-Черноземного района и определить пути решения проблемы повышения проходимости лесовозного подвижного состава.
© Белозоров В.В., Казбанова И.М., 2008
29
В настоящее время проблема повышения проходимости лесовозного
автотранспорта решается следующими путями:
−
укрепление грунта различными материалами (известью, цементом и др.);
−
строительство постоянных лесовозных дорог с твердым или
«мягким» - текстильным (тонкостенным) покрытием;
−
строительство временных лесовозных дорог (плиты, щиты и т.п.).
В Центрально-Черноземном районе с большим количеством дорог общего пользования, где заготовка лесоматериалов производится в небольших
объемах, строительство лесовозных дорог экономически нецелесообразно.
Поэтому необходима разработка такого типа лесовозного транспорта,
который бы обеспечивал оптимальный режим движения по дорогам общего
пользования и в то же время мог бы эксплуатироваться в условиях бездорожья, т.е. оборудование для повышения проходимости лесовоза должно работать в определенном (небольшом) промежутке времени.
При разработке мероприятий по повышению устойчивости грунта к
воздействию лесовозного автотранспорта необходимо исходить из того, что
факторы воздействия различных типов и видов транспорта (колесный и гусеничный; легкий и тяжелый и т.д.) неравнозначны, поэтому необходимо изучение всего комплекса возможного воздействия лесовозного транспорта на
грунт и его последствий.
В лесном массиве повышение устойчивости грунта к воздействию лесовозного автотранспорта может осуществляться двумя путями: вещественным и технологическим. Вещественный путь включает применение различных вяжущих материалов и твердых покрытий (гравийного, бетонного и
т.д.), т.е. связан со значительными материальными затратами. Второй путь
заключается в изменении свойств грунта, например, в результате изменения
уровня грунтовых вод при проведении ирригационных мероприятий и изменения физико-механических свойств (влажности, температуры) вследствие
увеличения высоты насыпи автомобильной лесовозной дороги. Затраты в
этом случае также сравнительно велики, на достигаемый эффект носит кратковременный характер, т.к. при движении тяжелого автопоезда по влажной
грунтовой лесовозной дороге образуются глубокие колеи и в короткое время
дорога становится непроезжей. Поэтому устойчивость лесовозной дороги к
воздействию тяжелого лесовозного автотранспорта определяется значительными затратами, необходимыми при строительстве насыпи автомобильной
дороги и обустройстве ее твердого покрытия. Кроме того, значительные расходы необходимы на ремонт (трещины, износ, просадка грунта) дорожного
полотна.
По нашему мнению, с целью снижения материальных затрат на транспортировку лесоматериалов следует использовать вместо тяжелых лесовозных автопоездов типа Урал и МАЗ, имеющих большие осевые нагрузки, автопоезда средней грузоподъемности типа КамАЗ, ЗИЛ. Автопоезда этого типа значительно меньше воздействуют на грунт, а использование прицепного
30
состава позволит значительно снизить себестоимость вывозки лесоматериалов.
При этом следует иметь в виду, что свойства различных грунтов даже в
пределах одной лесовозной дороги различны. Поэтому в каждом конкретном
случае, кроме основных приемов повышения устойчивости сопротивления
грунта к движению лесовозного подвижного состава, необходимо применение специальных технических приемов, способствующих улучшению воднофизических свойств грунта. Кроме гидротехнической мелиорации с регулированием водного режима следует осуществлять различные технические мероприятия, повышающие прочность дорожного покрытия (использование
омагниченной воды, различных местных связующих материалов: шлака,
нефтешлама, отходов целлюлозно-бумажной промышленности и т.д.).
Процесс глубокого исследования проходимости лесовозного автопоезда усложняется вследствие ряда причин:
−
резко возрастает число параметров грунта, управляемых прямо
или косвенно, а следовательно и объем информации, который необходимо
учитывать при принятии решений , по строительству и эксплуатации дороги;
−
многие из параметров грунта и режимов движения лесовоза
взаимосвязаны и взаимозависимы, причем механизмы этих связей сложны и
часто недостаточно изучены (процессы колееообразования, буксования, юза
и т.д.);
−
ускоряется внедрение новых технологий, часто не проверенных в
конкретных природно-климатических и дорожных условиях (новые виды
техники и оборудования, дорожного покрытия и т.д.)
В результате при одной и той же первичной информации часто формируются совершенно противоречивые прогнозы, что диктует необходимость
кардинального совершенствования (изменения) систематизации и накопления исходной базы данных для формирования оптимальных практических
выводов. Решение таких задач возможно лишь на основе использования
принципов и методов современной информатики и кибернетики с помощью
ЭВМ. Эти принципы и методы позволяют охарактеризовать комплекс физико-механических свойств каждого конкретного грунта в виде модели взаимодействия грунта и колеса лесовозного автопоезда.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.
Вадюнина, А.Ф. Методы исследования физических свойств почв
и грунтов [Текст]: учеб. пособие / А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина. – М.:
Высшая школа, 1973 – 399 с.
31
УДК 630*52
АЛГОРИТМЫ И ПРОГРАММЫ КОМПЬЮТЕРНЫХ РАСЧЁТОВ ЗАПАСОВ СОРТИМЕНТОВ В ДРЕВОСТОЯХ ЛЕСФОНДА
М.В.Филипцов (ВГЛТА)
Разрабатываемые вычислительные процедуры реализуются в алгоритмах и вычислительных схемах. Для расчётов по ряду задач САПР лесного хозяйства и лесоэксплуатации нужны алгоритмы и компьютерные программы,
необходимо иметь алгоритмы расчёта прироста по объёму стволов стоящих
деревьев, определения запасов сортиментов в древостоях лесфонда, расчёта
длины боковых кривых, площадей боковых поверхностей стволов, хлыстов и
брёвен. Для этого необходимо иметь следующие параметры:
• диапазон изменения параметров математических моделей, в пределах
которого можно варьировать их значениями для поиска соответствующих
решений;
• формулы, по которым следует вести расчёты для различных вариантов;
• числовые значения коэффициентов математических моделей в формулах.
Следует искать формулы расчёта, системы уравнений, которые отражали бы сущность объекта и свойственные ему закономерности. Такая система уравнений может быть представлена математическими моделями образующей стволов хлыстов [1]. Эта система может использоваться для совершенствования технологий учёта лесфонда и переработки древесины.
Запасы сортиментов в отдельных древостоях лесфонда являются основными показателями для проектирования лесопромышленных предприятий. В частности, невозможно составить план лесозаготовок и поставки пиловочника для лесопиления, балансов целлюлозно-бумажным предприятиям,
если заранее неизвестна сортиментная структура лесфонда. Методы определения запасов сортиментов в лесфонде весьма трудоёмки и не отличаются
высокой точностью [1].
В настоящее время в связи с интенсивным развитием использования
вычислительной техники в лесном комплексе создались условия определения запаса сортиментов лесфонда с достаточно высокой точностью. Для
решения этих задач необходимы их математические модели по породам и
данные распределения стволов по размерам и породам.
Математическая модель стволов имеет вид [2]
2 x = d 0.5 f (
l
),
H
(1)
где 2х – текущий диаметр ствола на расстоянии l от комля; d05 – диаl
H
метр ствола на средине высоты; H – высота ствола; f ( ) – некоторая непрерывная функция для ствола данной породы.
© Филипцов М.В., 2008
32
Известно, что при таксации древостоев диаметры d05 невоз можно измерить непосредственно. Используя уравнение (1), можно перейти от d05 к
диаметру без коры на высоте груди D1.3:
d 0.5 =
D1.3
,
⎛ 1.3 ⎞
f⎜ ⎟
⎝H ⎠
(2)
Подставив выражение (2) в уравнение (1), получим
2х =
D1.3
⎛ l ⎞
f ⎜ ⎟.
H
⎛ 1.3 ⎞
f⎜ ⎟ ⎝ ⎠
⎝H ⎠
(3)
При таксации леса диаметр ствола на высоте груди измеряется в коре, а учет объема сортиментов производится без коры. Натурная проверка
и исследования многих авторов показывают, что между D1.3 в коре и d1.3 без
коры существует линейная связь:
d1.3 = λD1.3 ,
(4)
где D1.3 , d1.3 – диаметр ствола на высоте груди соответственно в коре и
без коры; λ —постоянный коэффициент для каждой породы.
С учетом (4) уравнение (3) будет иметь вид:
2х =
λD1.3
⎛ l ⎞
f ⎜ ⎟.
H
⎛ 1.3 ⎞
f⎜ ⎟ ⎝ ⎠
⎝H ⎠
(5)
Уравнение (5) является функцией аргументов D1.3 и H, которые будут
известны в результате таксации пробных площадей при отводе древостоев
лесфонда в рубку.
Пусть годичная лесосека состоит из t кварталов, площадь k-го квартала равна S k (k = 1, t ) . Задача сводится к определению запаса древесины сортиментов, например балансов, годичного лесфонда при наличии материала
сплошных перечетов на пробных площадях.
Из таксации леса известно, что высоты стволов варьируются в широком диапазоне даже в одной ступени толщины. По этому определение запаса сортиментов древостоев с учетом средней высоты ступени толщины
вносит некоторые неточности, в связи с чем, число стволов Nik каждой ступени толщины нужно дифференцировать еще и по ступеням высот. Разбивку на ступени высот в каждой ступени толщины можно выполнить по
правилу Штюргерса. Число ступеней высот ni в каждой i-й ступени толщины определяется по формуле
ni = 1 + 3.32 N ik .
(6)
Градация ступеней высоты Δ i для i-й ступени толщины вычисляется как
Δi ≅
H i max − H i min
,
ni
(7)
где Нimax, Нimin — максимальная и минимальная высоты стволов в i-й
ступени толщины.
33
При проведении таксации леса с помощью формул (6) и (7) можно проводить учет количества стволов i-й ступени толщины, относящегося к j-и
ступени высот: N ijk (i = 1, mk ; k = 1, t ; j = 1, n ).
Распределение стволов древостоев по высоте внутри отдельных
ступеней толщины с приемлемым приближением может быть охарактеризовано кривой нормального распределения. Учитывая это, число стволов
j-и ступени высоты в i-й ступени толщины можно еще определить по статистической формуле:
N ijk =
H ijk +1
1
σH
i
N ik
2π
∫
e
1 ⎛ x−Hi
− ⎜
2 ⎜⎝ σ H i
2
⎞
⎟ dx
⎟
⎠
(8)
,
H ijk
где σHi – среднее квадратичное отклонение; Hijk , Hijk+1 - нижняя и
верхняя границы j-и ступени высот в i-й ступени тол щины; H i - средняя
арифметическая высота стволов i-й ступени толщины;
1
σH
i
2π
e
1⎛ x−Hi
− ⎜
2 ⎜⎝ σ H i
2
⎞
⎟ dx
⎟
⎠
-
плотность распределения числа стволов по ступеням высот в каждой
ступени толщины.
С учетом дифференциации стволов по ступеням высот внутри
отдельной ступени толщины объем древесины балансов i-й ступени
толщины, относящегося к j-и ступени высот на пробной площади k-го
квартала Vijk, определяется по формуле:
•
Для пиловочных брёвен
П
ijk
V
=
πλ2 D(1.3)
⎛ 1.3
4f ⎜
⎜H
⎝ ijk
2
•
0.16
ik
⎞
⎟
⎟
⎠
N ijk
∫
0
⎛ l
f 2⎜
⎜H
⎝ ijk
⎞
⎟dl.
⎟
⎠
(9)
Для строительных брёвен
V =
С
ijk
πλ2 D(1.3 )
⎛ 1.3
4f ⎜
⎜H
⎝ ijk
2
•
0.14
ik
⎞
⎟
⎟
⎠
N ijk
∫f
2
0.16
⎛ l
⎜
⎜H
⎝ ijk
⎞
⎟dl.
⎟
⎠
(10)
Для тонкомерных сортиментов
V =
Т
ijk
πλ2 D(1.3)
ik
0.16
N ijk
∫f
2
⎛ l
⎜
⎜H
⎝ ijk
⎞
⎟dl.
⎟
⎠
(11)
⎛ 1.3 ⎞
0.14
⎟
4 f 2⎜
⎜H ⎟
⎝ ijk ⎠
где H ijk - среднеарифметическая высота j-и ступени высот в i-й ступени
толщины на k-м квартале.
Объем древесины сортиментов i-и ступени толщины Vik на данной
пробной площади определяется по формуле:
•
Для пиловочных брёвен
34
ni
π
j =1
4
VikП = ∑ VijkП =
•
ni
λ2 ∑
j =1
D 2 (1.3 )ik
⎛ 1.3
f 2⎜
⎜H
⎝ ijk
⎛ l
⎜
⎜H
⎝ ijk
⎞
⎟dl.
⎟
⎠
(12)
⎛
2⎜ l
f
∫ ⎜ H ijk
0.16
⎝
⎞
⎟dl.
⎟
⎠
(13)
0.16
N ijk
⎞
⎟
⎟
⎠
∫f
2
0
Для строительных брёвен
ni
π
V = ∑V =
С
ik
•
j =1
С
ijk
λ
2
4
ni
∑
j =1
D 2 (1.3 )ik
⎛ 1.3
f 2⎜
⎜H
⎝ ijk
0.14
N ijk
⎞
⎟
⎟
⎠
Для тонкомерных сортиментов
ni
π
j =1
4
VikТ = ∑ VijkТ =
ni
λ2 ∑
j =1
D 2 (1.3 )ik
⎛ 1.3
f 2⎜
⎜H
⎝ ijk
0.04
⎞
⎟
⎟
⎠
N ijk
∫f
2
0.14
⎛ l
⎜
⎜H
⎝ ijk
⎞
⎟dl.
⎟
⎠
(14)
Объем стволовой древесины на данной пробной площади для всех mk
ступеней толщины вычисляется по формуле:
•
Для пиловочных брёвен
mk
π
i =1
4
VkП = ∑ VikП =
•
mk
ni
λ2 ∑∑
i =1 j =1
⎛ l
⎜
⎜H
⎝ ijk
⎞
⎟dl.
⎟
⎠
(15)
⎛
2⎜ l
f
∫ ⎜ H ijk
0.16
⎝
⎞
⎟dl.
⎟
⎠
(16)
⎞
⎟dl.
⎟
⎠
(17)
0.16
D 2 (1.3)ik
⎛ 1.3
f 2⎜
⎜H
⎝ ijk
⎞
⎟
⎟
⎠
N ijk
∫f
0
2
Для строительных брёвен
mk
V = ∑V =
C
k
•
i =1
C
ik
π
4
λ
2
mk
ni
∑∑
i =1 j =1
D 2 (1.3 )ik
⎛ 1.3
f 2⎜
⎜H
⎝ ijk
0.14
⎞
⎟
⎟
⎠
N ijk
Для тонкомерных сортиментов
mk
V = ∑V =
Т
k
i =1
Т
ik
π
4
λ
2
mk
ni
∑∑
i =1 j =1
D 2 (1.3 )ik
⎛ 1.3
f 2⎜
⎜H
⎝ ijk
⎛
2⎜ l
f
∫ ⎜ H ijk
0.14
⎝
0.04
⎞
⎟
⎟
⎠
N ijk
И, наконец, запас древесины сортиментов годичной лесосеки V,
состоящей из t кварталов, определяется выражением:
•
Для пиловочных брёвен
t
V П = ∑Vk
k =1
•
4
t
mk
ni
λ2 ∑∑∑
k =1 i =1 j =1
D 2 (1.3)ik
⎛ 1.3
f 2⎜
⎜H
⎝ ijk
0.16
⎞
⎟
⎟
⎠
N ijk
∫f
2
0
⎛ l
⎜
⎜H
⎝ ijk
⎞
⎟dl.
⎟
⎠
(18)
⎛ l
⎜
⎜H
⎝ ijk
⎞
⎟dl.
⎟
⎠
(19)
Для строительных брёвен
t
π
k =1
4
V С = ∑Vk
•
π
t
mk
ni
λ2 ∑∑∑
k =1 i =1 j =1
D 2 (1.3 )ik
⎛ 1.3
f 2⎜
⎜H
⎝ ijk
0.14
⎞
⎟
⎟
⎠
N ijk
∫f
0.16
2
Для тонкомерных сортиментов
35
t
V Т = ∑Vk
k =1
π
4
t
mk
ni
λ2 ∑∑∑
k =1 i =1 j =1
D 2 (1.3)ik
⎛ 1.3
f 2⎜
⎜H
⎝ ijk
⎛
2⎜ l
f
∫ ⎜ H ijk
0.14
⎝
0.04
⎞
⎟
⎟
⎠
N ijk
⎞
⎟dl.
⎟
⎠
(20)
Полученные формулы являются математической основой составления
для ЭВМ программы вычисления запаса любого вида сортиментов в
древостоях. Формулы (18)-(20) можно использовать и при определении
запаса всех видов сортиментов, входящих в структуру лесфонда или в
плановую номенклатуру предприятия.
Применение ЭВМ для обработки данных отвода лесосек в рубку с
использованием математических моделей древесных стволов даёт наиболее реальную, наиболее точную картину сортиментной структуры лесфонда.
По полученным формулам (9)-(20) разработана блок-схема алгоритма (рисунок) вычисления запаса древесины сортиментов древостоя.
Рисунок. Блок-схема алгоритма определения запаса древесины сортиментов в древостоях с учётом дифференциации высот стволов
36
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Петровский В.С. Оптимальная раскряжёвка лесоматериалов. [Текст]
/ В.С.Петровский – М.: Лесн. пром-сть, 1989. – 288 с.
2. Петровский В.С. Исследование образующей древесных хлыстов. /
Лесное хозяйство, 1964. №9. – С. 10.
УДК 519.87+674-412
ПОИСК ОПТИМАЛЬНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ
МОДЕЛИ ХЛЫСТА (СТВОЛА)
М.В.Филипцов (ВГЛТА)
На сегодняшний день учет лесоматериалов редко автоматизирован, в основном всё сводится к механизации, и то не всегда. А между тем, автоматизация учета лесоматериалов чрезвычайно важна с точки зрения высвобождения
рабочих, устранения ручного труда и повышения производительности.
Ресурсосберегающие технологии можно реализовать только на современном оборудовании, соответствующем мировому уровню. То есть оснащённом средствами автоматики, встроенными, управляющими микропроцессорами и микроЭВМ, которые обеспечивают реализацию режимов гибких автоматизированных производств.
Но одних средств автоматики недостаточно, никакой компьютер не
будет работать без программного обеспечения. Причём, эту задачу надо решать первой, и только потом подбирать соответствующий комплекс технических средств.
Программы ЭВМ для оптимизации учёта объёмов лесоматериалов
должны строиться на корректных математических моделях хлыстов, древесных стволов, запасов, сортиментов древостоев и полученных из них алгоритмов оптимизации с использованием информации о размернокачественных характеристиках предметов измерения. Понятно, что без этих математических моделей, без вычислительных процедур оптимизации их измерения, без компьютерных программ оптимизации технологии учёта лесоматериалов бессмысленно оснащать оборудование микропроцессорными системами управления.
Научные исследования, проведённые в нашей стране и за рубежом в 18,
19 и 20 веках выдвинули ряд гипотез по определению математических моделей лесоматериалов. Причём точность этих моделей со временем повышалась. Так известные уравнения образующей хлыстов и брёвен в СССР, в
США, в Европейских странах по точности стали приближаться к требованиям практики. В частности, ошибки в определении объёмов хлыстов и брёвен
снизились до ±15%. Однако эта погрешность оказалась неприемлемой для
использования таких моделей в ресурсосберегающих технологиях переработки древесины. Это заставило исследователей искать другие пути, методы
получения более точных математических моделей.
© Филипцов М.В., 2008
37
Научный руководитель этой темы профессор В.С.Петровский в самом
начале 60-х годов, используя ЭВМ, начал решать проблему математического
моделирования древесных стволов, брёвен и пиломатериалов. Им был проведён на ЭВМ численный анализ методов математического моделирования
древесных стволов отечественных и зарубежных учёных М.М. Орлова,
В.Козицина,
Д.И.Менделеева,
М.Е.Ткаченко,
И.Г.Белоновского,
Н.В.Третьякова, В.К.Захарова, Г.Метцгера, А.Бейера, И.Арнольда, И.Кунца.
Установлено, что математическая модель древесного ствола должна учитывать биологические особенности формообразования стволов разных пород.
Поэтому был сделан вывод о том, что для каждой породы должна быть своя
математическая модель. Ошибкой целого ряда исследователей было то, что
они для всех древесных пород искали одну единую универсальную математическую модель.
Кроме того, необходимо было учесть в параметрах математические модели влияния условий места произрастания. Т.к. у деревьев выросших в густом лесу стволы имеют более правильную форму, лучшее качество древесины, чем у одиночно растущих деревьев.
Компьютерный анализ параметров древесных стволов, отражающих
влияние условий места произрастания на форму древесного ствола, дал возможность численно оценить точность, ошибки математических моделей перечисленных выше авторов и вывел на правильное решение. Наиболее приемлемыми параметрами математических моделей древесных стволов оказались – диаметр ствола на половине высоты и длина ствола. Конечно, базовый
диаметр в комлевом сечении или на высоте груди является более технологичным, однако математические модели с этими диаметрами дают ошибки в
вычислении объёмов ±20%. Диаметр на средине длины хлыста является менее технологичным, но этот размер у деревьев является наиболее стабильным
и неподвержен варьированию от влияния комлевых или вершинных факторов формообразования.
Полученные таким образом уравнения образующей представляются в
виде функций изменения относительных диаметров по относительной длине
древесных стволов. Длина стволов изменяется от 0 до 1, а диаметры изменяются в долях диаметра на средине длины. Такой подход дал возможность
получать уравнения образующей стволов стоячих деревьев и спиленных
хлыстов, которые отражают с одной стороны биологическую природу каждой породы древесины, с другой стороны отражают условия произрастания
конкретной древесины ствола. Получается уравнение образующей универсальное для стволов данной породы.
Поперечные сечения стволов по форме напоминают окружности или
эллипсы, поэтому для эллипсовидных сечений, которые в основном находятся в комлевой части стволов их диаметр можно определять в виде полусуммы двух взаимно перпендикулярных диаметров. Но при массовом измерении
при числе стволов более 100, как показали исследования, можно измерять не
два, а один диаметр. Ошибки от эллипсовидности сечения в комлевой части
взаимно компенсируются.
38
В математическом моделировании круглых лесоматериалов (брёвен)
около 100 лет используются уравнения параболы в канонической форме. Это
уравнение классической параболы считалось универсальным и, для ныне отсталых технологий лесопиления, была вполне приемлемой. Рассматриваемое
уравнение параболы с учётом абсолютных размеров брёвен как бы усредняло их форму, но давало крупные ошибки вычисления объёмов досок из внебрусовой и сбеговой зон.
В 60-х, 70-х, 80-х годах в США, Канаде, Скандинавских и других странах стали понимать, что применение формулы классической пораболы для
построения систем компьютерного управления распиловкой брёвен на доски
даёт большие и чаще всего неприемлемые для практики ошибки. Начались
поиски повышения точности модели в виде классической параболы. Для корректировки этой модели в США стали использовать формулу объёмов брёвен
Смалиана, которая учитывает сечение бревна в верхнем и нижнем отрубе.
Эта поправка несколько повысила точность расчётов, но ошибки в вычислениях объёмов досок и сбеговой зоны остались высокими.
Группой исследователей во главе с научным руководителем этой темы
проведён компьютерный анализ всех известных методов, гипотез математического моделирования брёвен. Установлено, что не может быть единой математической модели всех брёвен всех пород. Действительно, комлевое
бревно имеет резкое различие с бревном, вырезанным из средней части хлыста. Кроме того, каждая порода древесины накладывает свои биологические
особенности формообразования круглых лесоматериалов. Установлено, что
по каждой породе древесины имеют место чётко выраженные различия в
форме комлевых, срединных и вершинных брёвен.
Это заставило наших исследователей искать свои математические модели для каждой из трёх категорий брёвен. Выявлено, что из каждого хлыста
получается одно комлевое, одно вершинное, одно или несколько срединных
брёвен. Нужно было учитывать и то, что по всем категориям брёвен их диаметры и длины варьируются в значительных пределах. Поэтому для получения математических моделей брёвен в зависимости от их места вырезки использовался принцип моделирования древесных стволов в относительных
величинах.
Полученные таким образом по каждой породе три модели в относительных величинах дали возможность для конкретных брёвен использовать
их фактические абсолютные размеры – длина и диаметр в верхнем сечении.
Эти параметры круглых лесоматериалов являются наиболее технологичными
и используются в мировой практике учёта и переработки брёвен.
Новые математические модели брёвен являются наиболее адекватными
их фактической форме, т.к. они учитывают одновременно породу древесины,
место вырезки бревна из хлыста и его абсолютные размеры, которые уравнение образующей даёт также в относительных величинах.
Общий вид уравнения образующей стволов всех пород, имеет выражение
39
3
2
⎞
⎛ ⎛ l ⎞4
⎛ l ⎞
⎛ l ⎞
⎛ l ⎞
⎜
2 х = d 0.5 а4 ⎜ ⎟ + а3 ⎜ ⎟ + а2 ⎜ ⎟ + а1 ⎜ ⎟ + а0 ⎟ ,
⎟
⎜ ⎝H ⎠
⎝H⎠
⎝H⎠
⎝H⎠
⎠
⎝
где
l
– относительная высота хлыста; d 0.5 – диаметр на середине длиH
ны; а4, а3, а2, а1, а0 – коэффициенты.
Это уравнение является принципиально новым и наиболее точным из
всех известных уравнений образующей. Коэффициенты а4, а3, а2, а1, а0 имеют
определённое значение для каждой породы. Следовательно, в математической модели хлыстов фактор породы дерева находит своё выражение в величинах коэффициентов а4, а3, а2, а1, а0. Для их вычисления использована стандартная программа ЭВМ.
При определении математических моделей стволов учтены биологические особенности формирования стволов каждой породы и влияние условий
местопроизрастания. Лесная таксация накопила обширный материальнотехнический материал о закономерностях изменения размерных и объёмных
показателей стволов под влиянием различных факторов.
УДК 674.038.3: 674.032.16
ПЛАНИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНЫМ
ФОРМИРОВАНИЕМ НАСАЖДЕНИЙ
В.В. Малышев (ВГЛТА)
Разработка математической теории оптимальных технологических
процессов, режимов ускоренного выращивания лесных культур хвойных пород для получения максимального объема стволовой древесины с 1 га за 1
год лесовыращивания на основе алгоритмов динамических моделей оптимальных возрастных режимов формирования искусственных насаждений с
минимизацией экологического ущерба является фундаментальной проблемой
неистощительного лесопользования [1].
Необходимо решить следующие задачи:
1. На основе системного анализа разработать математическую теорию
оптимизации возрастных режимов ускоренного выращивания искусственных
древостоев, обеспечивающих их максимальную производительность, т.е. получение наибольшего объема стволовой древесины за 1 год лесовыращивания с единицы площади.
2. Используя многолетние опытные данные таксационных показателей
массы пробных площадей и таблиц хода роста лесных культур сосны удалось
установить закономерности возрастного формирования и разработать математические модели возрастной динамики таксационных показателей искусственных сосновых древостоев, в том числе: средних диаметров и высот деревьев, сумм площадей сечений и запасов стволовой древесины в зависимо© Малышев В.В., 2008
40
сти от первоначальной густоты посадки, густоты в каждом возрасте, типа условий местопроизрастания и класса бонитета.
3. Установить закономерности изреживаний насаждений и разработать
динамические модели реакций таксационных показателей сосновых древостоев на периодичность и интенсивность рубок.
4. Разработать математическую теорию и алгоритмы поиска оптимальных сроков и интенсивности изреживаний для ускоренного выращивания
древостоев сосны.
5. Разработать алгоритмы, компьютерную программу планирования и
управления эффективным формированием насаждений с оптимизацией возрастных режимов изреживаний для обеспечения высокой производительности древостоев.
Для управления процессом эффективного возрастного формирования
лесонасаждений, как распределенных систем с переменными параметрами,
нужна, прежде всего, специальная математическая теория технологии интеллектуальной поддержки принятия решения по срокам, периодичности, интенсивности изреживаний растущих деревьев. Ни в отечественной, ни в зарубежной литературе такой математической теории в явном виде нет.
Для построения математической теории управления эффективным лесовыращиванием предполагается провести исследования и разработать прежде всего математические модели возрастной динамики изменения таксационных характеристик лесонасаждений, а также динамические модели возрастной реакции таксационных показателей на сроки, интенсивность и периодичность изреживаний.
Для получения таких моделей будет использован следующий подход.
Динамические модели хода роста чистых культур сосны обыкновенной
должны учитывать исходные параметры процесса лесовыращивания – класс
бонитета, тип условий местопроизрастания, первоначальную густоту посадки
и включать в себя выходные переменные параметры распределенных по возрасту процессов формирования древостоев: средние диаметры и высоту деревьев, сумму площадей сечений и запас стволовой древесины на 1 га; независимой переменной в этих моделях является время (текущий возраст насаждений).
Динамические модели возрастных реакций древостоев на интенсивность изреживаний должны характеризовать изменения по времени упомянутых выходных переменных распределенных возрастных процессов формирования насаждений.
В основе построения динамических моделей лежит компьютеризация
обработки апробированных в практике таблиц хода роста чистых древостоев
сосны по классам бонитета и типам условий местопроизрастания и достоверных данных пробных площадей лесоводственного опыта по рубкам ухода за
лесом.
Выдвинутые гипотезы существования оптимальной возрастной динамики увеличения площади питания деревьев, критерия и целевой функции
теории управления формированием древостоев, математические модели воз-
41
растной динамики хода роста насаждений и их реакций на изреживания дают
направление и возможность разработать математические теории технологий
интеллектуальной поддержки принятия управленческих решений по более
эффективному лесопользованию.
Предполагается, что в основе упомянутой теории лежит использование
динамических моделей характеристик хода роста древостоев и их реакций на
изреживания, а также необходим метод последовательной максимизации целевой функции поэтапного управления оптимальным возрастным формированием густоты древостоев, как распределенных по времени динамических
процессов с переменными параметрами.
Для реализации намеченных целей и задач необходимы натурные измерения на постоянных пробных площадях и использование массовых таблиц хода роста лесных культур сосны обыкновенной (как основной лесообразующей породы на территории Воронежской области). Будут использованы
следующие объекты и материалы [2]:
1. Опытные культуры сосны обыкновенной разной густоты посадки.
Эти культуры заложены проф. В.И. Рубцовым весной 1953 года в квартале 77
Левобережного лесничества Учебно-опытного лесхоза Воронежской государственной лесотехнической академии. Цель закладки опыта – изучение
влияния густоты посадки на рост и продуктивность культур сосны в условиях бедных песчаных почв Центральной лесостепи.
2. Опытные культуры сосны разной густоты и размещения посадочных
мест. Эти культуры заложены кафедрой лесных культур и селекции Воронежской государственной лесотехнической академии весной 1975 года в кв.
107 Левобережного лесничества. Цель опыта – выявление влияния первоначальной густоты посадки и размещения посадочных мест на рост и состояние
сосны обыкновенной в условиях бедных песчаных почв (А2).
3. Культуры сосны обыкновенной с опытными рубками ухода разной
интенсивности на территории Учебно-опытного лесхоза ВГЛТА и др. лесничеств.
4. Производственные культуры сосны обыкновенной разных возрастов,
произрастающих в различных классах бонитета и типах условий местопроизрастания, на территории Центральной лесостепи Европейской части России
(Воронежская, Липецкая, Тамбовская обл. и др.).
5. Массовые таблицы хода роста лесных культур сосны обыкновенной
различных классов бонитета и типов условий местопроизрастания (по Захарову В.К, Н.П. Анучину, Тюрину А.В., Успенскому В.В., Попову В.К.).
Выводы:
1. Оптимизация возрастных режимов ускоренного выращивания культур сосны, при обеспечении оптимальной площади питания деревьев в каждом возрасте, классе бонитета и типе условий местопроизрастания, обеспечит получение максимального объема стволовой древесины с 1 га за 1 год лесовыращивания.
2. Таксационные данные пробных площадей и апробированные таблицы хода роста культур сосны позволят установить закономерности возрас-
42
тного формирования и разработать математические модели возрастной динамики таксационных показателей искусственных сосновых древостоев, в том
числе: средних диаметров и высот деревьев, сумм площадей сечений и запасов стволовой древесины, в зависимости от первоначальной густоты посадки,
густоты в каждом возрасте, типа условий местопроизрастания и класса бонитета.
3. Установленные закономерности изреживаний и полученные динамические модели реакций таксационных показателей культур сосны на периодичность и интенсивность рубок позволят управлять процессом лесовыращивания.
4. Разработанная математическая математическую теория и алгоритмы
поиска оптимальных сроков и интенсивности изреживаний для ускоренного
выращивания древостоев сосны обеспечат рациональное использование древесины.
5. Планирование и управление эффективным формированием насаждений с оптимизацией возрастных режимов изреживаний для обеспечения высокой продуктивности, производительности и устойчивости древостоев, будут способствовать развитию целевого лесовыращивания хвойных пород.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Малышев, В.В. Математическое моделирование и оптимизация режимов выращивания лесных культур сосны [Текст] / В.В. Малышев, В.С.
Петровский, В.К. Попов, А.И. Журихин. – Воронеж.: ВГУ, 2004. – 211 с.
2. Сухов, И. В. История и опыт создания лесных культур в учебноопытном лесхозе Воронежской государственной лесотехнической академии
[Текст] : монография / И.В. Сухов – Воронеж: Кварта, 2007. – 143 с.
УДК 674.049.2
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ГИДРОПРИВОДА ПРЕССА
П.А.Смирнов, Р.В.Юдин, В.А. Смирнов (ВГЛТА)
Одним из способов интенсификации технологических процессов прессования древесины является использование пульсирующих нагрузок. Установлено, что применение направленных вибраций специально подобранной
частоты и амплитуды улучшает качество вырабатываемой продукции, способствует автоматизации и механизации трудоемких процессов, повышает
производительность труда и улучшает технику безопасности [1].
Принципиальная гидравлическая схема пресса для прессования древесины с пульсирующей нагрузкой представлена на рис. 1.
© Смирнов П.А., Юдин Р.В., Смирнов В.А., 2008
43
Рис. 1. Гидравлическая схема пресса с гидропульсатором:
ПГ – пульсатор гидравлический; Р1 и Р2 – гидрораспределители; КП1 и
КП2 - гидроклапаны предохранительные; КР – гидроклапан редукционный;
РР – регулятор расхода; КО – клапан обратный; МН1 и МН2 – манометры; Ц
– гидроцилиндр.
В качестве пульсатора можно применять вращающейся золотник, аксиально-поршневой насос с одним или двумя работающими плунжерами и
другие устройства[2]. Расход жидкости гидропульсатора должен обеспечивать утечки и упругие деформации элементов гидропривода и прессуемой
древесины. Гидропульсатор включается в работу после достижения гидроцилиндром рабочего усилия. После чего золотник распределителя, управляющего работой гидропульсатора переводится в рабочее положение. Работа
гидропульсатора осуществляется от гидростанции пресса.
Математическая модель прессования древесины на гидравлическом
прессе с гидропульсатором может быть представлена системой дифференциальных уравнений [3]:
⎧
8
dP
= (1 − cos ωt ) sin ϕ − μFù
⎪ 10
0,45
dt
⎪10 ( Ð + 1)
⎨
P0 πDö πDö
⎪ d 2x
dx
⎪⎩ m dt + μ dt + cx = 4 + 4 P sin ϕt ,
2,5 g
P
γ
где d - диаметр цилиндра; Rg - радиус окружности заделки поршневых
шатунов в наклонном диске; ϕ - угол, образованный осями цилиндрового
блока; ω - угловая скорость насоса; P - давление рабочей жидкости, развиваемое пульсатором, Па; μ - коэффициент расхода, для конусных клапанов;
γ - объёмная сила тяжести; g - ускорение силы тяжести; m -масса подвижных
элементов пресса; c - жесткость упругой системы;
С помощью пакета программ «Mathematica 4.0» были решены дифференциальные уравнения и получены графики, описывающие динамику работы гидравлического пресса с пульсатором (рис.2, рис.3).
44
Рис. 2. График пульсации рабочего давления в зависимости от времени
На рис. 2 представлен график пульсации рабочего давления в зависимости от времени, из которого следует, что амплитуда колебаний находится в
пределах 8…15 МПа, частота 5…6 колеб./с
Рис. 3. График зависимости амплитуды пульсации от времени прессования
Из рис. 3 видно, что амплитуда колебаний возрастает по мере уплотнения древесины за 10…15 с примерно в два раза.
Математическая модель динамики гидропривода пресса с пульсирующей нагрузкой позволяет определить параметры гидропульсатора и динамические характеристики колебательной системы, установить оптимальные режимы технологического режима прессования.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Амалицкий, В.В. Теория и конструкция деревообрабатывающих
машин [текст]: учеб. пособие./ В.В. Амалицкий, В.Г. Бондарь и др. – М.:
МГУЛ, 1983. – 80 с.
2. Башта, Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем [текст]: учеб. / Т.М. Башта. – М., 1974. – 607 с.
45
3. Попиков, П.И. Математическая модель процесса прессования древесины на гидравлическом прессе [Текст]/П.И. Попиков, Р.В. Юдин// Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления лесного комплекса : сб. науч. тр. / под
ред. проф. В. С. Петровского ; ВГЛТА. – Воронеж, 2005. – С. 26-30.
УДК 627
ВЫБОР РЕЖИМА И СПОСОБА ФИЛЬТРОВАНИЯ
Е. А. Мануковский (ВГЛТА)
Фильтрованием называют гидромеханический процесс разделения
жидких неоднородных систем с помощью пористых пере городок, задерживающих твердую фазу и пропускающих жидкость. Скорость этого процесса
прямо пропорциональна разности давлений, создаваемых по обеим сторонам
фильтровальной перегородки (движущая сила процесса), и обратно пропорциональна, сопротивлению, испытываемому жидкостью при ее движении через поры перегородки и слой образовавшегося осадка.
Процессы фильтрования и аппараты для их проведения; (фильтры) могут быть классифицированы по различным признакам:
по способу организации процесса. Фильтры подразделяются на периодически и непрерывно действующие;
по движущей силе процесса. Жидкая фаза суспензии проходит |через
осадок и перегородку под действием разности давлений на границе суспензии и осадка, а также под перегородкой. Эта разность давлений обусловлена
гидростатическим давлением столба жидкости над перегородкой; использованием центробежных или объемных насосов для подачи суспензии на
фильтр; энергией сжатого газа над перегородкой или созданием вакуума под
перегородкой. При этом процессы фильтрования могут протекать при постоянной разности давлений Др = соnst, при постоянной скорости процесса W=
соnst и постепенно увеличивающейся разности давлений (подача суспензии
на фильтр объемными насосами), при переменных значениях Дp и W (при
подаче суспензии на фильтр центробежными насосами или при использовании переменного гидростатического давления для создания движущей силы
процесса);
по механизму фильтрования. Различают процессы фильтрования с закупориванием пор фильтровальной перегородки и с образованием осадка;
по назначению процесса. В результате фильтрования может быть получена твердая или жидкая фаза (при этом иная фаза является отходом), а также
одновременно и твердая и жидкая фазы.
по направлению движения фильтрата и действия сипы тяжести.
Указанные направления могут совпадать (фильтр с горизонтальной перегородкой, над которой находится суспензия), быть противоположными (бара-
© Мануковский Е. А., 2008
46
банный вакуум-фильтр) или перпендикулярными (рамный фильтр-пресс с
вертикальными перегородками);
по способу выгрузки осадка. Фильтрование подразделяется на механизированное и немеханизированное (ручное).
Для повышения качества разделения малоконцентрированных суспензий тонкодисперсных твердых частиц, а также предотвращения попадания
твердых частиц в поры фильтровальной перегородки используются фильтровальные вспомогательные вещества. Это, как правило, тонкозернистые и
тонковолокнистые материалы, которые либо наносят на фильтровальную перегородку, либо используют для предварительного фильтрования, либо добавляют к разделяемой суспензии.
В производственных условиях под фильтрованием понимают не только
разделение суспензии на фильтрат и осадок, но и по следующие операции
промывки и продувки осадка на фильтре.
Общее уравнение фильтрования с образованием осадка. Частные
случаи
Процесс фильтрования, в котором раздельно учитываются со противления слоя осадка и перегородки, описывается дифференциальным уравнением [1]
W=
dV dq
Δp
,
=
=
Fd τ d τ μ( Rô ï + Rî ñ )
где V- объем фильтрата; F- площадь фильтрования; т - время; q = V/F объем фильтрата с единицы поверхности фильтра;
Roc - сопротивления слоя осадка и фильтровальной перегородки; м —
динамическая вязкость фильтрата.
Поскольку Roc=r0h0c=r0x0q— удельное массовое со противление осадка;
г0— удельное объемное сопротивление осадка; ho. — толщина слоя осадка на
фильтровальной перегородке; х0 — отношение объема осадка к объему
фильтрата [2]
W=
dV
Δp
=
.
Sd τ μ( r0 x0 + Rô ï )
Для осадков частиц размером порядка 1...100 мкм значения г„ следует
находить непосредственно из опыта. Для осадков частиц размером порядка 1
мм и более, можно определить из соотношения [2] ra=kц(1-е)2/е3dп2, где k коэффициент;
ц= l/ш2: - коэффициент формы (ш — фактор формы); dп, размер пор; е — порозность осадка.
Моделирование процесса фильтрования с образованием сжимаемых
осадков значительно усложняется в связи с непрерывным перераспределением сжимающих усилий, действующих на отдельные слои осадка. Статическое давление жидкости в различных слоях осадка с течением времени не остается постоянным даже при Ар = const.
На практике среднее удельное сопротивление осадка обычно определяется по результатам разделения суспензии на модельном фильтре. Из различ-
47
ных форм зависимости среднего удельного сопротивления осадка от сжимающих усилий наиболее употребительны соотношения
rm = rm1 ( Δp )s ,
r0 = r01( Δp )s
применимые при , Δpô ï << Δpoc т.е. при Δpoc << Δp (S — показатель
сжимаемости осадка; Δрос — падение давления жидкости в осадке; Δрфп — падение давления жидкости в фильтровальной перегородке). Использование их
при соизмеримых сопротивлениях осадка и перегородки может привести к
значительным ошибкам в расчете процесса фильтрования [1]. В общем случае в (3) следует подставлять величину Δрт и тогда
rm = rm1 ( Δp ) s , r0 = r01 ( Δp )s .
Величины Δр, Δрфп, Δрос связаны соотношением
Δp = Δpî ñ + Δpô ï .
Падение давления в слое осадка переменной толщины при Rпф= const
определяется по формуле
Δp = Δpî ñ − μRï ô ( dq / d τ ).
В общем случае падение давления на фильтре зависит от скорости
фильтрования, т.е.
Δp = ϕ(W ) = ϕ( dq / d τ ).
а сопротивление перегородки за счет ее забивки изменяется от цикла к циклу,
т.е. С помощью приведенных выше уравнений можно записать дифференциальные уравнения процесса для различных случаев.
Рассмотрим решение уравнения в некоторых частных случаях, учитывая, что все последующие связанные с ним соотношения применимы только
к ламинарному течению жидкости в порах осадка.
Несжимаемые осадки
Фильтрование при постоянной разности давления.
Все величины, кроме Кит, при Δр=const в уравнении (2) постоянны.
Проинтегрировав это уравнение в пределах от 0 до V и от 0 до ф, получим
Rï ô F
ΔpF 2
V +2
V =2
,
r0 x0
μr0 x0
2
(9)
откуда
τ=2
R μq
μr0 x0
V = 2 ïô .
2 Δp
Δp
(10)
С учетом того, что х0= hосq,
τ=2
μr0 hî2ñ Rï ô μhî ñ
.
+
2Δpxo
Δpx
(11)
Решив уравнение (9) относительно V, получим
2
⎧
Rï ô ⎤
⎪ 2Δpτ ⎛ Rï ô ⎞
V =F⎨
+⎜
⎟ −
⎥.
r0 ⎦
⎪⎩ μr0 x0 ⎝ r0 x0 ⎠
(12)
48
При r/Rпф > 103 сопротивлением фильтрующей перегородки можно
пренебречь и записать уравнения (11) и (12) в удобном для практического
применения виде
V = F 2Δpτ / μ r0 x0 ,
(13)
τ=
μr0 hî2ñ
.
Δpx
(14)
Фильтрование при постоянной скорости
Для фильтрования при W=сonst производную dV/dt можно заменить
отношением конечных величин К/т и преобразовать уравнение (2) к виду
V2 +2
Rï ô F
r0 x0
V =2
ΔpF 2
,
μr0 x0
(15)
из которого получают
τ =2
μRпф h0 c
μr h
= 2 0 0c
Δpx0
Δpx0
(16)
и
2
⎧
Rï ô ⎤
⎪ Δpτ ⎛ Rï ô ⎞
V =F⎨
+⎜
⎟ −
⎥.
r0 ⎦
⎪⎩ μr0 x0 ⎝ 2r0 x0 ⎠
(17)
Когда сопротивлением фильтрующей перегородки можно пренебречь
(r0/Rфп>100),
τ=
μr0 hî2ñ
,
Δpxo
(18)
(19)
Фильтрование при постоянных разности давления и скорости процесса. В этом случае перед фильтрованием суспензия расслаивается и на
фильтровальной перегородке образуется осадок, а над ним – слой чистой
жидкости. При этом hoc= хаq0 = соnst; ДР = соnst; dV/dt = V/ф. Тогда из (2)
получаем
V = F 2Δpτ / μ r0 x0 .
μr0 hî2ñ Rï ô μhî ñ
τ=
+
Δpxo
Δpx0
(20)
и
V = ΔpF τ / μ( r0 h0c + Rï ô ).
(21)
Если Rпф<<r0,
μr0 hî2ñ
τ=
,
Δpxo
(22)
(23)
Фильтрование при переменных разности давления и скорости
процесса. Принимая Rфп<<roho, запишем уравнение (2) в виде [1]
V = F 2Δpτ / μ r0 x0 .
dq
Δ p1
=
.
d τ ηr0 x0 q
Где Δp1=f(ф).
(24)
49
При решении уравнения (24) величину Δp1 чаще всего за меняют средней эквивалентной разностью давлений
Δpý = τ−1 ∫ Δðd τ.
(25)
Тогда
V = F 2Δpτ / μ r0 x0 .
(26)
Все приведенные уравнения не меняются, если вместо r0, х0 использовать rт хт. Связь между x0 и хт устанавливается формулой
x0 = xm / ⎡⎣ρτ ( 1 − ε ) ] .
(27)
Δ p фп
Сжимаемые осадки
Фильтрование при постоянных разности давления. Если
<< Δ p oc
то и в случае образования сжимаемых осадков процесс фильт-
Δ p фп и Δ p oc
рования можно рассчитывать по формуле (9). Если
соизмеримы,
расчет по зависимостям для несжимаемых осадков может не обеспечить необходимой точности.
При условии, что удельное сопротивление осадка связано с падением
давления в нем соотношением (24), дифференциальное уравнение (2) записывается в виде
dq
=
dτ
Δp
,
⎛
adq ⎞
à + Bq ⎜ 1 −
⎟
⎝ Δpd τ ⎠
а = μ R пф
(28)
где
, Â = μ õ 0 r01 ( Δ p ).
С допустимой для практических расчетов точностью решение можно
представить в виде [3]
τ=
aq
Bq 2 Bq + a( 1 − 2 S )
+
+
⋅
a 2 ( 1 − 2S )
2 Δp 4 Δp
4 ВΔp
⋅
( Bq − a )2 − 4aBqS −
2ÂΔp
(29)
При S=0 (29) переходит в (10). При 0 < S < 1 имеем не которую погрешность расчета по уравнению (29), которая максимальна при S=0,5. При
S<0,5 и S> 0,5 точность повышается. При одном и том же показателе сжимаемости осадка отличие в результатах расчета по обоим методам (формулы
(10) и (29) существенно зависит от удельного объема фильтрата. Погрешность расчета по уравнению (10) максимальна при удельном объеме фильтрата qo при котором сопротивление осадка равно сопротивлению фильтровальной перегородки:
(30)
q 0 = a / B ( 0 ,5 )S .
При q < qo превалирует сопротивление перегородки, при q > qo доля
сопротивления перегородки в общем сопротивлении уменьшается, и влияние
эффекта перераспределения давления ослабляется. При S - 1 и q = qa расхождение во времени фильтрования, рассчитанном по обоим методам, составляет
около 50%. Анализ показывает, что при q < 0,lqo и при q > 10qo погрешность
расчета по уравнению (9) уже не превышает 6...8%.
50
Таким образом, для оценки возможности использования обычных
уравнений фильтрования необходимо прежде всего определить q0 по формуле (30). Если процесс ведется до значений q, существенно отличающихся от
q0, то расчет процесса по обычным уравнениям может обеспечить приемлемую точность даже для больших значений Rфп и сильно сжимаемых осадков.
В противном случае необходимо использовать более сложные уравнения,
учитывающие перераспределение давления между осадком и перегородкой,
Фильтрование при постоянной скорости (W = const). В случае образования сжимаемых осадков, используя соотношения (4), (5), получаем
Δ p = В ( Δ p − Δ p фп ) s q + Δ p фп
(31)
или
(32)
 q = ( Δ p − Δ p ô ï )1 − s ,
где B = μ ⋅ r01 ⋅ x0 ⋅ W .
Объем фильтрата, получаемого с 1м2, и время фильтрования в зависимости от заданной предельно допустимой общей разности давлений на
фильтре и скорости фильтрования определяются следующим образом:
q = ( Δ p − Δ p ô ï )1 − s / B ,
(33)
ф=q/W.
(34)
Фильтрование при переменных значениях Δр в W. Для фильтрования
с образованием сжимаемого осадка связь между переменными значениями q
и W учетом Δр = Δр -kW определяется формулой
q = ( Δ p 0 − ( k 0 + a )W ) /( W B( 1 −
k0 + a
W )),
Δp
(35)
где a = μ ⋅ Rï ô , B = μ ⋅ õ0 ⋅ r01 ⋅ ( Δp )3 .
В этом случае дифференциальное уравнение фильтрования (2) преобразуется к виду
k + a dq
dq
dq
= ( Δp0 − k0
) /( a + Bq( 1 − 0
⋅ )).
dτ
dτ
Δp d τ
(36)
Отсюда с достаточной для практики степенью точности можно определить время фильтрования:
( a + k0 )( 2 − S )q Bq 2
.
τ=
+
2 Δp
4 Δ p0
(37)
При S= 0
( a + k0 )q Bq 2
τ=
+
.
2 Δp
4Δp0
(38)
Используя численные методы, находим объем получаемого фильтрата
на отдельных участках:
q = ( Δ p 0 − Δ ð í W ê / W í ) /( W ê B ( 1 −
Δðí Wk S
) ).
ΔpWí
(39)
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.
Процессы и аппараты химический технологии [Текст] / под. ред.
Кутепова А. М. – М.: Логос, 2002. - 600 л.
51
2.
Обливин, А.Н. Процессы и аппараты химический технологии
[Текст] / А. Н.Обливин, Н. С. Прокофьев. – М.: МГУЛ, 2002. - 656 с.
УДК 621.878:681.51
НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИСЛЛЕДОВАНИЙ РАБОТЫ
АВТОГРЕЙДЕРА ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ ГРУНТА
А.В. Василенко, Ю.В. Авдеев, В.И. Енин, А.А. Кононов, С.А. Иванов (ВГАСУ)
В работе [1] приводились сведения о математической модели автогрейдера с колесной формулой 1х2х3 при планировании грунта основным отвалом. Важнейшими показателями, характеризующими работу автогрейдера
при разработке грунта основным отвалом, являются сила тяги колесного
движителя и коэффициент буксования.
Выражение для суммарной свободной силы тяги, развиваемой колесным движителем, может быть представлено в виде [2]
Ò = k1 ⋅ B ⋅ hP ⋅ sin α çõ + f K ( R1 + R4 ) +
G d υÄ
⋅
+ 0,001⋅V ⋅ρ⋅ g ( μ ⋅ sin α çõ + μ′ ⋅ cos 2 α P ⋅ sin α çõ +
g dt
(1)
+μ ⋅μ′ ⋅ cos α çõ ) ,
где
k1 – удельное сопротивление грунта резанию, кПа;
В – ширина отвала, м;
hР – толщина срезаемой стружки, м;
αЗХ – угол захвата, град;
fК – коэффициент сопротивления качению колеса;
R1, R4 – нормальные реакции грунта на передние (ведомые) колеса автогрейдера, кН;
G – сила тяжести автогрейдера, кН;
g – ускорение свободного падения, м/c2;
υД – действительная скорость движения машины, м/c;
V – объем перемещаемого перед отвалом грунта, м3;
ρ – плотность грунта, кг/м3;
μ – коэффициент трения грунта по грунту;
μ’ – коэффициент трения грунта по металлу;
αР – угол резания, град.
В работе Н.А.Ульянова [3] предложена формула для определения коэффициента буксования колесного движителя:
δ = А(Т R Z ) + B (Т R Z )n ,
(2)
где A, B, n – безразмерные параметры, зависящие от вида, состояния
и влажности опорной поверхности, типа шин и давления воздуха в них;
Т – суммарная сила тяги всех ведущих колес автогрейдера, кН;
© Василенко А.В., Авдеев Ю.В., Енин В.И., Кононов А.А., Иванов С.А., 2008
52
RZ – нормальная реакция грунта, действующая на ведущие колеса
автогрейдера, кН.
Как следует из выражения (1), сила тяги колесного движителя зависит
от целого ряда параметров, в том числе и от угла захвата. Следовательно, коэффициент буксования колесного движителя может рассматриваться как
функция от угла захвата.
По результатам проведенных на ЭВМ расчетов по указанным формулам и с учетом [1], с целью оценки влияния некоторых условий проведения
работ на характеристики автогрейдера ДЗ-199 при планировании грунта с
наибольшей вероятностью появления в поверхностной толщи пород, разрабатываемых на территории бывшего СССР [4], построены графики зависимости свободной силы тяги и коэффициента буксования колесного движителя
от угла захвата отвала при различной толщине срезаемой стружки (рис. 1, 2).
Диапазон изменения угла захвата и толщины срезаемой стружки при
этом назначался из следующих соображений. Значение угла захвата при копании грунта автогрейдером находится в пределах 350 – 450, а при выполнении планировочных работ лежит в диапазоне 450 – 900 [5]. Рекомендуемая
при проведении расчетов максимальная толщина срезаемой стружки грунта
для процесса копания равна 12% от высоты установленного отвала [5]. Так
как при планировании возможно увеличение ширины полосы разработки
грунта около 40% относительно процесса копания (в соответствии с указанными выше рекомендуемыми значениями угла захвата для каждой операции), следовательно, при проведении моделирования процесса планирования
грунта можно в качестве максимальной толщины срезаемой стружки ограничиться значением 7,2% от высоты установленного отвала. Однако, с учетом
того, что процесс планирования часто проводится на частично разрыхленном
грунте, в данной работе принято с запасом в качестве максимальной толщины срезаемой стружки использовать величину равную 8% от высоты установленного отвала. При этом значение угла резания принимается равным 350
[5, 6].
Следует отметить, что угол захвата принимают равным 900 лишь на конечной стадии планировки в традиционном режиме [5], то есть когда отсутствует текущее автоматическое управление нагруженностью в ходе рабочего
процесса изменением угла захвата отвала при постоянной толщине срезаемой
стружки. Однако при автоматическом управлении изменением угла захвата
основного отвала автогрейдера в процессе планирования грунта с помощью
системы, алгоритм работы которой описан в [7], выполнение планирования
прямым отвалом вероятно только при очень малых значениях толщины срезаемой стружки. Таким образом, даже с запасом по верхней границе, наиболее интересным при максимальной для планировки расчетной толщине срезаемой стружки грунта является диапазон изменения угла захвата от 450 до
850.
53
Рис. 1. Взаимосвязь силы тяги колесного движителя и угла захвата отвала для автогрейдера ДЗ-199
Из анализа рис. 1, 2 следует, что зависимости реализуемой силы тяги и
коэффициента буксования колесного движителя от угла захвата и толщины
срезаемой стружки являются монотонно возрастающими функциями. При
максимальной расчетной толщине срезаемой стружки грунта в диапазоне угла захвата 450 – 850 сила тяги колесного движителя автогрейдера ДЗ-199 будет меняться от 23,9 кН до 35,1 кН, а величина буксования составит от 10,5%
до 20,2%. Для среднего значения угла захвата и максимальной расчетной нагруженности по толщине срезаемой стружки в 8% высоты установленного
отвала сила тяги для ДЗ-199 составит 29,9 кН при буксовании – 14,8%.
Рис. 2. Взаимосвязь коэффициента буксования колесного движителя и
угла захвата отвала для автогрейдера ДЗ-199
54
Кроме того, в результате проведения расчетов установлено, что значение максимальной толщины срезаемой стружки грунта для процесса планирования действительно составляет не более 8% от высоты установленного
отвала, иначе движитель будет функционировать в режиме, характеризующемся величинами коэффициента буксования заметно больше 20%, что, как
известно [3], не соответствует высокоэффективной работе.
С целью проверки адекватности математического моделирования процесса планирования грунта основным отвалом автогрейдера и полученных
теоретических результатов были проведены экспериментальные исследования, в ходе которых автогрейдер ДЗ-199 (производства АООТ «Брянский Арсенал» с гидромеханической коробкой перемены передач, двигателем с турбонаддувом Д-460-10 и колесной формулой 1х2х3), укомплектованный шинами размером 14,00-20 модели ОИ-25 (давление воздуха в шинах равнялось
0,3 МПа), производил планирование грунта на первой рабочей передаче при
полной подаче топлива в дизель.
Величина загрузки варьировалась изменением угла захвата отвала от
0
45 до 900 при неизменной в ходе каждого опыта толщине срезаемой стружки. Для проведения испытаний выбирался горизонтальный участок опорной
поверхности с ровным микрорельефом (максимальная величина уклона составляла 0,5%), представляющий собой свежесрезанный суглинистый грунт с
плотностью по ударнику ДорНИИ СУД = 12 – 14 ударов (то есть грунт третьей категории) и массовой влажностью 10 – 14%.
В результате проведения натурных испытаний ЗТМ установлена адекватность математической модели, а также получены графики взаимного изменения основных параметров, характеризующих функционирование автогрейдера ДЗ-199 при планировании грунта, и выходного сигнала измерителя
текущего объема перемещаемого грунта перед рабочим органом (рис. 3).
Как показали результаты значительной серии опытов, в процессе планирования грунта в нормальных рабочих условиях при максимальной толщине срезаемой стружки в 8% высоты установленного отвала относительно
небольшое изменение угла захвата необходимо в сторону увеличения или
уменьшения от среднего значения порядка 650, что хорошо согласуется с
данными работы [8], где показано, что величины максимально допустимого
угла захвата, при котором начинается скольжение всего объема перемещаемого грунта по отвалу в горизонтальной плоскости перпендикулярно продольной оси машины составляют для различных грунтов от 59,040 до 70,710.
Эти данные, по-видимому, имеют следующее объяснение: при достаточно
больших толщинах срезаемой стружки необходимо, чтобы сброс грунта с косопоставленного отвала осуществлялся в результате скольжения всего объема перемещаемого грунта по отвалу, так как коэффициент трения грунта по
металлу меньше, чем коэффициент трения грунта по грунту [5]. При небольших значениях толщины срезаемой стружки, реализуемой силы тяги будет
достаточно для преодоления сил сопротивления перемещению частиц вырезанного объема грунта без постоянного соприкосновения с косопоставленным отвалом.
55
υ, м/с
1,8
υT
16
υД
Т, кН
1,4
1,2
δ
27
24
0,14
21
T
0,12
δ
3
18 V, м
0,10
15
0,08
12
0,8
0,06
9
0,6
6
0,4
3
0,2
V
0,04
0,02
0
100
90
80
ZA, Ом
Рис. 3. Графики взаимного изменения основных параметров, характеризующих функционирование ЗТМ при планировании грунта, и выходного
сигнала измерителя объема грунта перед рабочим органом
70
60
40
В результате проведения испытаний было установлено, что при максимальной рекомендуемой расчетной нагруженности рабочего режима величина коэффициента буксования составила 15,4% , при этом значение продольной силы тяги колесного движителя равно 28,5 кН.
Расхождение теоретических и экспериментальных показателей, характеризующих работу автогрейдера ДЗ-199 при планировании грунта, составило не более 5%, что не выходит за пределы допустимой погрешности измерений. Это отклонение может быть объяснено неоднородностью грунта, возможными незначительными отличиями реальной машины от теоретических
технических характеристик и вероятными погрешностями при измерениях.
Полученные результаты исследований работы автогрейдера ДЗ-199 в
процессе планирования грунта имеют практическое значение и могут быть
полезны специалистам, работающим в области проектирования, совершенствования и эксплуатации автогрейдеров.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Василенко, А.В. Аналитическое исследование работы автогрейдера
при планировании грунта основным отвалом [Текст] / А.В.Василенко,
В.И.Енин, А.А.Кононов, С.А.Иванов // Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем
управления: сб. науч. тр. – Воронеж: ВГЛТА, 2007. – С. 28–33.
56
2. Кононов, А.А. Развитие научных основ повышения эффективности
управления рабочими процессами землеройно-транспортных машин: Автореф. дис... д-ра техн. наук [Текст] / А.А.Кононов. – Воронеж, 2007. – 36с.
3. Ульянов, Н.А. Колесные движители строительных и дорожных машин [Текст] / Н.А.Ульянов. – М.: Машиностроение, 1982. – 279с.
4. Баловнев, В.И. Моделирование процессов взаимодействия со средой
рабочих органов дорожно-строительных машин [Текст] / В.И.Баловнев – М.:
Высшая школа, 1981. – 335с.
5. Волков, Д.П. Машины для земляных работ: Учебник для вузов
[Текст] / Д.П. Волков, В.Я. Крикун, П.Е. Тотолин [и др.]./ под общ. ред.
Д.П.Волкова – М.: Машиностроение, 1992. – 448с.
6. Автогрейдеры. Общие технические условия: ГОСТ Р 50188-92: введен 01.07.93. [Текст] – М.: Изд-во стандартов, 1992. – 19с.
7. Василенко, А.В. К вопросу об автоматизации разработки грунта основным отвалом автогрейдера [Текст] / А.В. Василенко, В.И. Енин, А.А. Кононов, С.А. Иванов // Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления: сб. науч. тр. – Воронеж: ВГЛТА, 2006. – С. 182–184.
8. Кононов, А.А. Условие сброса грунта с основного отвала автогрейдера [Текст] / А.А. Кононов // Изв. вузов. Сер. Строительство. – 2006. – № 10.
– С. 66–68.
УДК 621.396.2.019
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ В
ЗАДАЧАХ МОДЕЛИРОВАНИЯ И АВТОМАТИЗАЦИИ РАБОТЫ
ЗЕМЛЕРОЙНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН
А.Д.Кононов, А.А.Кононов, М.А.Сенокосов (ВГАСУ)
В своей основе автоматическое управление ЗТМ сводится к отслеживанию изменений в рабочих процессах, обусловленных вариацией характеристик разрабатываемого грунта, с целью оптимизации реакций исполнительных механизмов работающей машины на флуктуации в производственной обстановке. Поэтому при анализе характера взаимодействия рабочих органов ЗТМ с грунтом и определении возникающих при этом сопротивлений
необходимо знать физико-механические свойства грунтов. В изменениях
свойств грунта основную роль играют структурное состояние разрабатываемой среды, в частности ее плотность и влажность, которые могут быть оценены по измерениям электрических параметров [1]. Современная теория поляризационных явлений в веществе, имеющих место при воздействии на него
внешнего электромагнитного поля, позволяет связывать значения электрических характеристик со структурным состоянием исследуемого материала для
получения информации о физико-механических свойствах разрабатываемого
грунта [2, 3].
© Кононов А.Д., Кононов А.А., Сенокосов М.А., 2008
57
Обоснованием целесообразности использования поляризационных эффектов электромагнитной волны, возникающих при взаимодействии зондирующего сигнала с объектом (или средой) исследования, для определения
физико-механических свойств разрабатываемого грунта являются большие
информационные возможности параметров поляризации поля волны по
сравнению с методами, использующими амплитудно-фазовые характеристики рассеянного колебания [4, 5, 6], так как в этом случае требуемая для работы автоматической системы информация получается из анализа амплитуд и
фаз двух поляризационно-ортогональных компонент, на которые разлагается
отраженная волна. Важным преимуществом поляризационного метода измерения физико-механических свойств грунта, (например, плотности) является
также малая зависимость амплитудных поляризационных параметров, являющихся отношением амплитуд поляризационно-ортогональных компонент
рассеянного поля, от флуктуаций поглощения, связанных с неоднородностью
отражающей среды [7].
Отметим, что аппаратурное измерение параметров поляризационноортогональных представлений поля отраженного сверхвысокочастотного
(СВЧ) сигнала при достаточно жестких требованиях к точности является затруднительным.
При исследовании поляризационных свойств монохроматических сигналов наряду с поляризационными параметрами часто используются параметры, квадратичные относительно напряженности поля волны. К числу таких параметров относятся матрица когерентности и параметры Стокса [4].
Практическая ценность параметров Стокса состоит в том, что все они имеют
одну и ту же размерность, позволяют связать между собой различные характеристики и параметры поляризации сигнала и более удобны с позиций инженерной реализации.
Установив связь параметров Стокса с параметрами ортогональнолинейного разложения поля волны, можно получить количественные зависимости для расчета диэлектрической проницаемости и проводимости исследуемых объектов и сред в виде [8]
⎛ I −V Q2 −U 2
⎞
⎛ 1+ B
⎞
Z ⋅ tg 2 θ + 1⎟ sin 2 θ ,
⋅ 2
⋅ tg 2θ + 1⎟⎟ sin 2 θ = ⎜
ε = ⎜⎜
2
−
B
1
+
I
V
Q +U
⎝
⎠
⎝
⎠
1
1
+
B
1 I −V
QU
⋅
1 − Z 2 ⋅ tg 2 θ ⋅ sin 2 θ ,
σ =
⋅
⋅
⋅ tg 2θ ⋅ sin 2 θ =
60λ 1 − B
30 λ I + V Q 2 + U 2
(1)
(2)
где
B=
2
Е л2 − Епр
Е +Е
2
л
2
пр
Z=
D02 − 1
D02 + 1 ,
D0 =
E y2 − E X2
E X ′ − EY ′ ,
,
θ – угол облучения;
λ – длина волны;
Ел, Еп – амплитуды компонент ортогонально-кругового базиса;
Ex, Ey и Ex’, Ey’ – амплитуды компонент линейных базисов, повернутых
на угол π/4 относительно друг друга.
2
2
58
Значения В и Z могут быть определены при измерении лишь интенсивностей соответствующих поляризационно-ортогональных компонент различных базисов без проведения фазовых измерений на СВЧ.
В упрощенном варианте, учитывая, что на сантиметровых волнах пренебрежение слагаемым 60λσ дает погрешность, не превышающую 5 %, а
также тот факт, что на практике измерение параметра Z требует определенных усложнений в анализирующей аппаратуре, более целесообразно как в
лабораторных, так и в натурных условиях для нахождения диэлектрической
проницаемости при круговой поляризации поля излучения пользоваться соотношением
⎛ 1+ В 2
⎞
⋅ tg θ + 1⎟ sin 2 θ
⎝ 1− В
⎠
.
ε =⎜
θ = 80°
(3)
ε
70°
20
60°
50°
10
40°
-0,5
0
0,5
В
Рис. 1. Зависимость диэлектрической проницаемости ε от параметра В
График на рис. 1 демонстрирует распределение энергии приходящего
сигнала между ортогонально поляризованными каналами в зависимости от
электрических свойств исследуемого объекта при различных углах облучения θ.
Заметим, что чувствительность датчика для малых значений ε вырастает с увеличением угла облучения и повышением рабочей частоты зондирующего колебания. Одновременно с этим уменьшаются и габаритные размеры
измерителя. Функциональная схема технического измерения параметра B,
входящего в формулу для диэлектрической проницаемости (3), приведена на
рис. 2.
59
Ey
Ex
Eл
π/2
+
+
КД
-
π/2
÷
+
Eпр
КД
В
Рис. 2. Схема поляриметра для измерения значения параметра B рассеянного поля
Датчик, выполненный с использованием схемы (рис. 2), обладает высокой чувствительностью, так как в каждом плече поляриметра содержатся
квадратичные детекторы (КД), усиливающие зарегистрированные изменения
свойств грунта.
Следует отметить относительно простую инженерную реализацию последней схемы измерителя и устройств для цифровой оперативной обработки
данных, выполненных на малогабаритных вычислительных компонентах.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Устинов, Ю.Ф. Методологические основы экспериментального определения некоторых физико-механических свойств разрабатываемого грунта [Текст] / Ю.Ф.Устинов, А.Д.Кононов, А.А.Кононов // Известия вузов. Сер.
Строительство. – 2005. – № 11–12. – С. 109–113.
2. Попов, Л.Н. Лабораторный контроль строительных материалов и изделий: Справочник [Текст] / Л.Н. Попов. – М.: Стройиздат, 1986. – 372 с.
3. Сусеков, О.М. Измерение диэлектрической проницаемости материалов автогенераторными датчиками в диапазоне 100 - 500 МГц [Текст] / О.М.
Сусеков // Электроника и автоматика на автомобильном транспорте и в дорожном строительстве : сб. науч. тр. – М.: МАДИ, 1983. – С. 12–15.
4. Канарейкин, Д.Б. Поляризация радиолокационных сигналов [Текст] /
Д.Б. Канарейкин, Н.Ф. Павлов, В.А. Потехин. – М.: Советское радио, 1966. –
440 с.
5. Кононов, А.Д. Информационная модель процесса определения характеристик подстилающих поверхностей с учетом пространственных эффектов электромагнитных волн [Текст] / А.Д. Кононов, А.А. Кононов // Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления: сб. науч. тр. – Воронеж: ВГЛТА,
2001. – С. 43–46.
6. Аникеенко, Г.Н. Анализ поляризационной структуры сигнала, отраженного от земной поверхности, с использованием системы параметров Сто-
60
кса [Текст] / Г.Н. Аникеенко, А.А. Кононов // сб. докл. V Междунар. науч.техн. конфер. «Радиолокация, навигация, связь». Т.3. – Воронеж: ВГУ, 1999.
– С. 1680–1687.
7. Кононов, А.Д. Определение пространственно-временных характеристик сигнала, отраженного от статистически шероховатых подстилающих
поверхностей [Текст] / А.Д. Кононов, А.А. Кононов // Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления: сб. науч. тр. – Воронеж: ВГЛТА, 2002. – Ч.1. – С.
291–294.
8. Маршаков, В.К. Определение диэлектрических параметров объектов
в СВЧ измерителе с антеннами ортогональной поляризации [Текст] /
В.К.Маршаков, А.Д.Кононов, А.А.Кононов // Вестник Воронеж. гос. уни-та.
Серия Физика, математика. – Воронеж, 2006. – Вып.2. – С. 85 – 87.
УДК 631.3.072
МОДЕЛИРОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ КОМБИНИРОВАННЫХ
МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ (КМТА)
И.Е. Донцов, И.М. Бартенев (ВГЛТА)
Для снижения антропогенного влияния и повышения эффективности
работ, как в растениеводстве, так и на лесовосстановлении, используют
КМТА с орудиями задней, фронтальной и боковой навески. Во всех случаях
параметры агрегата должны обеспечивать устойчивый ход на максимально
допустимой скорости движения, минимальные отклонения и быстрое затухание переходных колебательных процессов при возникновении случайных
возмущений – курсовую устойчивость.
Рассматриваются вынужденные колебания КМТА с навесными орудиями, соединёнными с трактором при помощи шарнирных четырехзвенных
механизмов навески.
Подвижность системы определяется n+1 степенями свободы. При этом
(рис. 1) учтены: 1) поперечное смещение ϕ0 центра давления трактора (ЦДТ)
вдоль оси X0, 2) колебания трактора ϕ 1 вокруг т. О1 в его центре давления, 3)
колебания n-1 навесных орудий ϕ2, ϕ 3, …, ϕn вокруг т.т. О2 , О3 ,…, Оn. Условлено, что колебания трактора (ϕ0 и ϕ1) происходят в плоскости X0Y0, которая движется прямолинейно и равномерно со скоростью VOXY по непод0
вижной горизонтальной либо наклонной плоскости XY. Центры координатных осей XjYj (т.т. Оj, здесь j=0,1,2,…,n – индекс обобщенных координат) характеризуют положение ЦДТ и место установки навесной системы орудия на
тракторе (впереди, сбоку или сзади). Координатные оси Xj.iYj.i неподвижно
связаны с орудиями в т.т. Dj.i, где т.т. Dj.i – центры приведения сил взаимодействия с почвой колёс или рабочих органов (i=1,2,…,N – индекс рабочих
органов).
© Донцов И.Е., Бартенев И.М., 2008
61
Кроме того, на схеме (рис. 1) обозначено: т.т. Sj – центры масс трактора
и орудий; Rj.i, Mj.i – главные векторы и моменты сил сопротивления колёс и
рабочих органов; Tj.i, Wj.i - главные векторы и моменты движущих (тормозящих) сил ведущих колёс трактора и орудий; Gj – горизонтальные составляющие сил тяжести, соответственно, трактора и орудий при работе на склонах;
αj.i, βj.i – углы поворота главных векторов сил взаимодействия; Δx' R , Δy' R j .i
j .i
смещения равнодействующих сил сопротивления колёс трактора и рабочих
органов от точек приведения; Δx'T , Δy 'T - смещения равнодействующих
j .i
j .i
движущих сил колёс трактора и рабочих органов от точек приведения;
VOXY , V DXY - векторы абсолютных скоростей точек приведения (в плоскости
j
j .i
XY); δj.i – углы поворота векторов абсолютных скоростей от продольной оси
колёс или рабочих органов; δ′j.i – фиксированные углы поворота управляемых колёс (рабочих органов), γ - направление склона по отношению к основному (переносному) движению; (j=1,2,…,n; i=1,2,…,N).
Геометрические параметры системы: xSj, ySj – координаты т.т. Sj в плоскости XjYj; xOj, yOj – координаты т.т. Оj в плоскости X1Y1; Lj – длина j–ой навесной системы; xDj..i, yDj..i – координаты точек приведения (рабочих органов)
в плоскостях X`jY`j; (j=1,2,…,n; i=1,2,…,N). Отметим, если орудие не «тянут», а «толкают», то длину навески Lj следует принять со знаком «минус».
В полярных координатах положение т.т. Sj и Оj и точек приведения (т.т.
Dj.i) реактивных сил в соответствующих координатных плоскостях характеризуют длиной радиус-вектора и углом его поворота. Радиус-векторы (L) и
углы поворота (Ψ) вычисляют по формулам:
xS
xO
LS j = yS2 j + xS2 j ; ΨS j = arctg j , LOj = yO2 j + xO2 j ; ΨO j = arctg j ,
yS j
yO j
LDj.i = yD2 j.i + xD2 j.i ; ΨDj.i = arctg
xDj.i
yD j.i
, (j=1,2,3,…,n), (i=1,2,3,…,N).
(1а)
Радиус-векторы точек приложения равнодействующих сил сопротивления и движущих сил рабочих органов и углы поворота радиус-векторов во
время движения вычислим по формулам:
x j.i + ΔxR j.i
2
2
=
y
+
Δ
y
+
x
+
Δ
x
;
,
Ψ
=
arctg
LRj.i
j.i
j.i
R j .i
R j.i
R j.i
y j.i + ΔyR j.i
(
) (
)
(
) (
)
2
2
LTj.i = y j.i + ΔyTj.i + xj.i + ΔxTj.i ; ΨTj.i = arctg
(j=1,2,3,…,n), (i=1,2,3,…,N).
x j.i + ΔxTj.i
y j.i + ΔyTj.i
,
(1б)
62
Рис. 1. Расчётная схема КМТА с навесными орудиями
Введём обозначения углов Φj, Φ0j, Φ1j, Φ2j (на схеме не показаны), которые во время движения зависят от обобщенных координат ϕ1, ϕj,
(j=2,3,…,n) и передаточной функции Φ1j=U(Φ0j) навесной системы:
Φ 0 j = ϕ j − ϕ1 ;
Φ1 j = U0 j + U1 j Φ0 j + U2 j Φ02 j + ... ≈ U1 j Φ0 j = (1 − u j )Φ0 j = (1 − u j )(ϕ j − ϕ1 ) ;
Φ2 j = Φ1 j − Φ0 j ≈ −u j (ϕ j − ϕ1 ) = u j (ϕ1 − ϕ j ) ;
(2а)
Φ j = ϕ1 + Φ1 j = ϕ1 + U0 j + U1 j Φ0 j + U2 j Φ02 j + ... ≈ ϕ1 + (1 − u j )(ϕ j − ϕ1 ) = u jϕ1 + (1 − u j )ϕ j
,
где uj – передаточное число j-ой навесной системы [3].
Отсюда,
& 0 j = ϕ& j − ϕ&1 ;
Φ
(2б)
& j = ϕ&1 + U1 j Φ
& 0 j + 2U2 j Φ
& 0 j Φ0 j + ... ≈ ϕ&1 + U1 j Φ
& 0 j = ϕ&1 + (1 − u j )(ϕ& j − ϕ&1 ) = u jϕ&1 + (1 − u j )ϕ& j .
Φ
Первая производная от передаточной функции (мгновенное значение
передаточного отношения) навесной системы имеет вид
d Φ1 j
Uj =
= U1 j + 2U 2 j Φ 0 j + 3U 3 j Φ 02 j + ... ≈ U1 j = 1 − u j . (j = 2,3,…,n). (2в)
dΦ 0 j
63
Далее составим дифференциальные уравнения колебаний механической системы, используя при этом уравнение Лагранжа II рода:
d ⎛⎜ ∂E ⎞⎟ ∂E
(3)
−
= Q j , (j=0,1,2,3,…,n),
dt ⎜⎝ ∂ϕ& j ⎟⎠ ∂ϕ j
где Qj - обобщённая сила по j-й обобщенной координате,
E - кинетическая энергия системы,
ϕ j , ϕ& j - обобщённые соответственно координата и скорость,
t - время.
Для определения левой части уравнений движения запишем выражение
кинетической энергии системы в плоскости X0Y0:
n
2
1⎛
X0Y0 2
2
2
& 2j ) ⎞⎟ ,
(4)
&
E = ⎜ m1VO1 + (m1LS1 + J1 )ϕ1 + Σ (m jVSXj 0Y0 + J j Φ
j =2
2⎝
⎠
где m1, mj - массы, соответственно, трактора и орудий;
J1, Jj - моменты инерции трактора и орудий относительно их вертикальных центральных осей,
VOX1 0Y0 , VSXj 0Y0 – скорости центра давления трактора и центра масс орудия
в плоскости X0Y0.
Запишем векторное равенство (рис. 2):
r
r
r
r
r
VSXj 0Y0 = VOX1 0Y0 + VOXjO0Y10 + VOX' j0YO0j + VSXjO0Y'0j , (5)
r
где VOXjO0Y10 - скорость т. Оj вокруг т. О1 в
плоскости X0Y0,
r
VOX' j0OY02 - скорость т. О’j вокруг т. Оj в
плоскости X0Y0,
r
VSXjO0Y'0j - скорость т. Sj вокруг т. О’j в
плоскости X0Y0.
По условиям задачи, углы между векторами скоростей малы, поэтому заменим векРис. 2. План скоростей т.Sj
торное равенство (5) его алгебраической
суммой. По модулю
X 0Y0
X 0Y0
VO1 = ϕ& 0 ; VO jO1 = LO j ϕ&1 ; VOX' j0OY0j = L jϕ& j ;
[
]
[
]
& j ≈ LS ϕ&1 + (1 − u j )(ϕ& j − ϕ&1 ) = LS u jϕ&1 + (1 − u j )ϕ& j .
VSXjO0Y'0j = LS j Φ
j
j
(6)
Подставим формулы (6) в выражение (4) и преобразуем последнее к
виду
⎛
2
2
2
⎜ m1 ϕ& 0 + ( m1 L S1 + J 1 )ϕ& 1 +
1⎜ n
E = ⎜ + Σ m j ϕ& 0 + LO j ϕ& 1 + L j ϕ& j + L S j ⎡⎣ u j ϕ& 1 + (1 − u j ) ϕ& j ⎤⎦
2 ⎜ j=2
2
⎜ n
⎜ + jΣ= 2 J j ⎡⎣ u j ϕ& 1 + (1 − u j ) ϕ& j ⎤⎦ .
⎝
{
}
2
⎞
⎟
⎟
+⎟
⎟
⎟
⎟
⎠
(7)
64
Продифференцируем выражение (7) кинетической энергии по обобщённым координатам, скоростям и времени, как это предписано формулой
(3), после чего перепишем уравнения движения в виде системы дифференциальных n+1 уравнений второго порядка:
&& 0 + a 0 . 1 ϕ
&& 1 + a 0 .2 ϕ
&& 2 + ... + a 0 .n ϕ
&& n = Q 0 ,
⎧ a 0 .0 ϕ
⎪a ϕ
&& 1 + a1 . 2 ϕ
&& 2 + ... + a 1 .n ϕ
&& n = Q 1 ,
⎪ 1 . 0 && 0 + a 1 . 1 ϕ
⎨
⎪ ............................................................
⎪ a j .0 ϕ
&& 0 + a j . 1 ϕ
&& 1 + a j . 2 ϕ
&& 2 + ... + a j .n ϕ
&& n = Q j ,( j = 2 , 3 ,..., n ),
⎩
(8)
где
n
a 0 .0 = m 1 + Σ m j ,
j=2
n
a 0 . 1 = Σ m j ( L O j + u j L S j ),
j=2
a 0 . 2 = m 2 [ L 2 + (1 − u 2 ) L S 2 ],
.......... .......... .......... .......... ,
a 0 . n = m n [ L n + (1 − u n ) L S n ];
(8а)
n
a 1 . 0 = Σ m j ( L O j + u j L S j ),
j=2
n
a 1 . 1 = m 1 L 2S 1 + J 1 + Σ [ m j ( L O j + u j L S j ) 2 + u 2 J j ],
j=2
a 1 . 2 = m 2 ( L O 2 + u 2 L S 2 )[ L 2 + (1 − u 2 ) L S 2 ] + u 2 (1 − u 2 ) J 2 ,
.......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ........,
a 1 . n = m n ( L O n + u n L S n )[ L n + (1 − u n ) L S n ] + u n (1 − u n ) J n ;
(8б)
a j . 0 = m j [ L j + (1 − u j ) L S j ],
a j . 1 = m j ( L O j + u j L S j )[ L j + (1 − u j ) L S j ] + u j (1 − u j ) J j ,
a j . 2 = m j [ L j + (1 − u j ) L S j ] 2 + (1 − u j ) 2 J j ,
.......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ,
a j . n = m n [ L n + (1 − u n ) L S n ] 2 + (1 − u n ) 2 J n .
(8в)
Для определения обобщённых сил Q0, Q1, Q2,…, Qn зададим системе
виртуальные приращения обобщённых (независимых) координат, соответственно, Δφ0, Δφ1, Δφ2…, Δφn. Определим возможные перемещения Δsj.i всех
точек приложения внешних сил. Работу внешних сил на указанных перемещениях по каждой j-ой координате найдём из выражения
65
r
r
r
N n r
r
r
r r
r
r
Aj = ∑∑(Gj ⋅ Δs j + Rj.i ⋅ Δs j.i + Tj.i ⋅ Δs j.i + M j.i ⋅ Δϕ j.i +Wj.i ⋅ Δϕ j.i ) ,
i
j
(9)
(j=0,1,2,…,n), (i=1,2,…,N).
Используя зависимости Q0=A0/Δφ0, Q1=A1/Δφ1, Q2=A2/Δφ2,…, определим
обобщённые силы, после чего преобразуем выражения для обобщённых сил
к виду
N
Q0 = Σ {− R1.i sin(α1.i − ϕ1 ) + T1.i sin(β1.i − ϕ1 ) + G1 cosγ +
i =1
n
+ Σ [− R j.i sin(α j.i − Φ j ) + T j.i sin(β j.i − Φ j ) + G j cosγ ]},
(10а)
j =2
N
Q1 = − Σ {− R1.i L R1.i sin( α 1.i + Ψ R1.i ) − M 1.i + T1.i LT1.i sin( β1.i + ΨT1.i ) − W1.i +
i =1
+ G1 LS1 cos( ϕ1 + Ψ S1 − γ ) +
n
+ Σ [ − R j .i LO j sin( α
j=2
j .i
− Φ 1 j + ΨO j ) + T j .i LO j sin( β j .i − Φ 1 j + ΨO j ) +
(10б)
+ G j LO j cos( ϕ1 + ΨO j − γ )]},
……………………………………………………………………………..
N
n
Q j = Σ Σ [ − R j .i L j sin( α j .i − Φ 2 j ) − U j R j .i L R j .i sin( α j .i + ΨR j .i ) − U j M
i =1 j = 2
j .i
+
+ T j .i L j sin( β j .i − Φ 2 j ) + U j T j .i LT j .i sin( β j .i + ΨT j .i ) − U jW j .i +
+ G j L j cos( ϕ j − γ ) + U j G j L j cos( Φ j + ΨS j − γ )], ( j = 2,3,..., n )
(10в)
Параметры сил сопротивления и движущих сил (силовые параметры)
колёс и рабочих органов в формулах (10) являются функциями углов δj.i.
Имеем
T j .i = T j .i ( R j .i , α j .i , β j .i , ϕ j .i ) ,
β j .i = β ' j .i −δ ' j .i (t ) , где β ' j.i = β max [1 − exp(−k β δ j .i / β max )] + Δβ j .i (t ) ,
j .i
j .i
j .i
W j .i = k w j .i β ' j .i ,
ΔxT j .i = Δx 'T j .i cos(δ ' j .i (t )) ,
где Δx 'T j .i = Δxmax j .i {1 − exp[ − k x j .i ( R j .i sin α ' j .i −T j .i sin β ' j .i ) / Δxmax j .i ]} ,
или Δx 'T j .i = k св j .i β ' j .i ,
Δy j .i = Δx ' j .i sin(δ ' j .i (t )) ,
β max =
j .i
[τ j .i ]
k x j .i k св j .i
S j .i
+
k w j .i ,
WK j .i
Δxmax j .i = k св j .i β max j .i , (j=1,2,…,n), (i=1,2,…,N).
(11)
66
(
)
R j .i = R 0 j . i r0 j . i + r1 j . i δ j .i + r2 j . i δ j2.i + ... + Δ R j .i (t ) ;
(
)
α j .i = α ' j .i −δ ' j .i (t ) , где α ' j .i = α 0 + α 1 δ j .i + α 2 δ j2.i + ... + Δα j .i (t ) ;
(
j .i
)
j .i
j .i
(12)
M j .i = M 0 j .i m0 j .i + m1 j .i δ j .i + m 2 j .i δ j2.i + ... + ΔM j .i (t ) ;
Δx R j .i = Δx ' R j .i cos( δ ' j .i (t )) , где Δx'R j .i ≈ 0 ;
(
)
Δy R j .i = Δy ' R j .i cos(δ ' j .i (t )) , где Δy ' R j .i = lо j .i y0 j .i + y1 j .i δ j.i + y2 j .i δ 2j.i + ... .
В формулах (11), (12) обозначено: δ′j.i(t) – законы поворота управляемых колёс и рабочих органов, kβ1 j.i, kβ2 j.i,…, kw1 j.i, kw2 j.i, …, kx1 j.i, kx2 j.i,…,
kсв1 j.i, kсв2 j.i,…,r0j.i, r1j.i,…, α0j.i, α1j.i,…, m0j.i, m1j.i,…, y0j.i, y1j.i,… - эмпирические
коэффициенты пропорциональности; Sj.i , Wj.i - площадь и момент сопротивления кручению отпечатка шины; [τj.i] – допускаемое касательное напряжение на контактной площадке колеса с почвой, ΔR j .i (t ), Δα j .i (t ), ΔM j .i (t ) - возмущающие воздействия; lо j .i - длина i-го рабочего органа, закреплённого на jом орудии; (j=1,2,…, n), (i=1,2,…, N).
Параметры движущих сил колёс трактора в выражениях (11) зависят от
параметров сил сопротивления колёс и рабочих органов. Определим модуль
движущих сил колёс трактора, во-первых, из условия равновесия всех сил,
действующих на агрегат. Для этого спроецируем все силы на ось O1Y1. Вовторых, учитываем тот факт, что на современных тракторах установлены
дифференциальные механизмы, распределяющие крутящий момент на ведущие колеса трактора равномерно. Отсюда, модуль движущих сил колёс трактора
T1.i =
N
n
i =1
j=2
Σ { R1.i cos α1.i + Σ [ R j .i cos(α j .i + Φ1 j ) − T j .i cos( β j .i + Φ1 j )]}
, (13а)
n1 cos β1.i
где n1 – количество ведущих колёс трактора.
Модуль движущих сил рабочих органов орудий
T j .i = const , (j=2,3,…, n).
(13б)
Возмущающие воздействия ΔR j .i (t ), Δα j .i (t ), ΔM j .i (t ) на i-й рабочий орган
можно представить в виде единичного импульса в точке приведения. Функции ΔR j .i (t ), Δα j .i (t ), ΔM j .i (t ) запишем следующим образом:
Rmax j .i
ΔR j .i (t ) = 2 2
,
k пл Rmax j .i (t − tсдвиг ) 2 + 1
Δα j .i (t ) =
ΔM j .i (t ) =
α max j .i
2 2
k пл
α max j .i (t − tсдвиг ) 2 + 1
(14)
,
M max j .i
2
2
k пл
M max
(t − t сдвиг ) 2 + 1
j .i
, (j=1,2,…,n).
67
где kпл – коэффициент плавности импульса (kпл =102 … 104),
Rmax j .i ,α max j .i , M max j .i - максимальные значения возмущающих воздействий,
tсдвиг – сдвиг по времени возмущающего воздействия.
Для определения угла δ1.i найдём вначале абсолютную скорость т. D1.i в
плоскости XY (рис. 3):
r
r
rX Y
rX Y
(15)
V DXY = VOXY + VO 0 0 + V D 0 O0 ,
1 .i
0
1
1 .i 1
r XY
где VO - скорость т. О0 вместе с плоско0
стью X0Y0 в плоскости XY (переносная), по
модулю VOXY = V0 , здесь V0 – скорость трактора;
0
rX Y
VO 0 0 - скорость т. О1 в плоскости X0Y0
1
(относительная),
rX Y
V D 0 O0 - скорость т. D1.i вокруг т. О1 в
1 .i 1
плоскости X0Y0.
Затем спроецируем векторное равенство
(15) на оси координат X1.i и Y1.i, неподвижно
связанные с трактором.
Рис. 3. План скоростей
т. D1.i
Имеем
X
X Y
X Y
VD 1.i = VOXY sin ϕ1 − VO10 0 cos ϕ1 + VD 0 O0 cos Ψ1.i =
1.i
(15а)
1.i 1
0
= V0 sin ϕ1 − ϕ& 0 cos ϕ1 + ϕ& 1L D1.i cos Ψ1.i ,
Y
X Y
X Y
VD1.i = VOXY cos ϕ1 − VO 0 0 sin ϕ1 + VD 0 O0 sin Ψ i =
1.i
0
1
1.i 1
= V0 cos ϕ1 − ϕ& 0 sin ϕ1 + ϕ& 1L D1.i sin Ψ i .
Угол
X
δ1.i = arctg
VD 1.i
1.i
Y1.i
VD
1.i
.
(16а)
Для управляемых колёс (рабочих органов) трактора
X
VD 1.i
(16б)
δ1.i = arctg Y1.i + δ '1.i (t ) .
VD1.i
i
Для определения угла δj.i (j=2,3,…,n)
Рис. 4. План скоростей т.
найдем абсолютную скорость т. Dj.i (рис. 4):
Dj.i
r
r
rX Y rX Y rX Y
rX Y
VDXY = VOXY + VO 0 0 + VO 0O 0 + VO' 0O0 + VD 0 O0' ,
(17)
j.i
0
1
j 1
j j
j.i
j
68
r
где VDX0YO0' - скорость т. Dj.i вокруг т. О’j в плоскости X0Y0.
j.i
j
Спроецируем векторное равенство (17) на координатные оси Xj.i и Yj.i.
Получим
X
X Y
X Y
X Y
X Y
VD j.i = VOXY sinΦ j − VO 0 0 cosΦ j − VO 0O 0 cos(Φ1 j − ΨOj ) − VO' 0O0 cosΦ2 j + VD 0 O0' cosΨD =
j.i
0
1
j 1
j j
j.i
j
j.i
& j LD cosΨj.i ,
= V0 sinΦ j − ϕ&0 cosΦ j − ϕ&1LO cos(Φ1 j − ΨOj ) − ϕ& j L j cosΦ2 j + Φ
j
Y j.i
j.i
X Y
X Y
X Y
X Y
VD = VOXY cosΦ j − VO 0 0 sin Φ j − VO 0O 0 sin(Φ1 j − ΨOj ) − VO' 0O0 sin Φ2 j + VD 0 O0' sin ΨD j.i =
j.i
0
1
j 1
j j
j.i
& j LD sin ΨD .
= V0 cosΦ j − ϕ&0 sin Φ j − ϕ&1LOj sin(Φ1 j − ΨOj ) − ϕ& j L j sin Φ2 j + Φ
j .i
j .i
j
(17а)
Угол
X j .i
δ j.i = arctg
VD
j .i
Y j .i
VD
j .i
+ δ ' j.i (t ) .
(18)
Нетрудно убедиться, что после подстановки полученных формул
(11),…, (18) в уравнения обобщённых сил (10) последние приобретают вид
Q j (t , ϕ&0 , ϕ&1 , ϕ& 2 ,..., ϕ 0 , ϕ1 , ϕ 2 ,...) ,
сложных
трансцендентных
функций
(j=0,1,2,…,n). Для решения, получающейся в результате, системы (8) дифференциальных уравнений аналитические методы не всегда оправданы. В этом
случае необходимо воспользоваться одним из численных методов расчета,
например, методом Рунге-Кутта [2].
При заданных начальных условиях ϕ 0.0 , ϕ1.0 , ϕ 2.0 ,... , ϕ&0.0 , ϕ&1.0 , ϕ& 2.0 ,... ,
ϕ&&0.0 , ϕ&&1.0 , ϕ&&2.0 ,... решение системы (8) дает зависимость обобщенных координат от времени: φj= φj(t), Φj=Φj(φ1, φ2,…), (j=0,1,2,…,n). Полагая φj= φj(t),
Φj=Φj(φ1, φ2,…) известными, найдем координаты интересующих нас т.т. О1,
D1.i, Dj.i в плоскости X0Y0. Имеем
ϕ0.O1 = ϕ0 ,
ϕ0.D1.i = LD1.i sin(ΨD1.i + ϕ1 ) ,
(20)
ϕ
= L sin(Ψ + ϕ ) + L sin ϕ + L sin(Ψ + Φ ) .
0. D j .i
Oj
Oj
1
j
j
D j .i
D j .i
j
Отклонения Δϕ0(t) (возмущения) названных точек от заданной прямолинейной траектории определим из выражений:
Δϕ 0.O1 = ϕ 0 ,
Δϕ 0.D1.i = ϕ 0 + LD1.i [sin(ΨD1.i + ϕ1 ) − sin(ΨD1.i + ϕ1.0 )] ,
Δϕ0.D j .i = ϕ 0 + LO j [sin(ΨO j + ϕ1 ) − sin(ΨO j + ϕ1.0 )] + L j (sin ϕ j − sin ϕ j .0 ) +
.
(21)
+ LD j .i [sin(ΨD j .i + Φ j ) − sin(ΨD j .i + Φ j )]
Построенные по уравнениям (20) и (21) графики в функции времени
показывают траектории интересующих нас точек по неподвижной плоскости
XY. Это даёт возможность наглядно оценить характер возмущённого движения КМТА и отдельных его звеньев.
69
Компьютерное моделирование движения КМТА с помощью предложенных математических моделей выявило закономерности, общие для всех
типов тракторов и рабочих органов, которые, впрочем, и так довольно очевидны. Например, независимо от схемы соединения (жёстко или шарнирно)
фронтальные и боковые орудия всегда оказывают дестабилизирующее влияние на трактор. Причем при жёсткой схеме соединения это влияние больше,
и задача состоит в том, чтобы уменьшить дестабилизирующий эффект. В то
же время, навешенное сзади, орудие стабилизирует движение трактора. Таким образом, задача оптимального выбора тягового средства должна решаться отдельно для конкретного набора орудий.
Также установлено, что описанные в [1, 3] схемы фронтальной навески,
являются частными случаями решения линеаризованной системы уравнений
(8) для отдельно взятого фронтального орудия. Выявленные при этом закономерности могут быть учтены на начальных этапах проектирования при поиске принципиально работоспособных схем фронтальной навески.
Отметим, что во многих случаях рациональной компоновкой удавалось
подобрать менее мощный и тяжёлый трактор по сравнению с традиционно
используемым. Например, для КМТА с навешенным впереди лесным культиватором КЛБ-1,7, а сзади – посадочной машиной СБН-1А, традиционно
предлагают использовать гусеничный трактор ЛХТ-55М. Установлено, что
для этих целей может применяться колёсный трактор ЛТЗ-155, масса которого почти в 1,5 раза меньше. Не следует также сразу отказываться от жёсткой
схемы агрегатирования фронтальных орудий. Для некоторых рабочих органов (в основном, ненаправленного типа) это влияние незначительно, и иногда
его удается преодолеть за счёт рационального размещения задненавесного
орудия.
Таким образом, современные вычислительные средства позволяют моделировать колебания КМТА в реальном масштабе времени. Это даёт возможность на стадии проектирования, минуя полевые испытания, оптимальным образом обосновать параметры КМТА, включая тяговое средство, максимально допустимую скорость его движения, схему и размеры присоединительных устройств, компоновку машин, орудий и их рабочих органов, в том
числе фронтальных, боковых и задненавесных. Для специалистов-практиков
это даёт возможность использовать менее мощное и, как следствие, более
дешёвое тяговое средство, уменьшить расход энергоресурсов. Устойчиво
двигающийся КМТА обеспечивает высокое качество обработки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. А.с. 1586545 СССР, МКИ4 А 01 В 59/048. Почвообрабатывающий
агрегат [Текст] / И.Е. Донцов, Ю.И. Полупарнев, (СССР). – № 4491312/30-15;
Заявл. 10.10.88; Опубл. 23.08.90 // Открытия. Изобретения. – 1990. - № 31. –
С. 7.
2. Боглаев, Ю.П. Вычислительная математика и программирование
[Текст]: учеб. пособие для студентов втузов / Ю.П. Боглаев. – М.: Высш. шк.,
1990. – 544 с.
70
3. Донцов, И.Е. Влияние параметров навески на устойчивость прямолинейного неуправляемого движения фронтального орудия [Текст] / И.Е.
Донцов // Агрегатирование сельскохозяйственной техники: сб. науч. тр./
НПО ВИСХОМ. – М.: НПО ВИСХОМ, 1989. – С. 28-34.
УДК 630*232.4
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОЛЕБАНИЙ РАБОЧЕГО ОРГАНА
ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОРУДИЯ С ПРУЖИННЫМ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫМ МЕХАНИЗМОМ
И. М. Бартенев, И. Е. Донцов, М. Н. Лысыч (ВГЛТА)
В данной статье рассматриваются вынужденные колебания i-го рабочего органа относительно рамы орудия.
Механизм (рис. 1, а) обладает одной степенью свободы. Вращение рабочего органа происходит вокруг точки прицепа.
На расчетной схеме (рис. 2, б) силовое взаимодействие рабочего органа
r
с почвой представлено в виде динамического винта, где Ri – главный вектор
r
сил сопротивления, M i – главный момент сил сопротивления с произвольно
r
выбранной точкой приведения (т. Di) на рабочем органе. Gi – сила тяжести,
приложенная в т. Si, где т. Si – центр масс рабочего органа.r Действие упругих
сил со стороны пружины сведено к «упругому» моменту M O3 .
На схеме также обозначено: ϕ3 – текущий угол поворота рабочего органа относительно точки прицепа (обобщеннаяrкоордината); δI – угол между
продольной осью рабочего органа и вектором VO3 абсолютной скорости т. Di;
r
αi – угол между главным вектором Ri сил сопротивления и продольной осью
рабочего органа.
Рис. 1. Схемы рабочего органа: а – кинематическая; б – расчетная
© Бартенев И. М., Донцов И. Е., Лысыч М. Н., 2008
71
Геометрические параметры системы: zDi, yDi – координаты т. Di в плоскости ZDiYDi, xSi, ySi – координаты т. Si в плоскости ZDiYDi, a Гi – глубина обработки, h – высота закрепления точки прицепа над поверхностью.
Условлено, что плоскость Z3Yr3 движется вместе с орудием прямолинейно и равномерно со скоростью VO3 . Плоскость ZDiYDi связана с рабочим
органом так, как показано на рисунке 1 б. При этом ось ZDi проходит через т.
О3, а ось YDi совпадает с продольной осью рабочего органа.
Для составления дифференциального уравнения колебаний рабочего
органа воспользуемся основным уравнением динамики:
Iϕ&&3 = M ,
(1)
где
М – обобщенный момент всех внешних сил, действующих на
механизм, Н⋅м;
I – момент инерции механизма относительно оси вращения, кг⋅м2
ϕ&&3 – угловое (обобщенное) ускорение рабочего органа.
Обобщенный момент внешних сил равен
M = Ri ( z Di cos α i − y Di sin α i ) − M O3 + M i − Gi ( z Si sin ϕ 3 + y Si cos ϕ 3 ) ,
(2)
(
= (α
)
Ri = R 0 i r0 i + r1i δ i + r2 i δ i2 + r3i a i + r4 i a i2 + r2 i a iδ i + ... + Δ Ri ( t ) ;
где α i
0i
(
)
+ α1i δ i + α 2i δ i2 + α 3i ai + α 4i ai2 + α 5i aiδ i + ... + Δα i (t ) ;
)
(3)
M i = M 0i m0i + m1i δ i + m2i δ i2 + m3i ai + m4i ai2 + m5i aiδ i + ... + ΔM i (t ) ;
M O3 = A0 + A1ϕ + A2ϕ 2 ≈ A0 + A1ϕ .
(4)
Для определения угла δi в формулах (3) запишем векторное равенство
(рисунок
r 2) r
r
V Di = VO3 + V Di O3 ,
(5)
r
VO3 - скорость т. О3 (переносная), м/с ;
где
r
V Di O3 - скорость т. Di вокруг т. О3 (относительная), м/с.
По модулю
V DiO3 = LDi ϕ& 3 ,
(6)
2
2
где LDi = z Di + y Di , м;
(7)
ϕ& 3 - угловая (обобщенная) скорость вращения рабочего органа, с-1.
Рис. 2. План скоростей точки Di
72
Спроецируем векторное равенство (5) на оси координат ZD и YD. Имеем
zD
Y
VDiDi = VO3 cos ϕ 3 + V DiO3 i ,
LDi
Z
VDi Di = VO3 sin ϕ 3 − V DiO3
y Di
LDi
.
Угол δi равен
Z
Z
VDi Di VDi Di VO3 sin ϕ 3 − y Di ϕ&3 VO3 ϕ 3 − y Di ϕ& 3
≈
δ i = arctg YD ≈ YD ≈
.
VO3
VDi i VDi i VO3 cos ϕ 3 + z Di ϕ& 3
(8)
(9)
В формулах (3) нормированная глубина обработки ai = a Гi / loi , м, здесь
lоi – длина i-го рабочего органа. Текущая глубина обработки зависит от
обобщенной координаты и геометрических параметров рабочего органа. Она
выражается формулой:
a Гi = LDi cos(ϕ 3 + ΨDi ) − h ,
(10)
где ΨDi = arctg
y Di
z Di
.
(11)
Возмущающие воздействия ΔR j .i (t ), Δα j .i (t ), ΔM j .i (t ) и т.д. в формулах (3)
могут определяться одной из функций вида ΔR(t).
Для единичного импульса –
Rmaxi
ΔRi (t ) = 2 2
;
(12)
k пл Rmaxi (t − t сдвиг ) 2 + 1
для периодических нагрузок –
ΔRi (t ) = Rmaxi sin (ωвt + β н ) ;
для случайных возмущений –
ΔRi (t ) = Rmax Z i .
где
Rmaxi – амплитуда возмущающих воздействий;
(13)
(14)
kпл – коэффициент плавности импульса ( kпл = 102…104);
tсдвиг – сдвиг по времени пика возмущающего воздействия от начала
движения;
ωв – частота возмущающих воздействий;
β н – начальная фаза;
Zi – случайное число от 0 до 1.
73
Рис. 3. Графики возмущающих воздействий
Если, например, возмущающие воздействия на i-й рабочий орган представить в виде единичного импульса в точке приведения, то функции
Δα i (t ), ΔM i (t ) запишутся следующим образом:
Δα i (t ) =
ΔM i (t ) =
α max
k α
2
пл
2
max i
i
(t − tсдвиг ) 2 + 1
M max i
2
k пл2 M max
(t − t сдвиг ) 2 + 1
i
,
, (i = 1, 2, …, N).
(15)
(16)
Коэффициенты A0,…, A2 в выражении (4) считаются заданными, если
иное не предусмотрено постановкой задачи, например, задачей оптимизации
параметров предохранительного механизма.
Фактическая функция «упругого» момента зависит от схемы, геометрических параметров механизма и жесткости пружины. Для рассматриваемого нами механизма (рисунок 1 а) она имеет вид
M O3 = P3l2 cos φ1 ,
(17)
где
P cosφ3
P3 = 7
,
cosφ2
P7 = C0l7 ,
l7 = l 42 + l52 − 2l 4 l5 cos(φ1 + φ2 − (ψ н − ϕ 3 )) ,
l6 = l12 + l22 − 2l1l2 cos(ψ н − ϕ 3 ) ,
l42 + l72 − l52
φ3 = arccos
,
2l4l7
l32 + l42 − l62
φ2 = arccos
,
2l3l4
l62 + l22 − l12
l62 + l32 − l42
+ arccos
φ1 = arccos
,
2l2 l6
2l3l6
l1 , l2 , l3 , l4 , l5 - геометрические параметры механизма, м;
(18)
74
ψ н - начальный угол поворота кривошипа, рад;
C0 - жесткость пружины, Н/м.
Максимальное значение фактической функции (18) упругого момента
на исследуемом интервале может стать основой для проведения расчетов на
прочность элементов конструкции и звеньев механизма.
Полученная математическая модель позволяет решать задачи по оптимизации параметров предохранительного механизма. В этом случае, оптимизация включает два этапа: 1) вначале определяют оптимальный вид функции
(4), т.е. значения коэффициентов A0, …, A2, а затем 2) определяют (аппроксимацией или интерполяцией) геометрические и динамические параметры механизма, при которых фактические значения функции «упругого» момента
минимально отличаются от оптимальной функции вида (4). Такой, двухэтапный, подход к оптимизации упрощает и ускоряет расчеты, при этом позволяет найти не только параметры уже существующего механизма, но и, в случае,
если существующий механизм не удовлетворяет заданным требованиям, синтезировать новую схему механизма с наперед заданными свойствами. Это
позволит уже на стадии проектирования определить такие агротехнические
показатели, как равномерность глубины обработки, количество и размер
пропусков в зависимости от возмущающих воздействий и как следствие,
улучшить качество обработки почвы и степень уничтожения сорной растительности.
УДК 630*237.1:631.312.87
ОБЩАЯ МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ ПРИ ОБРАБОТКЕ ДИСКОВЫМИ ПЛУГАМИ
П.И. Попиков, В.Н. Коротких (ВГЛТА), В.В. Посметьев (ВГТУ)
Для теоретического исследования работы дискового плуга предлагаемой конструкции непригодны существующие модели взаимодействия диска с
почвой, так как они не полностью отражают физическую сущность этого
процесса [1]. В них рассматривают либо движение одной почвенной частицы
по поверхности дискового плуга, либо движение целого пласта, имеющего в
сечении форму прямоугольника или сектора круга. Однако почва является
сложным комплексом множества механически связанных между собой частиц (комков) разного размера. Выделение какой-либо одной частицы без учета ее взаимодействия с другими или рассмотрение пласта как единого твердого тела без учета податливости его внутренней структуры является существенным недостатком.
В последнее время при моделировании, для учета внутренней структуры сложных тел, начали широко использовать метод конечных элементов. В
рамках метода сложное тело рассматривают, как совокупность большого
числа твердых тел малого размера (конечных элементов), взаимодействую© Попиков П.И., Коротких В.Н., Посметьев В.В., 2008
75
щих между собой и способных самостоятельно двигаться. При этом, с математической точки зрения, поведение тела определяется системой большого
числа однотипных уравнений, описывающих состояние каждого конечного
элемента, а решение системы производится с использованием мощной вычислительной техники. Метод конечных элементов широко применяют для
статического и динамического расчета сложных строительных конструкций,
исследования поведения деформируемых деталей машин и агрегатов, моделирования структуры материалов на атомном уровне в физике твердого тела
[1].
В этой связи, чтобы учесть сложный характер взаимодействия плуга с
почвой с высокой степенью точности, в данной работе моделирование производится на основе метода конечных элементов. При этом и почва и плуг в
модели представляются, как совокупность большого числа отдельных элементов (рис. 1).
Рис. 1. Графическое представление в модели конфигурации почвы после обработки плугом
Моделирование производится в трех измерениях. Моделируется движение в почве с постоянной горизонтальной скоростью вращающегося дискового плуга, оснащенного отвалом. Модель учитывает большое количество
параметров реального процесса, что позволяет, по терминологии теории методов моделирования[2], назвать его имитационным моделированием.
Почва в модели представляется как совокупность большого числа почвенных частиц – шаров небольшого диаметра. Состояние каждого шара i определяется шестью переменными: координатами его центра (xi, yi, zi) и тремя
составляющими скорости (vxi, vyi, vzi).
Взаимодействие шаров между собой носит вязкоупругий характер, что
позволяет адекватно учитывать упругость почвы и, при рассмотрении ее как
среды для движения рабочих органов, высокую ее вязкость [3]. Кроме того, в
модели шары почвы первоначально "склеены" (ниже без кавычек) между собой, и при удалении двух шаров друг от друга (например, при резании плугом) происходит "отрыв" – вязкоупругое взаимодействие отключается. Это
решение позволяет адекватно учесть в модели способность почвы к разделению на фрагменты, рассыпчатость почвы. Также предусмотрена возможность
"слипания" почвы – расклеенные шары притягиваются друг к другу на малых
76
расстояниях, хотя это притяжение значительно более слабое, чем было ранее,
когда почва не была разделена на фрагменты.
В связи с изложенным, расчет сил, действующих на шары, производится следующим образом. Некоторый шар i испытывает силовое воздействие со
стороны каждого из окружающих его шаров j:
NШ
Fi = ∑ ( FijУ + FijВ ) ,
j =1
FУij
и FВij – силы упругого и вязкого взаимодействия шаров i и j;
NШ – общее количество шаров в модели почвы.
При расчете сил для каждой пары шаров предварительно вычисляется расстояние rij между их центрами Si(xi, yi, zi) и Sj(xj, yj, zj) (рис. 2):
где
rij = ( xi − x j ) 2 + ( yi − y j ) 2 + ( zi − z j ) 2 .
vi
Z
FУij
vj
FВji
FУji
Sj
Si
F
В
vji
ij
Y
X
Рис. 2. Вязкоупругое взаимодействие двух частиц почвы
Шары, находящиеся на расстояниях rij > dШ + dМ (где dШ – диаметр шара, dМ – расстояние притяжения), считаются не взаимодействующими
(FУij = 0, FВij = 0) (рисунок 3). При меньших расстояниях упругие силы FУij
вычисляются следующим образом:
1) если rij < dШ, то
FxijУ = сс (d Ш − rij )( xi − x j ) / rij ;
FyijУ = сс (d Ш − rij )( yi − y j ) / rij ;
(1)
FzijУ = сс (d Ш − rij )( zi − z j ) / rij ;
2) если dШ < rij < dШ + dМ/2, то
FxijУ = с(d Ш − rij )( xi − x j ) / rij ;
FyijУ = с(d Ш − rij )( yi − y j ) / rij ;
(2)
77
FzijУ = с( d Ш − rij )( zi − z j ) / rij ;
3) если dШ + dМ/2 < rij < dШ + dМ, то
FxijУ = с( rij − (d Ш + d М ))( xi − x j ) / rij ;
FyijУ = с( rij − (d Ш + d М ))( yi − y j ) / rij ;
(3)
FzijУ = с( rij − (d Ш + d М ))( zi − z j ) / rij ;
где FУxij, FУyij, FУzij – декартовы составляющие силы FУij;
c – жесткость упругого взаимодействия шаров, которая может
принимать два значения: с = cc, если шары i и j склеены, с = cр – если шары i
и j не склеены.
Fij
dМ
0
dШ
rij
шары не склеены
шары склеены
Рис. 3. Расчетная схема для определения и силы взаимодействия двух
шаров i и j от расстояния между ними
Функция Fij(r) не должна иметь разрывов во всей области изменения rij,
чтобы облегчить интегрирование уравнений движения. Поэтому при выборе
вида зависимости Fij(r) в интервале dШ + dМ / 2 < rij < dШ + dМ использовали
зеркально отраженную относительно вертикали ветвь из интервала
dШ < rij < dШ + dМ / 2.
Декартовы составляющие вязких сил рассчитываются следующим образом:
FxijВ = k В ( rij − (d Ш + d М ))(v xi − v xj ) ;
FyijВ = k В ( rij − (d Ш + d М ))(v yi − v yj ) ;
(4)
FzijВ = k В ( rij − (d Ш + d М ))(v zi − v zj ) ,
где vxi, vyi, vzi и vxj, vyj, vzj – декартовы составляющие скоростей i-го и
j-го шара;
kВ – коэффициент демпфирования.
Для FВij выбрана общепринятая прямо-пропорциональная зависимость
вязкой силы от скорости движущегося в среде тела, при этом введен дополнительный коэффициент (rij – (dШ + dМ)), характеризующий взаимное проникновение шаров друг в друга.
При взаимодействии двух шаров, согласно третьему закону Ньютона,
78
силы возникают парами, то есть
Fji = – Fij.
В соответствии со вторым законом Ньютона запишем уравнения движения i-го шара.
d 2 xi N Ш У
mШ 2 = ∑ (Fxij + FxijВ ) ;
dt
j =1
d 2 yi N Ш У
mШ 2 = ∑ (Fyij + FyijВ );
dt
j =1
(5)
d 2 zi N Ш У
mШ 2 = ∑ (Fzij + FzijВ ) − mШ g ,
dt
j =1
mШ – масса шара;
t – время;
g – ускорение свободного падения.
Данные уравнения движения описывают эволюцию почвы с течением
времени в случае, когда почва не взаимодействует с плугом.
Необходимо отметить, что вращение шаров вокруг их центров в модели не учитывается, при этом практически не вносится погрешность, так как
шары образуют более крупные фрагменты почвы (комья, пласты). При движении таких крупных фрагментов учет их вращения происходит автоматически – движением шаров друг относительно друга.
В ходе компьютерного эксперимента шары могут двигаться внутри
прямоугольного параллелепипеда размерами LX × LY × LZ (рис. 4). В начале
эксперимента шары, в несколько слоев, располагаются в нижней части параллелепипеда. При этом шары образуют случайную плотную упаковку (см.
рис. 1). Движущийся вдоль направления OY плуг, взаимодействуя с шарами
почвы, вынуждает их двигаться по определенным траекториям, при этом за
плугом образуется характерная борозда, близкая к реальной по своей конфигурации (рис. 1).
Z
где
LZ
X LX
LY
Y
Рис. 4. Объем LX × LY × LZ, в котором проводится моделирование, со
слоем почвы
79
В ходе компьютерного эксперимента какой-либо шар может выйти за
пределы параллелепипеда, то есть выполнится одно из условий: xi < 0, xi > LX,
yi < 0, yi > LY, zi < 0, zi > LZ. В этом случае шар возвращается в параллелепипед путем зеркального отражения от соответствующей стенки. Так например,
если выполнилось условие xi > LX, координате xi шара присваивается значение xi = Lx – (xi – Lx), а скорость шара в направлении OX меняет знак: vxi = –
vxi. При отражении шара от стенки также производится незначительное гашение его энергии по адаптированным формулам (4).
С уменьшением диаметра шаров dШ модель почвы становится более
адекватной. В то же время количество шаров NШ, необходимое для представления заданного объема почвы VП, резко возрастает по кубическому закону с
уменьшением dШ:
NШ =
6 ⋅ VП
3 ,
π ⋅ kУ d Ш
где kУ – коэффициент упаковки шаров.
При увеличении же количества шаров увеличивается количество уравнений, описывающих почву и, соответственно, время расчета на ЭВМ. Даже
уменьшение диаметра шара вдвое приводит к увеличению длительности расчета в восемь раз. Поэтому, если ориентироваться на вычислительные возможности современных ЭВМ, оптимальный диаметр шаров, позволяющий с
достаточной точностью описать почву, но одновременно не приводящий к
длительным компьютерным расчетам, составляет порядка 5 см. При этом
общее количество шаров в модели составляет порядка 10 000.
Перед проведением компьютерного эксперимента производится специальная процедура подготовки плотноупакованного объема почвы. Сначала
необходимое количество шаров распределяется случайным образом по всему
объему параллелепипеда. Затем производится интегрирование уравнений
движения (5) в течении промежутка времени 15 с. При этом под действием
сил тяжести шары начинают оседать и формировать в нижней части параллелепипеда слой почвы. Для создания более плотной упаковки в промежуток
времени от 5 до 10 с производится встряска почвы: координатам (xi, yi, zi)
всех шаров на каждом шаге интегрирования сообщают незначительные случайные смещения. В процессе процедуры подготовки почвы скорости шаров,
первоначально возникшие вследствие свободного падения, постепенно гасят,
чтобы к концу процедуры шары образовали неподвижный плотноупакованный слой почвы. Впоследствии, в ходе компьютерного эксперимента, шары
приобретают скорости за счет взаимодействия с плугом.
В конце процедуры подготовки почвы производится склейка шаров.
Для этого заполняется двумерный массив K(i, j), каждая ячейка которого
принимает значение "истинно" в случае, если шары i и j находятся на расстоянии
(6)
rij < dШ + dМ,
и значение "ложно" в противоположном случае. Во время проведения эксперимента, на каждом шаге интегрирования для каждой склеенной пары i–j
80
проверяется, не расклеилась ли она, по тому же условию (6), и в случае невыполнения (6) в массив K(i, j) записывается значение "ложно".
По окончании процедуры подготовки почвы, координаты, скорости
атомов и массив склеенности заносятся в файл на жестком диске компьютера. Подготовленная модель почвы впоследствии вызывается при проведении
компьютерных экспериментов.
Модель учитывает большое количество параметров реального процесса, что позволяет правильно рассчитать все параметры взаимодействия дискового плуга с почвой.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ
[Текст] / под. ред. Е. Ю. Малиновского. – М.: Машиностроение, 1980.- 216 с.
2. Советов, Б.Я. Моделирование систем [Текст]: учебное пособие / Б. Я.
Советов, С. А. Яковлев – М. : Высш. шк., 1998. – 319 с.
УДК 630*237.1:631.312.87
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛЕСНОГО
ДИСКОВОГО ПЛУГА С ПОЧВОЙ
П.И. Попиков, В.Н. Коротких (ВГЛТА), В.В. Посметьев (ВГТУ)
Дисковый плуг, оснащенный отвалом, является сложным геометрическим объектом. Это обуславливает существенные сложности в аналитическом описании взаимодействия плуга с почвой. Дополнительную сложность
представляет и то, что необходимо учесть установку дискового корпуса плуга под двумя пространственными углами, а также вращение диска плуга. Поэтому модель плуга строится не на основе аналитических выражений [1], а в
рамках принятого для модели почвы конечно-элементного подхода. Плуг
также представляется, как совокупность одинаковых шаров диаметра dП,
меньшего, чем у шаров почвы dШ.
Плуг в модели представляет собой комбинацию двух геометрических
поверхностей: сегментного участка сферической поверхности (дисковый
плуг) и участка плоскости (отвал) (рисунок 1 а). В реальности отвалы почвообрабатывающих орудий представляют собой квазивинтовые поверхности,
однако в модели описание такой поверхности было бы затруднительно, так
как потребовалось бы большое количество параметров, задающих конфигурацию отвала. Поэтому отвал в рамках модели представляется в виде участка
плоскости, который задается только четырьмя параметрами, благодаря чему
появляется возможность подробно исследовать влияние его положения и углов установки на показатели эффективности работы плуга. Несмотря на данное упрощение, плоскость отвала, будучи состыкованной со сферической поверхностью диска, дает некоторое подобие винтовой поверхности.
Размещение шаров по поверхностям модельного плуга производится
© Попиков П.И., Коротких В.Н., В.В. Посметьев, 2008
81
методом Монте-Карло. Для создания точек (центров шаров), лежащих на поверхности F(x, y, z) = 0, генерируются случайным образом точки (xi, yi, zi) в
объеме куба, полностью включающего плуг, размером 1 х 1 х 1 м3 с центром
в точке 0 (рис. 2). Используется генератор случайных чисел с равномерным
распределением вероятности. Затем для каждой точки производится проверка: находится ли точка вблизи поверхности, то есть выполняется ли условие
|F(x, y, z)| < ε. В рамках данной модели использовали значение ε = 0,2 мм.
Для дискового плуга проверку попадания точки на поверхность проводили по следующему двойному условию:
⎧⎪ ri − R Ä < ε;
⎨
⎪⎩ xi < d Ä ,
(1)
Z
Z
B
αo
βo
ho
Y
0
lo
B
Y
0
a
б
Y–Z-проекция
X–Z-проекция
в
Рис. 1. Дисковый плуг с отвалом в модели: а – параметры, задающие
положение отвала (для простоты сферический диск представлен плоским); б
– реальное положение точки B на сферическом диске; в – изображение плуга
с отвалом, выводимое на экран компьютера
82
0
dД
D
rД
A
Y
RД
C
X
Рис. 2. Расчетная схема для дискового плуга
где ri – расстояние точки от центра C сферы (рис. 2);
RД – радиус сферичности плуга; dД – глубина диска.
Расстояние ri рассчитываем по формуле
ri =
(x − R )
2
i
Д
+ yi2 + zi2 .
Для определения радиуса RД по известным dД и rД (радиус диска) заметим, что в прямоугольном треугольнике ACD (рисунок 2) стороны связаны
Теоремой Пифагора:
R Д2 = (R Д − d Д ) + rД2 ,
2
откуда
dД
rД2
RД =
+
.
2 2d Д
Точка B соединения отвала с диском плуга находится на линии, получающейся при изменении сферического диска вертикальной плоскостью,
включающей ось диска (рисунок 1 б). Координаты точки B следующие:
x B = R Д − R Д2 − ho2 ; y B = 0 ; z B = ho .
Распределение шарообразных конечных элементов по поверхности отвала производится с использованием следующего условия принадлежности:
⎧ yi > − rД ;
⎪ y < 0;
⎪ i
⎨x < l ;
⎪ i Д
⎪ (xi − R Д )2 + yi2 + zi2 < ( R Д − γ ) или xi > d Д .
⎩
(2)
где γ – зазор между диском и отвалом.
При подготовке отвала только две координаты пробной точки (xi и yi)
интегрируются случайным образом, а третья координата находится из условия принадлежности точки к плоскости отвала. Уравнение плоскости, моделирующей отвал, составляется заранее по известной из аналитической геометрии формуле
83
x − xB
xE − xB
y − yB
yE − yB
xF − xB
yF − yB
z − zB
zE − zB = 0 ,
zF − zB
(3)
где xE, yE, zE и xF, yF, zF – координаты вспомогательных точек E и F.
Точки E и F служат для того, чтобы «наклонить» плоскость на углы αо
и βо соответственно. Для упрощения дальнейшего расчета точки выбираются
так, чтобы их удаление от точки B составляло 1 м, а точка F лежала в декартовой плоскости XOZ:
xE = xB; yE = – cos(βо); zE = – sin(βо);
xF = cos(αо); yF = yB = 0; zF = sin(αо);
Раскрывая определитель (3), и подставляя выражения для координат
точек B, E и F, получаем уравнение плоскости отвала в канонической форме:
(4)
Ao x + Bo y + Co z + Do = 0,
где
Ao = − cos β o (sin α o − ho ) ;
(
)
Bo = (sin β o + ho ) ⋅ R Д − R Д2 − ho2 − cos α o ;
(
)
Co = cos β o ⋅ cos α o − R Д + R Д2 − ho2 ;
(
)
Do = − Ao R Д − R Д2 − ho2 − Co ho .
В процессе генерации i-го шара отвала координата zi определяется по
известным xi и yi из уравнения (4) следующим образом:
xi = −
Ao xi + Bo yi + D
.
Co
При случайной генерации точек на поверхностях плуга они располагаются хаотически: на некоторых участках может быть значительное скопление шаров, другие участки – наоборот – могут быть разреженными. Для того,
распределить шары по поверхностям равномерным слоем применяется специальный алгоритм прореживания. На этапе случайной генерации создают
заведомо большее количество точек (в 3–4 раза), затем последовательно убирают, одну за другой, точки, лежащие в самых плотных участках. При этом
плотность выравнивается по поверхности. Прореживание производится отдельно для диска и отвала. В рамках данной работы генерировалось 1200 точек на сферической поверхности и 1200 на плоскости отвала. После прореживания оставляли 300 точек плуга и 200 точек отвала. При этом поверхностная плотность точек оказывается достаточной, чтобы моделируемые таким
образом поверхности плуга проявляли поведение сплошного тела (ребристость была малой).
Полученная совокупность точек (xi, yi, zi), представляющая плуг, также
заносится в файл на жестком диске и впоследствии вызывается перед началом проведения компьютерного эксперимента.
Необходимо отметить, что описанным выше способом плуг задается в
84
системе координат, связанной с центром диска (точка O). Однако, чтобы использовать модель плуга в общей модели процесса, необходимо учесть его
поступательное движение и вращение диска, для чего необходимо несколько
раз произвести пересчет координат.
Во-первых, при проведении компьютерного эксперимента, на каждом
шаге интегрирования учитывается вращение диска вокруг оси OX:
xi(1) = xi ;
yi(1) =
zi(1) =
⎛
z ⎞
yi2 + zi2 cos⎜⎜ ωt + Arctg i ⎟⎟ ;
yi ⎠
⎝
⎛
z ⎞
yi2 + zi2 sin ⎜⎜ ωt + Arctg i ⎟⎟ ,
yi ⎠
⎝
xi(1), yi(1), zi(1) – координаты точек вращающегося диска в системе
координат, связанной с центром диска (точка O);
ω – угловая скорость вращения диска;
t – время, отсчитываемое от начала компьютерного эксперимента.
При проведении коррекции на вращение координаты точек отвала не
изменяются.
Во-вторых, необходимо учесть, что плуг устанавливается под двумя
пространственными углами α (угол атаки) и β (угол наклона) по отношению к
поверхности почвы и направлению движения агрегата[2]. Поворот плуга на
угол α осуществляется в процессе следующего пересчета координат:
где
(2)
i
x
=
yi( 2 ) =
⎛
yi(1) ⎞
⎜
cos⎜ α + Arctg (1) ⎟⎟ ;
xi ⎠
⎝
⎛
yi(1) ⎞
(1) 2
+ ( yi ) sin ⎜⎜ α + Arctg (1) ⎟⎟ ;
xi ⎠
⎝
(x ) + (y )
(1) 2
i
(x )
(1) 2
i
(1) 2
i
zi( 2 ) = zi(1) .
Затем производится поворот плуга на угол β:
( 3)
i
x
=
(x ) + (z )
(2) 2
i
(2) 2
i
⎛
zi( 2 ) ⎞
cos⎜⎜ β + Arctg ( 2 ) ⎟⎟ ;
xi ⎠
⎝
yi( 3) = yi( 2 ) ;
z
( 3)
i
=
(x ) + (z )
(2) 2
i
(2) 2
i
⎛
zi( 2 ) ⎞
sin ⎜⎜ β + Arctg ( 2 ) ⎟⎟ .
xi ⎠
⎝
В процедуре поворота плуга участвуют уже как точки диска, так и точки отвала.
И, наконец, необходимо пересчитать координаты плуга в системе координат, связанной с почвой. Для этого необходимо учесть, что плуг находится на высоте, обеспечивающей глубину обработки a, и движется вдоль
оси OY с постоянной скоростью v:
85
xi( 4 ) = xi( 3) + s x ;
yi( 4 ) = yi( 3) + s y + v ⋅ t ;
zi( 4 ) = zi( 3) − zmin + s z − a + d Ш / 2 ,
sx – положение плуга по ширине почвенного канала;
sy – расстояние от плуга до края почвенного канала при t = 0;
sz – толщина слоя почвы (расстояние от дна модельного параллелепипеда до поверхности почвы);
zmin – минимальная координата zi(3) среди точек плуга.
Характер взаимодействия шаров плуга с шарами почвы, принимается вязкоупругим – так же, как и при взаимодействии шаров почвы друг с
другом. При этом жесткость cП взаимодействия шаров плуга и почвы имеет
большее значение, чем ранее, ввиду большей жесткости материала плуга
(стали), а коэффициент демпфирования kП – меньшее значение ввиду возможности лучшего скольжения почвы по стали.
Таким образом математическая модель взаимодействия дискового плуга с почвой позволяет определить основные параметры комбинированного
рабочего органа дискового плуга для бороздной вспашки на вырубках.
где
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Моделирование сельскохозяйственных агрегатов и их систем управления [Текст] : учеб. для вузов / под ред. А.Б. Лурье.- Л. : Колос. Ленингр.
отд-ние, 1979.- 312 с.
2. Нартов П.С. Дисковые почвообрабатывающие орудия [Текст]: изд.
Воронежского университета. – Воронеж, 1972.
УДК 629.114.2
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ
ПРОЦЕССОВ В ГИДРОСИСТЕМЕ МАНИПУЛЯТОРА,
ОСНАЩЕННОГО ДЕМПФЕРОМ
П.И. Попиков, А.А. Сидоров (ВГЛТА), В.В. Посметьев (ВГТУ)
При остановках движущихся масс стреловой группы манипулятора
возникают существенные динамические нагрузки, которые передаются в
гидросистему и могут повредить различные ее элементы. В частности, при
скачках давления могут происходить разрывы соединительных шлангов. С
целью снижения импульсных воздействий на гидросистему ранее нами было
предложено использовать демпфирующее устройство. Принцип его работы
основан на запирании небольшого объема рабочей жидкости и вытеснения
его через дроссельное отверстие.
Для обоснования конструкции демпфера и оптимизации его параметров разработана компьютерная модель, в рамках которой учитываются меха© Попиков П.И., Сидоров А.А., Посметьев В.В., 2008
86
ническая и гидравлическая подсистемы гидроманипулятора. Модель имитирует работу манипулятора, в частности могут быть заданы различные комбинации режимов работы гидросистемы: "подъем стрелы", "опускание стрелы"
и "запирание гидроцилиндра подъема". Модель позволяет определить временные зависимости давлений P(t) в различных участках гидросистемы манипулятора, в частности, давлений в поршневой и штоковой полостях гидроцилиндра подъема стрелы. Исходными данными для моделирования служат
тип манипулятора и его параметры, параметры демпфера, алгоритм функционирования манипулятора.
В основе моделирования механической подсистемы лежит уравнение
вращательного движения стрелы манипулятора (рис. 1)
( J + J ) d α = M − M − M − k dα ,
2
C
G
ГЦ
dt 2
C
G
TC
dt
LG
LC
LA
MG
A
MГЦ
O
C
G
MС
ψ
α
hГЦ
LBY
B
LBX
Рис. 1. Схема манипулятора к расчету механической подсистемы
где
жения);
α – угол подъема стрелы (измеряется от горизонтального поло-
JC и JG – моменты инерции стрелы и груза;
MГЦ – момент, сообщаемый стреле гидроцилиндром;
MC и MG – моменты сил тяжести, действующих на центр тяжести
стрелы C и груз G;
kТС – коэффициент вязкого трения при вращательном движении
стрелы.
Для расчета момента инерции стрелы, последнюю можно с большой
степенью точности считать одномерным стержнем длиной LG и массой mC.
Тогда по известной формуле
1
J = m L .
C
сать
3
C
2
G
В приближении жесткой связи груза массой mG со стрелой можно запиJ G = mG L2G .
Моменты сил тяжести зависят от угла подъема стрелы:
M = m gL cos α ;
C
C
C
87
M G = mG gLG cos α .
При вычислении момента силы гидроцилиндра
M ГЦ = FГЦ ⋅ hГЦ
необходимо предварительно вычислить плечо hГЦ силы FГЦ, действующей со стороны гидроцилиндра:
⎛ OB 2 − L2A − AB 2 ⎞
⎟⎟
hГЦ = LA sinψ = LA 1 − ⎜⎜
2 LA ⋅ AB
⎠
⎝
2
.
При моделировании демпфирующего устройства необходимо описать
движение плунжера вдоль оси демпфера:
d x
dx
(2)
m
= P S +P S −P S −P S −k
2
ПЛ
где
фера;
dt 2
П1
П1
П2
П2
Ш1
Ш1
Ш2
Ш2
ПЛ
dt
mПЛ – масса плунжера;
x – положение плунжера вдоль оси демпфера;
PП1, PП2, PШ1, PШ2 – давления в соответствующих полостях демп-
SП1, SП2, SШ1, SШ2 – площади, соответствующих поверхностей ограничивающих полости демпфера;
индексы "П" и "Ш" означают поршневую и штоковую части
демпфера, индексы "1" и "2" означают соответственно запираемую полость и
полость свободного движения плунжера;
kПЛ – коэффициент вязкого сопротивления движению плунжера.
Интегрирование уравнения движения стрелы (1) и уравнения
движения плунжера демпфера (2), производится численно с помощью модифицированного метода Эйлера [1].
Для составления модели гидравлической подсистемы использован универсальный метод комбинации математических моделей для базовых
гидроэлементов: насоса, гидроцилиндра, трубопровода, тройника, клапана
[2]. Дифференциальные и алгебраические уравнения, которыми описываются
базовые гидравлические элементы, интегрируются совместно с уравнением
(1).
Компьютерные эксперименты с моделью проводятся с помощью специально составленной программы в среде Borland Delphi 7 (рис. 2). Необходимо отметить высокую степень адекватности получающихся в результате
компьютерного расчета зависимостей поршневого и штокового давлений
PП(t) и PШ(t) (черная и красные линии на графике рисунка 2) результатам
экспериментальных исследований.
88
Рис. 2. Интерфейсная форма задания начальных условий для компьютерного эксперимента и вывода результатов моделирования
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Инженерные расчеты на ЭВМ [Текст]: Справочное пособие / под ред.
В.А. Троицкого. - Л.: Машиностроение, 1979. – 288 с.
2. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ
[Текст] / Под ред. Е.Ю. Малиновского. – М.: Машиностроение, 1980. – 216 с.
УДК 630.232.427
МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА УПЛОТНЕНИЯ ПОЧВЫ КАТКОМ
С ГИБКИМ ОБОДОМ
И.М. Бартенев, П.И. Титов (ВГЛТА)
Для заделки корневой системы сеянцев почвой и ее равномерного уплотнения по глубине, с минимальным перемещением почвы у поверхности в
продольном направлении, нами предлагается новая конструкция почвозаделывающего катка с гибким ободом [1] (см. рисунок).
Рациональная нагрузка на каток, обеспечивающая требуемую плотность почвы, находится из выражения
π
π⎞
⎛π
− sin cos ⎟ ,
4
4⎠
⎝4
Q = Fy сц + Fy ск = q ⋅ rк ⋅ b к ⎜
где
rк – радиус катка, м;
bк – ширина катка, м.
Fyсц+Fyск – сумма проекций реактивных сил на ось OY.
© Бартенев И.М., Титов П.И., 2008
(1)
89
Рисунок. Схема почвозаделывающего катка с гибким ободом: 1 – каток; 2 – обручь; 3 – поперечные прутки; 4 – обод катка; 5 – ступица; 6 – спица; 7 – резинотканевая полоса; 10 – ось; 11 – кронштейн; 12 – рама посадочной секции.
Сила сопротивления перекатыванию катка
Fсопр = q ⋅ rк ⋅ b к
θ ск 2
2
(
)
cos 2θ ск + q ⋅ rк ⋅ b к соs θ сц + θ ск cos
π
4
,
(2)
2
2 P0a к Dк a к
q= 3
,
(3)
D к θр
где q – удельное давление катка на почву, Н/м2; Р0 – предел несущей
способности почвы, Н/м2; Dк – диаметр катка, м; θр – угол обхвата (угол между поперечными прутками обода катка), град; ак – глубина колеи катка, м; θсц
– угол сцепления, град; θск – угол скольжения, град.
Математическая оценка процесса взаимодействия уплотняющего катка
с почвой показывает, что при рациональных значениях диаметра (400…600
мм) и ширины обода (100…150 мм) нагрузка на каток Q должна составлять
0,8…1,2 кН, а удельная нагрузка, приходящаяся на 1 см ширины обода, –
80...100 Н. Сопротивление перекатыванию катка по взрыхленной сошником
почве возрастает при увеличении нагрузки и для катка с выбранными рациональными параметрами находится в пределах Fсопр = 0,4..0,64 кН.
Сравнительные экспериментальные исследования почвозаделывающих
катков показали, что глубина колеи у катка с гибким ободом (при перечисленных выше параметрах) равняется 6 см, с жестким – 9 см и с пневматическим – 7 см. Продольное перемещение частиц почвы на поверхности для гибкого обода составило 12 см, для жесткого 15 см и для пневматического 8 см.
На глубине 10…15 см продольное перемещение частиц почвы под действием
катка с жестким ободом в 1,5 раза больше чем у катка с гибким ободом, а
вертикальное перемещение частиц по глубине более равномерно у катка с
гибким ободом, что приводит к меньшим деформациям и повреждениям корневой системы сеянцев [2].
90
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Пат. № 2280350 МПК А01С 11/02. Заделывающий рабочий орган лесопосадочной машины [Текст] / И.М. Бартенев, П.И. Титов; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. – № 2005103260/12 ; заявл. 08.02.2005 ; опубл.
27.07.2006, Бюл. № 21. – 5 с.
2. Титов П.И. Совершенствование технологического процесса и конструкции лесопосадочной машины для питомников [Текст] : автореф. дис. …
канд. техн. наук / П.И. Титов ; ВГЛТА. – Воронеж , 2006.
УДК 630*332.2.001.57
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА УДАЛЕНИЯ
НАДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ПНЕЙ
М.В. Драпалюк, С.Н. Батищев (ВГЛТА)
Целью исследования является математический расчет процесса разрушения надземной части пня методом фрезерования, а именно: составление
схемы силового взаимодействия резца с древесиной и построение базовой
математической модели, отражающей наиболее важные стороны процесса
цилиндрического фрезерования надземной части пня. Разработанная математическая модель поможет определить степень влияния на процесс фрезерования геометрических параметров рабочего органа, а также позволит оптимизировать геометрические и кинематические параметры рабочего органа.
Цилиндрическое фрезерование – процесс резания вращающимися резцами,
при котором лезвия резцов параллельны оси вращения инструмента и при
вращении описывают цилиндрические поверхности. Рабочим органом в процессе фрезерования выступает фрезерный ножевой вал, снабжённый режущими элементами клиновидной формы, непосредственно взаимодействующие с пнем.
Практически процесс удаления надземной части пня осуществляется
следующим образом: за счёт вращения режущего элемента относительно оси
вращения и поступательного движения рабочего органа относительно друг
друга – происходит удаление части пня в виде стружки.
Фрезерование – сложный технологический процесс. Сложность его
обусловлена следующими обстоятельствами:
1. Древесина пня имеет сложную структуру и различные физикомеханические свойства даже в пределах одной и той же породы.
2. В процессе фрезерования непрерывно изменяются параметры
микрогеометрии резца, что приводит к его затуплению и ухудшению оценочных показателей фрезерования.
3. Чтобы обеспечить достаточную сходимость теоретических и экспериментальных зависимостей, необходимо учитывать при анализе процесса
резания большое число факторов.
© Драпалюк М.В., Батищев С.Н., 2008
91
Определенное представление о сложности процесса фрезерования и
трудностях его изучения дает перечень факторов элементарного резания:
1. Факторы, относящиеся к древесине: порода, влажность, механические свойства (прочность, упругость, пластичность и др.), ширина обрабатываемого объекта.
2. Факторы, относящиеся к режущему элементу: угол заточки, острота лезвия (радиус округления), физико-механические свойства материала
резца (прочность, упругость).
3. Факторы, относящиеся к процессу фрезерования в целом: толщина
стружки, ориентированность плоскости резания и на правления резания по
отношению к направлению волокон, угол резания, задний угол, скорость резания, сила резания [1].
Введем в рассмотрение ряд упрощающих обстоятельств, которые позволят нам аналитически (математически) описать основные закономерности
процесса.
1. Взаимодействие резца с удаляемой частью пня рассматривается
как статическая задача, так как наибольший практический интерес представляет установившаяся форма процесса резания, при которой напряженнодеформированное состояние в материале можно считать неизменным. Действующие силы в этом случае постоянны по величине и направлению.
2. Напряженное состояние в удаляемой части пня является плоским,
то есть точка, выделенная в срезанном слое, перемещается при образовании
стружки под воздействием резца в одной плоскости.
3. Резец – клин с постоянными углами резания и заточки и постоянным радиусом округления лезвия, а также плоскими передней и задней поверхностями, выполняющий элементарное резание поперек волокон древесины.
4. Стружка – консольная балка, заделанная в жесткую опору по
плоскости стружкообразования.
5. Из рассмотрения исключаются инерционные силы стружки, связанные с кривизной траектории или изменением скорости резания.
6. Процесс фрезерования будем считать непрерывным, то есть в процессе фрезерования на дуге контакта фрезы с древесиной участвует один резец.
Изобразим схему силового взаимодействия резца с древесиной (рис. 1).
R
Rn
А
Fτ
Rτ
Fn
F
Рис. 1. Схема силового взаимодействия резца с древесиной
92
Здесь сила F – это сила, с которой воздействует резец на древесину
(сила резания). Направление этой силы неизвестно, она раскладывается на
две составляющие: Fτ – касательная сила и Fn – нормальная сила. Сила R
- это реакция связи на резец со стороны пня. Данная сила направлена противоположно силе F и равна ей по величине, то есть F = R . Силу R мы также
разложим на две составляющие: Rτ и Rn , где силы Rτ и Rn направлены
противоположно силам Fτ и Fn соответственно и, кроме того
Fτ = Rτ ,
(1)
(2)
Fn = Rn .
Записав две основные теоремы динамики материальной точки, мы получим два уравнения, которыми будем манипулировать в дальнейшем. Теорема об изменении количества движения материальной точки в этом случае
выглядит следующим образом:
d
Q = Fакт − R ,
(3)
dt
– активная сила, которая заставляет надвигаться рабочий оргде F
акт
ган на пень, Н.
Так как количество движения материальной точки определяется как
произведение массы на скорость данной точки, то есть Q = mv , то окончательно получаем следующее векторное уравнение
r
dv uuuur uur
m
= Fàêò − R .
dt
(4)
Теорема об изменении момента количества движения материальной
точки в rэтом случае выглядит следующим образом:
dL
= M − momZ R ,
dt
(5)
где M – вращающий момент, Н·м;
momz R – момент силы R относительно оси вращения рабочего органа.
С учетом того, что L = Iϕ& , где I– момент инерции рабочего органа относительно оси вращения, φ – текущий угол вращения, получается второе
уравнение
(6)
&& = M − R r .
Iϕ
τ
где r – плечо силы Rτ относительно оси вращения рабочего органа.
Условиями однозначности или начальными условиями для полученных
уравнений (4) – (6), выражающих математическую модель, имеют вид (ввиду
специфики рассматриваемого процесса считаем, что начальному моменту
времени будет соответствовать момент контакта резца с древесиной пня):
93
t = 0 : ϕ& (0) = ω ;
0
ϕ (0) = 0 ;
v(0) = v ;
0
x(0) = 0 ,
где ω - угловая скорость вращения фрезерного вала при холостом ходе, c − 1;
0
v 0 - линейная скорость точки резца, при холостом ходе: v = ω ⋅ r ,
0
0
м/с ; х - перемещение точки резца по дуге контакта резца с древесиной пня,
м.
Определяется диапазон возможных значений величин, входящих в математическую модель. Так как основными параметрами, входящими в математическую модель, являются касательная ( Fτ ) и нормальная ( Fn ) составляющие силы F, то для определения диапазона возможных значений этих составляющих, необходимо определить диапазон изменения возможных значений средней толщины стружки ( аср ), ширины удаляемой части пня (b), переходного множителя (m) и удельной силы резания ( F
уд
).
Для определения диапазона изменения величины аср устанавливаются следующие исходные параметры:
Vs = 0,2…0,7 м/с; h = 0,002…0,004 м [2]
ω = 8,6…9,7 c − 1; r = 0,475…0,515 м; n = 1…20 шт.
Далее, используя выше приведенные значения с учётом выражения
v h
s
a
ср = ω nr arccos[(r − h)/ r ]
устанавливается диапазон изменения величины средней толщины
стружки:
аср = 0,1…0,6 мм = 0,001…0,006 м => аmin = 0,1 мм; аmax = 0,6 мм;
Определяются оставшиеся параметры: b = 0,7 м.
При изменении толщины стружки от 0,6 до 0,1 мм, и температуры древесины от -20 до 80 oC
F = 10…75 Н/ мм 2 = 10 ⋅106 … 75 ⋅106 Н/ м 2 [2].
уд
В соответствии с выше указанными значениями для аср имеем:
Для острого лезвия ( ρ o << ρ т ):
; m = – 0,26 → аmax .
m = – 0,13 → а
min
Для тупого лезвия:
m = 0,77 → а
; m = 0,21 → аmax .
min
Учитывая выше приведенное получаем:
94
Fτ = 1,6 ⋅103 … 31 ⋅103 Н
Для острого лезвия: Fn = -0,22 ⋅103 …-8,2 ⋅103 Н
Для тупого лезвия: Fn = 1,3 ⋅103 …6,3 ⋅103 Н
А используя (4) – (6): ϕ ≈ 3o...35o ; v = 34,6...55 м/с
Рассмотрим зависимость касательной силы Fτ от средней толщины
срезаемого слоя аср . Эта сила прямо пропорциональна аср , что позволяет
убедиться в том, что величина касательной силы будет увеличиваться с увеличением величины аср от 0 до 0,7 мм. Но стоит заметить, что в процессе
проведения численного эксперимента величина Fτ практически не менялась
при аср = 0…0,1 мм, и постепенно возрастала при аср = 0,1…0,7 мм.
Что же касается нормальной силы, то она помимо того, что зависит от
аср , зависит ещё и от переходного множителя m. В силу специфики m достаточно трудно определить динамику изменения величины Fn , но можно
определить диапазон её изменения.
Не трудно заметить, что с увеличением скорости подачи v s и глубины фрезерования h - увеличивается величина аср , а, следовательно, и нормальная и касательная составляющие силы F . Последнее в силу (4) приводит
к уменьшению скорости резания v, что также подтверждается численным
экспериментом.
В заключении следует отметить степень влияния каждого из параметров, входящих в математическую модель, на эффективность процесса резания.
Факторы по степени влияния на качество резания можно расположить
в следующей последовательности: толщина срезаемого слоя, радиус округления лезвия ρ, угол резания δ и скорость резания v.
Влияние толщины срезаемого слоя: если проследить зависимость касательной силы Fτ от средней толщины срезаемого слоя аср по типовому
графику, полученному экспериментальным путём (рис. 2) [2], на кривой
можно выделить два характерных участка: участок срезаемых тонких слоёв
от а = 0 до а = a ( a ≈ 0,1 мм) и участок, практически совпадающий с пря0 0
мой линией, соответствующий значениям а в диапазоне от 0,1 до 0,6 мм.
95
Fτ
0
a
0
aср
Рис.2. Зависимость касательной силы резания от толщины срезаемого
слоя
Этот тип зависимости, как показало сделанное А.Л. Бершадским обобщение многочисленных экспериментальных работ за последние 40 лет, характерен для всех процессов резания древесины и хорошо согласуется с теоретическим описанием процесса резания.
При увеличении а образование стружки происходит не сразу, а лишь
тогда, когда толщина срезаемого слоя достигнет критической величины
(обычно в несколько раз превышающей ρ). Слой же, толщиной меньшей критической будет продолжать увеличиваться под воздействием резца, что приводит к ускоренному росту суммарной силы F.
Влияние остроты лезвия на параметры силового взаимодействия резца
с древесиной оценивается в зависимости от изменения величины радиуса
округления ρ. Затупление резца, то есть увеличение ρ, приводит к увеличению высоты максимальных неровностей. При этом соответственно увеличивается толщина срезаемого и поверхностного слоя древесины со следами
внутренних разрушений.
Влияние угла резания: напомним, что угол резания δ определяет положение передней поверхности резца относительно вектора скорости резания,
поэтому, при прочих неизменных условиях взаимодействия резца с древесиной, увеличение этого угла способствует увеличению касательной сила Fτ и
снижению затягивающего слагаемого нормальной силы, то есть к переходу
нормальной силы Fn от затягивающей к отжимающей (или к увеличению
силы отжима).
Влияние скорости резания на качество и силы резания оказывает меньшую роль, нежели чем остальные параметры. Но, следует отметить, что увеличение скорости резания с 40 – 50 м/с до 100 м/с может вызвать увеличение
силы резания на 30 – 40 %. Считается, что это приращение силы связано с
преодолением силы инерции стружки, повышением прочностных показателей древесины в условиях больших скоростей резания. Также изменение ско-
96
рости резания влияет на оценочные показатели резания через противоречиво
действующие факторы (например, увеличиваются силы инерции стружки, но
уменьшается коэффициент трения).
При увеличении скорости резания повышается производительность
процесса удаления надземной части пней.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бухгольц, Н.Н. Основной курс теоретической механики [Текст] /
Н.Н. Бухгольц.– М.: Наука. 1972. Т.2 – 332 с.
2. Любченко, В.И.: Резание древесины и древесных материалов:
учеб. пособие для вузов [Текст] / В.И. Любченко. – М.: Лесн. пром-сть, 1986.
– 296 с.
3. Амалицкий, В.В. Оборудование и инструмент деревообрабатывающих предприятий [Текст] / В.В. Амалицкий, В.И. Санев. – М.: Экология,
1992. – 480 с.
УДК 674.049.2
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТРЕХОСНОГО УПЛОТНЕНИЯ
ДРЕВЕСИНЫ С ПУЛЬСИРУЮЩЕЙ НАГРУЗКОЙ
П.А. Смирнов, Р.В. Юдин (ВГЛТА)
Общая зависимость деформации древесины при прессовании от времени имеет три стадии. Для нас интересна первая стадия – неустановившаяся
ползучесть материалов, когда скорость деформации непрерывно понижается
и происходит уплотнение:
(1)
ε& = Àt −m ,
где ε& - скорость деформации,м/с; А – амплитуда; t – время, с; m – показатель степени, который изменяется в пределах 0 < m ≤ 1 и определяется
после интегрирования выражения 1.
(2)
При m=1
ε = α 0lnt + const
Такая кинетика наблюдается при абсолютной температуре от 0,05 Гкл
до 0,3Гкл и ε < 0,3 % .
Деформация (степень прессования) представляется в виде
(3)
ε ( t ) = ε óï ð + ε ï ë ( t ) ,
P
- упругая часть деформации, подчиняющаяся закону Гука;
E0
ε ï ë = α 0lnt – пластическая деформация, зависящая от времени,
На рис. 1 представлен график изменения пластической деформации от
времени при импульсном нагружении, из которого видно, что закон Гука
справедлив в интервале ε ï ë = 0....2
Абсолютная пластическая деформация при одном импульсе равна
где ε óï ð = ε 0 =
Смирнов П.А., Юдин Р.В., 2008
97
ΔÕï ë = ε ï ë (t ) h0 ,
(4)
где h0 – первоначальная толщина образца.
Рис. 1 График изменения пластической деформации от времени при
импульсном нагружении
После некоторого числа циклов - N завершается прессование, и абсолютная деформация образца древесины равна половине первоначальной
толщины:
h
N ΔÕï ë = N ε ï ë (tï ð )h0 = 0 ,
(5)
2
где tпр – время прессования.
1
N ε ï ë (tï ð ) = ,
(6)
2
где
ε ï ë (tï ð ) = α 0lntï ð
(7)
Подставив полученное выражение (6) в (7), найдем выражение для определения
1
α0 =
.
(8)
2 N lntï ð
Используя зависимость модуля упругости при сжатии от степени прессования и от направления уплотнения в виде
(9)
E (t ) = E0 (1 + αε (t )) ,
где α – коэффициент пропорциональности, равный для березы α = 0,9,
имеем следующее функциональное уравнение:
Pi
ε (t ) =
,
(10)
E0 (1 + αε (t ))
где Pi - величина нагрузки, действующей на образец при прессовании.
Откуда
Решая уравнение относительно ε (t ) , получим
−α + α 2 + 4
ε (t ) =
2
Pi
E0
= const
(11)
98
2
⎛P ⎞
P
Так как i <1, то разлагая в ряды пренебрегая членами порядка ⎜ i ⎟ ,
E0
⎝ E0 ⎠
P
имеем
ε (t ) = i
(12)
α E0
P
(13)
Для времени прессования tпр имеем ε 0 + α 0lntï ð = i .
α E0
Подставив значения получаем
Pi
1
P
+
= i .
(14)
E0 2 N α E0
Таким образом, для числа пульсирующих воздействий на образец в зависимости от направления уплотнения получим окончательное выражение
E
α
N= 0 ⋅
,
(15)
2 Pi 1 − α
E0
≈50 подставив в (15) получаем
2Рi = 20 МПа, тогда
2 Pi
1
α
α=
N = 50
;
, тогда
(16)
1−α
2 N lntï ð
1
1
2 N lntï ð
2 N lntï ð
E
E
= 0 ⋅
N= 0 ⋅
1
2 Pi 1 −
2 Pi 2 N lntï ð − 1
2 N lntï ð
2 N lntï ð
(17)
После преобразования получим:
N=
2 N lntï ð
E0
1
,
⋅
⋅
2 Pi 2 N lntï ð 2 N lntï ð − 1
(18)
N=
E0
1
.
⋅
2 Pi 2 N lntï ð − 1
(19)
Умножаем обе части на ( 2 N lntï ð − 1) ,получим
E0
,
2 Pi
1⎞ E
⎛
N 2 ⎜ 2lntï ð − ⎟ = 0 .
N ⎠ 2 Pi
⎝
N ( 2 N lntï ð − 1) =
Принимаем отношение
(20)
(21)
E0
= κ , получим
2 Pi
1⎞
⎛
N 2 ⎜ 2lntï ð − ⎟ = k .
N⎠
⎝
Из выражения (22) имеем 2lntï ð −
(22)
1
k
= 2,
N N
(23)
99
k+N
.
(24)
2N 2
Потенцируя обе части, то есть возводя число e в степень представляющую собой каждую из частей получим:
lntï ð =
⎛ k+N ⎞
⎜
⎟
lnt
2 N ⎠ elntï ð
⎝
e
=e
,
2
ïð
= tï ð ,
tï ð
⎛ k+N ⎞
⎜
⎟
= e⎝ 2 N ⎠ .
2
(25)
На рис. 2 представлен график зависимости времени прессования от числа пульсирующих воздействий на образец, который показывает, что горизонтальной асимптотой является прямая t=1,
так как lim
N →∞
⎛ k+N ⎞
⎜
⎟
e⎝ 2 N ⎠
2
= 1,
(26)
то есть время-t не может быть меньше определенного единичного значения.
Отсюда следует несколько выводов:
1. Прессование не может быть не только мгновенным t≠0, что хорошо известно и понятно, но и время прессования не может быть меньше порогового
значения, которое зависит от параметров системы.
2. Нецелесообразно вследствие вышеизложенного значительно увеличивать
N - число пульсирующих воздействий, так как время прессования – t все равно не станет меньше некоторой единицы, то есть с определенного значения
Nоптим дальнейшее увеличение N – неэффективно.
3. По поводу значения k можно сделать вывод, что чем меньше k = E0 , тем
2 Pi
меньше время прессования, тем быстрее процесс прессования.
Рис. 2 график зависимости времени от числа пульсирующих воздействий на образец
В результате решения математической модели установлено число импульсов, которое составило N=168, для прессования древесины березы в радиальном направлении, со степенью прессования 50%, радиальном направ-
100
лении, со степенью прессования 50%, в тангенциальном N=180 со степенью
прессования 30%, вдоль волокон N=90,степень прессования 5% .
Время прессования с пульсирующей нагрузкой уменьшается на 20 – 30
%. При уплотнении в 2 раза древесины при прессовании, мгновенный и длительный модули упругости, в направлении перпендикулярном прессованию,
увеличиваются примерно в 2 раза, а время релаксации и коэффициент формы
остаются практически без изменения.
УДК 621.1.016
О ВЗАИМОСВЯЗИ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И
ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ В СОЕДИНЕНИЯХ НА КЛЕЯХ
Е.Н. Лушникова, А.А. Тиньков, К.С. Подойницын (ВГЛТА)
В таких областях техники как авиация, космонавтика, радиоэлектроника, малая энергетика и другие широкое применение находят синтетические
клеи. Во многих случаях условием их применения является хорошая теплопроводность при сохранении надежной прочности клеевых соединений [1].
Создание теплопроводных клеев достигается введением в полимерную матрицу металлических порошков [2]. На сегодняшний день отсутствуют данные по взаимосвязи процессов формирования теплофизических и механических свойств наполненных полимеров в виде клеевых композиций. Особый
интерес представляет установление взаимосвязи между теплопроводностью и
внутренними напряжениями клеевых прослоек. Здесь следует отметить, что
внутренние напряжения дают наиболее объективную информацию о надежности клеевых соединений и поэтому этот критерий принят в данной работе
как определяющий механические свойства клеевых соединений.
Исследования теплопроводности и внутренних напряжений клеевых
прослоек соединений проводились по ранее разработанным методикам [3,4].
Результаты проведенных исследований представлены на рис. 1 и 2.
На рис. 1 приведены данные опытов для теплопроводности λ и внутренних напряжений σ в клеевых соединений с прослойками из композиции на
основе эпоксидной смолы ЭДП с отвердителем ПЭПА и пластификатором
ДБФ. В качестве наполнителя используется латунный порошок. Исследования проводились при двух температурах отверждения клеевых прослоек. Из
анализа полученных кривых можно сделать следующие выводы. Во – первых, коэффициент теплопроводности изменяется в процессе отверждения
прослойки антибатно нарастанию внутренних напряжений.
© Лушникова Е.Н., Тиньков А.А., Подойницын К.С., 2008
101
Рис. 1. Характер изменения коэффициента теплопроводности (1, 2 ) и
внутренних напряжений (1′, 2′ ) при отверждении клеевой прослойки толщиной 0, 2мм из эпоксидной композиции с наполнителем в количестве 10% по
массе в виде латунного порошка с приведенным диаметром частиц d = 12 мкм .
Температура отверждения: 1,1′ − 363К и 2, 2′ − 333К . Субстраты - сталь 30
Подобный характер зависимостей λ = f (τ ) и σ в = f (τ ) объясняется проявлением эффекта анизотропии теплопроводности за счет воздействия внутренних напряжений на структурные элементы полимера, составляющего
клеевую прослойку [5]. Во – вторых, просматривается более ускоренное вырождение зависимости λ = f (τ ) для наполненных клеевых прослоек в сравнении с ненаполненными [1].
Этот эффект объясняется тем, что частицы наполнителя интенсифицируют процесс полимеризации клея. Об этом свидетельствует образование областей локальной упорядоченности связующего вблизи поверхности частиц
наполнителя.
Особый интерес вызывает характер формирования теплопроводности и
внутренних напряжений в клеевых прослойках при изменении концентрации
наполнителя. Результаты проведенных исследований для клеевых прослоек
на основе клея марки ВК – 13 с латунным порошком различной концентрации приведены на рис. 2. Из расположения кривых видно, что скорость роста внутренних напряжений и максимальные значения возрастают с повышением содержания наполнителя в прослойке. С повышением концентрации
наполнителя, как и следовало ожидать, теплопроводность прослойки возрастает. Однако в абсолютном исчислении с ростом внутренних напряжений теплопроводность имеет тенденцию к снижению и особенно интенсивно для
прослоек с большей концентрацией наполнителя. Это можно объяснить снижением скорости развития релаксационных процессов в период отверждения
прослойки вследствие структурирующего действия наполнителя.
102
Рис. 2. Характер изменения коэффициента теплопроводности и внутренних напряжений (1′, 2′) при отверждении клеевой прослойки толщиной
0, 2мм из клея марки ВК – 13 с латунным порошком с приведенным диаметром частиц d = 18 мкм в количестве 10% (1,1′) и 25% ( 2, 2′) по массе.( Т отв. − 323
К, субстраты – сталь 12Х18Н10Т)
Протекающее одновременно повышение жесткости прослойки с увеличением наполнителя в свою очередь снижает подвижность макромолекул и
их агрегатов.
Представленные в данном сообщении опытные данные открывают
возможность косвенного прогнозирования формирования механических характеристик клеевых соединений с наполненными прослойками через определение их теплопроводности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Попов, В.М. Теплообмен через соединения на клеях [Текст]: моногр./
В.М. Попов. – М.: Энергия, 1974.- 304с.
2. Айбиндер, С.Б. Влияние наполнителей на теплофизические, механические и антифрикционные свойства полимеров [Текст] / С.Б. Айбиндер,
Н.Г.Андреева // Изв. АН Лат. ССР. Сер. физ. и техн. наук.- 1983. - №5. – С. 318.
3. Волькенштейн, В.С. Скоростной метод определения теплофизических характеристик материалов [Текст]: моногр. / В.С. Волькенштейн. – Л.:
Энергия, 1971. – 145 с.
4. Попов, В.М. Метод контроля, качества композиционных материалов
класса «препег» [Текст] / В.М. Попов, Н.Е. Песков, Е.Н. Лушникова // Дефектоскопия. – 1994. - №1. – С. 50 – 51.
103
5. Сухарева, Л.А. Исследования теплофизических характеристик полимерных покрытий [Текст] / Л.А. Сухарева, В.А. Воронков, П.И. Зубов // Инженерно – физический журнал. – 1965. – Т.9. - №2. – С. 200 – 205.
УДК 674.028.9
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ
ДРЕВЕСИНЫ
В. М. Попов, А. В. Иванов, М. А. Шендриков, А. В. Латынин (ВГЛТА)
Синтетические клеи широко используются в производстве мебели, щитового паркета, сборных домостроений и др. [1]. При эксплуатации изделий
из клееной древесины серьезной проблемой остается прогнозирование прочности клеевых соединений. Для клееной древесины характерно, что при прогнозировании прочности соединений следует учитывать не только внешние
нагрузки, но и так называемые внутренние напряжения, которые суммируются из усадочных, температурных и других напряжений, возникающих в процессе формирования клеевых соединений [2]. В свою очередь получение информации о формировании внутренних напряжений в процессе отверждения
клеевой прослойки в значительной степени позволяет судить о качестве
клеевых соединений
В настоящее время для определения внутренних напряжений клееной
древесины в основном применяют консольный метод [3]. Существенным недостатком этого метода является невозможность проследить кинетику внутренних напряжений при отверждении клеевой прослойки особенно на основе
быстро полимеризующихся клеев. Этого недостатка лишен предлагаемый
метод, в котором величина изгиба клеевой пары постоянно фиксируется через измерение емкости плоского конденсатора, образованного клеевой парой
и поверхностью измерительной ячейки. Реализация метода измерения внутреннего напряжения образцов из клееной древесины осуществлялась на установке, состоящей из рабочей ячейки, в которой консольно закрепляется
клеевая пара, состоящая из древесных пластин длиной 120 мм и шириной 10
мм. Соотношение толщин пластин с клеевой прослойкой между ними составляло 1:3. На одной из пластин крепилась вставка из фольги, соединенная
с источником постоянного тока и цифровым прибором, предназначенная для
преобразования аналоговых сигналов в цифровые, которые фиксировались
измерительным комплексом.
Технология измерения внутренних напряжений клеевой прослойки в
процессе ее отверждения включала следующие операции. На предварительно
подготовленную поверхность пластины наносился слой клея, на который
крепилась вторая пластина. За счет наличия ограничителей после нагружения
между пластинами образовывалась клеевая прослойка фиксированной толщины. Полученная клеевая пара закреплялась в рабочей ячейке, подключенной к источнику постоянного тока, которая затем помещалась в термошкаф,
© Попов В. М., Иванов А. В., Шендриков М. А., Латынин А. В., 2008
104
где поддерживалась температура порядка 60°С. В процессе отверждения
клеевой прослойки протекает процесс деформации (изгиба) свободного конца клеевой пары, что вызывает изменение емкости плоского конденсатора.
Постоянное изменение емкости фиксируется цифровым прибором в течение
всего времени отверждения прослойки и передается на вычислительный
комплекс. Расчет внутренних напряжений производился по формуле
σâ =
2 ⋅ f ⋅ ( h1 − yi + 0.5 ⋅ h2 ) ⋅ E2
2 ⋅ f ⋅ E1 ⋅ J
,
+
2
S 2 ⋅ ( h1 − yi + 0.5 ⋅ h2 ) ⋅ L
L2
где σ в – внутренние напряжения в клеевом шве, МПа; L – длина склеенной пары, м; S 2 – площадь поперечного сечения клеевой прослойки, м2; E1
– модуль нормальной упругости материала пластин, МПа; E2 – модуль нормальной упругости прослойки, МПа; J – момент инерции по сечению пластин, МПа; f – отклонение конца склеенной пары, м; yi – расстояние до
центра тяжести склеенной пары, м; h1 – толщина пластины большего размера, м; h2 – толщина клеевой прослойки, м.
Преобразованные значения емкости используются для вычисления
внутренних напряжений в клеевой прослойке программой «Virtualmeter», а
затем «Microsoft Excel 2003». По истечении времени опыта полученные данные апроксимируются методом наименьших квадратов, после чего строится
график, на который наносятся опытные точки.
По данной методике проводились исследования по формированию
внутренних напряжений в клеевых прослойках из клеев КФЖ и ПВА (рис. 1
и 2).
Рис. 1 Зависимость внутренних напряжений прослоек из клея КФЖ от
времени отверждения
105
Рис. 2 Зависимость внутренних напряжений прослоек из клея ПВА от
времени отверждения
Из рисунков видно, что в начальный период после склейки внутренние
напряжения растут с большой скоростью, а затем по мере полимеризации
клея их рост замедляется. Предлагаемый способ фиксирования кинетических
кривых σ â = f (τ ) позволяет получать оперативную информацию о процессе
формирования клеевых соединений древесины. Это, в свою очередь, дает
возможность вносить коррективы в технологический процесс склеивания для
получения продукции из клееной древесины более высокого качества.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Темкина, Р. З. Синтетические клеи в деревообработке [Текст]: моногр. / Р. З. Темкина. – М.: Лесная пром-сть, 1971.–286 с.
2. Фрейдин, А. С. Прогнозирование свойств клеевых соединений древесины [Текст]: моногр. / А. С. Фрейдин, К. Т. Вуба. – М.: Лесная пром-сть,
1980. – 224 с.
3. Гриб, А. С. Особенности определения остаточных напряжений полимеров на древесине [Текст] / А. С. Гриб // Изв. вузов. Сер. Стр-во и архитектура. – 1976. – №5. – С. 37 – 41.
106
УДК 674.028.9
ВЛИЯНИЯ ПОСТОЯННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ПРОЧНОСТЬ КЛЕЕНОЙ ДРЕВЕСИНЫ
М. А. Шендриков, В. М. Попов (ВГЛТА)
Клеевые соединения широко используются в производстве мебели,
сборочном домостроении, в несущих строительных конструкциях, столярных
изделиях и т.д. Надежность и долговечность изделий из клееной древесины
остаются основными показателями качества [1]. В свою очередь эти параметры определяются прочностью клеевых соединений. В целях повышения
прочности клеевых соединений древесины разрабатываются новые технологии склеивания, создаются новые клеи. В настоящее время особое внимание
технологов обращено к технологическим приемам с элементами нанотехнологий.
В данном сообщении приводятся результаты экспериментов по явлению постоянного электрического поля на процесс склеивания древесины.
Исследования проводились в два этапа. Вначале проводился микроструктурный анализ клеев, применяемых для склеивания древесины, подвергнутых
воздействию электрическим полем.
Для проведения операции по обработке клеевых соединений на стадии
отверждения клея создана установка, принципиальная схема которой приведена на рис. 1.
Установка позволяет создавать в рабочей ячейке с образцом электрическое поле напряженностью до 2000 В/см. При проведении горячего отверждения клея рабочая ячейка с образцом помещается в термошкаф.
При реализации первого этапа исследований проведен микроструктурный анализ обработанных в электрическом поле и необработанных клеевых
композиций. С помощью предметного и покровного стекол на микроскопе
марки «Биомед» сделаны снимки микроструктуры для клеев марки ПВА (поливинилацетатный) и КФЖ (карбомидноформальдегидный жизнеспособный). Полученные снимки представлены на рис. 2.
Анализ микроструктуры клеев на рис. 2 показывает, что в процессе обработки в статическом электрическом поле наблюдается измельчение структурных элементов полимера с одновременным упорядочиванием их молекул.
Полученные данные дают основание предполагать, что обработанный в
электрическом поле клей создает соединения более высокой прочности. Для
подтверждения такого предположения на втором этапе исследований проведены испытания стандартных образцов, используемых при исследовании
предела прочности при скалывании [2].
© Шендриков М. А., Попов В. М., 2008
107
1
2
3
V
7
6
8
4
5
G
Рис. 1. Схема высоковольтной установки для обработки образцов из
древесины с клеевой прослойкой: 1 – высоковольтный выпрямитель; 2 – выключатель; 3 – рабочая ячейка с образцом; 4 – вольтметр; 5 – гальванометр; 6
– магазин сопротивлений;7 – батарея конденсаторов; 8 – разрядник
1
1
б)
а)
2
2
а)
б)
Рис. 2. Микроструктуры клеев ПВА (1) и КФЖ (2): а – исходный клей;
б) – обработанный в электрическом поле напряженностью 750 В/см
Для этого на склеиваемые поверхности предварительно высушенных дубовых образцов наносился слой клея, после чего образцы помещался в рабо-
108
чую ячейку. Рабочая ячейка с образцом устанавливалась между электродами
в положении, когда линии тока направлены по нормали к поверхности склеивания. Специальное приспособление давало возможность выдерживать сборку с образцом под давлением порядка 0,5 МПа. Рабочая ячейка с образцом и
электродами помещалась в термошкаф, где поддерживалась температура
60°С. Процесс электрообработки составлял 20 – 30 мин. Обработанные в
электрическом поле образцы подвергались затем плавному охлаждению и
выдерживались в течение суток. Испытания на прочность проводились на
разрывной машине по стандартной методике. Данные проведенных испытаний представлены на графике рис. 3.
Анализ полученных данных показывает, что для клеев различной природы
характер зависимости предела прочности склеек на скалывание от напряженности электрического поля носит идентичный характер. С повышением напряженности поля Е предел прочности на скалывание τ возрастает. При этом
в начальной стадии зависимость τ = f(Е) более выражена, чем при более высоких значениях напряженности поля. При напряженности Е>1500 В/см зависимость τ = f(Е) практически вырождается.
Проведенные исследования показывают, что путем воздействия на клеевые соединения древесины электрическим полем можно значительно повысить прочность склейки. По сути дела предлагается новая технология склеивания древесины, в основе которой заложены элементы нанотехнологии.
Рис. 3. Зависимость предела прочности склеек из древесины на скалывание от напряженности электрического поля для клеев КФЖ (1) и ПВА (2)
109
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Фрейдин, А. С. Прогнозирование свойств клеевых соединений
[Текст]/ А. С. Фрейдин, К. Т. Вуба. – М.: Лесная пром-ть, 1980. – 224 с.
2. Кардашов, Д. А. Синтетические клеи [Текст] / Д. А. Кардашов. – М.:
Химия, 1968. – 592 с.
УДК 621.317
МЕТОДЫ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ БЛОКА ЭЛЕКТРОННОГО
ЗАЖИГАНИЯ АВТОЛЕСОВОЗОВ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ
РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ
В.С. Волков, П.И. Попиков, А.П. Жарких, И.Н. Володин (ВГЛТА)
В настоящее время на некоторых автолесовозах применяются блоки
электронного зажигания у которых максимальная длительность искры не
превышала 1,2 мс, причем она могла быть получена лишь на самых низких
значениях частоты искрообразования [1].
Блок электронного зажигания представленный на рис. 1 имеет значительно улучшенные энергетические характеристики. Длительность искры
постоянна во всей рабочей полосе 5...200 Гц и равна 1,2...1,4 мс. Это значит,
что на средних и максимальных оборотах двигателя — а это наиболее часто
используемые режимы — длительность искры практически соответствует установившимся в настоящее время требованиям.
Ощутимо изменилась и мощность, подводимая к катушке зажигания.
На частоте 20 Гц при катушке Б-115 она достигает 50...52 мДж, а на 200 Гц
— около 16 мДж. Расширены также пределы питающего напряжения, в которых блок работоспособен. Уверенное искрообразование при пуске двигателя
обеспечивается при бортовом напряжении 3,5В, но работоспособность блока
сохраняется и при 2,5 В. На максимальной частоте искрообразование не нарушается, если питающее напряжение достигает 6 В, а длительность искры
— не ниже 0,5 мс. Указанные результаты получены главным образом за счет
изменения режима работы преобразователя, особенно условий его возбуждения. Эти показатели, которые, по мнению автора, находятся на практическом
пределе возможностей при использовании всего одного транзистора, обеспечены также применением ферритового магнитопровода в трансформаторе
преобразователя.
© Волков В.С., Попиков П.И., Жарких А.П., Володин И.Н., 2008
110
Рис. 1 Принципиальная схема блока электронного зажигания на тиристоре
В разрядной цепи конденсатора С1 использован стабисторVD2, позволяющий получить такую же степень перекомпенсации при уменьшении бортового напряжения, как три-четыре обычных последовательных диода. При
разрядке этого конденсатора стабилитрон VD1 открыт в прямом направлении
(подобно диоду VD9 исходного блока).
Конденсатор СЗ обеспечивает увеличение длительности и мощности
импульса, открывающего тринистор VS1. Это особенно необходимо при
большой частоте искрообразования, когда средний уровень напряжения на
конденсаторе С2 существенно снижается.
В блоках электронного зажигания с многократной разрядкой накопительного конденсатора на катушку зажигания [1,2] длительность искры и в
определенной степени ее мощность определяет качество тринистора, поскольку все периоды колебаний, кроме первого, создаются и поддерживаются только энергией накопителя. Чем меньше затраты энергии на каждое
включение тринистора, тем большее число запусков будет возможно и тем
большее количество энергии (и за большее время) будет передано катушке
зажигания. Крайне желательно поэтому подобрать тринистор с минимальным открывающим током.
Хорошим можно считать тринистор, если блок зажигания обеспечивает
начало искрообразования (с частотой 1 ...2 Гц) при питании блока напряжением 3 В. Удовлетворительному качеству соответствует работа при напряжении 4...5 В. С хорошим тринистором длительность искры равна 1,3...1,5 мс,
при плохом — уменьшается до 1...1,2мс. При этом, как это ни покажется
111
странным, мощность искры в обоих случаях будет примерно одинаковой по
причине ограниченной мощности преобразователя. 8 случае большей длительности конденсатор-накопитель разряжается практически полностью, начальный (он же средний) уровень напряжения на конденсаторе, задаваемый
преобразователем несколько ниже, чем в случае с меньшей длительностью.
При меньшей же длительности начальный уровень более высок, но высок и
остаточный уровень напряжения на конденсаторе из-за его неполной разрядки. Таким образом, разность между начальным и конечным уровнями напряжения на накопителе в обоих случаях практически одинакова, а от нее и зависит количество вводимой в катушку зажигания энергии [З]. И все-таки при
большей длительности искры достигается лучшее дожигание горючей смеси
в цилиндрах двигателя, т.е. повышается его КПД.
При нормальной работе блока зажигания формированию каждой искры
соответствуют 4,5 периода колебаний в катушке зажигания. Это означает,
что искра представляет собой девять знакопеременных разрядов в свече зажигания, непрерывно следующих один за другим. Нельзя поэтому согласиться с мнением (изложенным в [4]) о том, что вклад третьего и тем более четвертого периодов колебаний не удается обнаружить ни при каких условиях.
На самом деле каждый период вносит свой совершенно конкретный и ощутимый вклад в общую энергию искры, что подтверждают и другие публикации, например [2]. Однако, если источник бортового напряжения включен
последовательно с элементами контура (т.е. последовательно • с катушкой
зажигания и накопителем), сильное затухание, вносимое именно источником,
а не другими элементами, действительно, не позволяет обнаружить упомянутый выше вклад. Такое включение как раз и использовано в [4].
Предлагаются следующие рекомендации по повышению радиационной
стойкости блока электронного зажигания:
Из источника [5] на рис. 2. приведены зависимости нормированного
коэффициента, передачи тока h21Э транзисторов (кривая 1) и нормированного
коэффициента, усиления напряжения КУ,И (кривая 2) для ИМС от интегрального потока облучения нейтронами. Эти зависимости по форме аналогичны
зависимостям для дискретных транзисторов и иллюстрируют монотонное
уменьшение коэффициента усиления по мере набора интегрального потока.
Такие параметры этих же ИМС, как IK, UBХ, UВЫХ изменяются не значительно
в том же диапазоне потоков, в котором значительно изменяется h21Э.
112
Рис. 2. Зависимость нормированного коэффициента передачи тока
транзистора h21Э/h21Э0 (1) и нормированного коэффициента усиления напряжения Kу,и/Ку,и0 (2) для ИМС от интегрального потока нейтронов
В настоящее время не существует единой точки зрения в вопросе о выборе методов повышения радиационной стойкости ИМС и полупроводниковых приборов, но можно сделать попытку сформулировать следующие наиболее общие требования при разработке радиационно-стойких микросхем и
полупроводниковых приборов:
-уменьшение отношения числа активных элементов ИМС к числу пассивных;
-уменьшение рассеиваемой в ИМС мощности, т.е. в конечном счете
- уменьшение уровней инжекции в активных элементах;
- повышение универсальности ИМС, т.е. расширение (особенно для логических ИМС) числа функциональных возможностей;
- снижение зависимости выходных параметров ИМС от величины коэффициентов усиления входящих в ее состав транзисторов.
Несомненно однако, что создание радиационно-стойких электронных
блоков является комплексной задачей, решаемой схемотехническими, конструктивными и технологическими путями.
В качестве примеров схемотехнических методов можно привести фототоковую компенсацию изменения параметров ИМС в процессе воздействия
на нее импульса проникающей радиации большой мощности.
Генерация избыточных носителей заряда приводит к возникновению
первичного фототока iф1 через коллекторный переход интегрального транзистора. Если транзистор включен, то за счет эффектов умножения в области
объемного заряда происходит усиление первичного фототока, которое может
привести к возникновению недопустимо большого вторичного фототока.
На рис. 3 приведены схемы компенсации первичного фототока iФ1 в
коллекторной нагрузке и база-эмиттерной компенсации вторичного фототока
iФ2. В первом случае компенсирующий элемент (обведен штриховой линией),
представляющий собой переход база-коллектор транзистора, включен параллельно коллекторной нагрузке и шунтирует iФ1 возникающий в транзисторе.
113
Во втором случае (рис. 3,б) для компенсации вторичного фототока используют включение дополнительного перехода база-коллектор между базой и
эмиттером транзистора. При этом первичный фототок iФ1 почти полностью
выходит во внешнюю цепь транзистора, поэтому iФ2 снижается до очень малых величин.
Применяется также метод отключения электронных блоков на время
воздействия импульса проникающей радиации.
Перечисленные методы применимы для случая импульсного воздействия излучений [6].
Рис. 3. Схема компенсации первичного фототока в коллекторной нагрузке (а) и база-эмиттерной компенсации вторичного фототока (б)
Для повышения стойкости электронных блоков к непрерывному воздействию проникающей радиации большую эффективность дают технологические и конструктивные методы, которые включают в себя:
-достижения максимально возможной радиационной стойкости активных и пассивных элементов электронных блоков;
-применение проводящих и диэлектрических материалов с повышенной радиационной стойкостью;
-обеспечение надежной электрической изоляции элементов ИМС в условиях облучения.
Поскольку наиболее существенные изменения при облучении электронных блоков испытывают параметры полупроводниковых элементов и
ИМС, основное внимание при разработке электронных блоков с повышенной
радиационной стойкостью уделяется прежде всего повышению радиационной стойкости этих элементов.
Дополнительным методом, применяемым в последнее время для повышения радиационной стойкости ИМС, является ионное легирование, обеспечивающее минимальные размеры активных элементов микросхем, в сочетании с локальным легированием золотом.
Для обеспечения радиационной стойкой электрической изоляции между элементами микросхемы в настоящее время наиболее перспективным является применение изолирующей пленки SiO2 и поликристаллической кремниевой подложки. Для создания радиационно-стойких межэлементных со-
114
единений рекомендуется применять металлы с малым атомным номером, что
уменьшает поглощение в них энергии излучений, например, алюминий вместо золота [7].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Карасев, Г.. Стабилизированный блок электронного зажигания
[Текст] / Г. Карасев. – Радио, 1988. – № 9. – С. 17; 1989. – № 5. , – С. 91.
2. Гацанюк, П. Усовершенствованная электронная система зажигания
[Текст] / сб.: «В помощь радиолюбителю». М.: ДОСААФ. Вып. 101. – С. 52.
3. Синельников, А. Электроника в автомобиле [Текст]. – М.: Радио и
связь, 1985. 46 с.
4. Архипов, Ю. Полуавтоматический блок зажигания [Текст]. – Радио,
1990. – № 1. – С. 31 – 34; – № 2, –С. 39-42.
5. Устюжанинов, В.Н. Радиационные эффекты в биполярных интегральных микросхемах [Текст]/ В.Н. Устюжанинов, А.З. Чепиженко. – М.:
Радио и связь, 1989. – 144 с.
6. Мырова, Л.О. Обеспечение радиационной стойкости аппаратуры
связи [Текст] / Л. О. Мырова, А. З. Чепиженко. – М.: Радио и связь, 1986. –
216 с.
7. Коршунов, Ф.П. Воздействие радиации на интегральные микросхемы [Текст] / Ф.П. Коршунов, Ю.В. Богатырев, В.А. Вавилов. – Минск: Наука
и техника, 1986. –224 с.
УДК 339.18
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО
ОБЪЕМА ЗАКУПОК ТОВАРА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
В.И.Кочетов (ВГЛТА), С.И. Моисеев (ИММиФ)
Подавляющее большинство математических моделей экономических
задач являются задачами оптимизации: определить оптимальное значение
некоторых показателей (прибыль, затраты и т.д. – эндогенные факторы) с
учетом имеющихся ограничений на управляемые (экзогенные) факторы [1,2].
В данной работе рассмотрено решение одной из таких задач: построена модель определения объема закупок скоропортящегося товара для его реализации, при условии, что нереализованный за некоторый период товар портится
и списывается.
Постановка задачи. Закупается партия объемом х некоторого товара
для его розничной реализации. Прибыль за единицу проданного товара составляет D. Если за время периода реализации товар не продан, то он портится, что приводит к убытку Z за единицу товара.
Для максимизации полученной прибыли необходимо найти оптимальный объем закупки х*, который связан с средним числом продаж товара n .
© Кочетов В.И., Моисеев С.И., 2008
115
Вводимые предположения. Модель предполагает, что количество проданного товара не может превышать количество закупленного (что очевидно)
и спрос проданного товара n, выраженный в единицах проданного товара за
период реализации есть случайная величина, распределенная по нормальному закону [3] (что обоснованно центральной предельной теоремой теории вероятностей).
Построение модели. Второе предположение с учетом первого дают основания считать, что распределение объема проданного товара n имеет закон
распределения, плотность которого условно можно представить в виде:
⎧нормальное распределение с учетом нормировки, при n ≤ x;
f ( n) = ⎨
⎩0, при n > x,
график которого представлен на
f(n)
рис. 1.
Для практического решения задачи необходимо знать
Объем
оценки параметров этого распретовара
n x x
деления. Точечные оценки математического ожидания x и неРис. 1
смещенной дисперсии S 2 можно
получить по выборочным данным, которые представляют собой наблюдения
за объемами продаж x1 , x2 ,..., xn при полном удовлетворении спроса:
n
x=
∑ xi
i =1
n
2
, S =
∑ (xi − x )2
i =1
2
, S= S .
n
n −1
Исходя из этих соображений, математическое ожидание случайной величины n равно: n = ∑ xi pi , где pi - вероятность того, что количество про∀xi ≤ x
данного товара равно xi . С учетом нормальности распределения, переходя от
суммы (дискретного распределения) к интегралу (непрерывному распределению), получаем формулу для среднего числа проданного товара n в зависимости от объема закупки х товара
⎛ (t − x ) 2 ⎞
t
∫−∞ S 2π ⋅ Exp⎜⎝⎜ − 2S 2 ⎠⎟⎟ dt
.
n ( x) = x
⎛ (t − x ) 2 ⎞
1
∫−∞ S 2π ⋅ Exp⎜⎜⎝ − 2S 2 ⎟⎟⎠ dt
x
В формуле учтено то, что интегральная функция распределения случайной величины нормирована на единицу.
Вычисляя полученные интегралы, получаем формулу:
⎡ ⎛ x2 ⎞
⎛ ( x − x )2 ⎞⎤ ⎡ ⎛ x ⎞
S
⎛x−x⎞ ⎤
⎜
⎟
⎟
+
Φ
+
Φ
n ( x) =
x
⎜
⎟
⎜
⎟ −1 ,
⎢Exp⎜ − 2 ⎟ − Exp⎜⎜ −
⎥
2S 2 ⎟⎠⎦ ⎢⎣ ⎝ S ⎠
S ⎠ ⎥⎦
⎛ x − x ⎞ ⎣ ⎝ 2S ⎠
⎝
⎝
2πΦ⎜
⎟
⎝ S ⎠
116
где Φ( x) =
1
2π
x
∫e
−t
2
2
dt
- функция Лапласа [3].
−∞
x
> 3 можно пренебречь некоторыми слагаеS
С учетом того, что при
мыми ввиду их малости, удается упростить полученное выражение к виду
⎛ ( x − x )2 ⎞
⎟
Exp⎜⎜ −
2S 2 ⎟⎠
S
⎝
n ( x) = x −
⋅
.
⎛x−x⎞
2π
Φ⎜
⎟
⎝ S ⎠
Среднее количество проданного товара
График зависимости
n
n (x)
представлен на рис. 2:
Зависимость среднего объема проданного товара от количества закупленного товара
x
x − 2S
x -2S
x -S
x
x +S
x +2S
х
Количество закупленного товара
Рис. 2.
Полная
средняя
прибыль
R
вычисляется
по
формуле:
R( x) = D ⋅ n ( x) − Z ⋅ ( x − n ( x)) . Исходя из максимальности средней прибыли
R ( x) → max , находится оптимальное число х* закупок товара.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Канторович, Л.В. Оптимальные решения в экономике [Текст]/ Л.В.
Канторович, А.Б. Горстко. - М.: Наука, 1972.
2. Интрилигатор, М. Математические методы оптимизации и экономическая теория [Текст] / М. Интрилигатор // Пер. с англ. - М.: Финансы и статистика, 1975.
3. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей: учеб. для вузов [Текст]/ Е.С.
Вентцель. – М.: Высш. шк., 1999.
117
УДК 656.13
МОДЕЛЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ
Р.А.Кораблев, В.А.Зеликов, Р.А.Сподарев, Д.С. Кутищев (ВГЛТА)
Автомобильные выбросы распространяются и трансформируются в атмосфере по определенным закономерностям. Так, твердые частицы размером
более 0,1 мм оседают на подстилающих поверхностях в основном из-за действия гравитационных сил [1].
Частицы, размер которых менее 0,1 мм, а также газовые примеси в виде
СО, СХНY, NOX, SOX распространяются в атмосфере под воздействием процессов диффузии. Они вступают в процессы физико-химического взаимодействия
между собой и с компонентами атмосферы, и их действие проявляется на локальных территориях в пределах определенных регионов [2].
В этом случае рассеивание примесей в атмосфере является неотъемлемой частью процесса загрязнения и зависит от многих факторов.
Степень загрязнения атмосферного воздуха выбросами объектов автотранспортного комплекса зависит от возможности переноса рассматриваемых загрязняющих веществ на значительные расстояния, уровня их химической активности, метеорологических условий распространения [3].
Когда загрязняющие воздух вещества из автотранспортного средства
(АТС) попадают в атмосферу, они подвергаются воздействию внешней среды. В процессе трансмиссии эти вещества взаимодействуют с метеорологическими и другими факторами, которые определяют уровень концентрации и
область их воздействия и распространения (рис. 1).
Параметры вредного воздействия прежде всего зависят от температуры
отработанных газов (теплосодержания), скорости их начального выхода (импульса), эффективности повышения Δh и физико-химических свойств, которые влияют на площадь и скорость осаждения, а также на физические, химические и фотохимические реакции в процессе распространения. Δh является
высотой столба отработанных газов над автомагистралью с высокой интенсивностью движения, столб отработанных газов может быть увеличен на 45
м под действием импульса и на 100 м – под действием температуры.
Самые значительные факторы, влияющие на специфику распространения загрязнения, метеорологические. При относительно постоянном выбросе
отработавших газов уровень загрязнения воздуха значительно колеблется в
зависимости от метеорологических факторов. Разумеется, решающее значение имеет сила и направление ветра, воздух переносит загрязнения в своем
потоке.
При длительном наблюдении можно определить области и характер
поражения растительности вдоль всей оси основного направления ветра. При
постоянном выбросе концентрация загрязнения зависит от скорости ветра и
диффузии. Чем больше воздуха в единицу времени проходит над автомагистралью, тем меньше концентрация отработанных газов на 1 м3 воздуха. Раз© Кораблев Р.А., Зеликов В.А., Сподарев Р.А., Кутищев Д.С., 2008
118
рушающее действие автомобильных выбросов на равнинных местностях в
среднем меньше, чем в холмистых или горных, где воздушный обмен затруднен.
Рельеф
Направление
ветра
Неровность
Атмосферные условия
Облачность
Застройка
Температура
Зеленый
покров
Скорость
ветра
Свойства почвы,
отражательная
способность
+
Δh
h
=
Атмосферные
осадки
Температурные
слои
Излучение
H
Автомобильные
выбросы
Трансмиссия
Фотохимическая
реакция
Промывка
Диффузия
Физикохимическая реакция
Осадок
Физикохимические
свойства
Содержание тепла
Импульс
Завихрение
Вредное воздействие
Рис. 1 Модель двусторонней связи основных величин, влияющих на
распространение и концентрацию загрязнителей атмосферного воздуха
119
Очень важным является вертикальное перемещение отработавших газов (ОГ). Масса воздуха, перемещающаяся в единицу времени по вертикали
вверх или вниз относительно горизонтальной плоскости, называется вертикальной диффузией. Эта величина возрастает в зависимости от скорости ветра и неровностей местности. Застроенная, облесенная и холмистая местность
создает более сильное завихрение воздуха, чем абсолютно ровная местность.
В данном случае речь идет о динамической турбулентности. Естественно, что
перпендикулярно потоку воздуха образуется горизонтальная диффузия, которая в большинстве случаев не ярко выражена.
Вторая причина вертикальной диффузии – конвекция или, термическая
турбулентность – следствие неравномерного нагрева солнечными лучами
земной поверхности и приземного слоя воздуха; она ограничивается временем положительного радиационного баланса, при котором земля получает
больше тепла, чем отдает в атмосферу. В зимний период облучение слабо и
баланс в течение дня остается отрицательным. В результате близкие к земле
слои воздуха охлаждаются. Образуется обратный перепад температур – инверсия. При этом из-за большей плотности холодного воздуха в области инверсии наращивается мощный стабильный слой, который подавляет турбулентность, в результате чего отработанные газы не могут подняться вверх и
скапливаются у поверхности земли. Инверсия играет роль заградительного
слоя. Таким образом, загрязнение воздуха происходит в основном из-за близко расположенных к земле источников вредных веществ (от АТС).
Подобные надземные инверсии часто возникают также в летний период
при высоком атмосферном давлении и в безветренную погоду в связи с ночным охлаждением близких к земле воздушных слоев. Так, в первой половине
очень теплого дня при перемещении воздушных масс со скоростью 0,9 м/с на
высоте 15 м и относительной влажности 73 % уровень загрязнения воздуха
двуокисью серы составил 1,29 мг/м3, а во второй половине дня при хорошей
видимости и относительной влажности воздуха 35 % только 0,17 мг/м3. Такие
атмосферные условия наиболее опасны для лесных насаждений (в т. ч. здоровье человека), так как благоприятный температурный и влажностный режим и, медленное перемещение воздуха создают оптимальные условия для
ассимиляции газовых интоксикантов.
Другая форма инверсий – так называемые свободные инверсии. При
них увеличение температуры начинается только с определенной высоты.
Свободные инверсии характеризуются наличием облаков или слоев испарений и возникают из-за легкого движения ветра, который вызывает диффузию
в соприкасающихся с почвой слоях или же при снижении надпочвенной инверсии под действием солнечного излучения.
Когда отработавшие газы смешиваются с воздухом в области инверсии,
то они обычно рассеиваются и переносятся на большие расстояния, не приближаясь к земле. В этом случае над областью инверсии господствует чистейший воздух с хорошей видимостью. Если же от земли до заградительного
слоя происходит постоянное увеличение и смешение воздуха с ОГ, то эти газы попадают на землю.
120
Высокие приземные концентрации ОГ возможны также при наличии
неустойчивых воздушных слоев, если перепад температур больше чем 1°/100
м. В результате возникает сильная термическая турбулентность, вызывающая
образование дымового шлейфа. Отработавшие газы направляются к земле.
Сначала выпадают пылевидные частицы, поэтому их концентрация вблизи
источника (автомагистрали) становится выше. Ввиду ежедневной смены слоев воздуха атмосферные загрязнения при постоянной высоте выброса зависят
также от времени суток. В ночные и утренние часы концентрация высокая, а
днем – низкая. Такая смена происходит в летнее время; зимой же, в течение
дня, сохраняется инверсия. Иногда это приводит к опасному скоплению
вредных веществ. По этой причине произошли известные катастрофы, вызванные смогом в Мастале (1930) и в Лондоне (1952) [4].
Самым эффективным естественным очистителем воздуха являются атмосферные осадки. Капли дождя аккумулируют твердые и газообразные загрязнители. Гигроскопичные частички, например, транспортной пыли в качестве ядра конденсации притягивают водяные пары и образуют облака или
туман. В течение нескольких часов в них скапливаются газы и пыль, которые
затем вместе с осадками выпадают на землю. Этим объясняется тот факт, что
в тихую туманную погоду более высокие концентрации двуокиси серы, чем в
теплую, сухую.
Параметры граничных поверхностей являются географическими условиями области трансмиссии. В зависимости от свойств земной поверхности
атмосферные загрязнения в большей или меньшей степени поглощаются, отражаются или рассеиваются.
Растительность и постройки увеличивают неровности местности и соответственно – завихрения воздуха. Они способствуют выпадению летучей
пыли. Рельеф местности влияет на перемещение ветра и уровень загрязнения.
Возвышенности и глубокие долины, находящиеся на пути движения воздушных масс, создают особые трудности в борьбе с загрязнением, особенно при
наличии низких домовых труб.
Взаимозависимость между спецификой ландшафта, застройкой территории и характером движения воздушных масс и распределением загрязнения тем выше и сложнее, чем разнообразнее высотная расчлененность рельефа.
Существенное влияние на скорость ветра и его завихрение оказывают
лесные насаждения, которые являются важнейшими элементами ландшафта.
Вблизи насаждений сильно снижается скорость ветра и повышается турбулентность, особенно на границе с сельскохозяйственными землями. В результате на открытых полях скапливается больше ОГ, чем в глубине насаждений. Это является также следствием того, что древесно-кустарниковая растительность выступает в качестве фильтра, поглощая и нейтрализуя большое
количество газовых интоксикантов. Уменьшая скорость ветра и увеличивая
турбулентность воздуха, лесные насаждения способствуют осаждению пыли
на кронах деревьев.
121
Значительную положительную роль играют опушки леса, создающие
растениям физиологическую разгрузку за счет снижения скорости ветра, переносящего газовые интоксиканты. Подверженные действию ветров, несущих загрязнение, опушечная древесно-кустарниковая растительность разрушается значительно сильнее, чем деревья и кустарники, находящиеся в глубине насаждений. Поэтому создание защитных опушечных насаждений приобретает большое значение и прежде всего на возвышенностях.
Подводя итоги, можно сказать, что количество вредных веществ, распространяющихся в районах источников загрязнения – вблизи автомагистралей, в значительной степени зависит от метеорологических условий, включая
силу и направления ветров, а также от характера ландшафта, степени облесения, застройки территории и других факторов. Поэтому на основе выбросов
весьма затруднительно выявить математическим путем закономерности воздействия и распространения загрязнения.
Для определения степени опасности вредных веществ и зоны их влияния используют биометеорологический метод расчета распространения загрязнений, который заключается в составлении карт вредного воздействия.
Составление карт вредного воздействия веществ преследует цель определить степень их опасности, а также разграничить зоны этого вредного воздействия. Длительное воздействие вредных веществ приводит там к пространственному расширению их разрушающей силы, которая при учете многолетних средних метеорологических значений очень сходна с рассчитанными зонами вредного воздействия. В данном случае лучше всего подходит
формула распространения Sutton, усовершенствованная Holland и Stumke.
Метод основан на оценке средних концентраций на длительный период времени вокруг источника выброса («Долгосрочная модель»), причем учитываются все направления ветра в соответствии с их средней частотой, а также
средние значения скорости ветра и его стабильности. В итоге разрабатывается карта вредного воздействия, на которой отчетливо видны центры загрязнения воздуха (рис. 2). Впрочем, нельзя провести прямого сравнения со значениями MIK, поскольку рассчитанные здесь включающие длительный промежуток времени без действия вредных газов долговременные показатели
значительно ниже, чем кратковременные.
Нами усовершенствована пространственная модель по BosanquetPearson распространения в поле вредного воздействия автотранспортных выбросов, или геометрии вредного воздействия. «Краткосрочные модели» источника выброса газов и направления ветра были дополнены всеми находящимися на большей территории источниками с большим выбросом.
Из-за трудностей сравнения расчетных значений, предназначенных для
сильно упрощенных ситуаций распространения вредных веществ, С результатами измерения, полученными статистическими методами, была разработана новая модель с использованием статистически подготовленного основного метеорологического материала.
122
Рис. 2. Пример составления карты вредного воздействия двуокиси серы
(SO2) и оксидов углерода (CO) в районе жилой застройки Левобережного
района г. Воронежа, примыкающей к заводской территории и вблизи автомагистралей. Линии одинаковой концентрации SO2 и CO как долговременные средние значения, полученные путем вычисления из выброса
С помощью ЭВМ был произведен расчет концентрации вредных веществ при всевозможных комбинациях направления ветра, его скорости и
стабильности атмосферных слоев. В результате составлены кривые сумм частотного распределения показателей в виде полного и частичного воздействия
вредных веществ в одном месте (отдельные источники) или карты с линиями
одинаковой частоты превышения заданных предельных значений общего
воздействия вредных веществ.
Преимущество этого метода заключается в возможности проведения
непосредственного сравнения с данными анализа, получаемыми на основа-
123
нии отдельных измерений и сети измерений, а также со значениями MIK, что
имеет особые преимущества для бытовой гигиены.
Расчет вредного воздействия выбросов в принципе можно применять
также и для летучей пыли. В этом случае на основании вида пыли и размеров
частичек сложно учитывать различную скорость оседания, а также завихрения ветра, трудно определяемые расчетным путем.
Наряду с перечисленными выше преимуществами расчет вредного воздействия выбросов имеет и другие положительные качества:
- требует меньших затрат, чем измерение;
- позволяет быстро и экономично проанализировать ситуацию загрязнения воздуха на больших пространствах и прогнозировать загрязнение на
будущее при известных данных выброса;
- позволяет легче определять максимальные данные концентрации, так
как точки измерения лежат в основном вне относительно узкой оси факела
выбрасываемых газов;
- дает возможность определить процент объемных выбросов отдельными источниками от общей массы загрязняющих атмосферу веществ;
- облегчает выбор системы и методов контроля за источниками выбросов и уровнем загрязнения воздушного бассейна в конкретном регионе.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1 Алымов, В.Т. Техногенный риск: Анализ и оценка [Текст]: учеб. пособие для вузов / В.Т. Алымов, Н.П. Тарасова. – М.: ИКЦ «Академкнига»,
2005. – 118 с.
2 Другов, Ю.С. Газохроматографическая идентификация загрязнений
воздуха, воды, почвы и биосред [Текст]: Практическое руководство / Ю.С.
Другов, И.Г. Зенкевич, А.А. Родин. – 2-е изд., перераб. – М.: БИНОМ Лаборатория знаний, 2005. –752 с.
3 Максимов, В.А. Нормативное обеспечение экологической безопасности автомобильного транспорта в эксплуатации [Текст]: учеб. пособие / Максимов В.А., Сарбаев В.И., Исмаилов Р.И., Воробьев И.В. // под ред. Максимова В.А. и Сарбаева В.И. – М.: МАДИ-ГТУ, 2004. – 235 с.
4 Сарбаев В.И. Теоретические основы обеспечения экологической
безопасности автомобильного транспорта [Текст]: монография. – М.: МГИУ,
2003. – 144 с.
124
РАЗДЕЛ II КОМПЬЮТЕРНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ,
ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
УДК 674.038.3: 674.032.16
СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ ЧИСТЫХ ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР СОСНЫ
В.В. Малышев (ВГЛТА)
Выращивание чистых лесных культур сосны в равнинных лесах с интенсивным способом производства в оптимальных для данной древесной породы условиях местопроизрастания (сложная свежая суборь (С2), простая
свежая суборь (В2) и свежий бор (А2), соответственно Ia, I и II класса бонитета), с ускоренным получением максимального количества стволовой древесины с 1 га за 1 год лесовыращивания в устойчивых и продуктивных насаждениях является актуальной проблемой лесовыращивания.
В «Основных положениях по рубкам ухода в лесах России» [1] даны
рекомендации по выращиванию чистых одновозрастных культур сосны
обыкновенной, в основном с применением низовых рубок ухода, при которых удаляются деревья отставшие в росте, со слаборазвитыми кронами, с наличием пороков и др. Согласно хозяйственно-биологической классификации,
все деревья делятся на три категории (лучшие, вспомогательные и нежелательные). Рубки ухода в лесах различного целевого назначения осуществляются с использованием методов равномерной и неравномерной выборки деревьев. При равномерном изреживании формируются сравнительно густые
одноярусные насаждения с равномерным распределением деревьев по площади, но здесь затруднена механизированная заготовка древесины и наносится большой экологический ущерб оставляемым на доращивание деревьям,
почве и др. При неравномерном изреживании (группами, коридорами, полосами), когда процесс заготовки древесины проще механизировать и организовать труд бригад, удаляются не только мешающие росту деревья, но и
лучшие деревья, которые впоследствии могли бы дать большой запас древесины. В то же время при неравномерных рубках в насаждении могут остаться
зараженные вредителями и болезнями, сухостойные, отмирающие, с плохой
формой стволов и крон деревья. Период повторяемости рубок ухода, в зависимости от возраста культур, варьирует от 3 до 10 лет. Интенсивность рубок
ухода в зависимости от целевого назначения, возраста, состояния и состава
насаждений меняется в широких пределах: от слабой (зоны санитарной охраны источников водоснабжения) до очень сильной (лесопарковые части зеленых зон). Полнота древостоев не должна быть ниже 0,8.
В лесных культурах сосны в возрасте осветлений и прочисток часто
применяются линейные рубки ухода, при которых вырубаются деревья целыми рядами. Вырубку производят через 1 или несколько рядов, оставляемых для последующего роста. В образовавшихся кулисах проводят обычные
рубки ухода средней интенсивности. Через 3-8 лет после проведения линей© Малышев В.В., 2008
125
ных рубок полог культур смыкается, в дальнейшем ведутся равномерные
рубки ухода по всей площади насаждения. При этих способах выращивания к
моменту главной рубки можно получить максимально продуктивный древостой, но формирование основного запаса происходит на деревьях тонких и
средних по толщине. Выращивание крупномерной древесины требует высокого возраста главной рубки.
При плантационном выращивании культуры сосны с первоначальной
густотой посадки 8-10 тыс. шт. сеянцев на 1 га в 7-10 лет сильно изреживают
так, чтобы осталось около 1 тыс. шт. сосен на 1 га. До 30-летнего возраста
проводят еще 2 рубки ухода средней интенсивности. На 1 га оставляют около
500 стволов. При дальнейшем выращивании рубки ухода не проводят, за исключением санитарных, если последние будут нужны.
Выращивание сосновых культур, как общепринятым способом, так и
плантационным способом предусматривает проведение рубок ухода одинаковой интенсивности на всей площади данного участка насаждения.
Целью наших исследований является получение высокопродуктивных
и устойчивых лесных культур сосны с максимизацией выхода стволовой древесины и пиловочника за 1 год с единицы площади (1 га) при минимальном
сроке лесовыращивания.
Поставленная задача достигается тем, что в рядовых культурах сосны в
зависимости от возраста, первоначальной густоты посадки, типа условий местопроизрастания и класса бонитета и др., при формировании насаждений
рассматривается целевая функция математической модели управления выращиванием лесных культур как увеличение общего объема деловой древесины
и, прежде всего, ведущего сортимента – пиловочника.
На основании математических моделей стволов растущих деревьев используются методы, разработанные проф. Петровским В.С. [2]. На этой основе разработаны однофакторные и двухфакторные математические модели
хода роста опытных культур сосны разной густоты. Полученные уравнения
регрессии дали возможность для каждого возраста определить количество
деревьев на 1 га, которые обеспечивают максимум запаса стволовой древесины.
Целью выращивания лесных культур сосны в данном случае является
получение максимального объема пиловочного сырья за 1 год лесовыращивания. Необходимо сопоставить результаты компьютерных расчетов по оптимальным режимам рубок ухода максимизирующих выход стволовой древесины за 1 год лесовыращивания с подобными данными по максимизации
выхода пиловочного сырья. При этом необходимо учитывать то, что максимальный уровень целевой функции максимизации выхода стволовой древесины будет определять диаметр древостоя в возрасте количественной спелости, который значительно ниже 100 лет. В тоже время целевые функции выхода пиловочного сырья будут до 60-70 лет максимально возрастать, позднее
этот процесс будет замедленным.
Для выращивания культур с максимальным выходом пиловочника целесообразно использовать максимум целевой функции и диапазон возраста с
126
максимальным увеличением объема стволовой древесины за 1 год лесовыращивания. И если эта целевая функция начинает снижаться, то необходимо
проводить сплошную рубку. Класс бонитета должен быть не ниже I-II. Более
низкие классы бонитетов резко ухудшают все экономические показатели лесовыращивания.
Общая производительность вычисляется суммированием запаса остающейся части насаждения в данном возрасте и объема древесины, который
был выбран за предшествующий период. По величине общей производительности вычисляются средний и текущий приросты.
По данным запаса и возраста можно определить средний и текущий
приросты древесины сосны обыкновенной на 1 га в м3:Число стволов на 1 га
вычисляется на основании значений сумм площадей сечений и средних диаметров. Было вычислено значение целевой функции получения максимального объема стволовой древесины и пиловочника при минимальном сроке выращивания. Целевая функция показывает, какой объем древесины мы можем
получить с одного гектара площади за один год лесовыращивания.
Оптимизация режимов промежуточных, сплошных рубок с максимизацией среднегодового объема пользования стволовой древесиной осуществлялась согласно следующей целевой функции:
~
~
Vc + ∑ ΔV p
p
→ max,
Q=
(1)
Tc
~
где: Q – объем пользования стволовой древесиной, м3/(га в год); Vc –
запас стволовой древесины разнеживаемого насаждения на момент главной,
~
сплошной рубки, м3/га; ΔV p – объем промежуточного пользования древесиной от p-й промежуточной рубки, м3/га; Тс – возраст насаждения на момент
главной, сплошной рубки, лет.
В таблице представлены расчетные оптимальные режимы рубок ухода
для различных классов бонитета насаждений.
Таблица
Оптимальные режимы рубок ухода при лесовыращивании с максимизацией объемов заготавливаемой древесины с 1 га за 1 год
Класс бонитета
Оптимальный целевой диаметр Dц, см
Т1, лет
1-я рубка
П1, %
Т2, лет
2-я рубка
П2, %
Т3, лет
3-я рубка
П3, %
Т4, лет
4-я рубка
П4, %
Сплошная
Тс, лет
рубка
Пс, %
Ia
35
25
23
34
23
48
23
71
100
I
35
25
29
35
29
50
27
74
100
II
36
25
35
36
35
52
33
77
100
127
Как видно из таблицы, с увеличением класса бонитета, то есть с ухудшением условий произрастания, растет и интенсивность проведения рубок
ухода. Это объясняется тем, что в ухудшенных условиях произрастания процент ежегодного отпада древесины выше, а следовательно и меры по улучшению условий произрастания при рубках ухода должны быть более координальными, но в то же время они должны укладываться в существующие
лесоводственные ограничительные требования, чтобы рубки не привели к
распаду насаждения.
Способ выращивания чистых рядовых культур сосны, отличается тем,
что с целью максимизации выхода стволовой древесины и пиловочника с 1 га
за 1 год лесовыращивания и формирования устойчивых и продуктивных насаждений, разработаны оптимальные режимы выращивания древостоев сосны, где соответственно целевому диаметру, классу бонитета и типу условий
местопроизрастания даны возраст изреживаний, процент вырубаемого запаса
и определена целевая функция получения древесины в минимальные сроки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Основные положения по рубкам ухода в лесах России [Текст]. – М.:
Лесн. пром-сть, 1993.
2. Петровский, В.С. Автоматическая оптимизация раскроя древесных
стволов [Текст]/ В.С. Петровский. – М.: Лесн. пром-сть, 1970. – 184 с.
УДК 656.135.073
ПОДСИСТЕМА ПОДГОТОВКИ ДАННЫХ ДЛЯ РАСЧЕТА ПОСТАВА
Ю.А. Чевычелов, Е.С. Хухрянская, А.В. Болобина (ВГЛТА)
Развитие теории раскроя пиловочного сырья с использованием ЭВМ
позволяет на качественно новом уровне решать следующие задачи:
проектировать максимальные спецификационные поставы, по1.
зволяющие получить при раскрое пиловочных бревен максимальным объемный или ценностный выход спецификационных пиломатериалов с учетом их
качества;
составлять планы раскроя пиловочных бревен, т.е. системы по2.
ставов, обеспечивающие выполнение заданных спецификаций пиломатериалов из имеющегося или ожидаемого сырья при прогнозируемом объемном
или ценностном выходе с учетом качества пиломатериалов;
определять рациональные способы и схемы раскроя пиловочных
3.
бревен на пиломатериалы: вразвал, с брусовкой, круговой способ, секторный,
сегментный, развально-сегментный.
Как известно, основу плана раскроя пиловочного сырья на пиломатериалы составляет система спроектированных и рассчитанных поставов,
обеспечивающих выполнение требуемой спецификации пиломатериалов из
имеющегося или ожидаемого пиловочного сырья [1].
© Чевычелов Ю.А., Хухрянская Е.С., Болобина А.В., 2008
128
В [2] анонсируется разработка автоматизированной системы расчета
постава, в которую входит блок подготовки данных, обеспечивающих возможность проведения полного и всестороннего анализа и расчета постава по
заданным критериям и спецификациям. Ниже рассматривается спроектированная подсистема подготовки данных организованной в виде файловой
структуры сбора и хранения информации. Использование файловой структуры прямого доступа (вместо стандартной базы данных) дает в определенной
степени свободу в выборе формата представления и хранения исходной информации под задачу, не связывая ее требования конкретной БД, совместимость которой с интерфейсом приложения подсистемы подготовки исходной
информации не всегда находит положительное решение. Но при разработке
подсистемы формат ее внутренней структуры ориентирован на представление данных реляционной БД. Содержательная часть информации включает
данные об исходном сырье (порода, параметры, объемы), спецификацию постава, технологические таблицы и графические зависимости по формированию постава и т.п. Подсистема строится на базе файлов прямого доступа,
поскольку в этом случае легко реализуется формат реляционной БД – формирование записи с разнообразным типом полей с введением произвольного
типа данных, что в общем случае удовлетворяет практически любого пользователя. В этом случае переменные различных типов, логически связанные
между собой, объединяются в запись, которую и называют пользовательским
типом данных [3]. При этом каждая переменная, являющаяся составной частью записи, называется полем. Эта структура располагается и описывается
в общей части (Declaration) модуля и содержит (по задаче) до 10 полей.
Для доступа к созданной структуре при формировании БД используемым данным (переменной) присвоен определенный выше тип. Например,
Dim Лист as wood.
При работе с этим типом данных при формирование файла Бд (полей)
по запросу подсистемы необходимо указать имя обрабатываемой переменной, а затем точку и название поля.
Лист.порода =Береза,
то есть доступ к полям записи осуществляется в формате описания
свойств объекта. В подсистеме определено два типа данных Wood - для пиловочного сырья и Board – для описания спецификации постава. Разнообразие параметров описывается в соответствующих полях при заполнении файловой структуры.
Алгоритм работы подсистемы показан на рисунке. Алгоритм работает
в диалоговом режиме. Диалоговый режим поддерживает выполнение задачи
подготовки и использования данных, обеспечивая бесперебойность и надежность процедуры создания базы данных. Реализовано несколько режимов работа: подготовка шаблона новой базы данных и режим ее заполнения; работа
с готовой базой данных по подготовке данных к расчету и режим перезаписи
данных в стандартную БД. Подсистема реализована на языке визуального
программирования высокого уровня VB6. Имеет простой и понятный пользователю интерфейс. Массив текстовых окон позволяет пользователю
129
управлять содержанием (задание полей вывода) и количеством ( число записей) информацией при занесении данных в базу данных или для проведения
расчетов. Минимум элементов управления создает условия для надежной и
безошибочной реализации алгоритма функционирования подсистемы подготовки данных в подсистеме автоматизированной системы расчета поставов.
Начало
Формирование
шаблона
Режим
работы
Работа с
БД
Сохранение
шаблона
Выбор
режима
работы
?
,
Подготовка
Ввод данных в
новую БД
Формирование
файла данных
Подготовка
данных к
расчету
Ввод
данных в
БД
Дисплей
Вывод на
печать
Сохранение
данных
Конец
Рисунок. Алгоритм функционирования подсистемы подготовки данных
в подсистеме автоматизированной системы расчета поставов
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.
Калитеевский, Р.Е. Лесопиление в ХХ1 веке. Технология, оборудование, менеджмент [Текст]/ Р.Е. Калитеевский. – Спб.: ПРОФИ –
ИНФОРМ , 2005. – 480 с.
Хухрянская, Е.С. Оптимизация изделий из древесины [Текст]/
2.
Е.С. Хухрянская. – Воронеж: ВГУ, 2002. – 110 с.
130
3.
Глушаков, С.В. Программирование на Visual Basic 6: учебный
курс [Текст]/ С.В. Глушаков, А.С. Сурядный. – Харьков: Фолио, 2002 – 497 с.
УДК 681.3.001.57
ОБОБЩЕННЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ
ВПИСАННЫХ ПОЛИГОНОВ
Ю.А. Чевычелов, А.А. Лукина (ВГЛТА)
Использование численных методов в задачах формирования геометрических объектов позволяют наглядно представить процесс построения объекта, визуально контролировать процедуру решения, корректировать алгоритм решения и достаточно просто реализовать интерактивный режим реализации алгоритма задачи средствами языка визуального программирования
высокого уровня.
Решается задача о построении вписанного полигона (равностороннего
N -многоугольника) с заданной стороной. Для решения необходимо найти
радиус окружности и координаты вершин полигона. В[1] результат достигается в процессе выполнения итерационных операций по последовательному
отложению хорд на окружности. Результат требует большого количества
итераций и, кроме того, для каждого варианта исходных данных необходим
полный объем вычислений.
В предлагаемом методе выполняется точное разбиение базовой окружности на заданное число равных хорд, а затем, через линейные преобразования рассчитываются координаты вершин правильного N – угольника и радиус окружности для любого варианта требуемых значений стороны.
Алгоритм решения включает следующие последовательные процедуры: разбиение окружности на N равных хорд; считывание координат концов
отрезка, являющегося стороной правильного N – угольника; определение радиуса описанной около заданного N – угольника окружности; определение и
выбор одного из двух центров описанных окружностей по заданной хорде и
вычисленному радиусу; определение координат вершин и построение правильного N – угольника.
Первый этап решения (разбиение окружности на N равных хорд) требует наибольших вычислительных затрат поскольку он связан и с процедурой выравнивания длин хорд с заданной точностью. Не теряя общности,
выберем радиус окружности на порядок больше длины стороны многоугольника, а центр окружности поместим в начало координат.
На рис. 1 показано деление окружности на 60 частей, произведенное
известным геометрическим способом, который заключается в следующем:
© Чевычелов Ю.А., Лукина А.А., 2008
131
Рис. 1. Деление окружности на N частей
двойным радиусом из полюса О2, как показано на рис. 1, проводим дугу до пересечения с горизонтальной линией, проходящей через центр (О1) заданной окружности, получаем точку О3;
вертикальный диаметр делим на N (в нашем случае N = 60) частей;
через точку О3 и точки деления диаметра (как показано на рис. 1) проводим лучи до пересечения с заданной окружностью.
Получаемые на окружности точки делят последнюю на требуемое количество частей (Точки на левой полуокружности можно получить зеркальным отражением правой полуокружности)
На следующем этапе, этапе выравнивания хорд, выполняются следующие преобразования
Пусть окружность разбита хордами на N частей, тогда справедливо равенство
N
a1 + a 2 + . . . + a N = ∑ ai ,
i =1
где а1– хорды на окружности.
Разделим обе части уравнения на N
N
a
a1 a 2
+
+...+ N =
N N
N
ра D
∑ ai
i =1
N
N
или aсред. =
∑a
i =1
N
i
.
Обе части уравнения разделим на асред. и умножим на величину диаметa ⋅D
a1 ⋅ D
a ⋅D
+ 2
+...+ N
= D.
a сред. ⋅ N a сред. ⋅ N
a сред. ⋅ N
Поскольку частное D N является шагом деления диаметра на N частей,
заменим это выражение в левой части уравнения символом Shag
a ⋅ Shag
a1 ⋅ Shag a 2 ⋅ Shag
+
+...+ N
= D.
aсред.
aсред.
aсред.
132
Обозначив выражение
ai ⋅ Shag
символом hi, получим окончательный
a сред.
вид уравнения
h1 + h2 + K + hi + K + hN = D ,
где hi =
ai ⋅ Shag
- математическое выражение величины неравномерноa сред.
го разбиения диаметра, дающее возможность выравнивания длин хорд при
разбиении окружности на N равных частей.
Чтобы добиться требуемой точности в равенстве хорд необходимо
ввести
дополнительную
процедуру
уточнения хорд.
Рис. 2. Уточнение хорды смещением
шага на диаметре (фрагмент рис. 1)
Пусть текущее значение шага по
диаметру есть отрезок s1, s2, соответствующая этому шагу хорда - отрезок t1,
t2. а необходимое значение хорды есть отрезок t1, t3, обозначенный «Hor» и
соответствующий хорде Hor шаг по диаметру - отрезок s1, s3, обозначенный
на рисунке как Shag.
Тогда, при условии, что отрезок t2, t3 достаточно мал, так что сумма
отрезков t1, t2 и t2, t3 приближается к длине отрезка t1, t3 с допустимой точностью, справедливо выражение:
shag Hor
=
s 2, s3 t 2, t 3
Заменив в этом выражении отрезок s2, s3 символом ∆Sh, а отрезок t2,t3
символом ∆Hor, получим выражение:
Shag
Hor
или
=
ΔSh ΔHor
ΔHor ⋅ Shag
.
ΔSh =
Hor
Рис. 3. Пропорции элементов
базового и искомого многоугольников
На рис. 3 показаны: базовая окружность радиусом Ro и окружность с
искомым радиусом Rx. В базовую окружность вписан правильный N –
угольник, Хорда То, То1 является ребром этого многоугольника. Тогда, исходя подобия треугольников О1ТхТх1 и О1ТоТо1 ,:
O1Tx Tx Tx1
=
.
O1TO TO TO1
Заданная длина стороны искомого N – угольника равна АВ, а длину
базового N – угольника вычисляется точек То и То1, длина отрезка О1То
133
равна величине Ro – радиуса базовой окружности, принятого нами 500, то,
обозначив отрезок О1Тх, равный радиусу искомой окружности, символом Rx,
получим равенство:
Rx
AB
,
=
Ro HORo
где HORo – вычисленная хорда базового N – угольника.
теперь можем записать выражение для нахождения искомого радиуса
Rx:
Rx =
AB ⋅ Ro
.
HORo
Аналогично, вследствие пропорциональности прямоугольных треугольников О1ТхРх и О1ТоРо, где точки Рх и Ро есть проекции точек Тх и То
на ось абсцисс, можем написать выражения для пересчета координат вершин
N - угольника, вписанного в базовую окружность с радиусом Ro, в координаты N - угольника, вписанного в окружность с радиусом Rх:
Xi =
AB ⋅ X oi
AB ⋅ Yoi
, Yi =
,
HORo
HORo
где Xoi и Yoi – координаты i-й вершины правильного N – угольника,
вписанного в базовую окружность радиусом Ro,
Xi и Yi – координаты i-той вершины искомого правильного N – угольника со стороной, равной заданному отрезку АВ.
Анализ полученных результатов: Задача решена в среде языка программирования высокого уровня Visual Basic 6. Базовая окружность взята радиусом 500 с центром в начале координат. При числе сторон правильного
многоугольника N > 500 ошибка сопоставима с длиной стороны N - угольника, При N < 400 достижимая точность 1Е-6.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Дерюгина, Ю.В. Численное моделирование вписанных полигонов
[Текст]/ Ю.В. Дерюгина, В.Н. Харин, А.В. Кульнев// Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления лесного комплекса: сб. науч. тр. Ч. I. – Воронеж:
ВГЛТА. – 2002. – Вып. 7. – с. 137 – 140.
УДК 674.028.9
ИНТЕНСИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СКЛЕИВАНИЯ
ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ
М. А. Шендриков (ВГЛТА)
На современных деревообрабатывающих предприятиях значительный
удельный вес готовой продукции составляют изделия из клееных древесных
материалов [1]. Технология склеивания применяется при производстве фанеры, мебели, щитового паркета, строительных конструкций из древесины и др.
© Шендриков М. А., 2008
134
При этом особое внимание технологических служб предприятий уделяется
повышению прочности клеевых соединений и интенсификации процесса отверждения клеевых прослоек. Для этих целей совершенствуется технология
склеивания, разрабатываются новые рецептуры клеев. Так, для создания более прочных клеевых соединений в изделиях из древесины и ускорения процесса отверждения клея используются установки токов высокой частоты [2].
Однако, приобретение и эксплуатация таких установок приводит к значительному удорожанию готовой продукции.
Предлагается технология получения клееных древесных материалов
повышенной прочности, в основу которой положено воздействие на них
электрическим полем на стадии отверждения клеевых прослоек.
О физических основах эффекта повышения прочностных свойств полимера можно судить по результатам работы [3]. Исследованиями установлено, что под воздействием постоянного электрического поля в различных
суспензиях интенсивно протекают процессы по упорядочению их структур.
Такое упорядочение структур в приложении к полимерным материалам, к
которым относятся и клеи, должно сопровождаться повышением прочности
склеек.
В целях подтверждения предполагаемого изменения структуры полимера проведен микроструктурный анализ клеевой пленки из клея КФЖ, обработанной и необработанной в электрическом поле. Результаты исследований представлены на рис. 1.
б)
Рис. 1. Микрофотографии срезов клеевой композиции марки КФЖ при
увеличении в 400 раз:
а – стандартная технология отверждения;
б – композиция подвергнута воздействию электрическим полем при напряженности Е = 1639 В/см
а)
Из приведенных микрофотографий видно, что под воздействием электрического поля образуется упорядоченная структура полимера с более мелкими элементами. Подобные упорядоченные структуры клеевой композиции
должны иметь повышенную прочность в целом системы.
135
1
2
3
V
7
8
6
4
5
G
Рис. 2. Схема высоковольтной установки для обработки древесины в
электрическом поле: 1 – высоковольтный выпрямитель; 2 – выключатель; 3 –
рабочая ячейка с образцом; 4 – вольтметр; 5 – гальванометр; 6 – магазин сопротивлений;7 – батарея конденсаторов; 8 – разрядник
Для проведения исследований по установлению влияния электрического поля на прочность склеек из древесины создана высоковольтная установка, принципиальная схема которой приведена на рис. 2.
Установка позволяет создавать в рабочей ячейке с образцом напряженность поля до 2000 В/см.
В качестве объектов исследований использовались стандартные образцы, применяемые для испытания прочности древесины на скалывание. Образцы изготавливались из дубовых заготовок. В качестве адгезивов использовались клеи марки К – 153, ПВА и КФЖ. Температура в период отверждения клеевой прослойки поддерживалась на уровне 40°С. Давление отверждения составляло 0,1 – 0,2 МПа. Напряженность поля изменялась в пределах от
0 до 1600 В/см. Приготовленные указанным способом образцы затем плавно
охлаждались, после чего испытывались на разрывной машине на предел
прочности при скалывании. Полученные в процессе испытаний результаты
представлены в таблице.
Таблица
Результаты испытаний на прочность при скалывании образцов, обработанных в постоянном электрическом поле
Предел прочности при скалывании, МПа для клеНапряженность электрического поев
ля, В/см
К – 153
КФЖ
ПВА
1
2
3
4
0
11,1
2,7
11,5
417
12,5
3,9
11,67
533
13,3
5,1
11,8
633
13,83
6,7
12,4
136
Окончание таблицы
1
733
757
909
1090
1454
1639
2
13,92
3
6,8
–
–
–
–
–
4
13,7
13,7
13,8
13,8
13,9
13,9
Из таблицы видно, что при воздействии постоянным электрическим
полем на клеевую прослойку между поверхностями древесины в период отверждения клея наблюдается повышение прочности клеевого соединения и
особенно заметно для клея КФЖ. При этом с повышением напряженности
поля растет прочность соединения, которая стабилизируется для исследуемых клеев, начиная с напряженности порядка 800 В/см.
Специально проведенными исследованиями также установлен эффект
ускорения полимеризации клея на 30% при воздействии электрическим полем.
Таким образом, предлагаемая технология склеивания древесных материалов при ее внедрении в производство позволит интенсифицировать процесс склеивания и повысить качество и долговечность изделия.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Темкина, Р. З. Синтетические клеи в деревообработке [Текст]: моногр. /Р. З. Темкина.– М.: Лесная промышленность, 1971. – 286 с.
2. Кардашов, Д. А. Полимерные клеи [Текст]: моногр. /Д. А. Кардашов,
А. П. Петрова – М.: Химия, 1983. – 256 с.
3. Гиндин, Л. Г. Структурообразование в суспензиях под влиянием
электрического поля [Текст]/ Л. Г. Гиндин, И.Н. Путилова // Тр. III Всес.
конф. по коллоид. химии. – М., 1956. – С 181 – 196.
УДК681.325
АЛГОРИТМИЗАЦИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНОГО КОНТРОЛЯ
ЗА ТЕХНИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ ОБЪЕКТА
В.И. Кочетов, А.Н. Вакулин (ВГЛТА)
Возросшая производительность микроконтроллеров позволяет одновременно с выполнением их непосредственных функций выполнять функции
непрерывного контроля объекта управления или его отдельных частей. Гибкость программного обеспечения и широкое распространение языков высокого уровня делают возможным быстрое перепрограммирование контроллеров на дополнительные функции. Рассмотрим на примере узла смешивания
питательного раствора для капельного орошения в тепличном производстве
© Кочетов В.И., Вакулин А.Н., 2008
137
дополнение функций управления подпрограммами контроля трубопровода.
Упрощенная схема установки приведена на рис. 1.
Рис. 1. Упрощенная схема узла смешивания питательного раствора
Работа узла состоит из двух этапов: приготовление питательного раствора и орошение. На первом этапе клапаны орошения закрыты, рабочая
жидкость для привода в действие эжекционных насосов поступает сразу после насоса полива. Смесительные камеры эжекционных насосов через управляемые краны А, В и фильтры соединены с соответствующими емкостями
маточных растворов. В смесительной камере каждого эжекционного насоса
за счет кинетической энергии протекающей воды происходит забор концентрированного маточного раствора из соответствующих емкостей, для которых открыт кран, и вода с растворенными в ней удобрениями поступает в
смесительный бак. Количество подаваемых маточных растворов и, как следствие, концентрация получающегося питательного раствора зависит от длительности открытия кранов. Смесь воды и маточных растворов с выхода
эжекционных насосов поступает в смесительный бак - миксер. Расчет необходимых объемов маточных растворов производится заранее по известным
алгоритмам. На втором этапе готовый питательный раствор, проходя через
насос, фильтр и открытые клапаны орошения поступает в магистральный
трубопровод и далее в оросительную сеть.
На этапе смешивания есть возможность контролировать состояние
фильтров и участки трубопроводов от баков с маточными растворами до
клапанов дозации. На втором этапе контролируется участок трубопровода от
расходомера до капельниц оросительной сети.
В основу проверки положен принцип сравнения фактического расхода
жидкости с математической моделью зависимости расхода от времени.
138
На первом этапе работы установки фактический расход жидкости определяется косвенно, по показанию уровнемера по формуле:
(1)
Qф (t) = S ⋅ (h(t0 ) − h(t )) ,
где S – площадь основания бака, h(t0) – показание уровнемера в момент
начала замера расхода, h(t) – показание уровнемера в момент времени t.
Расчетный расход определяется как произведение расхода эжекционного насоса в единицу времени q на время открытого клапана t, что выражается
формулой:
(2)
Qp (t) = q ⋅ t ,
Следует отметить, что расход эжекционого насоса не изменяется при
работе с постоянным давлением, определяется экспериментально на этапе
пуско-наладочных работ[1].
Блок-схема подпрограммы алгоритма дозирования маточого раствора
А с функцией проверки трубопровода приведен на рисунке 2a. Аналогичный
алгоритм применяется для дозирования маточного раствора из бака В. В блоке 1 производится инициализация переменных, в памяти ЭВМ сохраняется
время начала выполнения подпрограммы t0, cнимаются показания уровнемера h(t0). Далее (блок 2) дается команда на открытие клапана дозации А. В
блоках 3 и 4 определяются расчетный расход Qр(t) по формуле (2) и фактический расход Qф(t) по формуле (1). Блок 5 имеет сравнение фактического расхода с заданным. Если фактический расход превышает заданный, значит дозация маточного раствора А произошла успешно и следует переход на блок
10, где закрывается клапан А и следует выход из подпрограммы. В противном случае дозация еще не окончена и выполняется блок 6. В нем содержится сравнение разности фактического и расчетного расходов с коэффициентами допустимых потерь ДП1 и ДП2. Невыполнение условия
Qр – Qф < ДП1 означает уменьшение фактического расхода, что может
быть вызвано засорением фильтра или эжекционного насоса, о чем сообщается в блоке 9. Невыполнение условия Qф – Qр < ДП2 означает превышение
фактического расхода над расчетным, что возможно в случае нарушения
герметичности трубопровода(блок 8). В обоих случаях включается аварийная
сигнализация (блоки 8, 9) и следует закрытие клапана дозации (блок 10).
На втором этапе работы установки контролируется участок трубопровода от расходомера до капельниц оросительной сети. Проверка также основа на принципе сравнения фактического расхода жидкости с математической
моделью зависимостью расхода от времени.
Расчетный расход определяется как произведение количества орошаемых растений (или капельниц) n, расход одной капельницы в единицу времени qк и время орошения t:
(3)
Qp (t) = qк ⋅ n ⋅ t .
Эта формула справедлива только для компенсированных капельниц.
Компенсированные капельницы поддерживают одинаковый расход питательного раствора в широком диапазоне рабочего давлении и не зависимо от
уклона поверхности земли в теплице[2].
139
НАЧАЛО
1
Инициализация переменных:
t0 – начальное время
Q(t0) - показание расходомера
2
Открытие клапанов орошения
3
Определение расчетного расхода:
Qр(t) = qк * n * t
4
Определение фактического расхода:
Qф(t) = Q(t) - Q(t0)
да
5
Qф > Qзад ?
нет
6 (Qр-Qф) < ДП1
И
(Qф-Qр) < ДП2 ?
да
нет
7
Qр > Qф ?
да
нет
8
9
Аварийная сигнализация:
прорыв трубопровода
10
а)
Закрытие клапанов орошения
ВОЗВРАТ
Аварийная сигнализация:
засорился фильтр
140
НАЧАЛО
1
Инициализация переменных:
t0 – начальное время
h(t0) - показание уровнемера в баке А
2
Открытие клапана дозации A
3
Определение расчетного расхода:
Qр(t) = q * t
4
Определение фактического расхода:
Qф(t) = S * ( h(t0) - h(t) )
да
5
Qф > Qзад ?
нет
6 (Qр-Qф) < ДП1
И
(Qф-Qр) < ДП2 ?
да
нет
7
Qр > Qф ?
да
нет
8
9
Аварийная сигнализация:
прорыв трубопровода
Аварийная сигнализация:
засорился фильтр
10
Закрытие клапана дозации A
б)
ВОЗВРАТ
Рис. 2 Алгоритмы контроля техническим состоянием трубопровода: a)
на этапе смешивания, б) на этапе орошения
В качестве измерителя расхода применяется расходомер, т.к. среда уже
менее агрессивная. Фактический расход определяется по расходомерусчетчику, как разница между его показанием в начале измерения Q(t0) и в текущий момент Q(t):
141
Qф (t) = Q(t) - Q(t 0 ) .
(4)
Алгоритм подпрограммы (рис. 2,б) во много аналогичен предыдущему.
Работа алгоритма (блок 1) начинается с сохранения в памяти начального
времени и показания расходомера. Затем в блоке 2 дается команда на открытие клапанов орошения. Определение расчетного расхода производится по
формуле (3), фактический расход определяется по формуле (4). В блоке 5
происходит сравнение фактического расхода Qф с заданным значением оператором Qзад, выполнение этого условия означает что необходимая масса питательного раствора поступила растениям и орошение необходимо прекратить (блок 10). Иначе управление переходит блоку 6, где сравниваются разности фактического и расчетного расходов с коэффициентами допустимых
потерь ДП1 и ДП2. Их назначение не изменилось. Успешное выполнение условий блока 6 свидетельствует о нормальном течении технологического процесса. В противном случае срабатывает аварийная сигнализация: “прорыв
трубопровода” (блок 8) или “засорился фильтр” (блок 9), орошение прекращается.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гельперин, Н. И. Основные процессы и аппараты химической технологии. В двух книгах [Текст] / Н.И. Гальперин. – М.: Химия, 1981. – 812 с.
2. http:// www.fito-agro.ru/doc/drippers.php
УДК 630* 232.4.427
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ РАБОЧИХ ОРГАНОВ
ЛЕСОПОСАДОЧНЫХ МАШИН
М.Л. Шабанов, С.В. Дорохин (ВГЛТА)
В общем комплексе лесокультурных работ одной из наиболее трудоемких операций является посадка, которая во многом определяет успех выращивания леса. Огромные объемы лесопосадочных работ требуют широкого
применения средств механизации. Механизированная посадка леса значительно повышает производительность труда и улучшает качество работ по
сравнению с ручной посадкой.
Однако механизированный способ посадки имеет много недостатков,
которые имеют место в работе бороздообразующих и почвозаделывающих
рабочих органов лесопосадочных машин.
Бороздообразующие рабочие органы образуют посадочное место с уплотненными боковыми стенками, что приводит к неравномерному заполнению борозды почвой и ухудшению условий для работы уплотняющих катков.
Уплотняющие катки не обеспечивают хороший контакт корней с почвой,
особенно в верхнем и нижнем слоях. Эти недостатки отрицательно влияют на
приживаемость и дальнейший рост лесных культур.
© Шабанов М.Л., Дорохин С.В., 2008
142
Имеющиеся в настоящее время научные и экспериментальные исследования указывают на недостаточную изученность взаимодействия бороздообразующих сошников, отличающихся формой рабочей поверхности, с почвой; взаимного влияния сошника и уплотняющих (почвозаделывающих) катков на качество их работы и выполняемого лесопосадочной машиной технологического процесса посадки.
Задачей экспериментальных исследований является: исследование деформации почвы сошниками различной конструкции анкерного типа с острым углом вхождения в почву и перемещения почвенных слоев за задним
обрезом сошника и впереди уплотняющих катков; определение качественных
показателей работы сошника и катков при различных вариантах установки их
относительно друг друга, сходимости теоретических и опытных зависимостей.
Для решения поставленной задачи была составлена программа и разработана методика экспериментальных исследований. Программа включает в
себя проведение опытов в лабораторных и полевых условиях.
Посадка лесных культур лесопосадочными машинами, заключается в
образовании посадочного места с последующей подачей саженца и уплотнении вокруг него рыхлой влажной почвой. Она зависит от работы бороздообразующих и уплотняющих рабочих органов. На качество посадки влияют,
параметры рабочих органов в отдельности, так и их совместное расположение на раме лесопосадочной машины.
Исходя из этого, уделено внимание рассмотрению процесса взаимодействия почвенной среды с бороздообразующими и уплотняющими рабочими
органами лесопосадочных машин – движение почвенных частиц после прохода сошника и впереди уплотняющих катков (рис. 1).
а)
V
б)
а)
б)
Рис. 1. Направление перемещения почвы при взаимодействии сошником (а) и уплотняющими катками (б)
После прохода сошника почва поступает и заполняет посадочную щель
равномерно с обеих сторон, заполнение происходит за счет осыпания почвы
за задним обрезом сошника, начиная снизу. Процесс осыпания протекает во
времени, в течение которого сошник проходит путь со скоростью агрегата,
поэтому смыкание почвенных масс происходит на некотором расстоянии
сошника и зависит от типа, состояния почвенной среды и скорости посадки.
143
В свою очередь перед ободом катка образуется уплотненное ядро, направленное вперед под углом к вертикали, при перемещении которого верхний слой почвы, находящийся над ядром, поднимается вверх и разрыхляется.
Это вместе со скольжением почвы по поверхности обода образует перед катком почвенный валик.
От сошника и уплотняющих катков в посадочную щель поступают два
почвенных потока, направленные на встречу друг другу с разными скоростями. Заполняемость посадочной борозды почвой обеспечивается, когда почвенный валик от катков будет совпадать с концом процесса осыпания почвы
после прохода сошника
На основании рассмотренных факторов движения почвенной массы после прохода сошника и перед уплотняющими катками величина расположения данных рабочих органов на раме ЛМ (L) определяется расстоянием точки смыкания почвенных волн за сошником (LП) и длиной почвенного валика
перед катками (ΔL), в зависимости от их конструктивных параметров, физико-механических свойств почвенной среды и условий посадки (рис. 2) [1]
L = L п + ΔL .
(1)
Рис. 2. Схема к определению расстояния между сошником и уплотняющими катками
Для улучшения качества посадочного места, увеличения разрыхляемости почвы вдоль борозды, а также работы коробчатого сошника с острым углом вхождения в почву как заделывающего устройства форма его боковых
стенок выполнена вогнутой во внутреннюю сторону в нижней части. Радиус
кривизны боковой стенки зависит от конструктивных параметров сошника и
определяется
180
R=
( 0 ,14b 2 + 0,06h 2 − 0,18bhcos ε ) ,
(2)
πα
где α - угол наклона вогнутой части боковины ко дну борозды; b – ширина сошника, мм; h – высота боковых стенок, мм; ε - угол наклона боковин
сошника [2].
При такой форме боковых стенок усилие P вогнутой части будет направлено не в сторону как у серийного сошника, а вверх, тем самым исключая образование уплотненного ядра в нижних слоях почвы. Почвенная масса
будет перемещаться вверх и разрыхляться, начиная с нижних слоев. Это при-
144
ведет к снижению давления боковых стенок сошника на стенки борозды и тягового сопротивления сошника (рис. 3).
а
б
Рис. 3. Направления действия усилий на почву боковыми стенками
сошника: а - серийный; б - экспериментальный
Изменение формы боковых стенок сошника не отражается на длине
сошника, но увеличивает деформацию почвы в зоне посадочного места. Это
происходит в результате того, что сошник в нижней части имеет размеры
значительно большие, чем в верхней. Рыхлая влажная почва под собственным весом обрушивается с боковых стенок в борозду и полностью заполняет
ее, исключая образование воздушных пустот, попадание верхних подсушенных слоев в борозду. Радиус кривизны в зависимости от передней грани, высоты и длины сошника составляет R=133…138 мм. Ширина сошника в нижней его части равна 330 мм. Форма и параметры экспериментального сошника представлены на рис. 4 [3].
Рис. 4. Формы и параметры экспериментального сошника
С целью обоснования параметров сошника и компоновки рабочих органов ЛМ проведены аналитические исследования. Рассмотрен процесс движения почвенных частиц за задним обрезом сошника (рис. 5).
145
Y
V
Lc
m2
Q
Ln
V4
m0
ϕ
ε
m1
ΔL
m
Lч
X
Рис. 5. Схема движения почвенной частицы за задним обрезом сошника
в координатах XOY
Перемещение элементарной частицы до ее полной остановки по ходу
движения сошника относительно его заднего обреза определяется
Lп = Lч + Lc ,
(3)
где LЧ – длина перемещения почвенной частицы, см; LС – расстояние,
пройденное сошником после схода элементарной почвенной частицы, см.
На основе выявленных главных факторов и критериев процесса посадки саженцев получены уравнения движения почвенных частиц за задним обрезом сошника в продольно-вертикальной плоскости
c
+ f cos ψ ) t 2 ,
2Yyh 0
c
z = Voz t − 0,25g[sin ψ (
+ f cos ψ ) − 1]t 2 ,
2Yyh 0
y = Voη t − 0,25g cos ψ (
(4)
(5)
где V-скорость движения частицы, см/с; g-ускорение свободного падения, см/с2; ψ-угол естественного откоса; с - сцепляемость почвы, Н; Yу- масса
частицы, Н; h0-высота осыпи почвы в посадочном месте, см; f-коэффициент
внутреннего трения; t-время движения почвенной частицы, с [4].
Определен путь перемещения почвы за задним обрезом сошника
Lп =
2V 2 cos 2 ε
c
g cos ψ (
+ f cos ψ ) tg 2 (ε + ϕ)
2Yyh 0
h
( sin Q + tgϕ) ,
b
(6)
где ε-угол наклона боковых граней сошника относительно дна борозды; ϕ-угол внутреннего трения; h-глубина посадки, см; Q-угол раствора боковых граней; b-ширина сошника, см.
В результате теоретических исследований получена формула высоты
осыпи почвы в посадочной борозде после прохода экспериментального сошника
h0' = h − 0,4 hbtg ϕ − 0,4btg ϕ + 0,5b tgϕ (
πα
180
− sin α ) .
(7)
146
Определение высоты осыпи почвы по предлагаемой формуле позволяет
с достаточной точностью оценить полноту заделки посадочного места при
самоосыпании почвы после прохода сошника.
Получено аналитическое выражение длины почвенного валика, образующего перед уплотняющими катками. Длина образовавшегося в продольной плоскости почвенного валика ΔL определяется из полной длины деформированной почвы катками Lп и длины деформации непосредственно под
ними L1 (рис. 6) [5]
ΔL = L п − L1 .
(8)
V
r0
ν
ΔL
L1
Lп
Рис. 6. Перемещение почвенных слоев перед уплотняющими катками
Длина почвенного валика, образовавшегося перед катком равна
0,02r02 E (1 + Ω V ) 0,3G к
tgγ
ΔL = (
+
− 0,15r0 )(
− 1) ,
(9)
ϑBσ ср
tgμ
G к σ ср
π
где r0 – радиус катка, см; Е – статический модуль деформации грунта,
Н; Ω - коэффициент, зависящий от вида грунта; V – скорость движения катков, м/c; Gк – вертикальная нагрузка на каток, Н; B – ширина обода катка
(профиля шины), см; ϑ - коэффициент увеличения ширины колеи; σср – среднее нормальное контактное напряжение, Н.
Величина почвенного валика зависит от конструктивных параметров
уплотняющих катков, скорости их движении, а также от физикомеханических свойств почвы. За счет коэффициента ϑ формула применима
как для катков на жестком ободе, так и на пневмашинах. Увеличение скорости движения катков приводит к уменьшению длины почвенного валика перед катками в 1,3 раза.
Сравнительное исследование работы серийного и экспериментального
сошников показало, что изменение боковых стенок в виде вогнутости позволяет повысить качество образования посадочной борозды, увеличить функцию сошника как заделывающего устройства. Повышается разрыхляемость
почвы в области посадочной борозды в 2,5 раза, при этом тяговое сопротив-
147
ление не увеличивается. Исключается необходимость использования дополнительных рыхлительных устройств на боковинах сошника.
Испытания в полевых условиях позволили определить расстояние осыпания почвы в борозду за сошником и величину почвенного валика перед уплотняющими катками. Изменение формы боковых стенок сошника сокращает расстояние осыпания почвы на 90…100 мм по сравнению с серийным
сошником и составляет 70…203 мм. Величина почвенного валика перед металлическими катками составляет 90…113 мм.
Производственные испытания экспериментального образца лесопосадочной машины показали, что полная заделка посадочной борозды почвой
обеспечивается при следующих параметрах: скорость посадки – 0,27…1,38
м/с; расстояние между задним обрезом экспериментального сошника и передней точкой диаметра уплотняющих катков 200…250 мм (в проекции на
горизонтальную плоскость); расположение посадочного аппарата относительно заднего обреза сошника должно составлять 100…150 мм. При таких
параметрах обеспечивается равномерное уплотнение почвы в зоне расположения корней саженцев. Увеличивается плотность почвы в зоне заделки корневой системы в 1,35…2,8 раза и составляет 3,8…6,1 МПа. Глубина заделки
корневой шейки саженцев равна 2,03 ±0,2 см. Приживаемость лесных культур повышается на 15 – 20% и составляет 95,1% [6].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бартенев, И.М. Движение почвенных частиц за задним обрезом сошника лесопосадочной машины [Текст] / И.М. Бартенев, М.Л. Шабанов// Повышение эффективности лесозаготовок малолесных районов: межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: 2002.- Вып 2. – C. 52-56.
2. Бартенев, И.М. Влияние формы сошника лесопосадочной машины на
деформацию почвы [Текст] / И.М. Бартенев, М.Л. Шабанов // материалы междунар. науч.-практич. конф. – Воронеж, 1998. – С.86-87.
3. Шабанов, М.Л. Влияние скорости посадки на расположение бороздообразующих и почвозаделывающих рабочих органов на раме лесопосадочной машины [Текст]/ М.Л. Шабанов// Вестник. – Воронеж, 2002, Вып. 1 – С.
35-37.
4. Шабанов М.Л. Деформация почвы при работе лесопосадочных машин [Текст]/М.Л. Шабанов // Математическое моделирование, компьютерная
оптимизация технологических параметров оборудования и систем управления лесного комплекса: сб. науч. тр. – Воронеж, 2000. – С. 30-34.
5. Шабанов, М.Л. Обоснование расположения рабочих органов на раме
лесопосадочной машины [Текст]/ М.Л. Шабанов; Воронеж. гос. лесотехн.
акад. – Воронеж, 2001. -8 с. – Деп. в ВИНИТИ. 22.01.02, №105-В 2002.
6. Шабанов, М.Л. Определение величины почвенной волны перед уплотняющими катками
[Текст] / М.Л. Шабанов // Повышение эффективности лесозаготовок малолесных районов: межвуз. сб. науч. тр.- Воронеж: 2002.
– Вып 2. – С. 246 - 249.
148
УДК 678.644
ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ НА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ
СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ (ПМ) 1
В.М. Попов, А.П. Новиков, А.Н. Швырев, И.Ю. Кондратенко,
С.В. Захаров (ВГЛТА)
В таких наукоемких областях техники, как самолетостроение, радиоэлектроника, системы связи, малая энергетика широкое применение находят
ПМ. Во многих случаях применение этих материалов ограничивается низкой
теплопроводностью. Применяемый в настоящее время способ повышения теплопроводности ПМ путем введения в полимерную матрицу дисперсных металлических наполнителей зачастую не дает желаемого эффекта и, как правило, приводит к снижению механических характеристик изделий из ПМ [1].
Повышения теплопроводности ПМ можно ожидать при направленном
структурировании частиц наполнителя в среде полимера в виде цепочек или
других образований при условии достаточно близкого расположения частиц
наполнителя или непосредственного контакта частиц между собой. Достичь
такого положения предлагается путем воздействия на ПМ магнитным или
электрическим полем на стадии отверждения связующего.
Предлагаемые методы можно реализовать при условии, что полимер
имеет малую вязкость и предрасположен к быстрой полимеризации, позволяющей зафиксировать образовавшиеся в физических полях структуры из
частиц наполнителя. При этом в процессе обработки в магнитном поле ПМ
должен иметь наполнитель с ферромагнитными свойствами, а в электрическом поле наполнитель с частицами, покрытыми окисными пленками.
Для получения магнитообработанных образцов, исследуемых в дальнейшем на теплопроводность, применялся стенд, состоящий из электромагнитного индуктора с подвижными башмаками, блока питания, термокамеры
с рабочей ячейкой и теплоизмерительной аппаратуры [2]. Стенд позволяет
создавать постоянное магнитное поле напряженностью до 32 ⋅104 А / м , которая
регулируется изменением силы тока в обмотке магнита и межполюсного расстояния. Электрообработанные образцы изготавливались на высоковольтной
установке, в состав которой входят выпрямитель, батарея конденсаторов и
магазин сопротивлений, позволяющие ток силой 220 В преобразовать в межэлектродном пространстве рабочей ячейки с образцом до напряженности
2500 В / см [3].
В качестве образцов при магнитной и электрической обработке использовались полимерные прокладки в виде дисков диаметром 30 мм и толщиной
1мм , а также клеевые прослойки толщиной от 0,5 до 1мм , сформированные
между металлическими пластинами из стали 12 X 18H10T .
В качестве испытуемого объекта использовалась композиция в составе
1
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проект № 05-01-00841
© Попов В.М., Новиков А.П., Швырев А.Н., Кондратенко И.Ю., Захаров С.В., 2008
149
низкомолекулярной эпоксидной смолы ЭДП с отвердителем из полиэтиленполиамина в количестве 10 масс %. При магнитной обработке в качестве наполнителя в полимер вводился ферромагнитный железный порошок ПЖВ с
размером частиц 20-40 мкм и никелевый порошок марки ПНК различной
дисперсности. При электрической обработке в полимерную композицию
вводились алюминиевая пудра, алюминиевая пудра, обработанная растворителем, и окисленный медный порошок.
Отверждение образцов проводилось при температуре 700 C в течение
20-30 мин. Приготовленные образцы затем испытывались на теплопроводность на модернизированном варианте установки, функционирующей по методу двух температурно-временных интервалов [4].
Рис. 1. Зависимость коэффициента теплопроводности магнитообработанных полимерных прокладок с дисперсным наполнителем ПЖВ от напряженности магнитного поля при различной концентрации наполнителя : 1 – С
= 10 масс.%; 2 – 20 масс, %; 3 – 30 масс. %; 4 – 40 масс. %; 5 – 50 масс. %; 6 –
60 масс. %; 7 – 70 масс. %; 8 – 80 масс. %; 9 – 90 масс. %; 10 – 100 масс. %
Полученные результаты исследований на теплопроводность для магнитообработанных полимерных прокладок представлены на рис. 1. По расположению приведенных кривых видно, что коэффициент теплопроводности λ
образцов независимо от концентрации наполнителя C возрастает с повышением напряженности поля Н . Подобный характер формирования кривых зависимости λ = f ( H ) при различной концентрации наполнителя можно объяснить увеличением числа образующихся теплопроводящих цепочечных структур из частиц наполнителя. При малых значениях концентрации наполнителя
кривая λ = f ( H ) вырождается в области напряженности поля, когда
H > 24 ⋅10 4 А / м . Для высоконаполненных ПМ начало вырождения зависимости λ = f ( H ) сдвигается в область более высокой напряженности поля. Отмеченный эффект объясняется ростом числа частиц, участвующих в процессе
150
формирования теплопроводящих структур. Особо следует отметить характер
расположения кривых λ = f ( H ) для ПМ при концентрации наполнителя
C > 80 масс % (кривые 9,10), когда имеет место снижение теплопроводности.
Подобную аномалию можно объяснить наступлением режима перенасыщения наполнителя, в результате чего образуются газовые включения, снижающие теплопроводность материала.
Рис. 2. Зависимость коэффициента теплопроводности магнитообработанных клеевых прослоек с дисперсным наполнителем ПЖВ от напряженности магнитного поля при различной концентрации наполнителя: 1 – С = 10
масс. %; 2 – 20 масс. %; 3 – 30 масс. %; 4 – 40 масс. %; 5 – 50 масс. %; 6 – 60
масс.%
Зависимость теплопроводности наполненных клеевых прослоек от напряженности магнитного поля приведена на рис.2. Видно, что кривые
λ = f ( H ) мало отличаются от приведенных на рис. 1. Некоторое снижение абсолютного значения теплопроводности для клеевых прослоек объясняется
воздействием на них сформировавшихся при отверждении внутренних напряжений [5].
Специально проводились исследования по влиянию природы наполнителя на теплопроводность магнитообработанных ПМ. На рис. 3 приведены
кривые λ = f ( H ) для прокладок из полимерной композиции с никелевым порошком ПНК. Наблюдается повышение теплопроводности по абсолютной
величине в сравнении с наполнителем ПЖВ, что объясняется большей теплопроводностью никеля по сравнению с железом. На этом же рисунке рассматривается влияние дисперсности наполнителя на теплопроводность наполненных ПМ.
151
Рис. 3. Зависимость коэффициента теплопроводности магнитообработанных полимерных прокладок с дисперсным наполнителем ПНК от напряженности магнитного поля при различной концентрации наполнителя: 1 – С
= 10 масс. %; 2 – 20 масс. %; 3 – 30 масс. %; 4 – 40 масс. %; 5 – 50 масс. %; 6
– 60 масс. %. (штриховая линия – наполнитель с d = 300 − 400 мкм ).
Кривые 1-6 получены для прокладок с наполнителем, имеющим частицы приведенного диаметра порядка d = 30 − 40 мкм. Штриховой линией отмечены результаты для наполнителя, имеющего приведенный диаметр
d = 300 − 400 мкм при концентрации C = 60 масс. %. Видно, что для малодисперсного наполнителя теплопроводность выше. Повышение теплопроводности в этом случае объясняется уменьшением числа контактов между частицами наполнителя, приводящим к снижению контактных термосопротивлений [6].
Предлагаемый способ магнитной обработки ПМ ограничивается использованием только наполнителей ферромагнитной природы. Для применения наполнителей неферромагнитной природы предлагается способ обработки ПМ в постоянном электрическом поле.
На высоковольтной установке изготавливались образцы с наполнителями различной природы, для разной концентрации, при напряженности
электрического поля E в диапазоне от 190 до 2500 В/см. На рис.4 представлены данные для полимерных прокладок по теплопроводности в зависимости
от напряженности электрического поля при концентрации наполнителей в
40% по объему к смоле с частицами, имеющими d = 0, 7 − 1, 6 мкм. Из расположения кривых λ = f ( E ) видно, что с повышением напряженности поля теплопроводность возрастает вплоть до значений E = 2100 − 2300 В/см. Такой характер зависимости λ = f ( E ) объясняется образованием цепочечных структур из
плотноупакованных частиц наполнителя.
152
Рис. 4. Зависимость коэффициента теплопроводности электрообработанных полимерных прокладок с дисперсным наполнителем в виде алюминиевой пудры (1), алюминиевой пудры, обработанной в растворителе (2) и
окисленного медного порошка (3) от напряженности постоянного электрического поля
Природа наполнителя оказывает влияние на процесс формирования теплопроводящей структуры. Так, теплопроводность образцов с алюминиевой
пудрой, обработанной растворителем, выше, чем с обычной алюминиевой
пудрой. Объясняется это наличием на поверхности частиц малотеплопроводных окисных пленок, которые по толщине меньше у обработанной пудры.
На рис.4 просматривается резкое снижение теплопроводности образцов при
напряженности выше 2000 В / см . Такое «обвальное» падение теплопроводности объясняется достижением так называемой критической напряженности
поля, когда в заполненном агрегатами из частиц межэлектродном пространстве, представляющемся как диэлектрик [7], наступает электропробой.
Напряжение падает до значения 1 В/см и система становится проводником
электрического тока. При этом агрегаты из частиц осыпаются с поверхности
электродов и в межэлектродном пространстве остается единственный мостик
в виде тонкой нити, в результате чего резко падает теплопроводность системы. Отсюда напрашивается вывод, что для получения ПМ с максимальным
значением теплопроводности следует оперировать напряженностью электрического поля ниже критической.
На рис.5 приведены результаты исследований теплопроводности электрообработанных образцов из ПМ с наполнителем различной дисперсности.
Анализ данных рис.5 свидетельствует о росте теплопроводности для образцов с наполнителем более крупных фракций, что можно объяснить как и для
магнитообработанных образцов уменьшением числа микроконтактов частиц
между собой и снижением контактных термосопротивлений.
153
Рис. 5. Зависимость коэффициента теплопроводности электрообработанных полимерных прокладок с наполнителем в виде обработанного растворителем алюминиевого порошка концентрацией
40% по объему от напряженности
электрического поля при различной дисперсности наполнителя.
Дисперсность
наполнителя:
1 − d = 8, 2 − 10,5 мкм ; 2 − d = 26,5 − 28, 2 мкм ;
3 − d = 39, 6 − 42 мкм
Полученные
экспериментальным путем данные позволяют
описать качественные и количественные показатели по формированию коэффициента теплопроводности электрообработанных ПМ.
Дальнейшие исследования при условии изменения параметров позволят создать банк данных для проведения расчетных операций по определению теплопроводности ПМ или получать изделия из ПМ с заданными свойствами. Результаты приведенных выше исследований позволяют сделать
следующие выводы. Во-первых, путем воздействия физическими полями на
ПМ на стадии полимеризации связующего можно получить материал с более
высокими теплофизическими характеристиками. Во-вторых, как показывает
микроструктурный анализ, применение физических полей открывает возможность создавать ПМ с заданными теплофизическими, а также и механическими свойствами на уровне нанотехнологий.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Айбиндер, С.Б Влияние наполнителей на теплофизические, механические и антифрикционные свойства полимеров [Текст] / С.Б. Айбиндер, Н.Г.
Андреева // Изв. АН ЛатССР. Сер. физ. и техн. наук. - 1983.- №5.- С. 3-18.
2. Попов, В.М. Повышение теплопроводности тонкослойных полимерных материалов (ТПМ) путем обработки в магнитном поле [Текст] / В.М.
Попов, А.П. Новиков, А.Н. Швырев // Вестник ВГТУ. Сер. Энергетика.2003.- Вып. 7.3.- С.130-132.
3. Попов, В.М. Теплопроводность полимерных композиционных материалов, обработанных в постоянном электрическом поле [Текст]/ В.М. Попов, М.Н. Остроушко // Вестник ВГТУ. Сер. Энергетика.- 2005.- Вып. 7.1.С.47-49.
154
4. Волькенштейн, В.С. Скоростной метод определения теплофизических характеристик материалов [Текст]: моногр./ В.С. Волькенштейн.- Л.:
Энергия, 1971. - 145 с.
5. Шлыков, Ю.П. Контактное термическое сопротивление [Текст]: моногр. / Ю.П. Шлыков, Е.А. Ганин, С.Н. Царевский.- М.: Энергия, 1977.-328с.
6. Гиндин, Л.Г. Структурообразование в суспензиях под влиянием
электрического поля [Текст] / Л.Г. Гиндин, И.Н. Путилова // Тр. III всесоюзн.
конф. по кол. химии.-1956.-С.182-196.
УДК 539.21:546.26
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ОРИЕНТИРОВАННЫХ ПЛЕНОК КАРБИНА МЕТОДОМ
ФОТОИНДУЦИРОВАННОГО СВЧ-ПОГЛОЩЕНИЯ
Л.М. Кречко (ВГЛТА)
Ориентированные пленки карбина (линейно-цепочечного углерода)
могут быть получены различными методами. В работе [1] исследовались
пленки карбина, полученные путем конденсации углерода из плазмы электродугового разряда, которые по данным оптического поглощения обладают
большим количеством дефектов. В настоящей работе рассматриваются ориентированные пленки карбина с достаточно большой длиной бездефектных
фрагментов, полученные химическим методом из поливинилиденфторида
[2]. Исходные полимерные цепи ориентировали параллельно методом вытягивания. В полученной карбиновой пленке эта ориентация сохранялась, по
данным рентгеновской дифракции расстояние между цепочками 5.05±0.03 А.
Исследование химического состава пленки методом рентгеновского микроанализа показало содержание примесей: фтора – 29 %, кислорода – 10 %.
Исследование электрических свойств карбиновых пленок затруднено,
так как в контактных методах измерения: 1) сложно разделить вклад объемной и поверхностной проводимости, 2) необходимо подбирать материал для
создания омического контакта, поскольку у карбина уровень Ферми ниже,
чем у других углеродных фаз. Поэтому был выбран метод бесконтактного
измерения фотопроводимости, который основан на эффекте зависимости
добротности СВЧ-резонатора от электропроводности вносимого в него образца. При облучении образца светом часть носителей заряда переходит из
валентной зоны в зону проводимости при условии, что энергия фотонов превышает ширину запрещенной зоны. По зависимости фотопроводимости образца от энергии облучающего света можно определить ширину запрещенной зоны.
Измерения фотоиндуцированного СВЧ-поглощения проводились на
ЭПР- спектрометре VARIAN. Для получения спектрального распределения
СВЧ- фотопроводимости использовали монохроматор ИКС12. Применялось
© Кречко Л.М., 2008
155
синхронное детектирование как микроволнового, так и высокочастотного
сигналов для повышения чувствительности метода.
На рис.1,а представлена кривая спектрального распределения микроволновой фотопроводимости σ(hω) ориентированной карбиновой пленки из
ПВДФ. Падающий пучок света был поляризован параллельно цепочкам. Вид
спектра хорошо коррелирует с видом спектральной зависимости коэффициента поглощения α для одномерных систем – полиацетилена и полидиацетилена [3–5]. Это связано, по-видимому, с тем, что подвижность генерируемых
в зону проводимости носителей заряда слабо зависит от длины волны возбуждающего света. В спектре σ(hω) присутствуют: ярко выраженный максимум 1,9 эВ и менее интенсивный максимум 1,66 эВ. По аналогии с полидиацетиленом [3] максимум 1,9 можно отнести к прямозонным переходам Eg,
максимум 1.66 эВ можно объяснить наличием примесей F и О. С другой
стороны 1,66 эВ может быть энергией образования экситона Eэкс (для сравнения: в полидиацетилене – Eg=2.1 – 2.6 эВ в зависимости от вида боковых
групп, Eэкс=2.0 эВ [3]). Наличие экситонного максимума в спектре фотопроводимости можно объяснить возможностью распада экситона на электрон и
дырку, которые и дают вклад в проводимость [3].
Наряду с двумя максимумами в спектре фотопроводимости имеется
хвост, который свидетельствует о том, что пленка не вполне однородна. Край
спектра фотопроводимости хорошо описывается квадратичной зависимостью:
(1)
αhω=B(hω–Eg)2,
где α– коэффициент поглощения,
В– постоянная,
Eg– оптическая ширина запрещенной зоны.
На рис.1,б представлены результаты обработки края спектра по формуле (1), которые показывают наличие второго порога Eg=1,13 – 0,06 эВ, что
хорошо согласуется с данными оптического поглощения дуговой пленки [1].
Таким образом, исследование оптических свойств ориентированных пленок карбина, полученных разными методами, обнаружило наличие
двух фаз карбина (кумуленовой и полииновой), отличающихся шириной запрещенной зоны Eg=1,0 – 1,1 эВ и Eg=1,9 – 2,0 эВ. Кроме того, образцы карбина, синтезированного из ПВДФ, показали хорошо выраженный одномерный характер фотопоглощения и возможность образования при облучении
светом экситона с энергией Eэкс=1,66 эВ относительно потолка валентной зоны.
156
σ, отн. ед.
а
hω , эВ
б
hω , эВ
Рис.1. Спектральное распределение СВЧ-фотопроводимости ориентированной пленки карбина (а); обработка края спектра (а) в виде
σhω от
hω (б)
157
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кречко, Л.М. Исследование ориентированных пленок карбина методом УФ-спектроскопии [Текст]/ Л.М. Кречко // Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и
систем управления: сб. науч. тр. – ВГЛТА, 2006. – Вып. 11. – С. 96-99.
2. Евсюков, С.Е. Синтез карбина на основе поливинилиденгалогенидов
[Текст]/ С.Е. Евсюков, Ю.П. Кудрявцев, Ю.В. Коршак, В.В. Хвостов, В.Г. Бабаев, М.Б. Гусева, В.В. Коршак // Высокомол. соед.- Сер.А. – 1989. – Т.31. –
С.27–33.
3. Симон Ж. Молекулярные полупроводники [Текст]/ Ж. Симон, Ж.-Ж.
Андре// 1988.- М: – Мир. – 167 с.
4. Tani, T. Phototransport effects in polyacetylenes [Text] / T. Tani,
P.M.Grant, W.D. Gill, G.B. Street, T.C. Clarke// Solid State Commun. – 1980. –
v.33.-p.499–503.
5. Miyano, K. Photoluminescenes, absorption and Raman spectra of a
polydiacetylene monolayers [Text] / K. Miyano, T. Maeda// Phys. Rev. B.- 1986.Vol. 33. – №6. – P. 4386–4388.
УДК 691.11:674.048
ПЕРСПЕКТИВА ПРИМЕНЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ
НЕФТЕПОЛИМЕРНОЙ СМОЛЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ДРЕВЕСИНЫ
О.Н.Филимонова (ВГТА), С.С.Никулин, А.И. Дмитренков (ВГЛТА)
Рациональный подход к использованию сырьевых ресурсов способствует увеличению производительности процессов, более полному и экономичному использованию дорогостоящего сырья, расширению ассортимента
выпускаемой продукции.
Одним из побочных продуктов нефтехимической промышленности является углеводородная фракция С9. На её основе в настоящее время в промышленных масштабах освоен выпуск нефтеполимерной смолы, используемой в качестве пленкообразующего в лакокрасочных составах [1]. В работе
[1] показана модификация нефтеполимерных смол малеиновым ангидридом,
акриловыми мономерами и их эфирами, позволяющая снизить их окисляемость.
Интересным направлением в этом плане является рассмотрение возможности модификации нефтеполимерной смолы термоэластопластом ДСТ30, осуществляемой путем их совместной высокотемпературной гомогенизации.
В реактор загружали нефтеполимерную смолу, растворитель (ксилол)
и вводили термоэластопласт в количестве 2-10 % на смолу.
Установлено, что увеличение содержания доли термоэластопласта в
нефтеполимерной смоле приводит к увеличению вязкости системы, возрастанию молекулярной массы полимера.
© Филимонова О.Н., Никулин С.С., Дмитренков А.И., 2008
158
Изучение влияния исследуемого продукта, полученного от совместной
переработки нефтеполимерной смолы на основе фракции С9 с термоэластопластом ДСТ-30, в качестве пропиточного материала для повышения гидрофобных свойств проводили на образцах древесины березы. Большое внимание в настоящее время уделяется вопросам защитной обработки древесины и
для этих целей в ряде случаев используются дорогие и дефицитные продукты
[2].
В исследовании был использован продукт, полученный при содержании термоэластопласта ДСТ-30 в нефтеполимерной смоле 6 %, и обладающий следующими показателями: бромное число ~ 103 мг Br2 / 100 г; молекулярная масса 4100 ед. Содержание данного продукта в растворе составляло ~
50 %;
Исследования проводили на образцах древесины береза с использованием метода планирования эксперимента по схеме греко-латинского квадрата четвертого порядка [3].
В качестве факторов, оказывающих наиболее существенное влияние на
свойства обработанных модифицированной нефтеполимерной смолой образцов древесины березы выбраны: температура пропиточного состава, продолжительность пропитки, температура и продолжительность термообработки. Для каждого из этих факторов взяты четыре уровня варьирования: температура пропитки (фактор А) – 40, 70, 100, 130 0С; продолжительность пропитки (фактор В) – 1, 3, 5, 7 ч; температура термообработки (фактор С) –
110, 130, 150, 170 0С; продолжительность термообработки (фактор D) – 1, 3,
5, 7 ч.
Свойства древесины березы, подвергнутой пропитке, контролировали
по изменению таких показателей, как водопоглощение, разбухание в радиальном и тангенциальном направлениях через одни и десять суток.
После обработки экспериментальных данных на ЭВМ получены уравнения регрессии, описывающие влияние основных технологических параметров на свойства древесины:
через одни сутки:
водопоглощение, %
Yводопогл. = 2,67·10–4· (26,27 – 0,12·а)·(18,19 – 0,65·b)·(17,63 – 0,015·c)·
(16,84 – 0,33·d);
разбухание в тангенциальном направлении, %
Yразб. танг. = 0,1· (5,52 – 3,6·10–2·а)·(3,10 – 0,22·b)·(3,18 – 7,3·10–3·c)·
(2,6 – 0,11·d);
разбухание в радиальном направлении, %
Yразб.радиал. = 8,92·10–3· (8,79 – 4,4·10–2·а)·(5,98 – 0,28·b)·
(6,26 – 1,02·10–2·c)·(5,37 – 0,14·d)
через десять суток:
водопоглощение, %
Yводопогл. = 1,09·10–5· (60,02 – 0,17·а)·(49,4 – 1,04·b)·(51,8 – 4,74·10–2·c)·
(46,95 – 0,45·d);
разбухание в тангенциальном направлении, %
159
Yразб. танг. = 2,85·10–3· (12,62 – 6,20·10–2·а)·(8,38 – 0,32·b)·
(9,23 – 1,55·10–2·c)·(7,59 – 0,13·d)
разбухание в радиальном направлении, %
Yразб.радиал. = 1,47·10–2· (8,9 – 5,26·10–2·а)·(5,35 – 0,30·b)·(6,03 – 1,39·10–
2
·c)·(4,55 – 0,12·d);
Анализ полученных зависимостей показывает, что наилучшими условиями обработки древесины береза являются: температура пропитки – 130
о
С; продолжительность пропитки – 7 ч; температура и продолжительность
термообработки - 170 оС и 7 ч соответственно.
Сравнение экспериментальных данных с расчетными (через 10 суток
испытания) показывает на их удовлетворительную сходимость:
водопоглощение, %: расчет / эксперимент
33,4 / 35,9
разбухание в тангенциальном направлении, % 1,6 / 2,1
разбухание в радиальном направлении, %
1,3 / 1,5
Таким образом, образцы древесины березы, обработанные пропиточным составом, полученным на основе нефтеполимерной смолы в сочетании с
термоэластопластом ДСТ-30 обладают повышенными гидрофобными свойствами, что позволяет стабилизировать формоустойчивость изделий из древесины и защитить её от воздействия неблагоприятных факторов (воды, повышенной влажности и др.).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.
Думский, Ю.В. Нефтеполимерные смолы [Текст] / Ю.В. Думский.– М.: Химия, 1988. – 168 с.
Хрулев, В.М. Модифицированная древесина и её применение
2.
[Текст] / В.М.Хрулев, Н.А.Машкин, Н.С.Дорофеев.– Новосибирск: НИСИ,
1988. –120 с.
Ахнозарова, С.Л., Кафаров В.В. Методы оптимизации экспери3.
мента в химической технологии [Текст] / С.Л. Ахнозарова, В.В. Кафаров. –
М.: Высш. шк. 1985. – 328 с.
УДК 684.04
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕБЕЛИ
С АРАБСКИМ ДИЗАЙНОМ
Намир К. Халаф (Ирак)
Основные особенности проектирования мебели арабского дизайна требует серьезной художественной проработки с учетом традиционной арабской
культуры, архитектуры жилищного, офисного строительства и оформления
жилых, служебных, вспомогательных помещений, создающих требуемый
уют и рациональные функциональные особенности используемой мебели.
© Намир К. Халаф, 2008
160
В этой связи процесс проектирования и изготовления мебели состоит
из нескольких этапов.
Сначала поступает заказ на изготовление мебели для строящегося жилого дома. Заказчик ставит условия по составу мебельных изделий для каждого помещения своего жилища, что и составляет предварительное задание
на проектирование и изготовление мебели. Это дает возможность ,с учетом
размеров помещений жилого дома ,предварительно определить параметры и
основные характеристики мебельных изделий, а также среды их функционирования. При этом проводится функциональный анализ каждого вида мебели,учета опыта
пробная эксплуатации аналогичных изделий, анализ возможностей улучшения эргономических характеристик мебели, композицию
формы и традиционного арабского орнамента мебели.
Далее осуществляется этап разработки фрагментов художественноконструкторского предложения с подготовкой эскизов мебели , с учетом пожеланий заказчика и классических традиций арабского орнамента , дизайна
мебели.
Особенно ответственным является этап объемно-пространственных
решений использования параметров мебели по каждому помещению жилого
дома, после чего окончательно уточняется масштабное решение всех деталей
мебели, пропорций, сечений с подбором профилей конструкций всех деталей, в том числе опорных элементов. При этом по каждому виду мебели рассматривается подобие целого и его частей, производится проработка арабской пластики форм, орнамента, конкретизируется цветовое оформление, наполняются большей информативностью внешние формы, лицевые панели
мебели.
Используя программное обеспечение компьютерной графики, завершается изготовление конструктивных рабочих чертежей.
Полученные данные проектирования дают возможность приступить к
разработке технологического процесса изготовления деталей каждого вида
мебели с участием технологов соответствующей мебельной фабрики.
Рассмотренные этапы проектирования мебели с арабским дизайном в
принципе совпадают с соответствующими этапами проектирования мебели в
Российской Федерации [1].
Основное отличие проектирования и изготовления мебели в арабских
странах заключается в том, что мебель арабского дизайна должна отражать
традиционные мотивы конструкций, орнамента, декоративных элементов
мебели. Поэтому технологиям изготовления мебели с арабским дизайном
уделяется особое внимание как при конструктировании, так и при изготовлении панелей мебели с орнаментом и декоративными элементами. При этом
покупатели мебели, при заказе на изготовление, отказываются приобретать
мебель распространенных и привычных штампов орнамента и декора.
В этой связи мебельные предприятия арабских стран для изготовления
деталей мебели с разнообразным орнаментом и декором стали широко использовать обрабатывающие центры со специальным программным обеспе-
161
чением, которое дает возможность реализовать большое разнообразие орнамента и декора с арабским дизайном.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.
Бунаков П.Ю. Новая парадигма проектирования САПР сложной
корпусной мебели для позаказного промышленного производства [Текст] /
П.Ю. Бунаков, А.В. Стариков, А.А. Старикова, В.Н. Харин. – М.: МГУЛ,
2007. – 319 с.
РАЗДЕЛ III СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
УДК 621.79
КОМПЬЮТЕРНАЯ ПОДДЕРЖКА ПРИ ОПЕРАЦИЯХ РАСКРОЯ И
СКЛЕИВАНИЯ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ
А.А. Грибанов, А.В. Пелых (ВГЛТА)
Рациональное использование отходов является важным фактором увеличения сырьевой базы деревообрабатывающей промышленности. Использование отходов деревообрабатывающих предприятий может идти по двум
направлениям: первое – переработка кусковых отходов путем склеивания для
получения заготовок, деталей и узлов с заданными размерами во всех трех
измерениях; второе – переработка отходов (вторичного сырья) на новые виды
продукции (стружечные и древесно-волокнистые плиты, картон, бумагу,
целлюлозу, прессованные детали т.д.).
Для улучшения использования древесины в процессах ее переработки в
изделия многие предприятия, особенно мебельные, уже давно наряду с целыми изготовляют сращенные детали из реек и мелкомерных остатков древесины.
Таким образом, склеивание пиломатериалов позволяет увеличить выход основной продукции без увеличения объемов лесопиления, тем самым
обеспечивает сохранность леса.
Очевидно, что для повышения полезного выхода обрезных пиломатериалов необходима оптимизация раскроя необрезных пиломатериалов и
процесса автоматического сращивания по длине. Эти технологические операции должны быть автоматизированы в комплексе с применением системы
компьютерной поддержки данных процессов деревообработки.
Известно, что процесс изготовления склеенного по длине пиломатериала представляет следующее:
Получение необрезных пиломатериалов.
1.
Раскрой необрезных досок, с получением обрезных пиломатериа2.
лов.
Вырезка пороков древесины.
3.
Сращивание пиломатериала.
4.
© Грибанов А.А., Пелых А.В., 2008
162
Для оптимизации данных технологических процессов необходимо их
объединение в пространстве и во времени путем интеграции оборудования на
территории одного цеха с применением системы компьютерного управления
в режиме реального времени.
При раскрое необрезных досок необходимо использовать карты раскроя, дающие оптимальный выход заготовок для сращивания пиломатериалов. В данном случае ограничение на длину заготовки устанавливается применяемым оборудованием для сращивания и, следовательно, необходимо
раскраивать с учетом этого ограничения, обеспечивая при этом наибольший
выход продукции.
Вырезка пороков древесины должна проводится автоматически с заданной скоростью. Для обеспечения требуемой скорости работы оборудования необходимо применение новейших систем распознавания дефектов, алгоритмов компьютерного управления, исполнительных механизмов.
В качестве датчиков системы распознавания пороков древесины следует использовать недорогие черно-белые ПЗС-камеры с подсветкой, устанавливаемые на транспортере. Информация с первичных преобразователей (датчиков) подается на контроллер и далее обрабатывается компьютерной программой, задача которой распознать сам дефект и соответственно его местонахождение по длине заготовки. Задача распознавания сводится к объединению отдельных бит растровой информации в кластеры (группы) и установлению признаков, обеспечивающих различение групп пороков между собой и
определение количественных характеристик, характеризующих каждую отдельно взятую группу, с целью их последующей классификации. В результате обработки данных выдаются сигналы на исполнительные устройства для
обеспечения удаления пороков.
Далее заготовки поступают на саму линию сращивания, где получается
продукция – сращенный пиломатериал, заданных геометрических размеров
(высота, ширина, длина), нужной породы и определенной влажности.
Для изготовления столярного щита сращенные по длине пиломатериалы склеиваются в прессах или ваймах с компьютерным контролем клеенанесения и температуры нагрева щита.
С целью обеспечения бессбойной работы оборудования следует применять самые новейшие комплектующие и высоконадежное программное
обеспечение. Так как процесс обработки данных от ПЗС-видеокамер довольно ресурсоемкий, необходимо использовать в качестве управляющей современную ЭВМ, например на базе процессоров Intel Pentium или AMD Athlon.
В качестве общего программного обеспечения предлагается использовать
операционную систему (ОС) Microsoft Windows XP Professional и разрабатывать специальное программное обеспечение именно под эту ОС, так как она
более полно удовлетворяет требованиям производства ввиду ее высокой надежности.
Таким образом, предлагаемая система компьютерной поддержки операций раскроя и склеивания пиломатериалов является оптимальным решени-
163
ем для модернизации существующих технологических процессов, и имеет
следующие достоинства:
Значительное повышение производительности.
1.
Экономия материальных ресурсов.
2.
Современная технологическая база.
3.
Новейшее программное обеспечение.
4.
Высокая надежность выбранных систем автоматики.
5.
Экономия производственной площади.
6.
Высокий уровень безопасности жизнедеятельности.
7.
Следовательно, применение компьютерной поддержки лесопиления
обеспечивает энерго- и ресурсосбережение с уменьшением себестоимости
готовой продукции, и увеличением получаемой прибыли.
УДК 681.5
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ СУШКИ ПАРКЕТНОЙ ФРИЗЫ
В ООО «МАРКА» Г. МАЙКОП
Д.А. Глухов, И.В. Коновалова (ВГЛТА)
ООО «Марка» производит сушку паркетной фризы в сушильных камерах периодического типа действия, австрийской фирмы MUHLBOCK.
Рис. 1. Сушильная камера фирмы MUHLBOCK
Управление располагает стандартными программами сушки для многочисленных пород древесины, которые могут быть вызваны при помощи кода
породы древесины, а в процессе сушки возможна корректировка управляющих воздействий в соответствии с необходимым качеством высушиваемого
материала. Также возможен ввод индивидуальной программы сушки.
© Глухов Д.А., Коновалова И.В., 2008
164
За процессом сушки непрерывное наблюдение ведет квалифицированный оператор. Уровень компьютеризации процесса позволяет вести одновременный мониторинг 10 сушильных и 2 пропарочных камер в режиме реального времени. При необходимости оператор может производить полный
анализ, диагностику и коррекцию сушки каждой камеры в отдельности.
Версия программного обеспечения компьютерного управления МВ4000
представляет собой значительный шаг вперед относительно функционирования и надежности эксплуатации установки. Она обладает рядом возможностей:
• изменения во время сушки без прерывания процесса;
• сушка в соответствии с программой во времени;
• стандартная сушка (программа сушки);
• двойной режим сушки (две программы сушки);
• управление и наблюдение через компьютер до 40 сушильных камер;
• автоматическое управление вентиляцией Intelivent.
На рис. 2 показана связь между компьютером и сушильной камерой.
Рис. 2. Структурная схема АСУТП сушки паркетной фризы
Помимо программы МВ4000, программа MBNet должна постоянно работать на компьютере. Она автоматически запускается при включении компьютера и всегда работает на заднем плане. MBNet служит для коммуникации с сушильной камерой и протоколирует важные данные.
Кроме этого предусмотрена автоматическая регулировка вентиляции Intelivent (опция) - это автоматический регулятор для числа оборотов вентилятора. Установлено, что при использовании программы Intelivent, для циркуляции воздуха никогда не используется энергии больше, чем это крайне необходимо, чтобы достичь оптимального результата сушки.
Регулирование режимов процесса сушки осуществляется на базе локального регулятора (контроллера) австрийской фирмы Bernecker & Rainer
(B&R). Информация о температуре сушильного агента поступает на контроллер с датчика температуры (термометра температуры или термопары).
Контроллер сравнивает полученное значение с заданным согласно режиму, и
в соответствии с реализуемом законом регулирования подает сигнал на исполнительное устройство (запорно-регулирующее устройство), что позволяет
165
поменять подачу пара в калорифер, и этим корректировать температуру сушильного агента в камере.
Влажность сушильного агента определяется на основании разности температур сухого и влажного датчиков температуры (психрометрической разности). Температура влажного термометра всегда ниже температуры сухого
из-за испарения воды с поверхности фитиля. Чем суше воздух (влажность
ниже), тем интенсивнее испаряется вода с поверхности фитиля, тем ниже
температура увлажняемого термометра.
На основе измеренной психрометрической разности контролер согласно
режиму и применяемому закону регулирования подает сигнал на исполнительное устройство (запорно-регулирующий клапан) управляющее подачей
влажного пара в систему увлажнения, что позволяет добиться необходимой
влажности сушильного агента в камере.
Управление контроллером осуществляется как с помощью лицевой панели
управления прибора, так и удаленно, на базе персонального компьютера (ПК)
используя стандарты RS-232 или RS-485.
Наряду с температурой и влажностью сушильного агента измеряется
влажность древесины в штабеле с помощью влагомера. Информация с влагомера также поступает на контроллер, что позволяет изменять температуру и
влажность сушильного агента в зависимости от влажности древесины, путем
редактирования программы контроллера.
Измерение влажности высушиваемой древесины осуществляется кондуктометрическим методом.
На рис. 3 показаны места замера, которые состоят из двух отдельных
электродов (деревянных винтов).
Рис. 3. Места замера влажности древесины в штабеле
В каждой сушильной камере имеются 10 пар электродов для измерения
влажности древесины. Регулировка сушки производится в зависимости от
значения управления процессом сушки получаемого из средней величины
значений влажности древесины отдельных точек замера, которые указываются как направляющая величина. Контроль конечной влажности определяется
166
средней величиной значений влажности древесины отдельных точек замера.
Когда значение влажности достигает заданного в программе сушке значения
для конечной влажности, фаза сушки заканчивается, и установка автоматически переходит в фазу кондиционирования.
УДК 656.13
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
ДВИЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
Г.Н. Климова, В.П. Белокуров (ВГЛТА)
Система обеспечения безопасности дорожного движения (БД) является
составной частью государственной структуры и по мере накопления транспортных средств, приобретает все большое значение, становится приоритетным направлением развития в масштабе государства. Это свойственно всем
странам, но для России имеет особое значение, т.к. здесь транспортная сеть
значительно отстает от требуемого уровня. Поэтому безопасность движения
становиться определяющим фактором при использовании имеющихся транспортных сетей с учетом насыщения их автомобилями отечественного и зарубежного производства с различным обеспечением активными и пассивными
средствами безопасности.
Система БД оценивается экономическими, социальными, экологическими показателями [1]. Стоимость изготовления, обслуживания, эксплуатация средств БД может составить значительную часть накладных расходов,
входящих в транспортные налоги и платежи, поэтому структура и объемы
таких средств должны быть научно обоснованы и грамотно определяться
численными расчетами.
Социальная направленность при выборе средств БД включает удобство
их использования, сохранение работоспособности участников дорожного
движения [2] и многое другое. Это влияет на трудовую отдачу исполнителей,
общую социальную обстановку в обществе.
Экологическая сторона вопроса при оценке транспорта становится актуальной для обеспечения жизнедеятельности человека в масштабе всей планеты. Наша транспортная техника имеет в основном, повышенные выбросы в
атмосферу и правильная установка средств регулирования движения может
заметно улучшить экологическую обстановку, особенно в городах, местах
отдыха, компактного нахождения населения.
При проектировании систем обеспечения БД необходимо учитывать:
1. Место и количество имеющихся средств с учетом текущего состояния и перспектив развития транспортных потоков, их структуры, условий
эксплуатации магистралей, включая экологическую безопасность и возможность террористических действий.
2. Вид и стоимость средств, где, кроме указанных факторов, требуется
учитывать материальные возможности региона или населенного пункта.
© Климова Г.Н., Белокуров В.П., 2008
167
3. Возможность контроля работы и поддержания работоспособности
средств, периодичности и режима их использования.
4. Наличие квалифицированных исполнителей и специалистов для обслуживания систем.
5. Наличие и возможность использования техники, в том числе для наблюдения и поддержания работоспособности средств БД.
6. Географическое положение и погодные условия, информативность
устанавливаемых объектов при различной освещенности, доступности для
наблюдения.
7. Безопасность вновь устанавливаемых средств для участников дорожного движения.
8. Надежность срабатывания в экстремальных ситуациях и эффективность, предупреждения (для активных средств) аварийных случаев.
На рис. 1 приведены основные виды средств для обеспечения безопасности дорожного движения. Здесь учтены известные сведения по изучаемому
вопросу с учетом опыта промышленно развитых стран мира, где все большее
внимание уделяют регистрирующим устройствам (видеокамеры, телеустановки), работающим совместно с пассивными устройствами (указатели, знаки, ограничители, искусственные препятствия и др.). Активная часть управления БД переносится на самих участников дорожного движения и строится
на сознательности граждан (как водителей, так и пешеходов) при соблюдении установленных правил. К сожалению, в нашей стране активные средства
обеспечения БД (совместно со штрафами) объективно необходимы в силу
низкого уровня дисциплины участников дорожного движения.
Из рис. 1 следует, что основную часть активных мобильных (в смысле
возможности оперативного принятия исполнительских решений) средств составляют регулировщики, имеющие функции: наблюдения за движением;
контроля за соблюдением правил безопасности; перераспределения транспортных потоков; устранения нарушений. Постоянные посты, как правило,
имеют транспортные средства для устранения нештатных ситуаций в зоне
обслуживания и контроля соблюдения правил движения, в основном, на загородных участках дорог. Эти посты могут быть мобильными с постоянным
и разовым расположением (например, у мостов в период паводка, мест ремонта дорожного полотна и др.). Количество таких средств проектируют с
учетом внешних воздействий, периода работы (отправка детей к местам отдыха, прием делегаций, государственных представителей и др.) Одной из
функций передвижных постов являются выявление опасных мест на трассах,
возникших в результате погодных условий, столкновений, разрушений, и
принятия мер к сохранению условий БД.
Активность постов зависит от их технических возможностей (обзор,
имеющие технические средства, связь с другими постами, воздушными и
космическими средствами на дежурстве и др).
168
Рис. 1. Структура средств обеспечения безопасности дорожного
движения
169
В крупных городах и на главных магистралях развиваются автоматические системы с обратной связью, где решения принимает ЭВМ (рис. 1) по
методу аналогий (т.е. путем идентификации сложившейся ситуации с известными вариантами).
Это наиболее дорогая система, хотя она не может гарантировать принятие абсолютно обоснованных решений при нештатных (ранее неизвестных) ситуациях. Примером может служить необоснованное формирование
сигнала о длительном перекрытии движения, что способствует образованию «пробок» и ухудшению пропускной способности одной или более
доступна (с технической и материальной стороны) система с манипуляторами, управляемыми датчиками-регистраторами накопления транспортных
средств (например, на перекрестках). По мере увеличения количества транспорта в зоне ожидания перед светофорами происходит автоматическое сравнение времени, необходимого для проезда перекрестка с каждой стороны, и
дается команда на включение светофора для открытия движения в нужном
направлении (с учетом времени перехода улицы пешеходами). Однако в
сложных ситуациях подобная система требует вмешательства человека, поэтому она должна иметь связь с центрами управления движением (постоянную по линиям связи или информативную - через работников ГИБДД и водителей).
Для пресечения нарушений и наказания виновников используются накопительные системы, при которых сведения о нарушениях поступают в
пункты наблюдений и на основании накопленной информации исполнитель
(или автоматическое устройство) принимает решение о задержании нарушителя (в удобном и безопасном месте) или о предъявлении штрафа по месту
нахождения нарушителя. За рубежом используют, как правило, письменные
уведомления о наказаниях. В России больше применяется задержание участников дорожного движения на месте нарушения (в том числе с использованием наземных и воздушных транспортных средств, препятствий, нарушающих подвижность транспорта и др.). На загородных магистралях применяют
для управления движением самолеты, спутники, вертолеты, мото-планеры,
воздушные шары, дирижабли, постоянные и мобильные посты, которые, как
правило, передают информацию стационарным постам, которые принимают
решения о задержании нарушителей. В мире разработаны и используются автоматические летательные аппараты (в России это «пчёлка») массой в несколько килограммов и с возможностью автоматической передачи информации о больших участках трасс как в дневное так и в ночное время. Работа таких аппаратов при малой высоте полета обеспечивает получение доступной
информации о транспортных средствах, дорожном полотне, погодных условиях. Стоимость эксплуатации микросамолетов сравнима с затратами на использование наземных мобильных постов инспекции.
Наибольшее применение (особенно в городских условиях) находят светофоры, которые могут быть с изменяемой программой работы (выключение
в ночное время, усиление силы света при ограниченной видимости, переключение на мигающий свет и др.) или с жесткой программой, изменяемой толь-
170
ко исполнителем путем перестройки программы. К этой же группе средств
относится световая информация, указывающая на временные ограничения
при движении (например «туман», «видимость 100 м», «трамвай»), также
табло загораются, например, на переездах, в зависимости от времени суток,
состояния дороги и др.
За рубежом отдают предпочтение пассивным средствам информации,
особенно это относится к странам с теплым климатом, где тексты и цифры
наносятся прямо на полотно дороги (стрелки, указатели и др.).
В России дорожные знаки обычно устанавливают на опоры, кроме дорожной разметки, которую приходится постоянно очищать от покрытий
(грязь, снег и др.). Выбор таких средств зависит от условий движения, материальных возможностей и других факторов.
В населенных пунктах, а иногда и на трассах, кроме информационных
знаков по ограничению скорости используют искусственные препятствия в
форме выступов поперек дороги («лежащие полицейские»), которые ограничивают скорость движения. Такие препятствия способствуют образованию
«заторов», нарушают ритм движения, вызывают перерасход топлива, поэтому отношение к ним неоднозначное.
Ограничители движения (шлагбаумы, цепи, тросы и др.) используются
при въездах на отдельные территории, для принудительной остановки транспорта, и решение об их использовании принимаются исполнителем с учетом
конкретных условий применения.
Необходимым условием создания системы безопасного движения является обустройство дороги (обочин, водоводов и др.), создание ограждений,
вспомогательных участков (мест отстоя, отдыха, ремонта), средств обеспечения (заправочных станций, ремонтных учреждений, средств связи, питания и
др.).
В настоящее время накоплено большое количество информации по
управлению дорожным движением с учетом мирового опыта и местных условий, что позволяет разработать алгоритм (рис. 2) для оценки численных
параметров рассматриваемых систем любого масштаба. Это дает возможность автоматически проектировать варианты выбора средств обеспечения
безопасности дорожного движения для конкретных случаев. Количество вариантов зависит от полноты исходной информации и в пределе может иметь
единственное решение.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Климова, Г.Н. Прогнозирование безопасности движения: [Текст] /
Г.Н. Климова // ССП-07, Тр. 2-й Междунар. науч. -практ. конф. – М: Машиностроение, 2007. – С. 106-114.
2. Климова, Г.Н. Оценка вероятности воздействия психологического
состояния исполнителя на его реакцию в критических ситуациях: [Текст] /
Г.Н. Климова // Совершенствование производства поршневых двигателей для
малой авиации. Тр. отраслевой науч.-техн. конф. – М: Машиностроение,
2008. – С. 124-128.
171
Рис. 2. Алгоритм выбора средств обеспечения безопасности дорожного
движения
172
УДК 621.867:674.0
МЕТОД СНИЖЕНИЯ ШУМА ПИТАЮЩЕГО СОПЛА
ПНЕВМОКОНВЕЙЕРА
П.В. Мурзинов, В.Ф. Асминин (ВГЛТА)
Наибольшее распространение из устройств транспортирования на воздушной подушке получили пневмоконвейеры [1], достоинством которых является высокая производительность, простота конструкции, отсутствие механических подвижных элементов, взрывопожаробезопасность, достаточно
гибкая пространственная конфигурация.
Рис. 1. Пневмоконвейер с автоматическим управлением струйными потоками: 1 – несущая поверхность, 2 – транспортируемое изделие, 3 – выходное отверстие, 4 – питающее сопло
В Воронежской государственной лесотехнической академии разработан пневмоконвейер с автоматическим управлением струйными потоками
(рис.1), ключевым элементом которого является питающее сопло [2]. Пневмоконвейер обеспечивает скрытие воздушных струйных потоков внутри конструкции за счет автоматического их переключения в зависимости от наличия или отсутствия транспортируемых изделий на несущей поверхности. Это
обеспечило низкий уровень шума в режиме «отсутствие транспортируемых
изделий».
Питающее сопло (рис.2) пневмоконвейера представляет собой элемент
струйной автоматики, но имеющий на порядок большие размеры, чем обычный струйный элемент. Питающее сопло включает канал выходного отверстия 1, канал управления 2, пневмокамеру 3, приемную камеру 4, соосно расположенные сопло 5 и приемное отверстие 6. Около сопла 5 располагается
короткая отклоняющая стенка 7. Питающее сопло устанавливается в несущей
поверхности 8, по которой осуществляется перемещение транспортируемых
изделий 9. Несущая поверхность 8 устанавливается на опорных стойках 10.
Питающее сопло начинает функционировать после создания в пневмокамере 3 избыточного давления (2…10 kПа). Сопло 5 формирует плоскую
© Мурзинов П.В., Асминин В.Ф., 2008
173
воздушную струю. При отсутствии транспортируемого изделия над выходным отверстием 1 питающее сопло пневмоконвейера будет находиться в режиме «отсутствие транспортируемых изделий» (рис. 2,а). Такое положение
струи будет сохраняться то тех пор, пока выходное отверстие 1 не будет перекрыто опорной поверхностью транспортируемого изделия. Режим работы
питающего сопла изменится и перейдет в режим «создание воздушной подушки под транспортируемым изделием» (рис. 2,б). Такое положение плоской воздушной струи является устойчивым, т.к. в пространстве между короткой отклоняющей стенкой и плоской воздушной струей образуется область пониженного давления, удерживающая плоскую воздушную струю в
отклоненном положении. Такое поведение струи в окрестности короткой отклоняющей стенки объясняется эффектом Коанда [3].
б)
а)
Рис. 2. Сечение несущей поверхности пневмоконвейера и питающего
сопла. а) – режим «отсутствие транспортируемых изделий», б) – режим «создание воздушной подушки». 1 – канал выходного отверстия питающего сопла, 2 – канал управления, 3 – пневмокамера, 4 – приемная камера, 5 – сопло,
6 – приемное отверстие, 7 – короткая отклоняющая стенка, 8 – несущая поверхность, 9 – транспортируемое изделие, 10 – опорная стойка
Как только изделие сойдет с выходного отверстия 1, над несущей поверхностью сформируется воздушный вертикальный поток, а в канале
управления 2 направление движения воздушного потока сменится на противоположное. Это приведет к тому, что часть плоской воздушной струи устремится в канал управления 2 и в приемную камеру 4. Величина воздушного
потока через канал управления 2 будет увеличиваться, и создавать возрастающее сопротивление струйному потоку в канале выходного отверстия 1.
Этот процесс будет идти лавинообразно и стремительно до тех пор, пока
плоская воздушная струя не потеряет устойчивость в отклоненном положении и не вернется в исходное состояние, соответствующее режиму «отсутствие транспортируемых изделий».
Достоинство этого пневмоконвейера в том, что в режиме «отсутствие
транспортируемых изделий» он имеет достаточно низкий уровень шума и,
как положительный дополнительный эффект, очищает рабочую зону над несущей поверхностью от запыленного воздуха. Однако в режиме «создание
воздушной подушки» питающее сопло излучает повышенный уровень шума,
из-за наличия острой кромки на короткой отклоняющей стенке, создающей в
174
области отклоненного струйного потока вторичные течения. На рис.3 показано, что на короткой отклоняющей стенке отклоненная струя формирует
эжектируемый поток γ и вторичный поток β, который, взаимодействуя с основным потоком α, образует зону макротурбулентности δ, являющейся дополнительным источником шума [4].
Рис.3. Фрагмент питающего сопла в
режиме «создание воздушной подушки». α – направление основного
потока струи; β – вторичный поток
на отклоняющей короткой стенке; γ
– эжектируемый поток; δ – зона дополнительной макротурбулентности,
Т – область пониженного давления
Наличие зоны δ в отклоненном струйном потоке повышает уровень
турбулентности и, соответственно, уровень звука (УЗ). На рис.4 представлен
⅓-октавный спектр уровня звукового давления (УЗД) турбулентного струйного отклоненного потока с зоной макротурбулентности и на рис.5 УЗ в октавных полосах.
L 1 , 65
дБ
U=51.4 м/с
U=72.7 м/с
U=89.1 м/с
U=102.9 м/с
60
55
50
45
40
35
30
25
20
0,0001
0,001
0,01
0,1
Sh
1
Рис.4. 1/3-октавный спектр УЗД питающего сопла с прямолинейной отклоняющей стенкой. Sh = d f – число Струхаля, где d – диаметр внутреннего
U
канала сопла, f – частота 1/3-октавной полосы, U – средняя скорость воздуха
на срезе сопла
Характерным для этого течения является то, что для скоростей истечения воздуха из сопла менее 60 м/с наибольший УЗ наблюдается в области
низких частот. Для больших скоростей истечения воздуха из сопла повышенный УЗ будет относиться к области высоких частот.
175
70
L1, дБА
U=51.4 м/с
U=72.7 м/с
U=89.1 м/с
U=102.9 м/с
60
50
40
30
20
10
63
125
250
500
1000
2000
4000
f, Гц
8000
Рис.5. УЗ питающего сопла с прямолинейной отклоняющей стенкой в
октавных полосах. Диаметр внутреннего канала сопла d = 0.0005 м. U – средняя
скорость воздуха на срезе сопла
Для устранения зоны дополнительной турбулизации струйного потока,
соответственно, снижения уровня аэродинамического шума короткая отклоняющая стенка выполнена со скругленной верхней кромкой (рис.6).
Рис.6. Фрагмент питающего
сопла с профилированной отклоняющей стенкой в режиме «создание
воздушной подушки». α – направление основного потока струи; β – вторичный поток на стенке прямоугольного отверстия верхней пластины; γ
– эжектируемый поток; Т – область
пониженного давления
Из рис. 7 и рис. 8 видно, что структура звука затопленной турбулентной струи, отклоненной профильной короткой стенкой заметно отличается от
структуры звука струи, отклоненной прямолинейной короткой стенкой. Уровень звука в области низких частот для профильной отклоняющей стенки на
10–20 дБА меньше (рис.9), а в области высоких частот меньше на 4–10 дБА,
где ΔL = L1 − L2 . Общий уровень шума будет меньше, что показано на рис.10.
176
L2, дБ
65
60
55
50
U=51.4 м/с
U=72.7 м/с
U=89.1 м/с
U=102.9 м/с
45
40
35
30
25
20
0,0001
0,001
0,01
0,1
Sh
1
Рис.7. 1/3-октавный спектр УЗД питающего сопла с отклоняющей профильной стенкой
70
L2, дБА
60
U=51.4 м/с
U=72.7 м/с
50
U=89.1 м/с
40
U=102.9 м/с
30
20
10
63
125
250
500
1000
2000
4000
f, Гц
8000
Рис.8. УЗ питающего сопла с отклоняющей профильной стенкой в октавных полосах. Диаметр внутреннего канала сопла d = 0.0005 м. U – средняя
скорость воздуха на срезе сопла
D L, 25
дБ
U=51.4 м/с
U=72.7 м/с
U=89.1 м/с
U=102.9 м/с
20
15
10
5
0
-5
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
f, Гц
Рис.9. Снижение УЗД питающего сопла в октавных полосах, отклоняемого профильной стенкой (рис.6) по отношению к прямолинейной стенке
(рис.3)
177
90
L, дБА
80
70
60
50
40
50
70
90
110
130
150
170
190
примолинейная отклоняющая стенка
профильная отклоняющая стенка
210м/с
U,
Рис.10. УЗ питающего сопла
Применение профильной отклоняющей стенки позволило улучшить
акустические характеристики питающего сопла пневмоконвейера со струйным управлением, снизив УЗ на 4 дБА.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Рабочий Г.М. Новые конвейеры на воздушной подушке [Текст] / Г.М.
Рабочий, В.А. Турушин, И.И. Горбунов// Технология и организация производства. – 1981. – №2. – С. 18 – 21.
2. Патент 2294885 РФ. Питающее сопло пневмоконвейера [Текст] /
Мурзинов В.Л., Асминин В.Ф., Мурзинов Ю.В. Опубл. в Б.И. 10.03.2007, – №
7.
3. Вилле Р. Сообщение о первом европейском коллоквиуме механиков,
посвященном эффекту Коанда [Текст] / Р. Вилле, Г. Френгольц//Механика:
период. сб. перев. ин. статей. – 1966. – №5. – С. 61 – 79.
4. Борьба с шумами на производстве [Текст] / под ред. Е.Я. Юдина. М.:
Машиностроение, 1985. – 512 с.
УДК 621.867:674.0
СНИЖЕНИЕ ШУМА ОТ ПНЕВМОКОНВЕЙЕРА ПРИМЕНЕНИЕМ
АВТОМАТИЧЕСКОГО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ СТРУЙНЫХ ПОТОКОВ
П.В. Мурзинов, В.Ф. Асминин (ВГЛТА)
Одним из достоинств системы транспортирования на воздушной подушке, формируемой струйными потоками в условиях реализации эффекта
Коанда, является способность реализовать в своей работе принципы струйной автоматики. На рис.1 представлен пневмоконвейер со струйным управлением [1]. Особенность этой конструкции в том, что в устройстве отсутствуют подвижные механические элементы и струйные потоки скрыты внутри
самого пневмоконвейера, элементы которого выполняют функцию звукоизоляции от аэродинамического шума воздушных потоков.
© Мурзинов П.В., Асминин В.Ф., 2008
178
Пневматический конвейер имеет плоскую несущую поверхность 1, по
которой на воздушной прослойке перемещается изделие 2. В несущей поверхности 1 выполнен центральный ряд отверстий 3, через которые подается
струйный поток для создания воздушной подушки под транспортируемым
изделием, и периферийный ряд отверстий 4, соединенный с каналом управления 5 переключения воздушных струйных потоков. Под несущей поверхностью 1 со стороны ряда отверстий 4 расположена пневмокамера 6, имеющая щелевые отверстия 7 и соединенная с нагнетательным патрубком газодувки. С другой стороны под несущей поверхностью 1 расположена приемная пневмокамера 8, соединенная с всасывающим патрубком газодувки. В
боковой стенке пневмокамеры 10 выполнены щелевые отверстия 9, расположенные соосно с отверстиями 7. Канал управления 5 соединяет свое выходное отверстие 10 в короткой стенке 11, расположенной около щелевого отверстия 7, с отверстием 4.
Рис.1. Схема пневмоконвейера с автоматическим управлением струйными потоками
Физическая картина возникновения шума в пневматических конвейерах достаточно сложная [2]. В ней присутствуют аэродинамический и механический шумы. Аэродинамический шум, являющийся доминирующим, образован воздушными потоками. Механический шум возникает при звуковой
вибрации элементов пневматического конвейера, представляющего собой
тонкостенную металлическую конструкцию.
Снижение аэродинамического шума достигается тем, что воздушные
струи, как источники шума скрыты под несущей поверхностью конвейера.
Течение воздуха в рабочих отверстиях имеет два режима: эжекция воздуха и
его нагнетание. В режиме эжекции запыленный воздух из рабочей зоны удаляется через рабочие отверстия в несущей поверхности пневмоконвейера. В
режиме нагнетания создается несущая воздушная подушка. Переход из одного режима в другой происходит автоматически. Режим состояния рабочих
отверстий в несущей поверхности определяется наличием или отсутствием
транспортируемых изделий на пневмоконвейере. Рабочие отверстия под
транспортируемыми изделиями находятся в режиме нагнетания, а рабочие
отверстия, над которыми нет изделий, – в режиме эжекции. Добиться таких
179
функциональных возможностей в работе пневмоконвейера удалось за счет
использования аэродинамического эффекта Коанда [3].
Сущность этого эффекта заключается в том, что струя воздуха может
находиться в двух устойчивых положениях, схемы которых показаны на
рис.2 и рис.3. На рис.2 показано отклоненное положение струи в режиме создания воздушной подушки под транспортируемым изделием. При сходе изделия с рабочего отверстия струя переходит в другой режим, показанный на
рис.3. В этом случае в рабочем отверстии 3 создается разряжение за счет
эжектирующей способности струи 4 и над несущей поверхностью 8 появляется воздушное течение, увлекающее в рабочее отверстие 3 воздух из рабочей зоны. Далее этот воздух может подаваться на фильтрование, охлаждение
или вновь возвращаться в газодувную установку. Помимо этого, такое положение струйного потока 4 способствует заметному снижению аэродинамического шума.
Рис.2. Схема поперечного сечения пневмоконвейера в режиме создания воздушной подушки. 1 – транспортируемое изделие; 2 – щелевое отверстие; 3 – рабочее
отверстие; 4 – воздушная
струя (рабочее положение); 5
– воздушная прослойка; 6 –
канал управления; 7 – пневматическая камера, 8 – несущая поверхность, 9 – короткая отклоняющая стенка
Переход из одного положения струи в другое происходит под действием пневматического импульса, формируемого короткой стенкой 9 и транспортируемым изделием 1. Управление струйными потоками происходит автоматически, при этом в конструкции конвейера отсутствуют специальные
датчики и исполнительные механизмы.
В режиме отсутствия транспортируемых изделий на этих пневмоконвейерах воздушные потоки создают повышенный аэродинамический шум.
Мощность акустического излучения (Pc, вт) каждого струйного может быть
определена по формуле [4, 2]
ρ c ⋅ U c6 ⋅ d 2
Pc = k ( M ) ⋅
,
c3
где ρс – плотность потока струи, кг/м3; Uc – скорость струи на срезе сопла, м/с; d – размер сечения сопла, м; c – скорость звука, м/с; k(M) – коэффициент пропорциональности, зависящий от числа Маха.
В представленном пневматическом конвейере в режиме отсутствия
транспортируемых изделий воздушные потоки скрыты под несущей поверхностью, которая достаточно эффективно экранирует излучение аэродинами-
180
ческого шума струи [5]. Однако часть звукового потока выходит через рабочее отверстие в несущей поверхности пневмоконвейера. Схема излучения
шума струи показана на рис.3, где представлены основные геометрические
размеры конструкции.
Рис.3. Схема шумоизлучения струи в режиме отсутствия транспортируемых изделий
Распределение звуковой мощности струи по объемам, расположенным
на различных расстояниях x от среза сопла можно представить аппроксимирующей зависимостью вида
1 ⎞
⎛
W ( x ) = ⎜1 −
⎟ ⋅W ,
(1)
⎝ 1+ x ⎠
ρU 6 δ 2
W
k
=
– мощность излучения затопленной воздушной струи,
где
m
c3
ρ – плотность потока струи, U – скорость струи на срезе сопла, δ – размер сечения сопла, c – скорость звука, km – коэффициент пропорциональности, зависящий от числа Маха, x = x / δ – относительное расстояние от среза сопла
до заданного сечения, x – расстояние от среза питающего сопла до рассматриваемого сечения. Уровень шума, формируемый одиночным соплом в условиях реализации эффекта Коанда, определиться из уравнения [6]
⎛ k m ρδ 2
x2 − x1
6⎞
⎟,
Lk = 10 ⋅ lg⎜⎜
U
3
2
⎟
(
)(
)
1
x
1
x
+
+
J
c
4
R
π
1
2
⎠
⎝ o
Lc
L +B
где x1 = , x2 = c
.
δ
δ
(2)
На основе экспериментальных значений уровня аэродинамического
шума одиночной затопленной воздушной струи, формируемой питающим
соплом и струйного потока воздуха, находящегося под изделием при различных скоростях истечения воздуха из питающего сопла, показаны на рис. 4,
где их аппроксимации 1 и 2 имеют, соответственно, вид
L1 = −5 ⋅ 10−4 U 2 + 0.22 ⋅ U + 46.5 ,
(3)
−4
2
L2 = −6 ⋅ 10 U + 0.23 ⋅ U + 34 .
(4)
Область применимости соотношений (3) и (4) ограничена диапазоном
скоростей U=50…200 м/с.
181
Анализ зависимостей на рис. 4 показывает значительное уменьшение
уровня шума струйного воздушного потока, скрытого внутри пневмоконвейера. Анализ спектра уровня звукова одиночной струи показывает, что наибольшая интенсивность излучения звука приходится на высокие частоты.
Рис.4. Уровень шума одиночного
воздушного струйного потока. 1 – по
уравнению (3). 2 – по уравнению (4). 3 –
по уравнению (2) при следующих параметрах: k m = 3 ⋅10 −5 , δ = 0.5 ⋅ 10−3 м, x1 = 9 , x2 = 17
Проведем сравнительный анализ уровней аэродинамического шумоизлучения пневмоконвейера традиционной конструктивной схемы и пневмоконвейера с автоматической подачей воздуха только под транспортируемое
изделие.
Несущие поверхности пневмоконвейеров, как правило, снабжены одинаковыми рабочими отверстиями, которые формируют струйные воздушные
потоки с одинаковыми характеристиками. Поэтому можно получить общий
уровень шума пневмоконвейера, если использовать соотношение для определения суммарного уровня шумоизлучения от различных источников [2]
⎛ n
⎞
Ls = 10 lg⎜ ∑ 10 0.1Li ⎟ ,
⎠
⎝ i =1
(5)
где n – количество источников шумоизлучения, Li – уровень шумоизлучения i-го источника.
Уровень шума пневмоконвейеров складываться из суммарного шума
воздушных потоков вне транспортируемых изделий и потоков, находящихся
под транспортируемыми изделиями. Суммарный уровень шума может быть
определен, если учесть степень наполняемости несущей поверхности пневмоконвейера
γ=
m
N ,
(6)
где N – общее количество рабочих отверстий в несущей поверхности
пневмоконвейера, m – количество рабочих отверстий, находящихся под
транспортируемыми изделиями.
Прежде рассмотрим уровень шумоизлучения пневмоконвейера традиционной конструктивной схемы, для которой характерным является то, что в
процессе функционирования формируются воздушные потоки класса затопленных струй и потоки, находящиеся под транспортируемыми изделиями.
Используя соотношение (5), запишем суммарный уровень шумоизлучения
затопленных струй, количество которых в зависимости от степени наполняемости несущей поверхности может изменяться от N − m = 0 до N − m = N
(7)
L1o = 10 lg [1 + 10 0.1L N (1 − γ )] .
1
182
Суммарный уровень шумоизлучения воздушных потоков, находящихся
под транспортируемыми изделиями, на основании формулы (5) и степени наполняемости несущей поверхности, с учетом вышеизложенного может быть
записан в виде
(8)
L2 o = 10 lg (1 + 10 0.1L Nγ ) .
Используя зависимости (7) и (8), в которых необходимо учитывать соотношения (3) и (4), получим уравнение, определяющее уровень шумоизлучения пневмоконвейеров традиционной конструктивной схемы
Ls1 = 10 lg ⎡⎣100.1L + 100.1L ⎤⎦ .
(9)
Суммарный уровень шумоизлучения от рабочих отверстий, в которых
струйные потоки находятся в режиме холостого хода, будет
Lko = 10lg ⎡⎣1 + 100.1L N (1 − γ ) ⎤⎦ .
(10)
Теперь можно записать уровень шумоизлучения пневмоконвейера с автоматической подачей воздуха под транспортируемое изделие с учетом (8) и
(10)
Ls 2 = 10lg ⎡⎣100.1L + 100.1L ⎤⎦ .
(11)
Величина снижения уровня шумоизлучения в пневмоконвейерах при
реализации метода расположения струй под несущей поверхностью и струйного управления будет
ΔL = Ls 2 − Ls1 .
(12)
На рис. 5 построены по уравнению (9) уровни шумоизлучения пневмоконвейера традиционной конструктивной схемы и по уравнению (11) пневмоконвейера с автоматическим управлением подачей воздуха под транспортируемое изделие при одинаковых исходных характеристиках. По уравнению
(12) построен график на рис. 6, из которого видно, что величина снижения
шумоизлучения в среднем достигает 16 ÷ 18 дБ. Таким образом, использование методов струйной автоматики, основанных на аэродинамических эффектах, позволяет достичь эффективного снижения уровня шумоизлучения в
пневмоконвейерах.
2
1o
2o
k
ko
2o
Рис. 5. Уровень шумоизлучения
Рис. 6. Величина снижения
пневмоконвейеров. Количество пи- уровня шумоизлучения в пневмотающих сопел или количество рабо- конвейерах при реализации метода
чих отверстий N=200
струйного управления при N=200
183
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. А.с. №101624. Пневмоконвейер [Текст]/ В.К. Битюков, В.Н. Колодежнов, В.Л. Мурзинов (СССР). – 1983, Бюл. №18.
2. Борьба с шумами на производстве [Текст] / под ред. Е.Я. Юдина. –
М.: Машиностроение, 1985. – 512 с.
3. Мурзинов, В.Л. Элементы пневмоники с использованием эффекта
взаимодействия плоской струи и короткой стенки [Текст] / В.Л. Мурзинов//
Пневматические и гидравлические устройства и системы управления: X междунар. конф."Яблона-86"/сб. докл. - М.: Энергоатомиздат., 1986. - 421 с.
4. Мунин, А.Г. Звуковая мощность, создаваемая участками дозвуковой
струи [Текст]/ А.Г. Мунин, З.Н. Науменко// Уч. записки ЦАГИ. – 1970. – Т. 1.
– № 5. – С. 29-38.
5. Asminin, V. Reduction of noise in pneumatic conveyors [Текст]/ V. Asminin, V. Murzinov, P. Enin// Proceedings of the Eleventh International Congress
on Sound and Vibration. – St. Petersburg, Russia, 5-8 July 2004. – Р. 2199 – 2204.
6. Мурзинов, В.Л. Снижение аэродинамического шума при реализации
эффекта Коанда в пневматических конвейерах [Текст]/ В.Л Мурзинов // Науч. вест. – 2005. – №1. – С. 33–35.
УДК 674.81
АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ПРОИЗВОДСТВЕ
ДРЕВЕСНЫХ ПЕЛЛЕТ
А.О. Сафонов, О.А. Трещева (ВГЛТА)
В настоящее время очень быстро развиваются деревообрабатывающие
предприятия. Лесная промышленность, наряду с мебельной и строительной,
производит огромное количество отходов — опилки, обрезки и др. Все это
влечет за собой образование огромного количества древесных отходов. Для
большинства предприятий отрасли хранение, вывоз, переработка и утилизация образующихся в процессе основного производства отходов становится
большой проблемой, которая связана зачастую с дополнительными финансовыми затратами. В среднем доля отходов на производстве, которое использует в виде сырья сырую древесину, на выходе составляет около 50%. На рынке
товарная цена обрезных пиломатериалов так же включает стоимость отходов,
которые не пошли в производство (подгорбыльная доска, горбыль, щепа,
опилки). Поэтому на многих предприятиях возник вопрос о переработке образующихся отходов в продукцию с целью получения дополнительной прибыли.
Таким альтернативным видом переработки древесных отходов стало
производство особого вида топлива – древесных гранул. Пеллета (или древесная топливная гранула) представляют собой продолговатое цилиндрическое изделие, полученное при прессовании измельченных отходов деревообработки без добавления связующих. Диаметр пеллет обычно составляет 4-10
© Сафонов А.О., Трещева О.А., 2008
184
мм. Такое топливо предназначено для получения тепловой энергии методом
сжигания.
Кроме очевидной экономической эффективности для предприятия,
пеллеты имеют еще один существенный плюс — они совершенно
не загрязняют атмосферу. Весь углекислый газ, который они выделяют
при горении, поглощается растениями, в тех же количества, что и
был потреблен при росте сырья для пеллет. В то же время топливо, полученное из не возобновляемых ресурсов, производит выбросы таких веществ,
как угарный газ, углекислый газ, свинец и так далее, которые не могут быть
в полой мере поглощены природой. Можно с уверенность говорить о том,
что в современных условиях древесные пеллеты - это один из самых экологически чистых и экономичных видов топлива.
Однако можно выделить ряд недостатков древесных пеллет: высокая
восприимчивость к внешним условиям, особенно повышенной влажности
атмосферного воздуха; относительно низкая твердость пеллет, что приводит
к образованию некоторого количества истертой пыли при транспортировки.
Впервые древесные гранулы были произведены известным американским ученым Руди Гуннерманом. В Европе первооткрывателем считается
Швеция, где в 1984-1988 годах начинают изготавливать гранулы из остатков
деревообработки и после их используют для отопления. С начала 90-х годов
в Швеции начался бум и промышленное производство древесных гранул.
При сжигании 1 т гранул выделяется столько же тепловой энергии, как
и при сжигании 1600 кг древесины, 475 м3 газа, 500 л дизельного топлива,
685 л мазута [1]. В табл. 1 приведены сравнительные характеристики основных видов топлива.
Таблица 1
Сравнительные характеристики основных видов топлива
Вид топлива
Дизельное топливо
Мазут
Природный газ
Каменный уголь
Гранулы древесные
Гранулы из соломы
Гранулы торфяные
Щепа древесная
Опилки древесные
Теплота
сгорания,
% серы
МДж/кг (МДж/м3)
42,5
0,2
42
1,2
35 – 38
0
15 - 25
1-3
17,5
0,1
14,5
0,2
10
0
10
0
10
0
% золы
1
1,5
0
10 - 35
1
4
4 - 20
1
1
Углекислый
газ, кг/ГДж
78
78
57
60
0
0
70
0
0
Как видно из табл. 1, древесные гранулы стоят лишь на 5-м месте по
удельной теплоте сгорания, но эта величина приведена без учета КПД сгорания топлива (КПД нетто) и КПД тепловой установки (оба КПД вместе дают
КПД брутто). Вводя этот коэффициент в конечную стоимость топлива, стои-
185
мость выработки тепловой энергии на предприятиях ЖКХ по итогам 2007
года имеет цифры, приведенные ниже на рис. 1.
Рис. 1. Стоимость выработки тепловой энергии на предприятиях ЖКХ
по итогам 2007 года
Из данной диаграммы видно, что древесные гранулы являются значительно более выгодным топливом для производства энергии по сравнению с
другими его видами, за исключением газа. Однако, из-за выравнивания внутренних цен на газ с общемировыми, цена на газ будет постоянно и быстро
расти [2].
Основные этапы технологического процесса производства пеллет представлены на рис. 2.
Измель
чение
Подача
сырья
Сушка
Гранулирование
Упаковка
Охлаждение
Рис. 2. Этапы технологического процесса
Основным этапом производства является процесс гранулирования.
Именно от успешности проведения этой операции зависят качество и конечные физико-механические характеристики готового продукта. Используя новейшие методы автоматизации и оптимизации возможно компенсировать недостатки исходного сырья, подаваемого в пресс, и получать на выходе продукт с заданными показателями. Для этого был проведен анализ входных
управляемых параметров, неуправляемых возмущающих воздействий и выходных технико-экономических показателей. К входным управляемым пара-
186
метрам были отнесены основные технологические параметры, влияющие на
процесс гранулировании: температура матрицы, температура пара, скорость
подачи стружки, влажность подаваемой стружки, содержание лигнина и смолы. Неуправляемые возмущающие воздействия составляют: температура атмосферного воздуха, влажность атмосферного воздуха, температура сырья.
Технико-экономическими показателями готового продукта являются: теплотворная способность, прочность, истираемость, себестоимость, производительность, степень сжатия и конечная влажность.
В настоящее время проводятся исследования различных технологий
производства древесных пеллет для оптимизации вышеперечисленных входных управляемых параметров, обеспечивающих выполнение заданных технико-экономических показателей конечного продукта. Решение поставленной задачи достигается путем создания адекватно описывающих регулируемые процессы математических моделей. Таким образом, построенная математическая модель будет отражать влияние входных параметров на изменение конечных свойств получаемых пеллет. В процессе исследования планируется установить оптимальные величины входных параметров для достижения требуемых характеристик продукта на выходе.
1.
2.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
http://www.alligno.ru/spec/pellet.htm
http://biofuel.by/ru/pellets_made/ogm15/
УДК[630*:65.011.54]:621.825
О РАЗРАБОТКе ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА
ДЛЯ КУСТОРЕЗА
М.В. Драпалюк, В.В. Стасюк, В.С. Полев (ВГЛТА)
С целью защиты кустореза от перегрузок было разработано предохранительное устройство, достоинство которого заключается в снижении динамических нагрузок и предотвращения выхода из строя рабочего органа и
привода кустореза.
В настоящее время механизация работ по лесоводственному уходу за
культурами на вырубках имеет важное значение для успешного лесовыращивания.
Для лесоводственного ухода за культурами применяются различные
конструкции кусторезов-осветлителей и катков, но все эти лесохозяйственные машины подвержены перегрузкам(попадание в рабочие органы пней,
порубочных остатков и т.д.), в результате происходят поломки рабочих органов и приводов машин. Для предотвращения этих поломок применяются различные предохранительные устройства, но как правило, они обладают рядом
© Драпалюк М.В., Стасюк В.В., Полев В.С., 2008
187
недостатков (большой металлоемкостью, сложной конструкцией, высокой
стоимостью) и в том числе большой динамической нагруженностью[1].
С целью устранения этих недостатков и снижения динамических нагрузок рабочего органа кустореза в Воронежской государственной лесотехнической академии разработана конструкция фрикционного предохранительного устройства.
Предохранительное устройство работает следующим образом.
Крутящий момент с приводного вала 1 передается на ведущий диск 4,
подпружиненный пружиной 3. Сила натяжения пружины осуществляется регулировочной гайкой 2. Крутящий момент с ведомого диска 5 при помощи
шлицевого соединения передается на диск рабочего органа 6 и рабочий орган
7. В момент перегрузки рабочий орган 7 прогибается, соответственно ведомый диск 5 перемещается влево по шлицам, сдавливая пружину 10, при этом
происходит проскальзование накладок между ведущим и ведомым дисками.
В критических ситуациях, когда прогиб рабочего органа принимает максимальное значение, штифт 9 давит на ведущий диск 4 через упорный подшипник 11, отодвигая от ведомого диска 5, передача крутящего момента полностью прекращается. При прохождении опасного участка рабочий орган освобождается, и диск рабочего органа 6 отодвигается вправо под действием
пружины 10 и возобновляется подача крутящего момента.
Достоинство предложенной конструкции заключается в снижении динамических нагрузок и предотвращения выхода из строя рабочих органов и
приводов машин.
Рисунок. Фрикционное предохранительное устройство
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.
Карамышев, В.Р. Повышение надежности работы предохранительных муфт лесохозяйственных машин[Текст] / В.Р. Карамышев, П.С. Нартов – Воронеж: Изд-во ВГУ, 1993-140 с.
188
УДК 630.383
РАБОТА «ПОВОРОТНОЙ» ФАРЫ ПРИ КРИВОЛИНЕЙНОМ
ДВИЖЕНИИ ЛЕСОВОЗНОГО АВТОТРАНСПОРТА
Д. Д. Репринцев, В. В. Белозоров (ВГЛТА)
Условия движения лесовозного автопоезда в темное время суток резко
отличаются от условий движения в дневное время. С наступлением темноты
ухудшается видимость водителем проезжей части дорожной инфраструктуры, попутного и встречного транспорта, увеличивается зрительная нагрузка
[1].
Основными причинами ДТП в темное время суток являются превышение скорости движения, неправильная (ошибочная) оценка дорожной обстановки и ухудшение остроты зрения водителем.
Ухудшение остроты зрения водителем при прямолинейном движении
происходит в результате ослепления фарами встречного транспорта, а ошибочная оценка дорожной обстановки наблюдается при криволинейном движении автомобиля, когда границы дороги не просматриваются и трудно определить параметры и кривизну поворота.
Передняя обзорность и видимость дороги ухудшаются помехами, вызываемыми конструкцией кабины тягача, в частности боковыми стойками
ветрового стекла и плохой работой щеток стеклоочистителя, а так же особенностями движения тягача при повороте. Эти особенности состоят в следующем: в начале маневрирования колеса тягача повернуты и совершают
криволинейное перемещение, в то время как тягач и соответственно его фары
движутся в первоначальном направлении, в конце же маневрирования колеса
тягача совершают уже прямолинейное движение, а тягач и его фары соответственно криволинейное. Данные обстоятельства значительно снижают безопасность дорожного движения и должны быть по возможности устранены.
Уменьшение сечения боковых стоек ветрового стекла ограничено требованиями к прочности конструкции кабины тягача, а увеличение площади
очистки ветрового стекла может привести к выходу из строя стеклоочистителя.
Поэтому единственно возможным решением проблемы улучшения передней обзорности и видимости дороги водителем в темное время суток при
повороте является улучшение освещенности дорожного полотна. Достичь
этого можно введением в конструкцию тягача специальных «поворотных»
фар. Их можно установить в комплекте с основными фарами, так чтобы световая зона «поворотных» фар была смещена влево (вправо) на 10…15°, от
основных.
Включение поворотной фары происходит при замыкании контактов на
рулевой колонке при повороте рулевого колеса на угол более 15°, т.е. в начале процесса поворота. Использование этой фары позволит значительно увеличить переднюю обзорность и видимость дороги водителем и определить
© Репринцев Д.Д., Белозоров В.В., 2008
189
границы и кривизну поворота. После прохождения поворота автопоездом и
размыкания контактов на рулевой колонке «поворотная» фара выключается.
Кроме увеличения передней обзорности дороги водителем достоинством использования «поворотных» фар явилось бы еще и то обстоятельство,
что их включение (увеличение зоны освещения) предупредило водителей
встречного и попутного транспорта, о том, что в данный момент лесовозный
автопоезд начал маневр поворота. Включение же водителем лесовоза поворотных сигналов только предупреждает о возможности поворота, а не о его
начале.
Несомненные достоинства использования «поворотных» фар в конструкциях лесовозного подвижного состава позволяют их рекомендовать не
только при эксплуатации лесовозных автопоездов, но и для других видов
транспорта.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Глушков, О.В. Труд и здоровье водителя автомобиля [Текст]: учеб.
пособие / О.В. Глушков, Н.В. Клюев. – М.: Транспорт, 1991 г. – 223 с.
УДК 630.232
ДИАГНОСТИКА ЗИМОСТОЙКОСТИ ГИБРИДОВ ОРЕХА РОДА
JUGLANS С ПОМОЩЬЮ ПОСТРОЕНИЯ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ
В.А. Славский (ВГЛТА)
Современные достижения в области математического моделирования,
кластерного анализа и нейронных сетей позволяют оперативно и с заданной
степенью достоверности проводить анализ данных, полученных опытным
путем и разрабатывать оптимизационные модели [1, 2]. Данная модель применима и для анализа биологических культур, в частности роста и развития
древесных пород.
Таким образом, была поставлена задача с помощью методов компьютерной информатики найти пути (построить модель) определения и диагностики зимостойкости отдельных деревьев гибридного происхождения, так
как зимостойкость является основным критерием для интродукции и селекции ореха рода Juglans в Воронежской области.
В ходе диагностики зимостойкости были проанализированы данные по
характеристике листовой пластинки гибридов, состоянию, биометрическим
показателям растений, качеству плодов, интенсивности транспирации и др.
Входной информацией послужили следующие данные:
1) группа гибрида (патро-, матроклинные и промежуточные формы); 2)
положение листа в кроне дерева; 3) длина листовой пластинки; 4) ширина
листовой пластинки; 5) количество листочков на листе; 6) длина верхнего
листочка; 7) ширина верхнего листочка; 8) количество жилок у верхнего лис© Славский В.А., 2008
190
фактор
точка с левой стороны; 9) количество жилок у верхнего листочка с правой
стороны; 10) длина черешка; 11) состояние дерева, балл (по шкале Алексеева); 12) высота дерева; 13) диаметр дерева; 14) количество испарившейся воды в процессе зимней транспирации, мг в сутки; 15) длина плода ореха по
створкам, мм; 16) индекс жилкования [3, 4]; 17) масса плода ореха, г; 18)
толщина скорлупы, мм; 19) выход ядра, %; 20) индекс плода (отношение
размеров ореха по створкам к толщине скорлупы) [4]. Последняя переменная
– целевая, обозначает балл зимостойкости гибридов ореха грецкого с маньчжурским.
В модели конкретные значения входов принадлежат разным диапазонам. Мы провели их нормировку двумя способами:
1) нелинейно преобразовали гиперболическим тангенсом «thannormalization»;
2) нормализовали всю входную информацию в диапазоне [-1; +1].
Нормализация позволила все входы нейронной сети сделать сравнимыми по порядку величинами. Чем выше столбец гистограммы для данного
входа, тем большего успеха можно достичь в предсказании выходной информации (рис. 2). Согласно полученным данным при определении зимостойких гибридов наибольшее влияние оказывают следующие факторы
(табл. 1):
Таблица 1
Степень влияния отдельных факторов на зимостойкость гибридных
форм
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Способ нормализации
(-1+1) normalization
tanh-normalization
0,323
0,000
0,120
0,001
0,214
0,041
0,086
0,000
0,000
0,010
0,278
0,739
0,460
0,446
0,366
0,415
0,058
0,578
0,535
0,588
0,323
0,000
0,099
0,013
0,214
0,064
0,044
0,000
0,000
0,000
0,278
0,860
0,546
0,034
0,366
0,641
0,221
0,578
0,535
0,588
Занимаемое место по степени
влияния
(-1+1)
nor- tanhmalization
normalization
9
8
12
12
17
16
11
11
15
13
13
14
16
10
9
1
1
5
5
6
15
8
7
7
2
14
10
3
4
4
6
2
3
191
Индекс жилкования является основным комплексным показателем качества плодов и устойчивости растений к неблагоприятным факторам. Установлено, что данный показатель оказывает определенное влияние на зимостойкость, что отражается при анализе, проводимом двумя математическими
способами. Кроме того, индекс жилкования можно рассчитать в самом раннем возрасте, что позволит проводить отбор зимостойких культур на стадии
сеянца. У наиболее зимостойких гибридов данный показатель равнялся 17-18
[4].
Таким образом, по данным, приведенным в табл. 1, наибольшее влияние на зимостойкость гибридов ореха грецкого с маньчжурским оказывают:
высота дерева, м (0,739 и 0,860); индекс плода (0,588) и толщина скорлупы
(0,578). Количество жилок у верхнего листочка и длина черешка как диагностические признаки не связаны с зимостойкостью растений.
Следующий важный этап – создание нейросети в виде многослойного
персептрона. Нами определена структура и топология нейросети (рис.1):
количество слоев;
•
•
тип выходной функции нейронов данного слоя;
•
число нейронов в слое;
•
порядок нелинейности нейронов данного слоя.
В большинстве задач аппроксимации нет смысла использовать архитектуру нейросети с количеством скрытых слоев более одного. Нелинейный
же характер нейросети определяется количеством нейронов в этом скрытом
слое (tanh на рис. 1).
Рис. 1. Архитектура нейронной сети с одним скрытым слоем
Согласно рекомендациям А.Н. Горбаня и др. [1] и Т. Kohonen [5, 6], для
того чтобы построенная нейросеть хорошо аппроксимировала (имела статистически значимые закономерности), общее число связей сети (весов) должно быть в несколько раз, а лучше - на порядок меньше числа обучающих
примеров. Это обеспечит достаточно гладкую аппроксимацию данных.
192
Рис. 2. Соответствие данных обучающей выборки и ответов сети
Следует отметить высокую степень соответствия реальных и аппроксимированных данных; это свидетельствует о том, что обучение сети прошло
успешно и дает возможность рекомендовать ее к использованию в диагностике коррелятивных фенотипических признаков (индекс жилкования и зимостойкость) при интродукции и селекции ореха грецкого в Воронежской
области.
Таким образом, использование метода нейронных сетей в диагностике
зимостойкости отдельных биотипов показало высокую коррелятивную связь
фенов высоты дерева, толщины скорлупы и индекса жилкования на зимостойкость.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Горбань, А.Н. Нейроинформатика и ее приложения [Текст] / А.Н.
Горбань // Открытые системы: сб. науч. тр. – Новосибирск, 1998. – № 4-5. –
С. 36-41.
2. Горбань, А.Н. Нейронные сети на персональном компьютере [Текст]
/ А.Н. Горбань, Д.А. Россиев // Новосибирск: Наука, 1996. – 276 с.
3. Славский, В.А. Интродукция и селекция ореха грецкого в Воронежской области [Текст]: автореф. дис. … канд. с.-х. наук: 06.03.01 / Славский,
В.А. – Воронеж, 2006. – 24 с.
5. Kohonen, T. Self-organized formation of topologically correct feature
maps [Text] / T. Kohonen // Biological Cybernetics.– 1982. –Vol. 43. – P. 59-69.
6. Kohonen, T. Self-Organizing Maps [Text] / T. Kohonen. – Springer,
1995. – P. 121-144.
193
УДК 681.3
НЕОДНОРОДНОСТЬ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА ДОЗИРОВАНИЯ СЕМЯН ХВОЙНЫХ ПОРОД
А.В. Кочегаров (ВГТУ)
Как правило, при разработке систем механизации и автоматизации технологических процессов в лесной промышленности для воспроизводства лесов, не учитывается один из существенных показателей, характеризующих
разнообразие физико-механических характеристик биологических объектов,
в частности, семян хвойных пород при разработке бункеров-дозаторов с оптимальными конструктивно-технологическими параметрами. Класс этих
объектов управления, имеющих различие, приводящее к увеличению разнообразия, образуют объекты с неоднородными характеристиками, а при разработке бункеров-дозаторов лишь косвенно и частично учитывается различие
(неоднородность) семян хвойных пород как биологических объектов, что не
в полной мере обеспечивает качество процесса управления и не позволяет
разработать достаточно полное алгоритмическое обеспечение, повышает
ошибку при планировании экспериментов для формирования оптимизационной задачи. При этом целевые функции должны формироваться для однородных объектов управления, что обеспечит оптимальное проектирование
бункеров-дозаторов и повышение эффективности и качества их функционирования.
Семена образуют группу Ω, имеющую одинаковую биологическую и
физическую сущность, и представляют собой объект управления в дозирующих устройствах. Их разнообразие Ω можно уменьшить путем выделения
подмножества Ων (δ = 1, g ) (подгруппу объектов).
Семена хвойных пород (сосна обыкновенная, ель обыкновенная, лиственница сибирская) образуют группу Ω, а семена каждой из породы образуют подгруппу Ων (δ = 1,3) .
Величина лесных семян хвойных пород (сосна, ель, лиственница) характеризуется тремя размерными характеристиками: длиной (а), шириной
(b), толщиной (с). Эти величины необходимы для обоснования конструктивных и технологических параметров бункеров-дозаторов: размер бункерного
устройства, угол наклонных стенок бункера, по которым ссыпаются семена
через выпускное отверстие, величина выпускного отверстия бункера, размер
гребенчатой заслонки в бункерном устройстве.
© Кочегаров А.В., 2008
194
S 2j
F = 2
S ji
m
~ 2
∑S
j
j =1
Рисунок. Схема алгоритмизации процедуры оценки объектов на неоднородность и выделения рядов объектов
195
Объемные массы семян требуются для обоснования объемов и параметров загрузочных устройств семяочистительных машин.
Данные о соотношении массы и объема чистых семян в общей семенной массе имеют важное значение при обосновании конструктивнотехнологических параметров загрузочных устройств.
При расчете объема загрузочного бункера с учетом его часовой производительности важно знать долю чистых семян в исходном ворохе. Если загрузочно-дозирующее устройство предназначено для работы с различными
семенами входящими в группу хвойных пород, то необходимо иметь эти данные о всех семенах.
Углы естественного откоса семян необходимы для обоснования углов
наклона стенок загрузочных бункеров. Коэффициенты трения семян (статический и динамический) необходимы для выбора рабочей поверхности бункерно-дозирующих устройств.
Необходимо отметить, что исследуемые семена хвойных породы (сосна, ель, лиственница) уже обескрылены, т.е. отделены от крылаток, однако
имеют в составе примеси – хвоинки, частицы крылаток и т.д. Исследуемые
нами семена имеют складскую влажность.
Данные об определении качества исходного семенного материала показывают, что исследуемые породы семян имеют различную общую чистоту,
соответственно равную 99,1; 94,4; 98,2 %, лабораторную всхожесть – 90,0;
69,0; 58,0 % и массу 1000 шт. семян – 5,88; 5,74; 7,64 г. Содержание различных фракций семян (см. рисунок) составляет: мелкой – 8,11-15,7 %; средней
– 31,46 %; среднекрупной – 24,6-37,78 % и крупной – 17,3-21,52 %.
Максимальную засоренность имеют семена ели обыкновенной (5,6 %),
меньшую – лиственницы сибирской (1,8 %) и наименьшую – сосны обыкновенной (0,91 %). Наличие тяжелой фракции лежит в пределах от 3,9 у лиственницы до 31,2 % у ели, а легкой – от 3,8 у сосны до 29,54 % у лиственницы.
Установлено, что для исследуемых пород ширина и толщина семян
имеют различные величины, соответственно равные: для сосны – 2,36 и 1,38;
ели – 2,23 и 1,47 и лиственницы – 2,93 и 1,77 мм.
Размерные признаки семян ели и лиственницы стабильны (V = 3,0-4,58
%), а сосны варьируют значительно (V = 13-16 %). По результатам измерений
были построены кривые распределения размеров семян и примесей, которые
показали, что у некоторых семян имеются зоны пересечения с мелкими примесями. Это свидетельствует о том, что при сортировании семян полностью
выделить мелкие примеси не удастся. Особенно это характерно для сосны и
ели. Размеры крупных примесей для всех исследуемых пород не пересекаются ни с одним размерным признакам, и эти примеси легко выделить.
Объемные массы семян сосны, ели и лиственницы близки друг к другу
и составляют, соответственно: 480,4; 453,8 и 417,7 г/дм3, удельные массы
почти в два раза больше объемных масс и равны соответственно: 992,0; 876,3
и 867,2 г/дм3. Масса 1000 шт. семян варьирует в пределах от 5,6 до 6,16 у сосны, у ели – от 5,48 до 6,14 и лиственницы – от 6,92 до 8,36 г, что характери-
196
зует неоднородность исходного семенного вороха и значительное количество
в нем семян легких фракций.
Значения коэффициентов трения семян показывают, что они значительно отличаются друг от друга в зависимости от поверхности, по которой
они движутся. Наименьшие значения характерны для стали листовой и капролона, а наибольшие – для стальной сетки и прорезиненной ткани, причем
значения динамических коэффициентов трения меньше статических для всех
исследуемых пород и поверхностей.
Таким образом, необходимо отметить, что семена хвойных пород – это
неоднородная система, которая имеет значимые и менее значимые характеристики, влияющие на процесс управления бункерно-дозирующими устройствами.
Так как неоднородность является источником разнообразия характеристик объектов, то для оценки неоднородности семян хвойных пород предлагается использовать величину энтропии, являющейся в теории информации
мерой разнообразия [1].
Допустим, что в подгруппе семян хвойных пород отсутствуют как
групповые, так и индивидуальные неоднородности, то есть по каждому признаку семян Q jk = Q ji , k ≠ l , а число всех управляющих входных воздействий
равно n. Каждое воздействие xi вычисляется:
H ( xi ) = − ∫ W ( xi ) log W ( xi )dxi ,
(1)
Lxj
где W ( xi ) - плотность распределения xi ; L xi - интервал изменения
воздействия xi . Тогда энтропия объекта при отсутствии неоднородностей
будет равна:
n
H 00 = ∑ H ( xi ) .
(2)
i =1
Так как неоднородности характеристик объектов увеличивают энтропию, поэтому последняя определяется по каждому виду неоднородностей и
добавляется к величине энтропии H00, найденной по формуле (2).
1. При внутренних неоднородностях энтропия определяется по диапазону управляющих воздействий, по количеству этапов процесса r и по числу
рядов l объектов в подгруппе с учетом групповых неоднородностей.
а) интервал изменения управляющих воздействий Uj делится на отрезки LUj1 , LUj 2 ,..., LUjk , по формуле (1) находится энтропия H(Uj), а затем определяется суммарная энтропия по i-й выходной переменной:
k
H i (U j ) = ∑ ∫ W (U j ) log W (U j ) dU j ,
j =1 LUj
где k – число диапазонов управления.
При m-м числе выходных переменных энтропия будет равна:
(3)
197
m
H g (U ) = ∑ H i (U j ) .
(4)
i =1
б) если имеет место внутренняя неоднородность связей в статике между объектами, то величина энтропии:
H p = log l ,
(5)
где l – число рядов объектов с неоднородными характеристиками в
подгруппе.
в) при неоднородности, обусловленной многоэтапностью процесса, при
числе этапов r величина энтропии равна:
2. При внешних неоднородностях энтропия определяется с учетом конструктивных и технологических неоднородностей бункера-дозатора.
а) при наличии конструктивной неоднородности энтропии:
p
H кон = ∑ ∫ W (T j ) log W (T j )dT j ,
(6)
j =1
где T1 ,..., T p - параметры, обуславливающие конструкционную неоднородность.
б) энтропия неоднородности технологических неуправляемых входных
переменных, оцениваемых количественно, определяется по формуле (1). Если технологические неуправляемые входные переменные x j представляют
собой качественные факторы, то определяется число качественных уровней и
соответствующие им значения вероятностей:
x j1 , x j 2 ,..., x jN
P( x j1 ), P( x j 2 ),..., P ( x jN ) .
(7)
Тогда для неоднородностей технологических неуправляемых входных
переменных, представляющих собой качественные факторы, энтропия определяется как
N
H D = −∑ P ( x ji ) log P( x ji )
(8)
i =1
(i = 1,..., N ).
В результате того, что неоднородности увеличивают разнообразие, а
следовательно, и энтропию, к величине H00 добавляется сумма энтропии по
каждому виду неоднородностей:
S
ΔH = H g + H p + H МЭ + H кон + H Ф = ∑ H Hi ,
(9)
i =1
где S – число видов неоднородностей, присущих рассматриваемой подгруппе объектов. Тогда с учетом неоднородностей энтропия будет равна:
S
H HO = H 00 + ∑ H Hi ,
(10)
i =1
H Hi
где HHO – энтропия объектов с учетом неоднородности характеристик;
- энтропия i-го вида неоднородности ( (i = 1,..., S ) .
198
При выборе варианта управления размерные характеристики семян
хвойных пород являются неуправляемыми входными переменными, т.к. размер семян в процессе подачи из бункеров не меняется. Следует подчеркнуть,
что указанные величины характерны для конкретных исследуемых семян в
зависимости от спелости, места произрастания и времени сбора урожая результаты могут быть другими [2, 3].
Исходя из вышеизложенного, выбор подхода к управлению бункернодозирующими устройствами с неоднородными характеристиками зависит от
степени неоднородности факторов, влияющих на процесс равномерной и дозированной подачи семенного материала, неоднородности задачи управления, наличия неопределенностей и от условия активного поиска оптимального варианта управления.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Львович, Я.Е. Моделирование в биотехнических и медицинских
системах [Текст] : учеб. пособие / Я.Е. Львович, М.В.Фролов / Под ред. академика РАЕН В.Н. Фролова. – Воронеж.
2. Дерюжкин Р.И. Географическая и экологическая изменчивость лиственницы и сосны, и ее значение для лесного семеноводства [Текст] / Р.И.
Дерюжкин // Сб. работ аспирантов Воронеж. лесотехн. ин-та. − Воронеж,
1955.
3. Свиридов, Л.Т. Технологические и механические свойства лесных
семян и плодов [Текст] / Л.Т. Свиридов. − Воронеж: Изд-во ВГУ, 1993.
УДК 684:65 ББК 65В631
СЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ МЕРОПРИЯТИЙ В СФЕРЕ МАРКЕТИНГА
НА ООО «ГЕФЕСТ - МЕБЕЛЬ»
А.Н. Ляпунова, Н.В. Орехова (ВГЛТА)
На основании анализа деятельности одного из давно существующих на
рынке города Воронежа мебельных предприятий – ООО «Гефест – мебель»,
нами было выявлено, что маркетинговыми исследованиями для данного
предприятия занимается фирма «Центр маркетинговых исследований».
Оценивая данный факт, отметим его положительные и отрицательные
моменты. С одной стороны фирма «Центр маркетинговых исследований» является узкоспециализированной в сфере предоставления маркетинговых услуг, что обеспечивает достоверность проводимых ею исследований. Однако
редкость проведения последних для ООО «Гефест – мебель» не позволяет
использовать предоставляемую информацию в целях принятия оперативных
решений. Это особенно важно в сложившейся на рынке мебели города Воронежа ситуации с огромным количеством предприятий-конкурентов.
В связи с вышесказанным нами предлагается создание на данном предприятии маркетинговой службы, при этом целесообразным считаем разрабо© Ляпунова А.Н., Орехова Н.В., 2008
199
тать план мероприятий подразделения на основе построения сетевой модели
работ, для которых определим продолжительность, а также произведем поиск критического пути их выполнения.
Для ООО «Гефест-мебель» нами предлагаются следующие мероприятия (события) для продвижения мебельной продукции на рынок:
1) выдача задания с финансированием на маркетинговые исследования;
2) проведение анализа нормативно-методических документов предприятия на предмет соблюдения в них концепции маркетинга (концепции ориентации любой деятельности на потребителя, на высокое качество "выхода"
системы);
3) проведение сегментации потенциальных рынков, где намечается позиционирование товаров предприятия;
4) проведение исследований конкурентоспособности товаров основных
конкурентов;
5) разработка проекта предложений по реализации в положениях о
службах ООО «Гефест - мебель» концепции маркетинга;
6) разработка проекта нормативов конкурентоспособности продукции и
предприятия в целом;
7) утверждение нормативов конкурентоспособности и предложения по
реализации концепции маркетинга в службах ООО «Гефест - мебель»;
Данные мероприятия будут состоять из следующих работ:
А – анализ нормативно-методических документов предприятия на
предмет соблюдения в них концепции маркетинга продолжительностью 2,5
месяца;
B – сегментация потенциальных рынков сбыта, продолжительностью
4,5 месяца;
C – исследование конкурентоспособности продукции основных предприятий-конкурентов, продолжительностью 3,5 месяца;
D – разработка проекта предложений по реализации в службах ООО
«Гефест - мебель» концепции маркетинга (3,0 мес.);
F – позиционирование продукции предприятия (2,5 мес.);
G – разработка проекта нормативов конкурентоспособности продукции
ООО «Гефест - мебель» (4,0 мес.);
H – согласование проекта предложений по реализации в службах предприятия концепции маркетинга (3,0 мес.);
L – согласование проекта нормативов конкурентоспособности продукции и предприятия в целом (2,5 мес.).
Построим сетевую модель работ в сфере маркетинга на ООО «Гефест мебель» и рассчитаем временные параметры событий.
200
Рис. 1. Сетевая модель работ в сфере маркетинга на ООО «Гефестмебель»
Далее построим график привязки сетевой модели, определим критические пути и их длительность, численные значения свободных и полных резервов каждого мероприятия (см. рис. 2).
Осуществим поиск резервов мероприятий: Для всех найденных работ
впишем в таблицу нулевые значения свободного и полного резервов.
Таблица
Данные для поиска резерва маркетинговых работ на ООО «Гефест мебель»
Код работы
t(i,j)
Rc
(i,j)
1-2(A)
1-3(B)
1-4(C)
2-5(D)
3-6(F)
4-6(G)
5-7(H)
6-7(L)
2,5
4,5
3,5
3
2,5
4
3
2,5
Rn
Критичность работ
0
0
0
0
2
0
1,5
0
критическая
критическая
критическая
(I,j)
0
0
0
0
0,5
0
1,5
0
Критическим (наиболее продолжительным) является путь 1-4-6-7 продолжительностью в 10,0 месяцев (3,5 + 4,0 + 2,5). Путь 1-3-6-7 имеет продолжительность 9,5 месяцев (4,5 + 2,5 + 2,5), путь 1-2-5-7 имеет продолжительность 8,5 месяцев (2,5 + 3,0 + 3,0). Срыв любого события на критическом
пути (на рисунке обведен жирной линией) ведет к срыву всего комплекса работ.
Остальные пути имеют некоторый резерв времени, например, путь 1-36-7 имеет резерв в 0,5 месяца (5%), путь 1-2-5-7 в 1,5 месяца (15%). Напряженность последнего пути равна 0,85, что означает допустимость задержки
событий 2 и 5 в сумме не более чем на 1,5 месяца. Таким образом, сетевая
201
модель позволяют наглядно установить взаимосвязи событий и оптимизировать весь комплекс работ в сфере маркетинга на ООО «Гефест мебель».
Рис. 2. График привязки сетевой модели маркетинговых мероприятий
Представленная нами сетевая модель наглядно показывает, что работы
6-7, 4-6, и 1-4 являются наиболее значимыми для отдела маркетинга, в силу
того, что у них отсутствует резерв по времени. Таким образом, вышеназванные работы невозможно отложить, и они требуют постоянного контроля, тогда как все остальные имеют резерв времени и могут быть отложены на небольшой срок.
УДК 007:65.01
УПРАВЛЕНИЕ АГРЕГАТАМИ В НЕШТАТНЫХ СИТУАЦИЯХ
М.С. Чепелева (ВГАСУ), С.А. Чепелев (ВГЛТА)
В процессе участвуют восемь параллельно работающих технологических систем, которые обеспечивают непрерывность переработки сырья и выдачу готовой продукции. Сырье, поступающее со склада, и возврат непрореагировавших продуктов образуют шихту для полимеризации. Полученный
в процессе реакции полимеризат направляется на выделение каучука в последующие аппараты.
С точки зрения динамики особенность технологического процесса заключается в инерционности, порожденной необходимостью использования
аппаратов большого объема, и быстротечности развития сценария в аварийной и чрезвычайной ситуациях. Кроме того, нестационарность теплопереда© Чепелева М.С., Чепелев С.А., 2008
202
чи, вызванная отложениями на стенках аппаратов нерастворимых в полимере
продуктов, приводит к необходимости плановых остановов процесса на промывочные операции. Каждый пуск после промывки сопряжен с опасностью
выхода из под контроля экзотермической реакции в момент ее затравки. Поэтому при синтезе управления данным технологическим процессом показана
алгоритмическая составляющая, обеспечивающая последовательности безопасного переключения оборудования и четкой фиксации моментов принципиальных изменений в развитии химической реакции, определяемых по состоянию технологических параметров. Что касается классов ситуаций с неопределенностью и оптимизации, то они выражены менее ярко. Анализ качества каучуков является наиболее узким местом информационной системы,
которая в данном случае базируется на лабораторных анализах с использованием адаптивных методов математического моделирования.
Необходимость периодического удаления отложений со стенок реактора, приводит к тому, что в каждую производственную смену реализуется последовательность пуска и останова одного из полимеризаторов. Подготовка к
пуску сопровождается охлаждением реактора за счет испарения жидкого
этилена до рабочей температуры -95 0С, а вывод реактора на промывку требует прогрева до температуры окружающей среды. Упустить процесс, особенно на начальной стадии полимеризации, означает допустить угрозу взрыва большой мощности. Поэтому особое внимание уделено разработке методов синтеза надежного управления последовательностями пуска и останова
технологического процесса.
Один из способов достижения повышенной степени надежности заключается в использовании дуплексного режима, когда участки, определяющие работоспособность всей технологической линии, подключаются одновременно к двум управляющим ЭВМ, каждая из которых осуществляет взаимное отслеживание полного набора задач функционирования в ситуациях
всех классов [1]. При этом нагрузка по управлению параллельными агрегатами распределялась между двумя ЭВМ поровну. Сбой одного из управляющих комплексов на половину уменьшал мощность технологической линии, а
общая часть оборудования переходила под управление параллельной ЭВМ.
Нами предлагается организация программного обеспечения, основанная на идеи ситуационного управления с определением точек входа в алгоритм аварийной последовательности. Все алгоритмическое и, соответственно, программное обеспечение системы управления организовано набором
последовательностей фаз, нумерация которых возрастает по мере развития
алгоритма управления в реальном масштабе времени и хранится в базе данных. В свою очередь, для каждой последовательности назначается блок
управления, отвечающий за адекватность действий в текущей ситуации. Задача заключается в том, чтобы связать текущую ситуацию, отраженную в
блоках управления, с номером фазы конкретной программноалгоритмической последовательности. При этом однозначно будет определена точка входа в алгоритм аварийного управления соответствующего технологического оборудования.
203
Каждую секунду операционная система активизирует по очереди все
задействованные блоки управления последовательностями фаз, но за один
цикл каждый блок выбирает на выполнение только одну фазу из принадлежащего ему файла. Сведения активизированных в каждый момент блоков и
номера подчиненных им фаз ежесекундно передаются от одной ЭВМ к другой по дискретным каналам устройства связи. Таким образом, каждая ЭВМ
знает стадию развития технологического процесса параллельной ЭВМ и готова подхватить управление в случае появления признака аварийной ситуации, или по команде оператора (рис 1.).
В чрезвычайных ситуациях завершающая фаза алгоритма выдает на
верхний уровень перечень остановленного оборудования. Информация о состоянии технологических параметров и выходные сигналы последнего цикла
выдачи управляющих воздействий сохраняются на специальном носителе
(своего рода «черный ящик»), система блокируется и отключается.
Программирование выполнено на объектно-ориентированном алгоритмическом языке высокого уровня интеграции команд PROSEL (PROcess SEquencing Language) фирмы Kent-Tieghi (Италия).
Рис. 1. Структура программного обеспечения
В модернизированной распределенной системе автоматизированного
управления (рис. 2) на каждом полимеризаторе установлен контроллер типа
PFCS-S японской фирмы Yokogawa, и два контроллера реализуют алгоритмы
управления узлом приготовления шихты.
Все контроллеры объединены в локальную сеть, которая имеет связь с
промышленными компьютерами верхнего уровня управления цехом. В свою
очередь, имеется выход на автоматизированную систему оперативнодиспетчерского управления (АСОДУ) всего предприятия. Повышенная надежность самих контроллеров с использованием иерархической структуры
управления позволяют лицу, принимающему решения минимизировать
ущерб от аварийных и чрезвычайных ситуаций.
204
Рис. 2. Конфигурация системы
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Чепелев, С.А. Комбинированное управление потенциально опасными технологическими системами [Текст]/С.А. Чепелев // Современные сложные системы управления: сб. тр. международной конф. –Воронеж: ВГАСУ,
2003 г. – С. 168-171.
РАЗДЕЛ IV МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И
УПРАВЛЕНИЕ В ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
УДК 658.5
ЗАДАЧИ МЕТОДОВ ТЕОРИИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭКОНОМИКИ И
УПРАВЛЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯМИ ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА
В.М. Бугаков (ВГЛТА)
Разработка методов теории функционирования экономики, организации и управления предприятиями лесного комплекса направлена на постановку основных задач менеджмента в экономических системах предприятий,
на разработку обоснования показателей контроллинга экономических процессов и возникающих производственно-экономических ситуаций на предприятиях лесной и деревообрабатывающей промышленности (см. рисунок).
© Бугаков В.М., 2008
205
В данном случае контроллинг реализует управление координацией и
информационным обеспечением процесса достижения конечных целей предприятия на основе обобщения учетных, аналитических, плановых и контрольных результатов хозяйственной деятельности.
Без разработки и использования таких показателей, без численного
анализа показателей управленческие решения в менеджменте лесопромышленными предприятиями будут носить декларативный характер и никакой
реальной пользы не дадут практике экономики и управления предприятиями
лесной отрасли.
Методы использования в менеджменте предприятий лесного комплекса
данных бухгалтерских балансов, отчетов о прибылях и убытках и других отчетов не дает возможность проводить численную оценку большинства текущих
экономических
показателей
контроллинга
производственноэкономической деятельности предприятий.
Поэтому разработка методов общей теории функционирования экономики, организации и управления предприятиями лесопромышленного комплекса с использованием системы экономических показателей апробированного в мировой практике метода «директор-костинг», который делит валовые
затраты на постоянные и переменные, включает в себя показатели выручки,
объемы производства, цены продукции, налоги и другие показатели.
Такой методический подход образует целую систему методов эффективного численного решения конкретных задач менеджмента в экономических системах при различных производственно-экономических ситуациях в
работе предприятий лесного комплекса [1].
Уместно отметить, что методы общих оценок описательных словесных
решений, без численных расчетов, той или иной ситуационной задачи менеджмента носят, в сущности, декларативный характер и не имеет никакой
научной, практической значимости.
Методические основы теории функционирования экономики, организации управления предприятиями лесозаготовок, лесопиления, деревообработки должны обеспечить проведение численного анализа показателей производственно-экономической деятельности в различных экономических ситуациях, в частности:
- при снижении, повышении спроса на лесопродукцию;
- при распределении лесных ресурсов на производство востребованных видов продукции лесозаготовок, лесопиления, деревообработки;
- при изменении сырьевых возможностей предприятий лесозаготовок,
лесопиления, деревообработки;
- в ситуациях корректировки ценообразования круглого леса для
внутреннего потребления, для внешней реализации;
- в ситуациях корректировки ценообразования продукции лесопиления, деревообработки, мебельного производства;
- при месячном, квартальном планировании выпуска сортиментов
круглого леса на арендных лесопромышленных предприятиях;
- в ситуациях необходимости повышения экономической эффектив-
206
ности переработки высокоценной древесины арендаторами лесфонда;
- при решении задач определения финансово-обеспеченного объема
выпуска лесной продукции арендатором лесфонда на конкретный период календарного года;
- оценки уровней безубыточности работы лесопромышленного
арендного предприятия по выпуску лесопродукции;
- при ситуации учета влияния НДС на финансово-обеспеченный объем производства лесопродукции;
- при обосновании запланированного объема прибыли и соответствующей цены единицы лесопродукции на очередной календарный период
года;
- решение задач накопления заданной суммы собственных финансовых средств с учетом налогов и НДС;
- ситуации оценки влияния скачков цен на материалы, тарифы энергоносителей на финансово-обеспеченные объемы выпуска лесной продукции;
- решение задач обоснования реалистического прогноза спроса на
выпускаемую лесопродукцию;
- оценки эффективности функционирования экономики, организации
и управления предприятиями лесного комплекса;
- задачи и эффективность реализации продукции лесозаготовок, лесопиления, деревообработки, мебели;
- ситуации управления ассортиментом многономенклатурного мелкосерийного производства предприятий лесного комплекса и др.
Весь этот большой комплекс самых разнообразных постоянно возникающих задач ситуационного управления в экономических системах лесозаготовительных, деревообрабатывающих предприятий лесного комплекса
должен решаться с использованием единой методики функционирования
экономики, организации и управления предприятиями лесной отрасли.
Теория методов численной оценки показателей производственноэкономических ситуаций и принятия управленческих решений должна базироваться на экономически обоснованных математических связях между экономическими показателями функционирования экономики и организации
предприятий лесного комплекса. Здесь, прежде всего, необходимо иметь
обоснованный набор контроллинга финансово-экономических показателей,
достаточно полно отражающий реальную производственно-экономическую
деятельность предприятий лесной отрасли.
Теория функционирования экономики, организации и управления
предприятиями лесопромышленного комплекса должна обеспечить разработку необходимых механизмов управления эффективным функционированием экономических систем предприятий лесного комплекса.
Универсальность методов теории функционирования экономики предприятий лесного комплекса дает возможность встраивания в эту теорию инструментов эффективного управления хозяйственными образованиями лесного комплекса [1].
207
Методы теории функционирования экономики, организации и управления предприятиями лесного комплекса
Разработка теории
формирования показателей контроллинга
функционирования
экономики предприятий
Методы
численной
оценки
показателей
возникающих
производственноэкономических ситуаций предприятия
Теория методов менеджмента в экономических системах лесного комплекса
Совокупность методов, приемов и средств управления лесопромышленным предприятием в рыночных условиях в целях максимизации
прибыли
Рисунок. Методические основы теории функционирования экономики
и управления предприятиями лесного комплекса
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бугаков, В.М. Менеджмент на предприятиях лесного комплекса
[Текст] / В.М. Бугаков. – Воронеж : ВГЛТА, 2008. – 267 с.
УДК 658.5
ЗАДАЧИ РАЗРАБОТОК ТЕОРИИ МЕНЕДЖМЕНТА В
ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ АРЕНДНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
ЛЕСОЗАГОТОВОК
В.М. Бугаков (ВГЛТА)
Методы решения задач управления в экономических системах арендных предприятий лесозаготовок должны быть основаны на использовании
новейших научных разработок, передового производственного опыта.
Нововведения в области теории метода решения задач управления в
экономических системах арендных предприятий должны характеризоваться
научно-теоретической новизной и реальным направлением на повышение
эффективности менеджмента (рис. 1).
Описательный характер, общие словесные положения менеджмента в
экономических системах рассматриваемых предприятий без использования
методов численных расчетов показателей производственно-экономических
ситуаций, без определения численных значений параметров показателей по© Бугаков В.М., 2008
208
следствий принятия управленческих решений не являются инновациями в
области решения задач управления в экономических системах предприятий.
Такой обычный, описательный подход к менеджменту в экономических системах предприятий не дает возможности разработать приемлемые
для практики механизмы поиска и принятия эффективных управленческих
решений.
В этой связи сущность нововведений в области теории методов решения задач управления в экономических системах лесозаготовок заключаются
в разработке системы показателей производственно-экономической деятельности лесозаготовительных производств, и детерминированных экономикоматематических связей между этими показателями.
При этом необходимо получить теорию методов численной оценки показателей производственно-экономических ситуаций и механизмов выработки и принятия эффективных управленческих решений. Без всего этого получаются не нововведения, а декларативные словесно-описательные подходы.
Разработки нововведений в области теории методов управления в экономических системах арендных предприятий лесозаготовок должны быть
направлены на повышение прибыльности, рентабельности лесозаготовительных производств.
В арендных предприятиях лесозаготовок выполняются технологические операции: отвод лесосек в рубку, прокладка лесовозных усов и трелевочных волоков наземной и воздушной трелевки, валки леса, наземная тракторная или воздушная трелевка, обрубка сучьев, раскряжевка хлыстов, погрузка на подвижной состав сортиментов круглого леса, вывозка и разгрузка
подвижного состава, сортировка, штабелевка круглых лесоматериалов на
складе. Лесозаготовительные работы весьма трудоемкие и энергозатратные.
Поэтому рентабельность лесозаготовок обычно низкая и даже часто убыточная. Особенно большие затраты приходятся на строительство лесовозных дорог, лесовозных усов и на лесосечные работы.
В проблеме повышения рентабельности, прибыльности лесозаготовок
ведущую роль играет качество лесосырьевой базы годичной, квартальной лесосеки. При проведении рубок ухода только в молодняках лесозаготовки
становятся убыточными. В этой связи лесозаготовки должны одновременно
проводиться в спелых и перестойных лесонасаждениях, где лесозаготовки
обычно прибыльные.
В этой связи возникает производственно-экономическая задача прогноза сырьевых возможностей годичной, квартальной лесосеки арендуемого
лесфонда, прежде всего по запасам пиловочного сырья для последующего
обеспечения сырьем лесопиления и деревообработки.
Арендатор лесфонда заинтересован использовать методы, механизмы
ценообразования и назначения цены сортиментов круглого леса для внутреннего использования на лесопиление, ценообразования и назначения цены на
сортименты круглого леса для внешней реализации, ценообразования и назначения цены на реализацию выпущенных пиломатериалов.
Теория метода прогноза лесосырьевых возможностей годичной лесосеки арендаторов лесфонда
Ценообразование круглых лесоматериалов для
внутренней переработки на предприятиях арендаторов лесфонда
Ценообразования продукции лесопиления арендаторов лесфонда
Ценообразование круглых лесоматериалов для
внешней реализации арендаторами лесфонда
ЛЕСОЗАГОТОВОК
ЗАДАЧИ РАЗРАБОТОК ТЕОРИИ МЕНЕДЖМЕНТА В ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ АРЕНДНЫХ ПРДПРИЯТИЙ
209
Теория метода планирования объемов производства сортиментов круглого леса на арендных лесопромышленных предприятиях
Теория
метода
определения
финансовообеспеченного объема выпуска лесопродукции
арендатором лесфонда на очередной календарный
период года
Оценка уровней прибыльности арендного лесозаготовительного предприятия по объему выпуска
лесопродукции
Теория метода учета влияния НДС на финансовообеспеченный объем производства лесопродукции
на очередной период года
Теория метода обоснования необходимых собственных и привлекаемых финансовых средств для
выпуска заказанного потребителями завышенного
объема лесопродукции
Рис. 1 Задачи разработок теории менеджмента в экономических системах арендных предприятий лесозаготовок
Следовательно, арендаторам лесфонда необходима разработка метода
планирования объемов производства различных сортиментов круглого леса
для планирования объемов лесозаготовок, лесопиления, деревообработки.
210
Экономике арендных лесозаготовок необходима теория метода определения финансово-обеспеченного объема выпуска лесопродукции и оценки
уровней прибыльности работы лесозаготовительного предприятия на определенный календарный период года.
Экономика лесозаготовок не имеет численного метода учета влияния
НДС на финансово-обеспеченный объем производства лесопродукции, нет и
теории метода численного обоснования необходимых сумм собственных и
привлекаемых финансовых средств для выпуска заказанного потребителями
объема лесопродукции.
Весь это комплекс инновационных задач теории методов управления в
экономической системе предприятий лесозаготовок направлен на повышение
прибыльности арендаторов лесфонда, занятых лесозаготовками.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бугаков, В.М. Менеджмент на предприятиях лесного комплекса
[Текст] / В.М. Бугаков. – Воронеж : ВГЛТА, 2008. – 267 с.
УДК 519.8:338.45:005
ЦЕНООБРАЗОВАНИЕ КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ
В ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ АРЕНДАТОРОВ ЛЕСФОНДА
ДЛЯ ВНЕШНЕЙ РЕАЛИЗАЦИИ
В.М. Бугаков (ВГЛТА)
В некоторых лесничествах лесопромышленная деятельность арендаторов ограничивается лесозаготовками с выпуском сортиментов круглого леса,
которые в значительных объемах реализуются сторонним потребителями.
На предприятиях лесного хозяйства ЦЧР России проводятся рубки
ухода за лесом, санитарные рубки, рубки переформирования древостоев. При
этом получаются деловые сортименты круглого леса из хвойных, твердолиственных и мягколиственных пород. Оптовые цены 1 м3 круглого леса этих
пород зависят от сорта, длины и диаметра бревен в верхних сечениях. Причем диаметры в верхнем отрубе бревен делятся на три категории: 14-24 см,
25-32 см, 33 см и более. Все лесоматериалы оцениваются по трем сортам, относительные цены Ц сортов круглого леса арендаторов по породам для каждой размерной группы достаточно близко совпадают, что показано в табл. 1,
где за единицу принята цена деловых бревен 1-го сорта.
При назначении конкурентоспособной цены 1 м3 деловой древесины 1го сорта можно определить оптовые цены 1 м3 древесины 2 и 3 сорта. Цена 1
м3 деловой древесины каждой породы и сортов обычно определяется спросом, а также ценами других производителей сортиментов круглого леса. Относительные цены 1 м3сортиментов круглого лес арендаторов по Воронежской области в зависимости от диаметра бревен показаны в табл. 2 [1].
© Бугаков В.М., 2008 г
211
Таблица 1
Относительные цены деловых сортиментов круглого леса по сортам
Наименование
Сорт
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Хвойные
Твердолиственные
Мягколиственные
Относительные цены деловых сортиментов по сортам диаметром, см
14-24
25-32
33 и более
1
1
1
0,93
0,93
0,93
0,88
0,88
0,88
1
1
1
0,9
0,9
0,9
0,8
0,8
0,8
1
1
1
0,92
0,92
0,92
0,86
0,86
0,86
Имея данные об объемах заготовки и реализации круглых лесоматериалов по породам, сортам, размерам можно вычислить средневзвешенную
цену 1 м3 деловой древесины за истекший квартал (Ц). На очередной квартал
представляется возможным определить средневзвешенную цену 1 м3 деловых сортиментов, а также цены круглого леса по породам, сортам и размерам.
Общий объем спроса на сумму объемов всех сортиментов круглого леса ∑ Vigr ( t ) известный на очередной квартал (t), где i количество и виды сорigr
тиментов круглого леса, выпускаемых предприятием; g – количество сортов
круглых лесоматериалов (g = 1, 2, 3); r количество древесных пород в лесозаготовительном фонде.
На очередной квартал (t) для заготовки сортиментов круглого леса
имеются собственные резервные финансовые средства Ссрс(t) и могут быть
получены краткосрочные заемные средства Скр(t) с погашением в (t+1) квартале.
Таблица 2
3
Относительные цены 1 м сортиментов круглого леса в зависимости от
их диаметра
Наименование
Хвойные
Твердолиственные
Мягколиственные
Сорт
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Относительные цены деловых сортиментов по сортам диаметром, см
14-24
25-32
33 и более
0,90
0,92
1
0,92
0,93
1
0,93
0,94
1
0,86
0,91
1
0,88
0,93
1
0,90
0,93
1
0,85
0,93
1
0,86
0,93
1
0,86
0,93
1
212
В рассматриваемый квартал (t) предприятие обязано погашать определенную часть ранее полученных заемных средств. Переменные затраты на
заготовку 1 м3 деловых сортиментов U(t) на очередной квартал известные из
калькуляции себестоимости. Сумма переменных затрат (производственных
затрат) на очередной квартал составляет ∑ Vigr ( t ) U( t ) . Постоянные затраты
igr
на очередной квартал Z(t) известны и включают в себя непроизводственные
затраты, например, за прошедший квартал с учетом корректив на очередной
квартал (t).
При принятом разделении затрат ясно, что фактический финансовообеспеченный объем производства лесной продукции ∑ Vigr ( t )ф в квартале
igr
(t) представляет собой дробь, числителем которой являются располагаемые у
арендатора финансовые средства на этот период Ссрс(t), заемные средства
Скр(t), плюс поступления в этот квартал средств от реализации произведенной в этот период продукции ∑ Vigr ( t ) ⋅ Ц igr ( t ) ⋅ α 0 , а также поступления
igr
средств в данном квартале (t) от реализации продукции, произведенной в
предыдущие кварталы ∑ Vigr ( t − k ) ⋅ Ц igr ( t ) ⋅ α k , минус постоянные затраты
igr
Z(t) в период (t), а знаменателем переменные затраты U(t), приходящиеся на
1 м3 сортиментов круглого леса, минус выручка от продажи лесоматериалов
в период (t) и реализованных в этот же период на 1 м3 круглых лесоматериалов.
Математическая интерпретация указанной дроби имеет вид
C cpc ( t ) + C kp ( t ) + ∑ Vigr ( t ) ⋅ Ц igr ( t ) ⋅ α 0 + ∑ V igr ( t − k ) ⋅ Ц igr ( t ) ⋅ α k − Z( t )
igr
∑ Vigr ( t ) ф =
igr
igr
(
1
)
U( t ) − α 0 Ц ( t )
,(1)
где α0 – удельный относительный вес (в долях единицы) реализованного в период (t) объема круглых лесоматериалов, заготовленных в этот период;
αk – удельный относительный вес (в долях единиц) реализованной лесной продукции в виде сортиментов круглого леса, заготовленных в предыдущие кварталы (t-k), выручка от которых поступает на счета предприятия в
период (t);
Ц(1)(t) – средневзвешенная цена 1 м3 сортиментов круглого леса на период (t) в соответствии с номенклатурой спроса (по сортиментам, сортам, породам) на период принятия потребителями лесоматериалов;
Цigr – цена реализации 1 м3 круглого i-го сортимента, g – размерносортной группы, r – породы древесины.
Выражение (1) для фактического финансово-экономического объема
лесозаготовок ∑ Vigr ( t )ф в период (t) учитывает реальные условия функциоigr
нирования лесозаготовительного производства в условиях рыночной экономики, при которой у арендатора лесфонда могут быть четыре источника те-
213
кущего финансирования: собственные средства Ссрс(t), заемные средства
Скр(t), поступления выручки от реализации лесной продукции произведенной
в период (t) ∑ Vigr ( t ) ⋅ Ц igr ( t ) ⋅ α 0 , поступления выручки в период (t) от реалиigr
зации лесной продукции, произведенной в прошлые (t-k) кварталы
∑ Vigr ( t − k ) ⋅ Ц igr ( t ) ⋅ α k .
igr
Зависимость (1) получена из уравнения баланса финансовых средств,
которыми будет располагать арендатор в очередной квартал (t) и суммы переменных
∑ Vigr ( t ) U( t ) и постоянных Z(t) затрат для производства финансовоigr
обеспеченного объема лесной продукции в виде сортиментов круглого леса
∑ Vigr ( t )ф
igr
Баланс финансовых средств (2)
Ссрс ( t ) + C kp ( t ) + ∑ Vigr ( t ) ⋅ Ц igr ( t ) ⋅ α 0 + ∑ Vigr ( t − k ) ⋅ Ц igr ( t ) ⋅ α k =
igr
= ∑ Vigr ( t ) U( t ) + Z( t ) .
igr
(2)
igr
В левой части выражения (2) имеющиеся в наличии и поступающие в
период (t) финансовые средства, в правой части – требуемые переменные и
постоянные затраты лесозаготовительного производства арендатора на очередной квартал (t).
Уравнение баланса финансовых средств характеризует возможности
арендатора лесфонда приобрести все необходимые для производства объема
лесной продукции ∑ Vigr ( t )ф материальные ресурсы, оплатить труд персоigr
нала предприятия, сделать отчисления на компенсацию израсходованных основных фондов производства, оплатить постоянные расходы предприятия,
платежи во внебюджетные фонды и др.. Уравнение (1) не учитывает налога
на прибыль, который влияет на финансовое состояние предприятия арендатора, а значит на финансовую обеспеченность объема производства лесной
продукции ∑ Vigr ( t )ф . Налог на прибыль βпр взимается тогда, когда предigr
приятие имеет прибыль от лесозаготовок Рвл(t), т.е. Рвл(t)>0.
Прибыль вычисляется по формуле:
⎤
⎡
Р вл ( t ) = ⎢ ∑ Vigr ( t ) ⋅ Ц igr ( t ) ⋅ α 0 + ∑ Vigr ( t − k ) ⋅ Ц igr ( t ) ⋅ α k ⎥ −
igr
⎦⎥
⎣⎢igr
⎤
⎡
− ⎢ ∑ Vigr ( t ) U( t ) + Z( t )⎥
(3)
⎦⎥
⎣⎢igr
Если Рвл(t)>0, то с предприятия удерживается налог Нпр на прибыль:
214
Н пр = βпр Р вл ( t ) = βпр [ ∑ Vigr ( t ) ⋅ Ц igr ( t ) ⋅ α 0 + ∑ Vigr ( t − k ) ⋅ Ц igr ( t ) ⋅ α k −
igr
igr
− ∑ Vigr ( t ) U( t ) − Z( t )] ,
(4)
igr
где βпр – норма налога на прибыль в долях единицы, βпр<1.
С учетом налога на прибыль фактический финансово-обеспеченный
объем заготовки деловых сортиментов круглого леса ∑ Vigr ( t )ф на квартал
igr
(t) без использования резерва собственных Ссрс и заемных Скр (t) будет определяться зависимостью
⎡
⎤
(1 − β пр) ⎢ ∑ Vigr ( t ) ⋅ Ц igr ( t ) ⋅ α 0 + ∑ Vigr ( t − k ) ⋅ Ц igr ( t ) ⋅ α k − Z( t )⎥
⎢⎣igr
⎥⎦
igr
. (5)
∑ Vigr ( t ) ф =
(
1
)
[ U( t ) − α 0 Ц ( t )
igr
Это выражение, исходя из заданного объема прибыли, дает возможность на очередной квартал (t) вычислить Ц(1)(t) – средневзвешенную цену 1
м3 сортиментов круглого леса.
∑ Vigr ( t ) ф (1 − β пр ) U( t ) + Z( t )
Ц (1) ( t ) =
igr
.
(6)
⎤
⎡
(1 − βпр ) ⎢ ∑ Vigr ( t ) ⋅ α 0 + ∑ Vigr ( t − k ) ⋅ α k ⎥
igr
⎥⎦
⎢⎣igr
Средневзвешенная цена 1 м3 сортиментов круглого леса дает возможность с использованием данных табл. 2 достаточно обоснованно установить
цены на реализацию сортиментов (i) в период (t), по породам (r), размерам и
сортам (g). Если объем прибыли будет необоснованно на очередной квартал
Рвл(t) завышен, то цены сортиментов круглого леса могут оказаться неконкурентоспособными, что резко снизит спрос на деловую древесину круглого
леса.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бугаков В.М. Менеджмент на предприятиях лесного комплекса
[Текст] / В.М. Бугаков. – Воронеж : ВГЛТА, 2008. – 267 с.
УДК 509.95
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СИСТЕМНЫХ СВЯЗЕЙ
ЭКОНОМИКИ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ ГАЗОВЫХ
СЕТЕЙ, И АЛГОРИТМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИНАНСОВО
ОБЕСПЕЧЕННОГО ОБЪЕМА СТРОИТЕЛЬСТВА ГАЗОПРОВОДОВ
Е.М. Михайлов (ВГЛТА)
В РФ ежегодно растут объемы строительства региональных газовых
сетей. Эти работы являются весьма затратными, и существующая система
управления не отличается высокой эффективностью. Газовая промышлен© Михайлов Е.М., 2008
215
ность представляет собой прогрессивно развивающуюся отрасль народного
хозяйства, газ является наиболее экономичным, технологичным энергоносителем. Для тепловых электростанций, для промышленных тепловых установок, и жилищно-коммунального хозяйства природный газ, по сравнению с
другими энергоносителями, является предпочтительным.
Система газоснабжения – один из элементов национальной экономики,
от надежного и эффективного функционирования которой зависит нормальная работа и жизнь граждан России. Применяемые управленческие решения
базируются на использовании проектно-сметной документации и возникающей производственно-экономической ситуации. Эти решения имеют налет
субъективизма, без точного численного анализа экономических последствий, принимаемых экономических решений. Оценка экономических показателей работы и выработка управленческих решений на предприятиях по
строительству газовых сетей обычно проводиться по данным бухгалтерских
балансов и отчетам по прибылям и убыткам, что дает возможность оценить
экономическое состояние на последний день квартала года. Но этих отчетных данных недостаточно для прогноза развития экономики предприятия и
выработки наиболее эффективных управленческих решений по целому ряду
ситуаций на ближайшую и более отдаленную перспективу. Аварийность газопроводов по износу характеризуется значительным экономическим ущербом. Достаточное финансирование экологического мониторинга за газопроводами, снижение риска аварий дает, в конечном счете, крупный экономический эффект.
Математические модели системных связей экономического управления
предприятия по строительства газовых сетей ОАО «Щекиногазстрой» решает комплекс вопросов, научных задач социально-экологических аспектов
управления экономикой строительства газовых сетей, создания информационного обеспечения и математических моделей системных связей в управлении экономикой предприятий по строительству газовых сетей.
При строительстве газопроводов, предприятия затрачивают значительную часть своих ресурсов на защиту и восстановление окружающей среды,
что определено рядом законодательных положений. Значение эффективного
эколого-экономического мониторинга трудно переоценить, т.к. снижение
рисков , возможных аварий и сопутствующего ущерба дает большую экономию финансовых средств.
При принятом разделении затрат ясно, что финансово обеспеченный
объем строительства трубопровода Х(n) представляет собой дробь. Математическая формализация для возможного объема строительства трубопровода
Х(n) имеет вид:
X(n)=
.
В формуле (1) приняты следующие обозначения:
Ссрс- собственный капитал предприятия;
Скр- сумма заемных средств;
Zn- постоянные издержки;
(1)
216
Un- переменные затраты;
Ц- цена за километр трубопровода;
X(n)=
=35 км.
Уравнение баланса финансовых средств
(2)
Х(n)*U(n)+Z(n)=Ссрс+Скр+Ц*X(n).
В левой части этого выражения – требуемые затраты, в правой части –
имеющиеся в наличии финансовые средства.
Уравнение (1) не учитывает налог на прибыль, который влияет на финансовое состояние предприятия. Налог взимается, если Рв>0.
Прибыль вычисляется по формуле
(3)
Рпр=(Ц*X(n))-(X(n)*U(n)+Z(n)),
Рпр=(20*35)-(35*19+23)=12млн р.
Если Рпр>0, то с предприятия удерживается налог на прибыль:
(4)
Нпр=βпр*Рпр ,
где βпр-норма налога на прибыль (0,24%)
Нпр=0,24*12=2,9 млн. р.
С учетом налога на прибыль финансово - обеспеченный объем строительства определяется зависимостью:
X(n)=(1-βпр)*
,
(5)
X(n)=(1-0,24)*
=27 км.
Выражение (3) характеризует валовую прибыль, однако, чистая прибыль будет меньше валовой. С учетом налога на прибыль чистая прибыль Рr
будет определяться зависимостью
(6)
Рr=Pпр*(1-βпр),
Рr=12*0,76=9,2 млн.р.
Ранее зависимости были получены без учета НДС (βi). Для учета НДС в
математическое выражение для определения объема строительства необходимо ввести множитель (1-βi) в выражение для выручки, скорректировать в
сторону уменьшения величины переменных (U) и постоянных (Z)затрат на
величину НДС. Обозначим скорректированные значения символами (U) и (Z)
соответственно. Норма НДС βi =0.13%.
(7)
U(n)=U(n)*(1-βi),
U(n)=19*0,87=16 млн р,
(8)
Z(n)=Z(n)*(1-βi),
Z(n)=23*0.87=20 млн р.
Математическая зависимость для определения объема строительства
трубопровода с учетом налога на добавленную стоимость (НДС):
Xn=
X(n)=
,
(9)
30км.
217
Очевидно, что изъятие выручки в период n в виде НДС приведет к
уменьшению всех видов прибыли (Pr и Рпр).
Для проведения вычислений по рассмотренной выше математической
модели целесообразно использовать компьютерную программу.
На рисунке представлен алгоритм определения финансово обеспеченного объема строительства трубопровода на период (n). Используя уравнение
(9) вычислим величину Х (n) на период (n). Известен фактический объем
строительного подряда Х(n)ф.
Если Х(n) > Х(n)ф, то объем подряда на период (n) финансово обеспечен.
Х(n)ф=37 км. Х(n)=30 км.
Условие выполнено, следовательно, объем подряда на период (n) финансово обеспечен.
Начало
Ввод исходных данных: Ссрс, Скр, βi, βпр, Ц, Zn, Un, Xnф
Вычисление финансово обеспеченного объема строительства
трубопровода на период (n), по формуле (9)
Хn≥Xnф
Объем строительного подряда Хnф
на период n финансово обеспечен.
Изыскание дополнительной суммы заемных
средств,
Сзс=∆Хnф*Un
Объем строительного
подряда Хnф на период n
финансово обеспечен
Конец
Конец
Рисунок. Алгоритм определения и оценки финансово обеспеченного
объема строительства трубопровода.
Предприятия по строительству газовых сетей России имеют значительные резервы повышения прибыльности за счет оперативного численного
анализа фактических экономических показателей работы и своевременной
218
выработки эффективных управленческих решений в тех или иных финансово-экономических ситуациях. Для повышения эффективности управления,
необходимо иметь математические модели системных связей, показателя
экономики предприятия, алгоритмы принятия ситуационных решений, направленных на снижение затрат и повышения прибыли строительных организаций. В этой связи в работе уделено необходимое внимание рассмотрению ряда экономико-математических моделей, разработке алгоритмов, программ ЭВМ по выработке эффективных управленческих решений, которые
повышают прибыль предприятий.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Балабанов, И.Т. Основы финансового менеджмента [Текст] / И.Т.
Балабанов. – М.: Финансы и статистика, 1995. – 374 с.
2. Петровский, В.С Математическое моделирование экономических
систем [Текст] /В.С. Петровский. – Воронеж: ВГЛТА, 2000. – 178 с.
3. Экономико-математические методы и модели Текст] / под ред. Кузнецова А.В. – Минск: БГЭУ, 2000. – 412 с.
УДК 519.8:338.45:005
ОСНОВНЫЕ ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ
МЕХАНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ В ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
МНОГОНОМЕНКЛАТУРНОГО МЕЛКОСЕРИЙНОГО
ПРОИЗВОДСТВА МЕБЕЛИ
В.С. Петровский, Г.В. Степанов (ВГЛТА)
Действующий механизм функционирования товарного ранка продукции мебельной промышленности основан на исследовании конкретных участников товарного ранка и учитывает влияние как внешних, так и внутренних факторов, способных изменить рыночную или производственную ситуацию в определенный момент времени. Механизм позволяет в полном объеме
реализовать стоящие перед ним цели и задачи, способствует результативному функционированию товарного рынка.
За годы институциональных преобразований в экономике России с
1992 года произошли коренные изменения организационно-экономических
структур производителей мебели и организаций ее сбыта. В этих преобразованиях были апробированы методы, механизмы хозяйственного расчета, самофинансирования и самоокупаемости, возникли экономические инструменты инфраструктуры ранка и методы использования договорных цен на мебель, арендные отношения и способы приватизации. И как следствие совершенно исчез ранее дефицит всех видов мебели на фоне плотной конкуренции
ее производителей, а также торговых организаций. По качеству, потребительским свойствам, по характеристикам функционального назначения мно© Петровский В.С., Степанов Г.В., 2008
219
гие виды отечественной мебели приблизились к лучшим мировым стандартам. От всего этого в значительной степени выиграл и отечественный покупатель мебели [1].
Конкуренция производства, реализации мебели стали основной причиной поиска новых, более эффективных методов, механизмов управления в
экономических системах производства и реализации мебели. При этом финансово-экономическое положение предприятий главным образом зависит от
уровня спроса на эту продукцию, а уровень спроса зависит от цены на мебель, качества ее изготовления, дизайна, потребительских свойств, долговечности, функциональных особенностей, наконец от названия, бренда компании, выпускающей мебель.
В связи с исчезновение дефицита мебели покупатели предъявляют все
более жесткие требования к ее качеству и цене. В такой обстановке производители стремятся постоянно решать технологические, экономические задачи
повышения качества мебели и устанавливать цены в соответствии с этим качеством, с учетом спроса на мебель и цен аналогичной мебели других производителей.
Снижение издержек производства, реализации является одним из основных механизмов поддержания конкурентоспособности цен на мебельную
продукцию. Эти задачи решаются в основном переходом на новые технологии с использованием новейшего оборудования и квалифицированных кадров, при этом освобождается часть работающих, которые переводятся на
другие, действительно необходимые работы.
Контроль издержек производства, реализации проводится по данным
квартальных, годовых бухгалтерских балансов без оценки издержек выпуска,
реализации на один набор того или иного типоразмере мебели. Такой подход
не дает возможности определить отдельно издержки по всей номенклатуре
типоразмеров мебели, т.е. не определяются издержки на новейшие образцы
наборов мебели и на образцы, которые были новыми в прошлые периоды
времени.
Достаточно эффективным механизмом управления в экономической
системе многономенклатурного мелкосерийного производства и реализации
мебели являются маркетинговые мероприятия продвижения этой продукции
к потребителям других регионов с помощью выставок, заключением договоров с мебельными магазинами, оптовыми покупателями, открытием собственных магазинов мебели, рекламной и других видов маркетинговой деятельности. При этом производитель, торговый дом часто получают негативные оценки потребительских свойств, качества и возможно завышенной цены мебели, что является основой дальнейшего совершенствования системы
выпуска и реализации мебели.
Стала обычной система реализации мебели по индивидуальным заказам с учетом пожеланий покупателей по формированию наборов мебели отдельными модулями, соответствующей отделкой, фурнитурой и т.д. В эту
систему работы включаются производственно-технологические, сбытовые,
транспортные, сервисные подразделения, что обеспечивает достаточно бы-
220
строе выполнение заказов, качественную сборку мебели непосредственно у
заказчика. Все это практически устраняет различные недоразумения между
продавцом и покупателем мебели и дает в сущности хорошую рекламу как
этой мебели, так и ее производителю. использование механизма «покупатель
всегда прав» стимулирует повышение качества мебели и повышение ее спроса, формирует показатели устойчивости рынка данной мебели.
При поступлении единичных заказов по всей большой номенклатуре
выпускаемой мебели в условиях достаточно быстрого выполнения заказов
возникает ряд производственных, снабженческих, технологических, транспортных, сервисных трудностей, которые необходимо преодолеть. Механизм
решения этих организационно-технологических задач являются ежедневные
оперативные планерки с поиском решений текущих вопросов по всей цепи
производства и поставки покупателям наборов мебели. Но этому механизму
не хватает компьютерной системы мониторинга все этой цепи выпуска потребителям мебели. Такая система нужна хотя бы потому, что многие вопросы на планерках приходится решать в условиях некоторой неопределенности,
слабой информированности по отдельным звеньям всей цепи выпуска, реализации и доставки продукции покупателям.
Весьма эффективным механизмом повышения конкурентоспособности
выпускаемых наборов мебели является систематический, целенаправленный
мониторинг качества, цен мебели отечественных и, главным образом, зарубежных производителей, которые часто служат эталоном качества, дизайна,
потребительских свойств мебели.
Своевременное получение информации по качеству, конструкциям, ценам, технологиям, отделочным материалам выпуска мебели зарубежными, а
также и отечественными производителями дает возможность поддерживать
уровень качества мебели, близкое или даже равное к лучшим зарубежным
образцам. В этой связи значение производственно-экономических связей с
зарубежными фирмами трудно переоценить.
Для оперативной разработки, технологического, маркетингового освоения выпуска и реализации высококачественных, конкурентоспособных,
пользующихся спросом наборов мебели, весьма эффективным организационно-производственным механизмом является создание и организация творческих групп конструкторов, дизайнеров, технологов, экономистов, занятых
постоянным поиском эффективных решений по перспективному улучшению
качества мебели и продвижению ее на рынки сбыта.
Опыт показывает, что весьма результативным механизмом повышения
эффективности функционирования экономической системы выпуска мебели
является создание благоприятного морального климата, экономической заинтересованности работников в производстве и реализации высококачественной мебели, а оперативном выполнении индивидуальных заказов, в удовлетворении запросов покупателей.
Значительная, часто основная, часть наборов мебели производится за
наличный расчет по заказам населения, что обеспечивает быстрый оборот
финансовых средств предприятия. А это является надежным механизмом
221
стабилизации финансовой устойчивости, платежеспособности предприятия.
Но часть мебельных наборов по целому ряду типоразмеров производится по
заказам удаленных от производителя оптовых покупателей. В этих ситуациях
оборот финансовых средств значительно увеличивается, особенно в случаях
производства крупных заказов мебели, иногда предварительной оплаты.
Рассмотренные механизмы управления в экономических системах многономенклатурного мелкосерийного мебельного производства и сбыта действуют комплексно, позитивно влияя на эффективность функционирования
всей цепи производства и реализации мебели [1].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Степанов Г.В. Математические модели, алгоритмы управления в
экономических системах реализации многономенклатурной мелкосерийной
продукции промышленности [Текст] /Г.В. Степанов. – Воронеж: ВГУ, 2007. –
210 с.
УДК 336.6(075.8)
НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ ВЫПУСКА МЕБЕЛИ
ИЗ ДРЕВЕСИНЫ В АРАБСКИХ СТРАНАХ
Намир К.Халаф ( Ирак)
Перспективное развитие отрасли мебельной промышленности содействует экономическому развитию в рамках арабского сообщества и требует
большого количества рабочей силы, стимулирует рост местного производства, способствует увеличению объема экспорта и получение иностранной валюты от экспортных доходов.
Увеличение годовых темпов роста спроса на мебель в арабских странах, особенно в Арабском заливе и на Ближнем Востоке, на протяжении последних лет свидетельствует о перспективах расширения этой деятельности
на основе модернизации мебельных производств.
В настоящее время необходимо совершенствовать производственный
потенциал и импорт высоких технологий, деревообработки которые обеспечивают повышение качества мебельной продукции.
Расширение мебельной промышленности в арабских странах связано с
такими факторами как:
- увеличение разрыва в доле вклада отечественного производства,от
импорта, как это имеет место в приобретении мебели из древесных материалов;
- низкий уровень качества продукции на местных небольших фабриках;
- отсутствие единого типоразмерного производства мебели из древесины;
- акцент на развитие малых и средних предприятий;
© Намир К. Халаф, 2008
222
- требуемое высокое качество эксплуатационных характеристик мебели;
-недостатки отечественного производства мебели связаны с малым
финансированием специализированных исследований по повышению качества мебели;
-из годового экспорта мебельной продукции реэкспорт составляет две
трети от общего объема экспорта мебели арабских государств;
- рост годового спроса мебели составляет 8,3% в год, продолжается
увеличение импорта мебели;
- мебель многих местных малых мебельных предприятий отличается
недостаточно высоким качеством.
Все эти факторы в целом определяют позитивные тенденции развития
и расширения мебельной промышленности в арабских странах.
В области промышленного развития в арабских странах, преобладает
частное производство, поощряется расширение существующих предприятий
и создаются новые промышленные проекты.
Что же касается мебельной промышленности, нужно принять во внимание следующее:
- Создание новых проектов мебельных фабрик направлено на выпуск
типичных типоразмеров офисной мебели, мебели для спален и другой мебели
высокого качества. Проект может использовать существующие законы, направленные на привлечение иностранных инвестиций в области мебельной
промышленности в арабском регионе, с возможным участием европейских
или азиатских компаний в новых проектах по расширению существующих
предприятий производства мебели.
- Модернизацию существующих мебельных предприятий за счет использования современных технологий производства, проектирования, обучения работников.
Ограничения, которые обуславливают недостаточное использование
имеющихся ресурсов мебельных фабрик в арабских странах :
- отсутствие базовых производственных ресурсов, в том числе лесоматериалов;
- зависимость от импорта материалов, что влияет на объем оборотного
капитала и финансов для новых проектов мебельных производств;
- недостаток финансирования государственными банками промышленного развития и обращение к коммерческим банкам, а это высокие проценты,
влияющие на себестоимость мебельной продукции, а, следовательно. трудности реализации;
- отсутствие современных систем экономического управления, что
приводит к неудовлетворенным результатам, влияющим на выполнение планов и программ производства мебели;
- использование малоквалифицированной рабочей силы снижает производительность труда, в связи с чем наблюдается увеличение объемов отходов материалов на различных этапах мебельного производства, а также невысокий уровень качества продукции;
223
- демпинг мебельной продукции, поступающей из стран ЮгоВосточной Азии на арабские рынки, снижает конкурентоспособность отечественной мебельной продукции;
- развитие крупных проектов многих мебельных фабрик происходит
без учета того, что внутренний рынок, потребляет в больших объемах ввозимую мебель;
- недостаток квалифицированной рабочей силы на фабриках;
- колебания цен на основные материалы на местных и на зарубежных
рынках;
- цены на техническое обслуживание, запасные части, оборудование
мебельной промышленности имеют тенденции роста;
-слабая загрузка производственных мощностей многих мебельных
фабрик;
- недостаточно высокая эффективность маркетинга мебели;
В промышленном секторе в арабских странах, особенно в Арабском заливе и на Ближнем Востоке, поощряется расширение новых проектов производства мебели, увеличение вклада этого сектора в ВВП, поэтому необходимо иметь в виду следующее:
- исследование эффективности существующих предприятий мебельной
отрасли, совершенствование, стремление к использованию новых производственных линий и современных технологий;
- необходимость пересмотра административных систем и разработка
новых систем, соответствующих современному промышленному управлению, что способствует снижению издержек производства и повышению эффективности производства, а также высокой экономической отдаче;
- создание новых проектов мебельной промышленности , подкрепленных технико-экономическими обоснованиями, специализирующихся на продукции типичной офисной мебели и другой мебели высокого качества;
- подготовка кадров, повышение производительности труда позволяет
воспользоваться современными методами, которые поднимают уровень дизайна и технических инноваций в мебельной промышленности;
-использование законов, направленных на привлечение иностранных
инвестиций в области промышленности в арабских странах, участие в исследовании европейских, азиатских и других новых проектов, в расширении
существующих предприятий производства мебели;
- финансирование в области научных исследований и разработок по
повышению качества мебельной продукции, сокращению отходов, совершенствованию контроля на всех этапах производства, а также максимальному использованию активов, что отражается на качестве производства, производительности труда и эффективности проектов мебельной промышленности.
224
УДК 509.95
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ В
ЭКОНОМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ МАЛОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
ОАО ЩЕКИНОГАЗСТРОЙ
Е.М.Михайлов (ВГЛТА)
Исследование финансового состояния предприятия. Финансовое состояние предприятия, его устойчивость во многом зависят от оптимальности
структуры источников капитала, от соотношения собственных и заемных
средств и от оптимальности структуры предприятия, и в первую очередь от
соотношения основных и оборотный средств, а также от уравновешенности
активов и пассивов .
В этой связи приведем оценку структуры источников капитала и оценим степень финансовой устойчивости и финансового риска.
Вычислим следующие показатели:
Кфн - коэффициент финансовой независимости (автономии), как отношение собственного капитала к общей валюте баланса;
Кфз - коэффициент финансовой зависимости, как отношение заемного
капитала к общей валюте баланса;
Кфр - коэффициент финансового рычага или финансового риска, как
отношение заемного капитала к собственному капиталу. Представляется
вполне обоснованным, что чем выше уровень финансовой независимости
(Кфн), тем устойчивее финансовое состояние предприятия. Но за три анализируемых года, финансовая независимость снизилась в 0.7 раза, коэффициент
финансовой зависимости (КФЗ) увеличился в 1 раз, коэффициент финансового рычага (КФР) увеличился в 1,4 раза.
Таблица 1
Структура источников капитала и финансовое состояние предприятия
Финансовый показатель
На конец года
2003
2004
Собственный капитал
56751
35532
Общая валюта баланса
214779
228205
Заемный капитал
158028
192673
Коэффициент финансовой не- 0,26
0,16
зависимости, Кфн
Коэффициент финансовой за- 0,74
0,84
висимости Кфз
Коэффициент
финансового 2,8
5,4
рычага Кфр
2005
46854
276183
229329
0,17
2006
48432
239324
190892
0,2
0,83
0,8
4,9
3,9
Изменения, которые произошли в структуре капитала с позиций малого
предприятия и с позиций инвесторов могут быть оценены совершенно по© Михайлов Е.М., 2008
225
разному. Для кредиторов предпочтительней является ситуация, когда доля
собственного капитала у производственного предприятия более высокая - это
снижает и даже исключает финансовый риск. Но малое предприятие - «Щекиногазстрой» был экономически заинтересован в привлечении необходимых
заемных средств:
1.Выплачиваемые проценты по заемному капиталу рассматриваются
как расходы и не включаются в налогооблагаемую прибыль.
2.Расходы на выплату процентов для предприятия за последние годы
были значительно ниже прибыли, подученной от заемных средств в обороте
предприятия, в результате чего повышалась рентабельность собственного
капитала.
В рыночных условиях свободного предпринимательства значительная
и увеличивающаяся доля собственного капитала совсем не означает улучшения.
Наоборот, использование заемных средств, говорит о гибкости малого
предприятия, его способности получать кредиты и возвращать их, т.е. о доверии к нему в деловом мире. Наиболее обобщенным из рассматриваемых
показателей является коэффициент финансового рычага, остальные показатели в определенной степени характеризуют его величину. Обоснованных
нормативов соотношения заемных и собственных средств просто нет, они не
могут быть одинаковыми для различных отраслей и предприятий.
Доля собственного и заемного капитала в формировании активов предприятия и уровень финансового рычага зависят не только от отраслевых особенностей предприятий, но и от степени их крупности. На крупных предприятиях, по сравнению с малыми предприятиями, капитал оборачивается более
медленно и здесь высока доля долгосрочных активов, а коэффициент финансового рычага не может быть высоким .
Постоянная часть оборотных активов - это тот минимум, который необходим предприятию для осуществления операционной деятельности и величина которого не зависит от сезонных колебаний объемов реализации продукции. В этом случае оборотные активы, как правило, полностью финансируются за счет собственного капитала. Переменная часть оборотных активов
подвержена колебаниям в связи с сезонными изменениями объемов укладки
трубопровода. На рассматриваемом предприятии значительная часть активов
финансируется обычно за счет краткосрочного заемного капитала. А на предприятиях, при консервативном подходе к финансированию в основном за
счет собственного капитала.
В табл. 2 определены некоторые нормативы удельных весов видов активов и возможные подходы к их финансированию .
Для ОАО «Щекиногазстрой» проведем исследование и вычислим близкие к нормативным величинам показатели коэффициентов финансовой независимости, зависимости и финансового рычага для агрессивного, умеренного
и консервативного подхода к финансированию активов для 2003года.
226
Таблица 2
Нормативы удельных весов видов активов и подходы к их финансированию
Виды активов
внеоборотные
активы
Удельный вес, % на конец года
Подход к финансированию
2003 2004
2005
2006
Агрессивный
18
11
11
17
Умеренный
50%-СК
30%ДЗК
70%-СК
20%ДЗК
80%-СК
100%КЗК
100%КЗК
40%-ДЗК
60%-СК
Постоянная
часть оборотных 16
активов
15
Переменная
часть оборотных 66
активов
68
9
80
7
82
50%-ДЗК
Консервативный
20%ДЗК
80%СК
100%СК
50%СК
50%СК
При агрессивной финансовой политике:
Кфн=18*0,6+16*0,5+66*0=18,8%
Кфз=100-18,8=81,2%
Кфр=81,2:18,8=4,3
При умеренной финансовой политике:
Кфн=18*0,7+16*0,8+66*0=25,4%
Кфз=100-25,4=74,6%
Кфр=74,6:25,4=2,9
При консервативной финансовой политике:
Кфн=18*0,8+16*1+66*0,5=63,4%
Кфз=100-63,4=36,6%
Кфр=36,6:63,4=0,6
Расчет проведен за 2003 год. Аналогично проводятся расчеты для других годов.
Таблица 3
Показатели финансовой независимости, зависимости финансового рычага предприятия
Годы
2003
2004
2005
2006
Подход к финансированию
Агрессивный
Кфн
Кфз
Кфр
18,8
81,2
4,3
17,7
82,3
4,6
11,1
88,9
8
10,1
89,9
8,9
Умеренный
Кфн
Кфз
25,4
74,6
23,9
76,1
14,9
85,1
13,3
86,7
Кфр
2,9
3,1
5,7
6,5
Консервативный
Кфн
Кфз
63,4
36,6
62,6
37,4
57,8
42,2
56,8
43,2
Кфр
0,6
0,6
0,7
0,8
Сопоставляя данные табл. 2 и 3 видно, что ОАО «Щекиногазстрой» в
2003 г проводил достаточно умеренную финансовую политику, но к 2006 г.
227
финансовая политика приблизилась по своим характеристикам к агрессивному типу, так как за 4 года финансовая независимость снизилась в 0,7 раза,
финансовая зависимость увеличилась в 1 раз, а коэффициент финансового
рычага возрос в 1,4 раза.
Коэффициент финансового рычага в 2006 году явился именно тем рычагом ОАО «Щекиногазстрой», с помощью которого увеличивается экономический потенциал предприятия. Положительный эффект финансового рычага (ЭФР) показывает, на сколько процентов увеличивается сумма собственного капитала за счет привлечения заемных средств в оборот предприятия, а рентабельность совокупного капитала выше средневзвешенной цены
заемных ресурсов.
Вот почему при этих условиях малому предприятию было выгодно
увеличивать плечо финансового рычага, т.е. долю заемного капитала. Поэтому предприятие с 2003г, начало проводить умеренную финансовую политику
и к 2006 году подошло к использованию весьма эффективных методов агрессивной финансовой политики, при этом заслужив устойчивое доверие в деловом мире. Агрессивная финансовая политика финансирования своих активов для сравнительно небольшого предприятия является действительно целесообразной еще и потому, что в условиях некоторой инфляции долги и
проценты по ним не индексируются, а ЭФР увеличивается, поскольку обслуживание долга и сам долг оплачиваются несколько обесцененными деньгами.
Переход от умеренной финансовой политики финансирования собственных
активов к агрессивной финансовой политике способствовал предприятию
увеличить собственный капитал за 4 года в 0,8 раза.
Малое предприятие «Щекиногазстрой» является экономически стабильным. Запасы финансовой устойчивости обеспечивают его способность
проводить значительные инвестиции в техническое перевооружение производства, и повышение качества выполняемых работ.
Научный и практический интерес представляет анализ и оценка показателей рентабельности функционирования экономики ОАО «Щекиногазстрой».
Исследование рентабельности функционирования экономики ОАО
«Щекиногазстрой». Известно, что чем выше безубыточный объем реализации, тем меньше зона безопасности, т.е. запас финансовой устойчивости.
Чтобы определить запас финансовой устойчивости необходимо из выручки
Вв вычесть безубыточный объем реализации продукции и полученный результат разделить на выручку. Полученные результаты расчетов показаны в
табл. 4.
Снижение запаса финансовой устойчивости предприятия в 2003 г. произошло главным образом из-за значительных затрат на замену устаревшего
оборудования, на рост оборотных активов.
228
Таблица 4
Показатель финансовой устойчивости
Показатель
Выручка от реализации продукции за минусом НДС, акцизов и др. платежей, тыс. руб.
Безубыточный объем реализации продукции, тыс. руб.
Запас финансовой устойчивости, тыс. руб.
Запас финансовой устойчивости, %
2003 г.
252183
2004 г.
769779
2005 г.
477280
2006 г.
542148
164667
175500
243618
212385
87516
594279
233662
329763
34
77
49
60
Таблица 5
Показатели для расчета рентабельности
Показатель, тыс. руб.
Выручка от реализации продукции,
(Вв)
Себестоимость реализованной продукции, (Вз)
Постоянные затраты, (Z)
Переменные затраты, (U)
Валовая прибыль, (Рв)
Рв=Вв-(Z+U)
2003 г.
252183
2004 г.
769779
2005 г.
477280
2006 г.
542148
164667
175500
243618
212385
32316
129416
90451
32028
143472
594279
24816
218802
233662
16972
195413
329763
В 2004 году некоторое увеличение объема реализации привело к значительному увеличению прибыли. Но в 2005 году прошла реконструкция
Предприятия, повысился уровень технической оснащенности и рост оборотных активов, что вызвало значительные затраты и увеличение себестоимости реализованной продукции. Рентабельность производственной деятельности ОАО «Щекиногазстрой» (R3)характеризует окупаемость валовых затрат
(Вз) и вычисляется путем отношения прибыли от реализации (Рв) к сумме
валовых затрат(В3).
Таблица 6
Рентабельность производства.
Показатель, тыс. руб.
Валовая прибыль, (Рв)
Валовые затраты, (Вз)
Рентабельность производства, (Rз)
2003 г.
90451
164667
0,5
2004 г.
594279
175500
3,4
2005 г.
233662
243618
0,9
2006 г.
329763
212385
1,5
Снижение рентабельности производства в 2005 г. вызвано тем, что малое предприятие ОАО «Щекиногазстрой» за эти годы ежегодно инвестировало средства на техническое переоснащение и реконструкцию основного
производства, и все это отнесено в себестоимость продукции. Анализ рентабельности продаж (оборота) характеризует эффективность производственной
229
и коммерческой деятельности, т.е. сколько прибыли имеет предприятие с
рубля продаж. Этот показатель рассчитывается делением прибыли от реализации (Рв) на сумму полученной выручки (Вв).
Снижение валовой прибыли из-за значительных расходов на рост оборотных активов и обновление технологического оборудования вызвало в
2005 г. снижение рентабельности оборота. Рассмотрим рентабельность (доходность) капитала:
Таблица 7
Рентабельность капитала
Показатель, тыс. руб.
Валовая прибыль, (Рв)
Инвестированный капитал, (KL)
Рентабельность (доходность) капитала, (KL)
2003 г.
90451
56751
1.6
2004 г.
594279
35532
16.7
2005 г.
233662
46854
5
2006 г.
329763
48432
6.8
Снижение валовой прибыли из-за значительных затрат на реконструкцию производства, на рост оборотных активов, вызвало в 2005 г. некоторое
снижение рентабельности капитала. Результаты исследования особенностей
развития экономики малого предприятия по строительству трубопровода за
последние годы реформ в России вскрыли общие закономерности функционирования экономических систем рассматриваемых, предприятий и позитивные тенденции роста их показателей экономики.
Данные анализа показателей экономики предприятия по бухгалтерским
отчетам определили благоприятные перспективы дальнейшего роста экономики предприятия. Исследование прибыльности, финансовой устойчивости,
рентабельности функционирования экономики ОАО «Щекиногазстрой» показало малоинерционную управляемость финансово-экономической деятельностью предприятия. Развитие экономики малого предприятия ОАО «Щекиногазстрой» отличается быстрым откликом на управленческие решения, которые могут привести к позитивным, эффективным результатам, а при необоснованных управленческих решениях, результаты могут быть и негативными, отрицательными. В экономических системах малых предприятий
строительства трубопровода, принимаемые управленческие решения носят
ситуационный характер. Поэтому для выработки обоснованных ситуационных управленческих решений нужно использовать необходимое информационное обеспечение и математические модели системных связей функционирования малых предприятий.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Балабанов, И.Т. Основы финансового менеджмента [Текст] / И.Т.
Балабанов. – М.: Финансы и статистика, 1995.-374 с.
2. Савитская, Г.В. Методика комплексного анализа хозяйственной деятельности [Текст] / Г. В. Савитская. – М.:ИНФА, 2001. – 286 с.
3. Шеремет, А.Д. Финансы предприятия [Текст] / А.Д. Шеремет, Р.С.
Сайфулин. – М.:МНФРА-М, 1997.-343 с.
230
УДК 65. (035)
ОЦЕНКА СООТВЕТСТВИЯ УПАКОВКИ СОВРЕМЕННЫМ
ТРЕБОВАНИЯМ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЯ
Л.Б. Лихачева (ВГТА)
Появившись в глубокой древности, в настоящее время упаковка превратилась в одно из самых действенных орудий воздействия на мотивацию
потребителей. Упаковка, кроме своего функционального назначения (обеспечение сохранности, целостности и безопасности товара), выступает как средство информирования потребителей и стимулирования сбыта. Её отличительный дизайн способен привлечь внимание к товару и ускорить сбыт.
В условиях конкурентной борьбы на рынке товаров наиболее успешным будет предприятие, которое представляет свой продукт в упаковке отвечающей современным требованиям потребителей.
Для выявления наиболее значимых для потребителей эстетических
показателей упаковки томатного сока был проведен опрос покупателей, по
результатам опроса определены следующие показатели: информационная
выразительность, сохраняемость цветовой гаммы, безвредность для окружающей среды, полноценность информации, упорядоченность в маркировке. На рисунке 1 построена гистограмма, эстетических показателей рассматриваемая потребителем.
Пять показателей набрали наибольшее количество предпочтений:
– удобство транспортирования (24);
– информационная выразительность (24);
– устойчивость упаковки к повреждениям (24);
– красочность упаковки (25);
– безвредность для окружающей среды (23).
Оценим степень важности потребительских показателей эстетичности упаковки коэффициентом весомости. Коэффициенты весомости для
выбранных показателей составили:
а1 = 0,2; а2 =0,2; а3 = 0,2; а4 =0,21;а5 = 0,19.
На основании расчета строим ранжированный ряд:
Q5 <Q2 ,Q3 ,Q4 <Q1
Таким образом рассчитав коэффициенты весомости определили, что,
для покупателя эстетические показатели качества упаковки томатного сока
расположены в следующем возрастающем порядке: безвредность упаковки
для окружающей среды, красочность упаковки, устойчивость упаковки к повреждениям, информационная выразительность упаковки, удобство транспортирования.
© Лихачева Л.Б., 2008
231
Гистограмма оценки эстетических показателей
Суммарная оценка. балл
30
25
20
15
10
5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Номер показателя
Рис.1 Требования потребителей к упаковке: 1- инструкции по хранению и утилизации; 2 – наличие рекламы; 3 – наличие модных тенденций
упаковки; 4 – информационная выразительность; 5 -безвредность для окружающей среды; 6 – оригинальность упаковки; 7- наличие товарного знака на
упаковке изделия среды; 8 – удобство транспортирования; 9 – устойчивость
упаковки к повреждениям; 10 – рациональность формы; 11 – наличие сопроводительных нормативных документов; 12 – красочность упаковки; 13 –
сохраняемость цветовой гаммы упаковки при внешних воздействиях.
Используя экспертный метод попарного сопоставления рассматриваемых объектов проведем анализ упаковки томатного сока следующих марок:
1 – «Фруктовый сад»;
2 – «Привет»;
3 – «Садочок»;
4 – «Я»;
5 – «Моя семья».
Частоты предпочтений объектов, данные экспертами представлены в
табл. 1.
Таблица 1
Частоты предпочтений объектов, данные экспертами
Номера экспертов
1
2
3
4
5
Σ
А1
0,8
0,7
0,8
0,9
0,8
4,0
А2
0,6
0,7
0,5
0,5
0,5
2,8
Частоты предпочтений
А3
А4
0,4
1,0
0,4
0,9
0,5
1,0
0,6
0,8
0,5
0,9
2,4
4,5
А5
0,2
0,4
0,3
0,3
0,2
1,2
Результаты экспертизы по определению лучшего объекта таковы:
а1= 0,26; а2=0,19; а3=0,17; а4=0,3; а5=0,08
Степень согласованности экспертов выражается коэффициентом конкордации. Коэффициент конкордации W= 0,8, что говорит о согласованности мнений экспертов.
Результаты экспертного анкетирования показали, что по показателям
удобство транспортирования; информационная выразительность; устойчи-
232
вость упаковки к повреждениям; красочность упаковки; безвредность для окружающей среды с точки зрения экспертов оказался сок «Я». На рис. 2 показано распределение оценок упаковки томатного сока по рассматриваемым
показателям.
Степень соответствия товара современному стилю, моде, определяет и
его конкурентоспособность. Рассчитаем обобщенный показатель эстетичности для упаковки сока «Я», для определения того, соответствуют ли рассматриваемая упаковка современным требованиям. Эксперты присваивают
каждому из учитываемых показателей их численное значение.
Обобщенный показатель
эстетичности
15,85
15,8
15,75
15,7
15,65
15,6
15,55
15,5
1
2
3
4
5
Образцы
Рис. 2. Обобщенный показатель эстетичности упаковки: 1 – «Привет»;
2 – «Моя семья»; 3 – «Садочок»; 4 – «Я»; 5 – «Фруктовый сад»
Среднюю величину единичного показателя определяем по формуле:
N
Кi =
∑K
i −1
ij
N
.
где N –количество экспертов, Kij – значение единичного показателя в
баллах, назначенная j-м экспертом.
Среднее значение коэффициентов весомости каждого единичного показателя находим по формуле:
N
аi =
∑
i=1
N
a ij
.
Комплексный показатель эстетичности рассчитываем по формуле:
n
K K = ∑ K ij ⋅ aij .
i
i =1
КК1=16,47; КК2=16,35; КК3=16,55; КК4=16,64; КК5=16,19.
Значение обобщенного показателя эстетичности определяем как
n
Кэ =
∑К
i =1
n
окj
.
Кэ =15,72.
Полученный результат свидетельствует о том, что эстетический уровень качества упаковки сока «Я» отвечает современным требованиям.
233
РЕФЕРАТЫ
РАЗДЕЛ I МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ,
ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
УДК 519.87+674-412
Филипцов
М.В.
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ
МОДЕЛИ
КРУГЛЫХ
ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ В СИСТЕМАХ УЧЁТА ОБЪЁМОВ ДРЕВЕСИНЫ.
Рассмотрены исследованиях в области учёта круглых лесоматериалов и их разновидностях. На основе экспериментальных данных выводятся математические модели вершинных, срединных и комлевых брёвен сосны, а также формулы их объёмов. – С. 4-7.
Ил. 1. Библиогр.: 2 наим.
УДК 630*33.2.001.57
Попиков П.И., Беликов Е.В., Посметьев В.В. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ
МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ФРЕЗЕРОВАНИЯ ПНЕЙ МАШИНОЙ МУП-4 С
ГИДРОПРИВОДОМ РАБОЧЕГО ОРГАНА. Модель процесса фрезерования
пней машиной МУП-4 позволяет определить оптимальные значения угловых
параметров ножей задних углов α, углов заострения β и углов резания δ для
различных пород древесины и спроектировать рабочий орган для дробления
пней с минимальными энергозатратами. – С. 7-11.
Ил. 2. Библиогр.: 3 наим.
УДК 681.3
Кочегаров А.В. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПРОЦЕССА ПОДАЧИ СЕМЕННОГО СЫРЬЯ БУНКЕРОМ-ДОЗАТОРОМ.
Для описания процесса подачи семенного материала бункером-дозатором на
рабочий орган решетной установки необходимо провести декомпозицию математического описания. Для этого проведен регрессионный анализ и определены значимые и менее значимые коэффициенты регрессии, которые необходимы для оптимизации процесса дозирования семян. – С. 11-16.
Табл. 2. Библиогр.: 5 наим.
УДК 630*378+674+001
Четверикова И. В. ПЛАВУЧЕСТЬ КОНТЕЙНЕРОВ С ВОЗДУШНЫМ
ПОДПЛАВОМ. Обоснована плавучесть спецконтейнеров с естественным
воздушным подплавом для транспортировки щепы по воде. – С. 16-17.
Ил. 2. Библиогр.: 2 наим.
УДК 629.114.2
ПОСМЕТЬЕВ
В.И.,
ЛИФЕРЕНКО
А.В.,
ПОСМЕТЬЕВ
В.В.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ В ПОЧВЕ ДИСКОВОГО РАБОЧЕГО
ОРГАНА С ВИБРОЗАГЛУБЛЯЮЩИМ ЭФФЕКТОМ. Разработанная компьютерная модель обработки почвы виброзаглубляемым дисковым рабочим
234
органом позволяет определить оптимальную частоту вибраций, при которой
заглубление диска будет максимальНЫМ. – С. 17-21.
Ил. 3. Библиогр.: 2 наим.
УДК 630*: 65.011.54
Зимарин С. В. ОБОСНОВАНИЕ ДЛИНЫ ОТВАЛА ДИСКОВОГО ПЛУГА И
ВЫСОТЫ ЕГО РАЗМЕЩЕНИЯ. Определяются параметры отвала дискового
корпуса плуга, влияющие на качество обработки почвы. – С. 21.
Ил. 1.Библиогр.: 1 наим.
УДК 630*174.754:630*18
Ивановская М. В. УПРУГО - ПЛАСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ
ОСИНЫ ПРИ РАЗЛИЧНОЙ ВЛАЖНОСТИ. Рассмотрено влияние влажности
древесины осины на формирование различных видов деформаций при динамических нагрузках. – С. 22-24.
Ил. 1. Библиогр.: 3 наим.
УДК 674.093
Щепкин В.Б., Болдырев В.С. СРАВНИТЕЛЬНАЯ СУШКА СЕКТОРНЫХ И
ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ. Разработана методика для вычисления изменения количества влаги в пиломатериалах секторного и прямоугольного сечения в процессе сушки. Установлено, что для всех толщин
пиломатериалов в диапазоне 25 – 60 мм у образцов секторного сечения скорость сушки выше, а продолжительность меньше на 26,7 % по сравнению с
образцами прямоугольного сечения. – С. 24-27.
Ил. 5. Библиогр.: 1 наим.
УДК 630.3
Белозоров
В.В.,
Казбанова
И.М.
ГРУНТ
КАК
ОБЪЕКТ
МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ. Рассмотрен метод математического моделирования грунта. Исследованы два метода повышения устойчивости грунта к воздействию лесовозного автотранспорта. – С. 28-30.
Библиогр.: 1 наим.
УДК 630*52
Филипцов М.В. АЛГОРИТМЫ И ПРОГРАММЫ КОМПЬЮТЕРНЫХ РАСЧЁТОВ ЗАПАСОВ СОРТИМЕНТОВ В ДРЕВОСТОЯХ ЛЕСФОНДА. Приводятся формулы наиболее точного определения запаса древесины в древостоях, уравнения образующей хлыстов, вывезенных на склад, а также формулы
определения объёмов сортиментов с учётом их применения (пиловочные и
строительные брёвна, тонкомерные сортименты). – С. 31-36.
Ил. 1. Библиогр.: 2 наим.
235
УДК 519.87+674-412
Филипцов М.В. ПОИСК ОПТИМАЛЬНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
ХЛЫСТА (СТВОЛА). Описаны исследования в области учёта лесоматериалов,
а также анализ математических моделей хлыстов (стволов). Результат исследований представлен в виде уравнения образующей стволов всех пород, которое
даёт минимальные ошибки. – С. 36-39.
УДК 674.038.3: 674.032.16
Малышев В.В. ПЛАНИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ ЭФФЕКТИВНЫМ
ФОРМИРОВАНИЕМ НАСАЖДЕНИЙ. Представлены основные аспекты оптимизации возрастных режимов ускоренного выращивания древостоев с максимальным объемом древесины и минимальным экологическим ущербом в
процессе формирования насаждений, на основе многолетних данных пробных площадей и таблиц хода роста сосны обыкновенной. – С. 39-42.
Библиогр.: 2 наим.
УДК 674.049.2
Смирнов П.А., Юдин Р.В., Смирнов В.А. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
ГИДРОПРИВОДА ПРЕССА. Математическая модель динамики гидропривода пресса с пульсирующей нагрузкой позволяет определить параметры гидропульсатора и динамические характеристики колебательной системы, установить оптимальные режимы технологического режима прессования. – С. 4245
Ил. 3. Библиогр.: 3 наим.
УДК 627
Мануковский Е. А. ВЫБОР РЕЖИМА И СПОСОБА ФИЛЬТРОВАНИЯ. Рассматриваются различные виды фильтрования, с образованием осадка сжимаемого и не сжимаемого, а также различные условия при протекании процесса, такие как разность давления, скорость. – С. 45-51.
Библиогр.: 2 наим.
УДК 621.878:681.51
Василенко А.В., Авдеев Ю.В., Енин В.И., Кононов А.А., Иванов С.А.
НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ
ИСЛЛЕДОВАНИЙ
РАБОТЫ
АВТОГРЕЙДЕРА
ПРИ
ПЛАНИРОВАНИИ ГРУНТА. Приводятся некоторые результаты теоретических и экспериментальных исследований работы автогрейдера ДЗ-199 с колесной формулой 1х2х3 при планировании грунта основным отвалом. – С.
51-56.
Ил. 3. Библиогр.: 8 наим.
УДК 621.396.2.019
Кононов А.Д., Кононов А.А., Сенокосов М.А. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ
ГРУНТОВ
В
ЗАДАЧАХ
236
МОДЕЛИРОВАНИЯ И АВТОМАТИЗАЦИИ РАБОТЫ ЗЕМЛЕРОЙНОТРАНСПОРТНЫХ МАШИН. С использованием радиополяриметра предлагается метод определения электрических характеристик, связанных с физикомеханическими свойствами разрабатываемого грунта. – С. 56-60.
Ил. 2. Библиогр.: 8 наим.
УДК 631.3.072
Донцов И.Е., Бартенев И.М. МОДЕЛИРОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ КОМБИНИРОВАННЫХ МАШИННО-ТРАКТОРНЫХ АГРЕГАТОВ (КМТА). Рассмотрены вопросы моделирования колебаний КМТА с фронтальными, боковыми и задненавесными орудиями. Получены дифференциальные уравнения
вынужденных колебаний КМТА в горизонтальной плоскости. – С. 60-70.
Ил. 3. Библиогр.: 3 наим.
УДК 630*232.4
Бартенев И. М, Донцов И. Е., Лысыч М. Н. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
КОЛЕБАНИЙ РАБОЧЕГО ОРГАНА ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОРУДИЯ С ПРУЖИННЫМ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫМ МЕХАНИЗМОМ. Представлена математическая модель, описывающая вынужденные колебания i-го
рабочего органа относительно рамы орудия. Полученная таким образом
динамичеcкая модель позволяет производить расчет на прочность элементов
конструкции и звеньев механизма, а также решать задачи по оптимизации
параметров предохранительного механизма. – С. 70-74.
Ил. 3.
УДК 630*237.1:631.312.87
Попиков П.И., Коротких В.Н., Посметьев В.В. ОБЩАЯ МЕТОДИКА
ПОСТРОЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЛЕСНОЙ ПОЧВЫ ПРИ
ОБРАБОТКЕ ДИСКОВЫМИ ПЛУГАМИ. В математической модели моделируется движение частицы почвы с постоянной горизонтальной скоростью
по поверхности вращения дискового корпуса плуга, оснащенного отвалом. –
С. 74-80.
Ил. 4. Библиогр.: 2 наим.
УДК 630*237.1:631.312.87
Попиков П.И., Коротких В.Н., Посметьев В.В. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ
МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЛЕСНОГО ДИСКОВОГО ПЛУГА С
ПОЧВОЙ. Математическая модель описывает взаимодействия дискового
плуга с шарами почвы. дисковый корпус плуга в модели представляет собой
комбинацию двух геометрических поверхностей: сегментного участка сферической поверхности (дисковый плуг) и участка плоскости (отвал). Почва
состоит из шаров, которые могут двигаться хаотически относительно друг
друга. – С. 80-85.
Ил. 2. Библиогр.: 2 наим.
УДК 629.114.2
237
Попиков П.И., Сидоров А.А., Посметьев В.В. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ПЕРЕХОДНЫХ
ПРОЦЕССОВ
В
ГИДРОСИСТЕМЕ
МАНИПУЛЯТОРА, ОСНАЩЕННОГО ДЕМПФЕРОМ. Компьютерная модель позволяет исследовать переходные процессы в гидросистеме манипулятора лесовозного автопоезда, возникающие при резкой остановке стрелы в
режимах подъема или опускания. Модель позволяет обосновать конструкцию
и оптимизировать параметры демпфирующего устройства, встраиваемого в
гидросистему манипулятора. – С. 85-88.
Ил. 2. Библиогр.: 2 наим.
УДК 630.232.427
Бартенев И.М., Титов П.И. МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА УПЛОТНЕНИЯ ПОЧВЫ
КАТКОМ С ГИБКИМ ОБОДОМ. Представлены математические выражения
для теоретической оценки процесса взаимодействия гибкого обода почвозаделывающего катка с почвой. – С. 88-90.
Ил. 1. Библиогр.: 2 наим.
УДК 630*332.2.001.57
Драпалюк М.В., Батищев С.Н. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА
УДАЛЕНИЯ НАДЗЕМНОЙ ЧАСТИ ПНЕЙ. Описан математический расчет
процесса фрезерования, а именно: составление схемы силового взаимодействия резца с древесиной, и построение базовой математической модели, отражающей наиболее важные стороны процесса цилиндрического фрезерования.
– С. 90-96.
Ил. 2. Библиогр.: 3 наим.
УДК 674.049.2
Смирнов П.А., Юдин Р.В. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТРЕХОСНОГО
УПЛОТНЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ С ПУЛЬСИРУЮЩЕЙ НАГРУЗКОЙ. В результате решения математической модели установлено число импульсов, которое составило N=168, для прессования древесины березы в радиальном направлении, со степенью прессования 50%, в тангенциальном N=180 со степенью прессования 30%,вдоль волокон N=90,степень прессования 5% . – С. 96100.
Ил. 2.
УДК 621.1.016
Лушникова Е.Н., Тиньков А.А., Подойницын К.С. К ВОПРОСУ О ВЗАИМОСВЯЗИ
ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ
СВОЙСТВ
И
ВНУТРЕННИХ
НАПРЯЖЕНИЙ В СОЕДИНЕНИЯХ НА КЛЕЯХ. Экспериментально установлена связь коэффициента теплопроводности с внутренними напряжениями наполненных клеевых прослоек соединений, позволяющая осуществлять
прогнозирование процесса формирования внутренних напряжений. – С. 100103.
Ил. 2. Библиогр.: 5 наим.
УДК 674.028.9
238
Попов В. М., Иванов А. В., Шендриков М. А., Латынин А. В. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ КЛЕЕВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ДРЕВЕСИНЫ. Предлагается метод контроля прочности клеевых соединений древесины путем
определения внутренних напряжений в клеевых прослойках в процессе их
отверждения. – С. 103-105.
Ил. 2. Библиогр.: 3 наим.
УДК 674.028.9
Шендриков М. А., Попов В. М. ВЛИЯНИЯ ПОСТОЯННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ НА ПРОЧНОСТЬ КЛЕЕНОЙ ДРЕВЕСИНЫ. Приводятся результаты экспериментов по явлению постоянного электрического поля на
процесс склеивания древесины. – С. 106-109.
Ил. 2. Библиогр.: 2 наим.
УДК 621.317
Волков В.С., Попиков П.И., Жарких А.П., Володин И.Н. МЕТОДЫ
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ БЛОКА ЭЛЕКТРОННОГО ЗАЖИГАНИЯ
АВТОЛЕСОВОЗОВ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ РАДИАЦИОННОЙ
СТОЙКОСТИ. Предлагаются технологические и конструктивные методы,
которые обеспечивают достижение максимально возможной радиационной
стойкости активных и пассивных элементов электронных блоков, применение проводящих и диэлектрических материалов с повышенной радиационной
стойкостью, обеспечение надежной электрической изоляции элементов ИМС
в условиях облучения. – С. 109-114.
Ил. 3. Библиогр.: 7 наим.
УДК 339.18
Кочетов В.И., Моисеев С.И. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ОПТИМАЛЬНОГО
ОБЪЕМА
ЗАКУПОК
ТОВАРА
ДЛЯ
ЕГО
РЕАЛИЗАЦИИ. Рассмотрено построение математической модели оптимального объема закупки товара для его реализации при определенных условиях.
– С. 114-116.
Ил. 2. Библиогр.: 3 наим.
УДК 656.13
Кораблев Р.А., Зеликов В.А., Сподарев Р.А., Кутищев Д.С. МОДЕЛЬ
РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ. Рассмотрена модель распространения вредных веществ от подвижных источников – автотранспортных
средств; факторы, влияющие на специфику распространения отработавших
газов, методы расчета распространения загрязнений. Составлена карта вредного воздействия, с центрами загрязнения воздуха на примере Левобережного района г. Воронежа. – С. 117-123.
Ил.2. Библиогр.: 4 наим.
РАЗДЕЛ II КОМПЬЮТЕРНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ,
239
ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
УДК 674.038.3: 674.032.16
Малышев В.В. СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ ЧИСТЫХ ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР
СОСНЫ. Представлен способ формирования чистых рядовых культур сосны
обыкновенной рубками ухода для условий равнинных лесов Центральной лесостепи, который позволяет оптимизировать промежуточные рубки и получить максимальный объем заготовленной древесины в процессе лесовыращивания. – С. 124-127.
Табл. 1. Библиогр.: 2 наим.
УДК 656.135.073
Чевычелов Ю.А., Хухрянская Е.С, Болобина А.В. ПОДСИСТЕМА
ПОДГОТОВКИ ДАННЫХ ДЛЯ РАСЧЕТА ПОСТАВА. Рассмотрена автоматизированная подсистема подготовки данных для расчета постава при раскрое пиловочного сырья, позволяющая определять рациональные способы и
схемы раскроя. – С. 127-130.
Ил. 1. Библиогр.: 3 наим.
УДК 681.3.001.57
Чевычелов Ю.А., Лукина А.А. ОБОБЩЕННЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ПАРАМЕТРОВ ВПИСАННЫХ ПОЛИГОНОВ. Рассматривается задача геометрического моделирования, решение которой позволяет найти аналитические соотношения для определения параметров вписанного многоугольника
(без использования тригонометрических формул). – С. 130-133.
Ил. 3. Библиогр.: 1 наим.
УДК 674.028.9
Шендриков М. А. ИНТЕНСИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СКЛЕИВАНИЯ ДРЕВЕСНЫХ МАТЕРИАЛОВ. Представлен способ повышения прочности клеевых соединений из древесины при воздействии на стадии полимеризации
клея электрическим полем. Экспериментально установлено, что за счет упорядочивания структуры полимерной составляющей клея под воздействием
постоянного электрического поля возрастает прочность склеек из древесины,
ускоряется процесс отверждения клеевых прослоек соединения. – С. 133-136.
Ил. 2. Табл. 1. Библиогр.: 3 наим.
УДК 681.325
Кочетов
В.И.,
Вакулин
А.Н.
АЛГОРИТМИЗАЦИЯ
МИКРОПРОЦЕССОРНОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКИМ СОСТОЯНИЕМ
ОБЪЕКТА. В статье рассмотрены алгоритмы контроля технического состояния трубопровода узла смешивания питательного раствора для капельного
орошения. Что позволяет предупреждать аварии установки и своевременно
оповещать персонал о замене фильтров. – С. 136-141.
Ил. 2. Библиогр.: 2 наим.
УДК 630* 232.4.427
240
Шабанов М.Л., Дорохин С.В. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ РАБОЧИХ
ОРГАНОВ ЛЕСОПОСАДОЧНЫХ МАШИН. Обоснованы исследования бороздообразующих сошников и уплотняющих (почвозаделывающих) катков,
выполняемого лесопосадочной машиной технологического процесса посадки. Представлены аналитические и практические результаты данного вопроса. – С. 141-147.
Ил.6. Библиогр.: 6 наим.
УДК 678.644
Попов В.М., Новиков А.П., Швырев А.Н., Кондратенко И.Ю., Захаров С.В.
ВЛИЯНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ НА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ (ПМ). Предлагаются методы воздействия
физических полей на наполненные полимерные композиции в стадии их полимеризации магнитными и электрическими полями. Экспериментально установлен эффект повышения теплопроводности ПМ при обработке их постоянными магнитными и электрическими полями. – С. 148-154.
Ил.5. Библиогр.: 6 наим.
УДК 539.21:546.26
Кречко Л.М. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
ОРИЕНТИРОВАННЫХ
ПЛЕНОК
КАРБИНА
МЕТОДОМ
ФОТОИНДУЦИРОВАННОГО СВЧ-ПОГЛОЩЕНИЯ. Исследовали фотопроводимость пленок линейно-цепочечного углерода - карбина, полученных химическим методом из ПВДФ. Обнаружено наличие двух фаз карбина (кумуленовой и полииновой) с шириной запрещенной зоны Eg=1,0–1,1 эВ и
Eg=1,9–2,0 эВ соответственно. Спектры СВЧ-поглощения показали хорошо
выраженный одномерный характер, а также возможность образования экситона с энергией Eэкс=1,66 эВ относительно потолка валентной зоны. – С. 154157.
Ил. 1. Библиогр.: 5 наим.
УДК 691.11:674.048
Филимонова О.Н., Никулин С.С., Дмитренков А.И. ПЕРСПЕКТИВА
ПРИМЕНЕНИЯ
МОДИФИЦИРОВАННОЙ
НЕФТЕПОЛИМЕРНОЙ
СМОЛЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ДРЕВЕСИНЫ. Рассмотрена обработка древесины
березы нефтеполимерной смолой, модифицированной термоэластопластом, с
целью повышения её гидрофобных свойств. – С. 157-159.
Библиогр.: 3 наим.
УДК 684.04.
Намир К. Халаф. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕБЕЛИ С АРАБСКИМ ДИЗАЙНОМ. Статья посвящена характерным
особенностям проектирования и изготовления мебели с арабским орнаментом и декоративными элементами. – С. 159-161.
241
Библиогр.: 1 наим.
РАЗДЕЛ III СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
УДК 621.79
Грибанов А.А., Пелых А.В. КОМПЬЮТЕРНАЯ ПОДДЕРЖКА ПРИ
ОПЕРАЦИЯХ РАСКРОЯ И СКЛЕИВАНИЯ ПИЛОМАТЕРИАЛОВ. Рассматривается компьютерная поддержка технологических операций раскроя и
склеивания кусковых отходов деревообрабатывающего производства. – С.
161-163.
УДК 681.5
Глухов Д.А., Коновалова И.В. ВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА
УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ СУШКИ ПАРКЕТНОЙ ФРИЗЫ В ООО «МАРКА» г. МАЙКОП. Работа посвящена анализу
систем автоматизации управления технологическим процессом сушки паркетной фризы. – С. 163-166.
Ил. 3.
УДК 656.13
Климова Г.Н., Белокуров В.П. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ
БЕЗОПАСНОСТИ
ДВИЖЕНИЯ
С
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ. Рассмотрено проектирование системы обеспечения безопасности движения с использованием технических средств, оцениваемой экономическими, социальными и экологическими показателями. – С.
166-171.
Ил. 2. Библиогр.: 2 наим.
УДК 621.867:674.0
Мурзинов П.В., Асминин В.Ф. МЕТОД СНИЖЕНИЯ ШУМА
ПИТАЮЩЕГО СОПЛА ПНЕВМОКОНВЕЙЕРА. Рассмотрена методика,
дающая возможность снизить показатели шума питающего сопла в режиме
«отсутствия транспортируемых изделий». – С. 172-177.
Ил. 10. Библиогр.: 4 наим.
УДК 621.867:674.0
Мурзинов П.В., Асминин В.Ф. СНИЖЕНИЕ ШУМА ОТ ПНЕВМОКОНВЕЙЕРА ПРИМЕНЕНИЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ
СТРУЙНЫХ ПОТОКОВ. Рассмотрены особенности конструкции пневмоконвейера со струйным управлением, снижения аэродинамического и механического шумов. – С. 177-183.
Ил.6. Библиогр.: 6 наим.
УДК 674.81
242
Сафонов А.О., Трещева О.А. АНАЛИЗ ПРИМЕНЯЕМЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В
ПРОИЗВОДСТВЕ ДРЕВЕСНЫХ ПЕЛЛЕТ. Рассматриваются переработка
отходов деревообрабатывающих производств в пеллеты, актуальность развития технологий биотоплива в нашей стране, а также стадии технологического
процесса и факторы, влияющие на него. – С. 183-186.
Ил.2. Табл. 1. Библиогр.: 2 наим.
УДК[630*:65.011.54]:621.825
Драпалюк М.В., Стасюк В.В., Полев В.С. О РАЗРАБОТКе
ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ДЛЯ КУСТОРЕЗА. Рассматриваются особенности работы фрикционного предохранительного устройства
для кустореза, разработанного в Воронежской государственной лесотехнической академии. – С. 186-187.
Ил.1. Библиогр.: 1 наим.
УДК 630.383
Репринцев Д. Д., Белозоров В. В. РАБОТА «ПОВОРОТНОЙ» ФАРЫ ПРИ
КРИВОЛИНЕЙНОМ ДВИЖЕНИИ ЛЕСОВОЗНОГО АВТОТРАНСПОРТА.
Исследованы условия движения лесовозного автопоезда в темное время суток. Предложен метод снижения аварийности лесовозного автопоезда. – С.
188-189.
Библиогр.: 1 наим.
УДК 630.232
Славский В.А.ДИАГНОСТИКА ЗИМОСТОЙКОСТИ ГИБРИДОВ ОРЕХА
РОДА JUGLANS С ПОМОЩЬЮ ПОСТРОЕНИЯ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ.
Предложена оригинальная методика математического анализа роста и развития орехоплодных пород. Диагностика и определение зимостойкости растений с помощью метода нейронных сетей позволит провести отбор лучших
форм на стадии сеянца, что неминуемо повлечет за собой повышение экономической эффективности от создания плантаций. – С. 189-192.
Ил.2. Табл. 1. Библиогр.: 6 наим.
УДК 681.3
Кочегаров А.В. НЕОДНОРОДНОСТЬ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ДОЗИРОВАНИЯ СЕМЯН ХВОЙНЫХ ПОРОД. Внешние неоднородности – это неоднородности неуправляемых входных переменных, которые, в свою очередь, делятся на конструкционные и производственные. Конструкционная неоднородность связана с зависимостью выходных переменных от пространственных параметров и конструкции объектов.
К производственным неоднородностям относятся различие исходного материала и технологической среды. – С. 193-198.
Ил.1. Библиогр.: 3 наим.
УДК 684:65 ББК 65В631
243
Ляпунова А.Н., Орехова Н.В. СЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ МЕРОПРИЯТИЙ В
СФЕРЕ МАРКЕТИНГА НА ООО «ГЕФЕСТ - МЕБЕЛЬ». Рассматривается
перспектива создания маркетинговой службы на мебельном предприятии г.
Воронежа – ООО «Гефест - мебель», эффективная деятельность которого будет осуществляться на основании разработанной сетевой модели мероприятий по продвижению мебельной продукции на рынок. – С. 198-201.
Ил.2. Табл. 1.
УДК 007:65.01
Чепелева М.С., Чепелев С.А. УПРАВЛЕНИЕ АГРЕГАТАМИ В
НЕШТАТНЫХ СИТУАЦИЯХ. Рассматривается задача управления на примере параллельно работающих полимеризаторов в производстве бутилкаучука. – С. 201-204.
Ил.2. Библиогр.: 1 наим.
РАЗДЕЛ IV МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ В ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
УДК 658.5
Бугаков В.М. ЗАДАЧИ МЕТОДОВ ТЕОРИИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ЭКОНОМИКИ И УПРАВЛЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯМИ ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА. Рассмотрены методические основы решения системы задач ситуационного управления в экономике предприятий, направленные на обеспечение прибыльности. – С. 204-207.
Ил.1. Библиогр.: 1 наим.
УДК 658.5
Бугаков В.М. ЗАДАЧИ РАЗРАБОТОК ТЕОРИИ МЕНЕДЖМЕНТА В
ЭКОНОМИЧЕСКИХ
СИСТЕМАХ
АРЕНДНЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ
ЛЕСОЗАГОТОВОК. Представлен комплекс 9 задач разработки методов теории менеджмента в экономических системах арендных лесозаготовительных
предприятий, решения которых направлены на повышение прибыльности,
рентабельности лесозаготовок. – С. 207-210.
Ил.1. Библиогр.: 1 наим.
УДК 519.8:338.45:005
Бугаков В.М. ЦЕНООБРАЗОВАНИЕ КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ В
ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ АРЕНДАТОРОВ ЛЕСФОНДА ДЛЯ
ВНЕШНЕЙ РЕАЛИЗАЦИИ. Рассматривается метод обоснования конкурентоспособности цен на сортименты круглого леса. – С. 210-214.
Табл. 2. Библиогр.: 1 наим.
УДК 509.95
Михайлов Е.М. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ СИСТЕМНЫХ СВЯЗЕЙ
ЭКОНОМИКИ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ ГАЗОВЫХ СЕТЕЙ,
АЛГОРИТМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИНАНСОВО ОБЕСПЕЧЕННОГО ОБЪЕМА
СТРОИТЕЛЬСТВА ГАЗОПРОВОДОВ. Построены математические модели
244
системных связей экономического управления предприятияем по строительству газовых сетей. – С. 214-218.
Ил. 1. Библиогр.: 3 наим.
УДК 519.8:338.45:005
Петровский В.С., Степанов Г.В. ОСНОВНЫЕ ОРГАНИЗАЦИОННОЭКОНОМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ УПРАВЛЕНИЯ В ЭКОНОМИЧЕСКИХ
СИСТЕМАХ МНОГОНОМЕНКЛАТУРНОГО МЕЛКОСЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА МЕБЕЛИ. Рассмотрены организационно-экономические механизмы управления в экономических системах производителей мебели, направленные на повышение прибыльности мебельного производства. – С. 218221.
Библиогр.: 1 наим.
УДК 336.6(075.8)
Намир К.Халаф. НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ ВЫПУСКА МЕБЕЛИ ИЗ
ДРЕВЕСИНЫ В АРАБСКИХ СТРАНАХ. Статья посвящена оценке состояния мебельной промышленности в арабских странах, определены пути и методы повышения качества мебели из древесных материалов и спроса на нее.
– С. 221-223.
УДК 509.95
Михайлов Е.М. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ В
ЭКОНОМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ МАЛОГО ПРЕДПРИЯТИЯ ОАО
ЩЕКИНОГАЗСТРОЙ. Анализ финансовой деятельности предприятия позволил выработать комплекс управленческих решений, повышающих эффективность управления прибыльной деятельностью. – С. 224-229.
Табл. 7. Библиогр.: 3 наим.
УДК 65. (035)
Лихачева Л.Б. ОЦЕНКА СООТВЕТСТВИЯ УПАКОВКИ СОВРЕМЕННЫМ
ТРЕБОВАНИЯМ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЯ. Рассматривалась конкурентоспсособность товара в зависимости от внешнего вида, в частности,
упаковки. – С. 230-232.
Ил. 2. Табл. 1.
245
СОДЕРЖАНИЕ
РАЗДЕЛ
I
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИЙ, ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ И СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ .................................................................................................... 4
Филипцов М.В. Математические модели круглых лесоматериалов в
системах учёта объёмов древесины. ................................................................... 4
Попиков П.И., Беликов Е.В., Посметьев В.В. Математическая модель
процесса фрезерования пней машиной МУП-4 с гидроприводом рабочего органа. ............................................................................................................ 7
Кочегаров А.В. Математическое описание технологического процесса
подачи семенного сырья бункером-дозатором .................................................. 11
Четверикова И. В. Плавучесть контейнеров с воздушным подплавом. ......... 16
Посметьев В.И., Лиференко А.В., Посметьев В.В. Моделирование
движения в почве дискового рабочего органа с виброзаглубляющим
эффектом. ............................................................................................................... 17
Зимарин С. В. Обоснование длины отвала дискового плуга и высоты
его размещения...................................................................................................... 21
Ивановская М. В. Упруго - пластические свойства древесины осины
при различной влажности..................................................................................... 22
Щепкин В.Б., Болдырев В.С. Сравнительная сушка секторных и прямоугольных пиломатериалов ............................................................................... 24
Белозоров В.В., Казбанова И.М. Грунт как объект математического
моделирования....................................................................................................... 28
Филипцов М.В. Алгоритмы и программы компьютерных расчётов запасов сортиментов в древостоях лесфонда ........................................................ 31
Филипцов М.В. Поиск оптимальной математической модели хлыста
(ствола) ..........................................................................................................................36
Малышев В.В. Планирование и управление эффективным формированием насаждений ............................................................................................... 39
Смирнов П.А. Юдин Р.В., Смирнов В.А. Математическая модель гидропривода пресса. ................................................................................................. 42
Мануковский Е. А. Выбор режима и способа фильтрования........................... 45
Василенко А.В., Авдеев Ю.В., Енин В.И., Кононов А.А., Иванов С.А.
Некоторые результаты теоретических и экспериментальных исследований работы автогрейдера при планировании грунта..................................... 51
Кононов А.Д., Кононов А.А., Сенокосов М.А. Определение физикомеханических свойств грунтов в задачах моделирования и автоматизации работы землеройно-транспортных машин .............................................. 56
Донцов И.Е., Бартенев И.М. Моделирование колебаний комбинированных машинно-тракторных агрегатов (КМТА) ............................................. 60
Бартенев И. М, Донцов И. Е., Лысыч М. Н. Математическая модель
колебаний рабочего органа почвообрабатывающего орудия с пружинным предохранительным механизмом......................................................... 70
246
Попиков П.И., Коротких В.Н., Посметьев В.В. Общая методика построения математической модели лесной почвы при обработке дисковыми плугами ........................................................................................................ 74
Попиков П.И., Коротких В.Н., Посметьев В.В. Математическая модель взаимодействия лесного дискового плуга с почвой ................................. 80
Попиков П.И., Сидоров А.А., Посметьев В.В. Компьютерное моделирование переходных процессов в гидросистеме манипулятора, оснащенного демпфером.............................................................................................. 85
Бартенев И.М., Титов П.И. Модель процесса уплотнения почвы катком с гибким ободом............................................................................................. 88
Драпалюк М.В., Батищев С.Н. Математическая модель процесса удаления надземной части пней ................................................................................ 90
Смирнов П.А., Юдин Р.В. Математическая модель трехосного уплотнения древесины с пульсирующей нагрузкой. .................................................. 96
Лушникова Е.Н., Тиньков А.А., Подойницын К.С. О взаимосвязи теплофизических свойств и внутренних напряжений в соединениях на
клеях ....................................................................................................................... 100
Попов В. М., Иванов А. В., Шендриков М. А., Латынин А. В. Прогнозирование прочности клеевых соединений древесины..................................... 103
Шендриков М. А., Попов В. М. Влияния постоянного электрического
поля на прочность клееной древесины ............................................................... 106
Волков В.С., Попиков П.И., Жарких А.П., Володин И.Н. Методы усовершенствования блока электронного зажигания автолесовозов с целью повышения радиационной стойкости ......................................................... 109
Кочетов В.И., Моисеев С.И. Математическое моделирование оптимального объема закупок товара для его реализации ....................................... 114
Кораблев Р.А., Зеликов В.А., Сподарев Р.А., Кутищев Д.С. Модель
распространения вредных веществ ..................................................................... 117
РАЗДЕЛ II КОМПЬЮТЕРНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЙ, ПАРАМЕТРОВ ОБОРУДОВАНИЯ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ .................................................................................................................. 124
Малышев В.В. Способ выращивания чистых лесных культур сосны............. 124
Чевычелов Ю.А., Хухрянская Е.С, Болобина А.В. Подсистема подготовки данных для расчета поставА ..................................................................... 127
Чевычелов Ю.А., Лукина А.А. Обобщенный метод определения параметров вписанных полигонов .......................................................................... 130
Шендриков М. А. Интенсивная технология склеивания древесных материалов.................................................................................................................. 133
Кочетов В.И., Вакулин А.Н. Алгоритмизация микропроцессорного
контроля техническим состоянием объекта....................................................... 136
Шабанов М.Л., Дорохин С.В. Исследование работы рабочих органов
лесопосадочных машин ........................................................................................ 141
Попов В.М., Новиков А.П., Швырев А.Н., Кондратенко И.Ю., Захаров
С.В. Влияние физических полей на теплофизические свойства полимерных материалов (ПМ) ..................................................................................... 148
247
Кречко Л.М. Исследование электрофизических свойств ориентированных пленок карбина методом фотоиндуцированного СВЧпоглощения ............................................................................................................ 154
Филимонова О.Н., Никулин С.С., Дмитренков А.И. Перспектива применения модифицированной нефтеполимерной смолы для защиты
древесины............................................................................................................... 157
Намир К. Халаф. Особенности проектирования и изготовления мебели с арабским дизайном........................................................................................ 159
РАЗДЕЛ III СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ...................................................... 161
Грибанов А.А., Пелых А.В. Компьютерная поддержка при операциях
раскроя и склеивания пиломатериалов............................................................... 161
Глухов Д.А., Коновалова И.В. Автоматизированная система управления технологическим процессом сушки паркетной фризы в ООО
«Марка» г. Майкоп................................................................................................ 163
Климова Г.Н., Белокуров В.П. Проектирование системы обеспечения
безопасности движения с использованием технических средств.................... 166
Мурзинов П.В., Асминин В.Ф. Метод снижения шума питающего сопла пневмоконвейера ............................................................................................ 172
Мурзинов П.В., Асминин В.Ф. Снижение шума от пневмоконвейера
применением автоматического переключения струйных потоков.................. 177
Сафонов А.О., Трещева О.А. Анализ применяемых технологий в производстве древесных пеллет ................................................................................ 183
Драпалюк М.В., Стасюк В.В., Полев В.С. О разработке предохранительного устройства для кустореза ..................................................................... 186
Репринцев Д. Д., Белозоров В. В. Работа «поворотной» фары при криволинейном движении лесовозного автотранспорта ........................................ 188
Славский В.А. Диагностика зимостойкости гибридов ореха рода
JUGLANS с помощью построения нейронных сетей......................................... 189
Кочегаров А.В. Неоднородность характеристик технологического
процесса дозирования семян хвойных пород..................................................... 193
Ляпунова А.Н., Орехова Н.В. Сетевая модель мероприятий в сфере
маркетинга на ООО «ГЕФЕСТ - МЕБЕЛЬ» ....................................................... 198
Чепелева М.С., Чепелев С.А. Управление агрегатами в нештатных ситуациях ................................................................................................................... 201
РАЗДЕЛ IV МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И
УПРАВЛЕНИЕ В ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ............................... 204
Бугаков В.М. Задачи методов теории функционирования экономики и
управления предприятиями лесного комплекса ................................................ 204
Бугаков В.М. Задачи разработок теории менеджмента в экономических системах арендных предприятий лесозаготовок ...................................... 207
Бугаков В.М. Ценообразование круглых лесоматериалов в экономических системах арендаторов лесфонда для внешней реализации.................. 210
Михайлов Е.М. Математические модели системных связей экономики
предприятий по строительству газовых сетей, алгоритм определения
финансово обеспеченного объема строительства жилья .................................. 214
248
Петровский В.С., Степанов Г.В. Основные организационноэкономические механизмы управления в экономических системах
многономенклатурного мелкосерийного производства мебели ...................... 218
Намир К. Халаф Некоторые проблемы выпуска мебели из древесины
в арабских странах. ............................................................................................... 221
Михайлов Е.М. Исследование эффективности управления в экономической системе малого предприятия ОАО «Щекиногазстрой» ....................... 224
Лихачева Л.Б. Оценка соответствия упаковки современным требованиям с точки зрения потребителя........................................................................ 230
РЕФЕРАТЫ .......................................................................................................... 233
В выпуске 12 сб. допущена ошибка (стр. 116, абзац 1). Правильно читать:
Для дифференциального уравнения
(x + ε) dyε + B(x)yε = f(x)
dx
(1)
рассматривается задача Коши
(2)
yε(0) = ψ (ε) ,
где x ∈ [0,1], ε ∈ (0, ε0], f(x) – определенная на отрезке [0,1] функция со значениями в комплексном банаховом пространстве Е, B(x) – определенная на отрезке
[0,1] функция со значениями в пространстве L линейных ограниченных операторов, действующих из E в E.
Редколлегия приносит автору свои извинения.
Научное издание
Математическое моделирование, компьютерная оптимизация
технологий, параметров оборудования и систем управления
Межвузовский сборник научных трудов
Выпуск 13
Редактор С.Г. Герасименко
Подписано в печать 22.09.08.
Формат 60х84 1 /16. Объем 15 п.л. Усл. п.л. – 13,95.
Уч-изд. л. – 18. Тираж 100 экз. Заказ
ГОУ ВПО “Воронежская государственная лесотехническая академия”
РИО ГОУ ВПО “ВГЛТА” 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева,8
Отпечатано в УОП «ВГЛТА» 394613, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа