Моделирование динамики специального манипулятора лесной машины с канатным приводом рукояти

Основные выводы. Демографическая структура Брянской области отличается выраженной территориальной дифференциацией. Ее специфику определяет соотношение восьми геодемографических типов. «Позиции» каждого типа в системе демографических угроз социально-экономическому развитию области, тенденции динамики процессов различны. Относительно невысок уровень рисков в Брянском и Дятьковском районах. В остальных субъектах наблюдаются выраженные проблемы демографической безопасности разной степени остроты. Наиболее сильны угрозы региональному развитию на западе, юго-западе и юго-востоке области. Комплекс рисков определяет приоритеты региональной демографической политики. В современный период важна корректировка ее задач и мероприятий как важного звена разработки систем территориального планирования Брянской области.

The processes of transformation and modem démographie structure of the population as the significant factor of social and economic functioning of Bryansk oblast are analyses. Its general and regional features are revealed at two levels. The main external and internai challenges and tendencies of the development of the demographic structure, the leading directions of the regional demographic policy are defined.

Keywords: demographic structure, natural movement and spatial mobility of population, demographic challenge, threat, development, transformation, regional demographic policy.

Список литературы

1. Алешковский И.А., Ионцев В.А., Слука Н.А. Влияние международной миграции на современное демографическое развитие России //Вопросы географии. Сборник 135: География населения и социальная география /отв. ред. А.И. Алексеев, А.А. Ткаченко. М.: Кодекс, 2013. С. 356-382.

2. Ван де Каа Д. О международной миграции и концепции второго демографического перехода //Мир в зеркале международной миграции /Гл. ред. В.А. Ионцев. Вып. 10. М.: МАКС Пресс, 2002. С. 90-96.

3. Демографический ежегодник Брянской области. 2015: Стат. сборник. Брянск, 2015. 180 с.

4. Демографический ежегодник России. 2014. М.: Росстат, 2014. 186 с.

5. Демографический прогноз до 2030 года: http: //www. gks.ru/free_doc/new_site/population/demo/progn.3

6. Естественное движение населения Российской Федерации в 2014 году: http: //www. gks.ru/bgd/regl/b15_106/Main.htm

7. Куница М.Н. Геодемографическая структура населения староосвоенного региона: особенности, дифференциация, проблемы в Центральном федеральном округе России. Брянск: Изд-во РИО БГУ 2009. 312 с.

8. Куница М.Н. Типология сельских населенных пунктов Центральной России: демо-экологический аспект //Региональные исследования. 2011. № 3. С. 111-118

9. Куница М.Н. Трансформация демографической структуры населения Центральной России //Вестник Брянского государственного университета: Точные и естественные науки. Брянск: РИО БГУ 2014. № 4. С. 106-112.

10. Численность и естественное движение населения Брянской области в 1995 году: Стат. сборник. Брянск, 1996. 94 с.

11. Численность и естественное движение населения Брянской области в 2005 году: Стат. сборник. Брянск, 2006. 86 с.

12. Численность и миграция населения Брянской области в 2014 году (статистический бюллетень). Брянск, 2015. 226 с.

13. Численность и миграция населения Российской Федерации в 2013 году: http: //www. gks.ru/bgd/regl/b14_107/Main.htm

14. Численность и миграция населения Российской Федерации в 2014 году: http: //www. gks.ru/bgd/regl/b15_107/Main.htm

15. Экономическая безопасность России /под ред. В.К. Сенчагова. М.: Дело, 2005. 896 с.

Об авторе

Куница М.Н. - кандидат географических наук, доцент кафедры географии, экологии и землеустройства Брянского государственного университета имени академика И.Г. Петровского, geodem@mail.ru

УДК 621.86, 55.53.41

МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ СПЕЦИАЛЬНОГО МАНИПУЛЯТОРА ЛЕСНОЙ МАШИНЫ

С КАНАТНЫМ ПРИВОДОМ РУКОЯТИ

И.А. Лагерев

В данной статье рассмотрены вопросы моделирования динамической нагруженности специального крана-манипулятора лесной машины, звенья рукояти которого последовательно опираются друг на друга через пружины, а длина рукояти регулируется натяжением приводного каната, закрепленного на изголовке крайнего звена. Предложены математические модели и показаны результаты компьютерного моделирования исследуемого крана-манипулятора. Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых ученых-кандидатов наук №МК-92.2014.8.

Ключевые слова: кран-манипулятор, лесная машина, канатный привод, телескопическая рукоять, кинематика, динамика, моделирование

Многозвенные манипуляторы нашли широкое применение в лесных машинах. Известна конструкция манипулятора [1]. Данная конструкция имеет необычный привод телескопических секций рукояти. Звенья последовательно опираются друг на друга через пружины, а длина рукояти регулируется натяжением приводного каната, закрепленного на изголовке крайнего звена. При натяжении или ослаблении каната все звенья движутся одновременно, при этом соотношение перемещений звеньев зависит от соотношения жесткостей опорных пружин.

Такая конструкция не позволяет использовать широко распространенные математические модели кранов манипуляторов [2; 3]. В связи с этим разработана математическая модель моделирования движения стрелы при выполнении рабочих операций.

Расчетная схема стрелы крана-манипулятора показана на рис. 1. Она содержит степеней свободы: qi - поворот стрелы (отрезок АЕ); q2 - поворот рукояти (отрезок DF); q3...q7 - линейные перемещения телескопических секций. Координаты изменяются от qmin... qmax (0. qmax).

Рис. 1. Расчетная схема конструкции

При построении математических моделей движения элементов крана-манипулятора приняты следующие допущения.

1. Элементы стрелы представляют собой абсолютно жесткие стержни, соединенные упруго-диссипативными связями и шарнирами.

2. Раскачивание груза в захвате не учитывается.

3. Особенности работы гидропривода не учитываются. Влияние гидропривода учитывается с помощью тягового усилия гидроцилиндров [2; 3].

4. Тяговый канат складывания телескопических секций в модели не воспроизводится, его влияние учитывается с помощью силы натяжения, которая зависит от обобщенных координат системы и параметров полиспаста.

5. С каждым звеном рукояти связана собственная степень свободы. Взаимоувязка степеней свободы происходит через силы сжатия пружин и натяжение тягового каната.

Составим уравнение движения стрелы крана-манипулятора. Для этого запишем уравнение прямолинейного движения x1 поршня приводного гидроцилиндра ГЦ1, обеспечивающего поворотное движение стрелы q 1 при воздействии на поршень

системы движущих сил Р\до и сил сопротивления Р^1сопр . Очевидно, что если элементы стрелы считаются абсолютно

жесткими, то движение стрелы будет полностью зависить от движения поршня гидроцилиндра ГЦ1. Уравнение движения поршня приводного гидроцилиндра ГЦ1 имеет вид:

(+ ™пр,1 ) Х1 = ^до - ^сопр

при начальных условиях:

х(г=0)=Хо ^ Хо ^ -О; х(?=0)=0,

где т1 - масса движущихся частей гидроцилиндра ГЦ1 (штока); тпрд - приведенная масса движущихся частей крана [4].

Движущая сила гидроцилиндра определяется размерами его поршня и разностью давлений рабочей жидкости в рабочей и холостой полостях, а сила сопротивления движению поршня ГЦ1 - силой трения и суммой приведенных к оси штока внешних эксплуатационных нагрузок (усилием на штоке гидроцилиндра) и 1 [4; 5].

Усилие на штоке гидроцилиндра и 1, исходя из условия равновесия стрелы относительно точки вращения - шарнира в плоскости поворотного движения, определяется соотношением:

и1 = И-Г-( + 72 ) ,

ИГ1 + Ье С08>"

где Иг 2 - плечо действия усилия гидроцилиндра ГЦ1; 11,12 - выражения, учитывающие внешние нагрузки; ¡- угол ориентации гидроцилиндра [4; 5].

Решая уравнение движения поршня гидроцилиндра ГЦ1 можно получить реализацию процесса изменения входа штока во времени. Очевидно, что ход штока полностью определяет поворот приводимого гидроцилиндром элемента стрелы манипулятора. Поэтому, зная зависимость координаты ql от хода штока, можно перейти к реализациям изменения q1. На рис. 2 и рис. 3 показаны результаты моделирования движение стрелы манипулятора [4].

У¡, рад/с

О 15

О 1

0.05

0

10

15

20

25

Г, с

Рис. 2. График изменения обобщенной координаты стрелы

Рис. 3. График изменения скорости движения стрелы

Составим уравнения движения звеньев рукояти. Считаем, что рукоять находится в крайнем верхнем положении, чему соответствует ее максимальная длина. При движении тяговый канат сжимает телескопическую часть, что приводит к уменьшению длины рукояти. Считаем, что при работе поворачивается только рукоять, стрела стоит на месте. Однако текущее значение координаты положения стрелы ql необходимо для определения геометрических соотношений. Жесткости опорных пружин телескопических звеньев рукояти сь. .с5 связаны между собой следующим неравенством с1>с2>сз>с4>с5, что следует из [1]. Запишем внешние активные силы, действующие в системе: - по координате Ч7:

Q;

ЕЛ

К К ± ' ^'у '

где х2 (42) - зависимость смещения штока ГЦ2 от поворота рукояти, т.к. все уравнения составляются в обобщенных координатах, а натяжение каната зависит от смещения штока гидроцилиндра:

Х2(Ч 2 ) ~ 0А ^ (Ч 2 шт - 42 ) .

- по координате 42:

(

Р2доИгц 2 + б

Л

¿1 + X 9г

V г = 3 у

^

где Игц2 - плечо действия гидроцилиндра ГЦ2 (Игц2 ~ 0А).

гц2

При движении штока гидроцилиндра ГЦ2 происходит изменение конфигурации телескопической части стрелы, что приводит к изменению момента инерции рукояти J 2 .

В первом приближении будем считать, что телескопические звенья - это тонкие стрежни. В дальнейшем можно будет точнее вычислить момент инерции

Т 1 12

01 = — т1,

где тг - масса стержня, - длина стержня.

Однако телескопические звенья расположены на удалении Кг от оси вращения (в точке Е). Тогда согласно теореме Гюгенса-Штайнера

2

=  01+тЛ .

Момент инерции груза будем считать как момент инерции материальной точки (хотя для конкретных грузов можно вычислить точное значение):

г = тДг,

где тг - масса груза, Яг - расстояние от грузозахватного органа до оси вращения.

Момент инерции всей движущейся рукояти, с учетом того, что к, зависит от текущих значений обобщенных координат ч3...ч7, а если точнее - координаты ч2, вызывающей натяжение тягового каната можно вычислить как сумму моментов инерции всех составных частей рукояти и груза:

7 7

2

2(Ч3-Ч7) = X Т =Х (т0' + 3-Ч7% )+ Тг

12

' = 2 ,2

' = 2

2 (Чъ -Ч7 ) = ^ т7 ¡72 + т7 [X ¡г + X Чг + 1 + ^ ^ + тб [ X ¡г + X Ч

+т5

X1,+X Ч.

¡5 + Ч5

+ X +

г=3 2

1

+ 12 т414 + т4 IX ¡' + Ч3 2

12

¡6 + <

55

+ X + -

г=3 2

г'=2

12

+ — тХ2 +

¡4 + Ч4 1 1

— т,!,2 + т31 ¡2 + —

12 33 3I 2 2

¡3 + Ч3

12

+ 1 m2¡22 + тг | ¿о Ч, | ,

где т2...т7 - массы телескопических звеньев; ¡2...Ь — длины телескопических звеньев (индексы соответствуют главным координатам).

Запишем систему уравнений движения элементов рукояти:

( 7 1

Т2(Ч3-Ч7^2 = F2доИгц2 + б ¿1 ^Чг

г=3

^(Ч2ш1п - Ч2);

т7#7 - с5 (Ч3 + Ч4 + Ч5 + Чб - Ч7) = ЕК^К(1 + 2п)(х2(Ч2) - Ч7^ - бБШ^шш - Ч2); тб<?б + с5(Ч3 + Ч4 + Ч5 + Чб- Ч7) - с4(Ч3 + Ч4 + Ч5- Чб) =0; т5 Ч5 + С4(Ч3 + Ч4 + Ч5 - Чб) - С3(Ч3 + Ч4 - Ч5) = 0; т4Ч 4 + С3(Ч3 + Ч4 - Ч5) - С2(Ч3 - Ч4) = 0; т3Ч 3 + С2(Ч3 -Ч4) + С1Ч3 = 0

2

г=2

=3

2

2

г=2

Начальные условия - нулевые, кроме начального угла q2(/ = 0). В тестовом расчете принимали q2(/ = 0) = -0,8 (рад). Результаты расчета движения рукояти приведены на рис. 4 и рис. 5.

Рис. 4. График изменения Рис. 5. График изменения обобщенной координаты

обобщенной координаты рукояти последнего звена рукояти

Анализируя полученные результаты, можно сделать следующие выводы.

1. Если растет q2 (угол идет по часовой стрелке), то q3... q7 - растут, т.к. происходит уменьшение телескопической части, звенья движутся по выбранным направлениям координат.

2. Чем больше жесткость пружины, связанной с телескопическим элементом, тем меньше его перемещение по сравнению с другими звеньями.

3. Сила сжатия, действующая на концевое телескопическое звено рукояти, постепенно растет.

В дальнейшем на основании запатентованного решения с использованием разработанных динамических моделей возможно создать эскизный проект исследуемого манипулятора и выполнить его детальное моделирование.

Simulation of dynamic loading of special crane forest machine with rope drive stick is under consideration in this article. The proposed mathematical model and shows the results of computer simulation of the investigated crane. This work was supported by President Grant for Government Support of Young Russian Scientists No. MK-92.2014.8.

Keywords: crane-manipulator, forest machine, rope drive, telescopic boom, kinematics, dynamics, simulation

Список литературы

1. Манипулятор: пат. №2312056: Рос. Федерация: МПК7 B66C23/00 / авторы и заявители Шестаков Я.И., Макаров В.Е., Грязин В.А.; патентообладатель ГОУ ВПО «МарГТУ». - №2006115035/11; заявл. 02.05.2006; опубл. 10.12.2007, Бюл. № 31.

2. Лагерев, А.В. Универсальная методика определения напряжений в стержневых элементах конструкций гидравлических кранов-манипуляторов в задачах динамики / А.В. Лагерев, А.А. Мильто, И.А. Лагерев // Вестник Брянского государственного университета. - 2013. - №4. - С. 21-26.

3. Лагерев, И.А. Динамический анализ трехзвенного гидравлического крана-манипулятора / И.А. Лагерев, А.В. Лагерев // Вестник Брянского государственного технического университета. - 2011. - №3. - С. 9-16.

4. Лагерев, И.А. Динамика трехзвенных гидравлических кранов-манипуляторов: монография / И.А. Лагерев, А.В. Лагерев. - Брянск: БГТУ 2012. - 196 с.: ил. - ISBN 978-5-89838-608-5

5. Лагерев, А.В. Проектирование объемного насосного гидропривода подъемно-транспортных машин и оборудования: учеб. пособ. / А.В. Лагерев. - Брянск: БГТУ, 2003. - 232 с.

Об авторе

Лагерев И.А. - кандидат технических наук, проректор по инновационной работе Брянского государственного университета имени академика И.Г. Петровского, lagerev-bgu@yandex.ru.

УДК 574.3: 576.8

ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ БЛОХ (SIPHONAPTERA) ГРЫЗУНОВ (RODENTIA) ПРИМОРСКОГО КРАЯ

Е.А. Литвинова, М.Н. Литвинов

Предпринята попытка анализа жизненных циклов некоторых видов блох грызунов Приморского края. За основу выбраны схемы годовых циклов блох, предложенные Н.Ф.Дарской [4, с. 731] и В.С.Ващёнком [2, с. 17]. Выяснено, что жизненные циклы блох грызунов Приморского края, в основном, укладываются в предложенную схему, но вместе с тем имеют свои особенности.

Ключевые слова: грызун, блоха, паразит, хозяин, годовой цикл, генерация, индекс обилия, жизненный цикл, фенология.

Следствием приспособления к сезонным изменениям метеорологических условий и особенностям экологии хозяев в разное время года явилось свойственное блохам большое разнообразие жизненных циклов, известных в специальной литературе по этим насекомым как годичные, чем подчеркивается, что полный цикл их развития не выходит за пределы одного года [2, с. 18].

Обобщив особенности переживания разными видами блох сезонной смены условий, Н. Ф. Дарская [4, с. 732] выделила 5 типов годовых циклов (А—Е). Из них к типу А отнесены блохи, размножающиеся круглый год, у которых в течение всего года происходят также развитие преимагинальных фаз и выплод имаго. Тип В объединил насекомых, паразитирующих на диких животных у которых имаго встречается весь год, но размножение и преимагинальное развитие приурочены к теплому периоду. Тип С занимает промежуточное положение между двумя предыдущими. Он включает блох зимоспящих