CC BY
53
УДК 004.942:[631.342+630*24] М.В. Драпалюк, ЛД. Бухтояров, С.А. Столбовских
ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ РОТОРА КУСТОРЕЗА С ГИБКИМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ
В статье представлена имитационная модель, которая позволяет произвести анализ и оценку функционирования ротора кустореза с гибкими рабочими органами. Модель выполнена в MATLAB с использованием САПР SolidWorks.
Ключевые слова: ротор, кусторез, модель, блок, подсистема.
M.V. Drapalyuk, L.D. Bukhtoyarov, S.A. Stolbovskikh SIMULATION MODEL OF THE BUSH CUTTER ROTOR WITH FLEXIBLE OPERATING DEVICES
The simulation model that allows to analyze and estimate functioning of the bush cutter rotor with flexible operating devices is given in the article. The model is created in MATLAB with CAD SolidWorks use.
Key words: rotor, bush cutter, model, block, subsystem.
В настоящее время все более широкое применение в различных областях получают средства автоматизированного проектирования. Появляется новое программное обеспечение, позволяющее производить математическое моделирование физических и других процессов с достаточно высокой точностью. Существует большое количество средств математического моделирования, среди которых можно выделить MATLAB, "Универсальный механизм” а также систем автоматического проектирования (САПР), таких как So-lidWorks, AutoCAD, CATIA [1,2]. Перечисленные программные продукты совместимы друг с другом на определенных этапах. Модели деталей и сборки в целом из SolidWorks могут использоваться при моделировании процесса работы исследуемого объекта средствами MATLAB, что позволяет более глубоко исследовать физику процесса, чем это можно сделать стандартными средствами SolidWorks.
Целью данной работы является составление имитационной модели, позволяющей обосновать влияние параметров ротора кустореза на процесс резания, в частном случае на скорость стабилизации рабочего органа после удара о ствол.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
- составить имитационную модель ротора кустореза;
- провести компьютерный эксперимент на модели;
- определить время стабилизации рабочего органа после удара о ствол.
При рассмотрении процесса работы ротора с гибкими рабочими органами значительные трудности вызывает аналитическое описание модели взаимодействия звеньев рабочего органа, так как число степеней свободы механизма увеличивается с увеличением числа звеньев цепи. Целесообразно использовать численные методы при рассмотрении данной задачи [3].
С помощью MATLAB нами составлена модель ротора кустореза с гибкими рабочими органами в виде блок-схемы звеньев механизма с заданными входными параметрами (рис. 1).
Метод исследования состоит в визуальном программировании с помощью программы Simulink, входящей в пакет имитационного моделирования MATLAB. На экране, из библиотеки стандартных блоков различных типов, которые расположены и соединены согласно принципам теории механизмов и машин, создана модель ротора кустореза с гибкими рабочими органами. Каждый блок имеет строго определенные входные параметры, и основная сложность заключается в правильном выборе типа блока, принципа его соединения, а также нахождении требуемых входных параметров.
Рис. 1. Блок-схема модели ротора кустореза
Блок Machine Environment является параметрическим, т.е. задает конфигурацию системы, значения силы тяжести, параметры симуляции и т.д.
Блок Ground представляет собой точку опоры, элемент Revolute - крепление с одной степенью свободы: вращение вокруг выбранной оси, а элемент Weld - неподвижное крепление.
Подсистема Signal представляет собой группу блоков математических функций, описывающих параметры движения. Данная подсистема создает управляющий сигнал на блок Joint Actuator, который приводит в движение вал.
Блоки Zep'1 и Zep'2 - подсистемы, представляющие собой гибкую связь из звеньев, имеющих возможность вращения друг относительно друга только в горизонтальной плоскости (рис. 2, 3).
Гибкая связь шарнирно крепится на роторе, а на другом ее конце установлены дополнительные грузы (блоки Boek и Boekl). Имитационная модель построена с учетом возможности исследования ее поведения при столкновении с перерезаемым стволом кустарника, для этого в подсистеме Zep'1 задается силовое воздействие на звено. Signal Builder с помощью графика зависимости величины от времени задает управляющий сигнал на элемент, имитирующий нагрузку - Body Actuator и далее на звено гибкой связи (рис. 4).
Рис. 2. Блок Zep’1
Рис. 3. Блок Zep'2 138
Рис. 4. Окно настройки блока Signal Builder
В свойствах (рис. 5) физических тел (zveno, Boek и т.д.) задается масса, инерция в виде матрицы и геометрические параметры объекта. Параметр CG обозначает центр масс тела, задается его координатное положение в мировой системе координат (World), т.е. относительно точки, выбранной началом отсчета для всей системы (основания Ground). Вместо мировой системы можно использовать ориентацию относительно любой из точек тела (CS1, CS2, CG и т.д.), или точку присоединения к другому телу. Координаты точек CS1 и CS2 определяют геометрические границы объекта, а в данном случае и точки присоединения других звеньев.
Благодаря покоординатному заданию точек и возможности угловой ориентации во вкладке Orientation возможно с высокой точностью создавать модели. В графе Visualization настраиваются параметры отображения объекта в окне визуализации: выбирается цвет, тип примитива или 3D модель в формате “.stl”, работать с которым позволяют средства SolidWorks.
Mass: 85
Inertia:
[0.0001212861,0.0,0.0;0.0,0.0001778487,0.0;0.0,0.0,0.00026628]
д*стЛ2 v
Position Orientation Visualization
Show Port Port Side Name Origin Position Vector [x у z] Units Translated from Origin of Components in Axes of
□ Left v CG [12 -20 0] cm v World v World
□ Left v CS3 [ООО] cm v CS1 vCSl
0 Left v CS1 [ООО] cm v Adjoining v Adjoining
0 Right v CS2 [4 0 0] cm V CS1 vjCSl
< ці 1 >
Рис. 5. Окно свойств звена цепи
Значения массы и моментов инерции звеньев найдены из твердотельной модели, построенной в So-lidworks (рис. 6).
Рис. 6. Твердотельная модель ротора кустореза в SolidWorks
В окне MATLAB ротор с цепью изображен схематично с указанием центров масс каждого звена (рис. 7). Во время проведения имитационного эксперимента на модели визуально можно наблюдать изменения положение каждого звена с течением времени.
Рис. 7. Окно просмотра визуализации в МАТІАВ
После построения имитационной модели ротора на любом из его звеньев можно поставить датчик, фиксирующий интересующие нас параметры.
Результатом работы является определение времени стабилизации рабочего органа после удара, на основании составленной имитационной модели. Результатом работы является определение времени стабилизации рабочего органа после удара, на основании составленной имитационной модели. При задании в модель частоты вращения ротора, характеризующей его ускорение, а также геометрических и динамических параметров звеньев нами было получено, что при воздействии на первое звено цепи силы в 1200 Н, возникающей при встрече со стволом, произойдет изменение линейной скорости ножа.
На протяжении четырех секунд будет наблюдаться дестабилизация звена, а затем под действием сил инерции скорость звена стабилизируется и оно продолжит линейный разгон (рис. 8).
Рис. 8. График изменения линейной скорости ножа 140
Для получения графика изменения линейной скорости требуется вводить ряд дополнительных математических операторов, блок Body Sensor выводит скорость для каждой оси координат, поэтому для получения главного вектора скоростей создается подсистема graphick (рис. 9), состоящая из математических функций и блока Scope, который строит график по входящей величине от времени симуляции.
Рис. 9. Подсистема graphick
Таким образом, использование современных численных методов, воплощенных в программные комплексы моделирования процессов и проектирования технических средств, позволяет значительно снизить трудоемкость проектирования новых конструкций и нахождения их оптимальных параметров.
Литература
1. Solidworks 2007/2008. Компьютерное моделирование в инженерной практике / А.А. Алямовский, А.А. Собачкин, Е.В. Одинцов [и др.]. - СПб.: БХВ-Петербург, 2008. - 1040 с.
2. Черных И.В., Потемкин В.Г. Simulink: Среда создания инженерных приложений. - М.: Диалог-М 2004. - 496 с.
3. Конструкции и параметры для расчистки лесных площадей: моногр. / И.М. Бартенев [и др.].
Наука, 2007. - 208 с.
УДК 631.3.05 Д.Н. Раднаев
УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОСЕВНЫХ АГРЕГАТОВ
Представлена иерархическая система моделей для оценки эффективности функционирования посевных агрегатов и рассмотрены условия их применения.
Ключевые слова: посевной агрегат, показатели эффективности, удельные затраты, системный подход, условия применения.
D.N. Radnaev CONDITIONS OF THE SOWING UNIT EFFICIENCY PARAMETER APPLICATION
The hierarchical system of the models for the sowing unit functioning efficiency estimation is given and the conditions of their application are considered.
Key words: sowing unit, efficiency parameters, specific expenses, system approach, application conditions.
Оценка эффективности функционирования почвообрабатывающих посевных машин и агрегатов, как этап анализа качества работы сложной системы «почва-машина-оператор», осуществляется на базе комплекса числовых характеристик, называемых показателями эффективности, которые оценивают степень приспособления системы к выполнению поставленных задач.
