Введение к работе
Актуальность. Программой «Лесовосстановление в лесном фонде Российской Федерации» на 2002 ... 2010 гг. намечены лесовосстановительные работы на площади 6,4 млн. га. Более 80 % лесокультурного фонда представляют нераскорчеванные вырубки (далее вырубки). Для создания на них лесных культур используют тракторные технологические агрегаты. Наличие на вырубках препятствий, в основном пней, снижает их эксплуатационно-технологические показатели. Они не обеспечивают требуемого качества механизированных работ, испытывают ударные нагрузки, приводящие к снижению их надежности и производительности в работе. Все это, в конечном итоге, отрицательно сказывается на экономической эффективности использования тракторных агрегатов на лесовосстановительных работах.
Эксплуатационно-технологические показатели тракторных агрегатов функционирующие на вырубках при нарезке борозд, посадке и последующем уходе за лесными культурами, характеризуются числом встреч трактора и рабочих органов орудия с пнями, величиной удлинения траектории движения агрегата при объезде и пропускании пней под трактором, количеством совершаемых поворотов. Их изменение определяется плотностью и пространственным размещением по площади вырубки пней, величиной отклонения от линии гона, скоростью движения и проходимостью трактора, выбором стратегии управления движения агрегата, В связи с трудностью учета перечисленных факторов, все еще недостаточно изучены закономерности функционирования тракторных технологических агрегатов на вырубках при создании лесных культур. Получение и исследование указанных закономерностей опытным путем, является длительной, трудоемкой и дорогостоящей задачей.
Решение поставленной задачи требует учета условий функционирования на вырубках, технологий выполняемых работ, технических характеристик тракторных агрегатов. Для проведения данных исследований необходимо использование современных информационных технологий.
Цель работы. Выявление закономерностей функционирования тракторных технологических агрегатов и повышение их эксплуатационно-технологических показателей при создании лесных культур на вырубках.
Основные задачи исследования, обеспечивающие достижение поставленной цели, сводятся к следующему: установить закономерности пространственного расположения пней на вырубках, необходимых для изучения функционирования тракторных технологических агрегатов; разработать методику получения модельного участка фактической вырубки, учитывающей закономерности пространственного расположения пней; разработать компьютерную имитационную модель движения на вырубке тракторных технологических агрегатов, учитывающую их технические характеристики и технологию выполняемых работ; провести экспериментальные исследования по выявлению закономерностей функционирования тракторных технологических агрегатов на вырубках, с целью проверки адекватности разработанной имитационной модели движения; внедрить результаты исследования, обеспечивающие повышение эксплуатационно-технологических показателей тракторных технологических агрегатов на вырубках при создании лесных культур.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования явились лесные вырубки и тракторные технологические агрегаты, используемые при нарезке борозд (плугами ПЛД-1X ПКЛ-70, ПДВ-1,5), посад|сеКасс<ига5««ивд(Ш^«»а|пинами МЛУ-1,
3 I БИБЛИОТЕКА {
МПК-1) и уходе (культиватором КЛБ-1,7) за лесными культурами. Предметом исследования являются эксплуатационно-технологические показатели тракторных технологических агрегатов для создания лесных культур на вырубках.
Методы исследования. Изучение пространственного расположения пней (деревьев), траектории движения и проходимости тракторов на вырубках базировалось на использовании методов теории вероятности, математического и имитационного моделирования, оптимизации, статистических испытаний (Монте-Карло), специально разработанных программ на языке программирования Borland Delphi 5.0. Применялись натурные экспериментальные исследования с выполнением фотохронометражных наблюдений. Обработка полученных данных и расчеты проводились с помощью персонального компьютера с применением стандартных программ Microsoft Office 2002.
Научная новизна.
-
Предложен способ описания закономерностей пространственного расположения пней на вырубке, отличающийся обоснованным применением радиальных функций распределения;
-
Разработана методика генерирования (получения) модельного участка вырубки сколь угодно большого размера, отличающейся использованием радиальной функции распределения и учетом закономерностей пространственного расположения пней на фактических вырубках;
-
Предложена компьютерная имитационная модель движения тракторных технологических агрегатов на вырубке, отличающаяся учетом возможности преодоления пней путем пропуска их между гусеницами или колесами, оптимизацией траектории движения за счет тактического и стратегического уровней планирования;
-
Получены результаты экспериментов и имитационного моделирования движения тракторных агрегатов на вырубках при нарезке борозд, посадке и уходе за лесными культурами, отличающиеся возможностью определения зависимостей изменения их эксплуатационно-технологических показателей от плотности пней, величины отклонения от линии гона, скорости движения агрегата, выбора стратегии движения, горизонтального размещения пней по площади вырубки.
На защиту выносятся следующие положения:
способ описания закономерностей пространственного расположения пней для фактических вырубок с помощью радиальных функций распределения;
методика генерирования модельного участка вырубки сколь угодно большого размера, учитывающая закономерности пространственного расположения пней на фактических вырубках;
компьютерная имитационная модель движения тракторных технологических агрегатов на вырубке, учитывающая возможность преодоления пней путем пропуска их между гусеницами или колесами, оптимизацией траектории движения за счет тактического и стратегического уровней планирования;
результаты имитационного моделирования движения тракторных технологических агрегатов на вырубке, позволяющего определить зависимости их эксплуатационно-технологических показателей от плотности пней, величины отклонения от линии гона, скорости движения агрегата, выбора стратегии движения, горизонтального размещения пней по площади вырубки;
результаты экспериментальных исследований функционирования тракторных технологических агрегатов на вырубках при нарезке борозд, посадке и уходе за лес-
ными культурами на вырубках, подтверждающих адекватность разработанной имитационной модели движения.
Достоверность основных положений и рекомендаций подтверждена хорошей сходимостью теоретических и экспериментальных данных, положительными результатами использования в производственных условиях.
Значение полученных результатов для теории. Предложенная методика генерирования модельного участка вырубки, позволяет использовать ее для создания различных имитационных моделей и изучения функционирования тракторных технологических агрегатов. Установлены закономерности функционирования тракторных технологических агрегатов на вырубках, основанные на вычислительных процедурах компьютерного имитационного моделирования и результатах натурных исследований, позволяющие находить оптимальные параметры технологии и оборудования.
Значение полученных результатов для практики. Методика генерирования модельного участка вырубки и имитационная модель движения тракторных технологических агрегатов, реализованные в виде алгоритмов и программ для ЭВМ, позволяют выбирать стратегию движения тракторных технологических агрегатов, рассчитывать общую длину огрехов, образующихся при нарезке борозд, посадке и уходе за лесными культурами, определять требуемое количество посадочного материала Данные об участках повышенной встречаемости лесных машин с пнями, могут быть использованы при проектировании почвообрабатывающих орудий и средств их защиты от перегрузок.
Реализация работы. Полученные результаты исследования прошли опытную проверку в Воронежском, Давыдовском (Воронежская область), Сергиево-Посадском (Московская область) лесхозах, где показали хорошую сходимость теоретических и экспериментальных данных и были внедрены в производство. Результаты исследования рекомендуются научным работникам, конструкторам, аспирантам, студентам для практического применения и используются в учебном процессе ВГЛТА.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на заседаниях и научных семинарах кафедры «Производство, ремонт и эксплуатация машин», научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Воронежской государственной лесотехнической академии (2002 ... 2005 гг.), Международных и Всероссийских межвузовских научно-практических конференциях (Оренбургский государственный университет, 2003 г.; Вологодский государственный технический университет, 2004 г.; Самарский государственный технический университет, 2004 г.; Уральский государственный лесотехнический университет, 2005 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 статей, в том числе единолично - 4 статьи. Список основных работ приведен в конце автореферата.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, общих выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений.
