Кандидатська дисертація


УДК 621.86.001

Обгрунтування конструктивних та експлуатаційних параметрів і характеристик мобільних машин із змінюваним центром мас

05.02.02 - машинознавство

Львів 13.03.2002

Автореферат дисертації  http://zinko.lviv.ua/articles/1468846335/avtorefkand.pdf >


Актуальність теми.
В системі комплексної механізації та автоматизації ван-тажопереробних процесів особлива роль відведена (авто)мобільним машинам. Бага-тьом з них, призначених для виконання транспортувальних операцій, в тій чи іншій мірі властива змінюваність (на окремих стадіях робочого циклу) повної маси і розташування центра мас. Разом з тим, існує багато різновидів машин, помітна змі-нюваність розташування центра мас яких простежується багаторазово чи навіть не-перервно впродовж всього робочого циклу і для яких вона стає формальним виявом їх основних робочих функцій.
Функції цих машин за багатьма ознаками є настільки особливими, що зводити їх робочі цикли лише до послідовності транспортувальних операцій, яка ніби об’єк-тивно випливає з технологічної необхідності реалізації простих за змістом і техні-кою виконання вертикальних, горизонтальних, кутових переміщень вантажу, в да-ний час (час високоефективних технологій та глибоких наукових надбань) сприйма-ється як надмірне спрощення. Воно стає принциповою, концепційною завадою при розробці ефективної методології аналізу і синтезу експлуатаційних властивостей машин, при вмотивованому і цілеспрямованому формуванні бажаного і досяжного розумними засобами рівня їх досконалості. В тих випадках, коли все ж неможливо оминути проблему змінюваності масових параметрів і характеристик, вдаються до розробки наукових засад проектування машин тільки певного, конкрет-ного типу. Це призводить до надмірної спеціалізації наукових досліджень і методо-логії проектних пошуків, обмежує (навіть унеможливлює) застосування сучасних універсальних методів і засобів автоматизованого проектування.
Власне машини із змінюваним центром мас (МЗЦМ) доречно віднести до окремого класу і розглядати їх методологічно інтегровано — виходячи з одних і тих самих концепційних позицій, спираючись на єдині теоретичні засади. Це дає можливість відмовитися від загалом малоефективної і досить бідної на засоби удоскона-лення “адаптованої” під них теорії транспортних чи робочих машин, і водночас, уникнути потреби будувати “окремі теорії” кожного з існуючих різновидів машин. Разом з тим, за такого підходу розкриваються принципово нові можливості і технічні засоби вдосконалення мобільних машин різного призначення. Саме змінюваність центра мас, яка зумовлює особливості конструкції машин і пов’язаних з ними про-блем та задач, цілком природно висувається на передній план; зокрема, цілком до-речною і перспективною є постановка задачі оптимального активного керування пе-реміщенням центра мас. Через це розробка методології аналізу і синтезу експлуата-ційних властивостей МЗЦМ має всі підстави вважатися актуальною, здатною вирі-шити накопичені технічні задачі і задовольнити назрілі потреби підвищення ефектив-ності засобів і процесів механізації та автоматизації переробки вантажів.

Зв’язок з науковими програмами, планами і темами.
Дисертація виконува-лася відповідно до координаційного плану важливих науково-дослідних робіт ВУЗів України на 1996—2000 р.р. і завдань науково-дослідної роботи Національного університету “Львівська політехніка” № 20/96 “Визначення впливу положення центру мас вантажу на ефективність автонавантажувачів”.
Мета та задачі досліджень. Мета роботи — розробка адаптивного методу автоматизованого проектування машин із змінюваним центром мас, спрямованого на підвищення рівня їх експлуатаційної досконалості та ефективності функціонування.
Для досягнення цієї мети в роботі були розв’язані такі задачі:
— проведено класифікацію МЗЦМ на основі поняття структури плоскої конструктивної схеми і обґрунтовано основні принципи синтезу математичних моделей;
— розроблено методику побудови математичних моделей МЗЦМ і їх робочих циклів, яка спирається на поняття структурного графа зв’язків між узагальненими координатами та враховує всі основні чинники, що помітно позначаються на ефективності машин; адаптовано до потреб моделювання роботи МЗЦМ стандартний пакет прикладних програм розв’язування диференціальних рівнянь другого порядку;
— проведено машинні і натурні експерименти з метою ідентифікації парамет-рів і характеристик та оцінки адекватності моделі автонавантажувача — репрезентативного представника класу МЗЦМ;
— проведено теоретичні дослідження впливу конструктивних та експлуата-ційних параметрів на ефективність роботи МЗЦМ в конкретних умовах експлуатації;
— проведено дослідження вібронавантаженості автонавантажувача і розроб-лено нову конструкцію його підвіски;
— обґрунтовано принципи раціонального позиціювання і центрування ванта-жів на мобільних машинах та розроблено конструкцію вантажозахоплювача з засо-бами центрування для автонавантажувача; проведено випробовування експериментального взірця автонавантажувача з пристроєм для центрування вантажу та здійснено оцінку його ефективності.

Об'єктом досліджень
є процес функціонування і експлуатаційні властивості (авто)мобільних машин із змінюваним центром мас.

Предметом досліджень
є методологія підвищення ефективності МЗЦМ засо-бами раціонального добору їх конструктивних параметрів і характеристик.

Методи дослідження.
В основу теоретичних досліджень покладено засоби аналітичної динаміки і теорії експлуатаційних властивостей автономних мобільних машин. При синтезі математичних моделей МЗЦМ використовувалися апарат рів-нянь Лагранжа ІІ-го роду, методи і засоби автоматизації проектування, адаптований до розв’язуваних задач пакет прикладних програм. Натурні експерименти з метою перевірки адекватності моделей та прямої оцінки ефективності прийнятих технічних рішень провадилися з залученням методів математичної статистики.

Наукова новизна
отриманих результатів полягає в поглибленні та розвитку теоретичних і методологічних основ автоматичного проектування мобільних машин із змінюваним центром мас. Новими науковими результатами дисертаційного дослі-дження є:
— узагальнена модель роботи МЗЦМ, яка вперше безпосередньо враховує ефект змінюваності розташування центра мас впродовж всього багатоелементного робочого циклу мобільної машини;
— удосконалена методика дослідження взаємозв’язку між розташуванням вантажу та вібромеханічним впливом експлуатаційних чинників на водія-оператора мобільної машини;
— вперше запропоновано принцип суміщення операцій в робочому циклі МЗЦМ, який полягає у накладанні процесів роботи виконавчих механізмів;
— вперше обґрунтовано доцільність і запропоновано механізм двовимірного коректування розташування вантажу на борту машини.

Практичне значення
отриманих результатів. Розроблена методологія
визначення ефективності роботи МЗЦМ (зокрема, автонавантажувача) в довільному робочому циклі з урахуванням впливу визначальних експлуатаційних чинників дає змогу автоматизованими засобами проектування окреслити найперспективніші напрями і нетрадиційні технічні можливості одночасного підвищення паливної ощадливості, зменшення вібронавантаженості, підвищення продуктивності цих машин. Розроблені на основі проведених теоретичних досліджень принцип і технічні засоби коректування розташування вантажу на борту машини запроваджено в прак-тику проектування перспективних машин у ВО “Автовантажмаш” (м. Львів). Виго-товлено і випробувано автонавантажувач з удосконаленою конструкцією вилкового захоплювача. ВО “Автовантажмаш” визнано за доцільне впровадити розроблену конструкцію вилкового захоплювача у серійне виробництво. Розроблені методи дослідження МЗЦМ, алгоритм моделювання і програми машинних експериментів впроваджено в навчальний процес на кафедрі “Експлуатація та ремонт автомобіль-ної техніки” Національного університету “Львівська політехніка”.

Особистий внесок здобувача
полягає в розробці методу проектування машин із змінюваним центром мас і формуванні таких нових напрямів технічного удоско-налення конструкцій спеціальних мобільних машин, які випливають з результатів проведених особисто ним теоретичних досліджень. Основні результати роботи отримані автором самостійно. У колективних публікаціях внесок автора дисертації є визначальним.

Апробація результатів роботи.
Матеріали роботи доповідалися та обговорювалися на Міжнародній конференції “Sakon’92. Metody obliczeniowe і badawcze w rozwoju system?w pojazd?w і maszyn” (Жешув, Польща, 1992), Міжнародній науково-практичній конференції “Проблеми та перспективи розвитку конструкцій i організації виробництва автобусів, автонавантажувачів, автокранів та агрегатів” (Львів, 1992), 1-й міжнародній науково-дослідній конференції “Плавность хода экологичес-ки чистых автомобилей в различных дорожных условиях и летательных аппаратов при приземлении и торможении” (Москва, 1997), 4-й міжнародній науково-технічній конференції “Двигуни внутрішнього згорання і моторні транспортні засо-би (Руссе, Болгарія, 1997), Міжнародній науковій конференції “Лісотранспорт в Карпатах: традиції, реалії, перспективи розвитку” (Львів, 1998), International Scientific Conference on MECHANICS’98 (Жешув, Польща, 1998), 4-ому міжнародному сим-позіумі українських інженерів-механіків у Львові (Львів, 1999), 5-ому міжнародному симпозіумі українських інженерів-механіків у Львові (Львів, 2001).

Публікації.
Результати дисертації викладені в 28 публікаціях; серед них — 7 статей у фахових виданнях, 2 депоновані статті, 9 матеріалів конференцій та симпо-зіумів, 10 охоронних документів (авторські свідоцтва, патенти, заявки на винахід).