При ненадлежащем текущем содержании в полосе отвода железных дорог появляется нежелательная древесно-кустарниковая растительность, что отрицательно влияет на безопасность и бесперебойность перевозочного процесса. В статье рассматриваются вопросы математического моделирования машин по удалению нежелательной растительности.
Ключевые слова: железная дорога, полоса отвода, нежелательная растительность, математическое моделирование.
Вблизи железных дорог общего пользования России находятся земельные участки так называемой «технической полосы отвода», которая необходима для создания охранной зоны контактной сети, установки устройств сигнализации, централизации и блокировки, а также для создания защитных лесных насаждений различного назначения. При ненадлежащем текущем содержании в полосе отвода появляется нежелательная древесно-кустарниковая растительность. Это отрицательно влияет на безопасность и бесперебойность перевозочного процесса по железной дороге [4].
Механический метод удаления нежелательной древесно-кустарниковой растительности применяется в основном в случаях, когда использование химических методов борьбы, получивших в последние десятилетия большую популярность, признаётся нецелесообразным [1]. В частности, экземпляры нежелательной поросли в полосе отвода нежелательно уничтожать химическими методами: засохшая поросль высотой 0,5…0,8 м и более снижает эстетическое восприятие клиентами (пассажирами) инфраструктуры железных дорог в целом (так называемый «вид из окна»), что требует дополнительных воздействий машинным агрегатом или ручную вырубку (вырезку).
В настоящее время по сети железных дорог России наметилась тенденция к максимизации использования средств механизации, так как это в значительной степени повышает производительность труда, сокращает сроки выполнения работ и в конечном итоге снижает их себестоимость [3]. К средствам механизации, позволяющим удалять нежелательную растительность в полосе отвода железных дорог, относятся машины с манипуляторными установками, на свободном конце которых установлен рабочий орган (режущая или корчевательная головка и т. д.).
Особенно предпочтительно использование указанных рабочих органов при тонкомерной поросли, неравномерно расположенной по полосе отвода дорог (рис. 1).
Рис. 1 — Нежелательная древесно-кустарниковая растительность в полосе отвода железных дорог
Нередко для удаления такой поросли используется малоэффективный и трудоёмкий ручной труд, а вырубленная топорами и скошенная бензопилами поросль требует через некоторое время повторного воздействия. Использование же таких средств механизации, как режущая или корчевательная головка, при их динамическом управлении с мобильных транспортных средств (в том числе, без их остановки) на комбинированном автомобильном и железнодорожном ходу позволит качественно и высокопроизводительно решать задачи повышения эффективности удаления древесной и кустарниковой растительности [2].
Однако разработка указанных средств механизации, которые без сомнения относятся к наукоёмкой продукции, ведётся при недостаточном, на наш взгляд, использовании принципов моделирования сложных систем/процессов. Моделирование высокопроизводительных изделий, состоящих нередко из десятков и сотен деталей, находящихся в сложном поступательном и вращательном движении, а также контактном взаимодействии друг с другом и с внешней средой, производится с использованием аналитических методов (например, составлением и решением уравнений Лагранжа II рода). При этом, когда указанными методами моделируются машины и механизмы, взаимодействующие зачастую с такими сложными средами, как ветви, корни и т. д., вводится целый ряд допущений, сильно упрощающих математическую модель, в результате уровень адекватности модели оказывается крайне низким.
Между тем, в последнее время всё большее внимание уделяется машинам и механизмам, количество звеньев в которых относительно невелико. При этом с целью повышения их производительности взаимодействие указанных машин и механизмов со сложными средами производится нередко в динамике. Несмотря на продолжающееся техническое перевооружение доля подобных машин, в том числе в железнодорожной отрасли, до сих пор незначительна. Поэтому использование простых оценочных расчётов, основанных на базовых понятиях теоретической механики и сопротивления материалов, приводит к крайне низкому уровню адекватности соответствующих математических моделей.
Таким образом, в железнодорожной отрасли в настоящее время существует фундаментальная проблема — совершенствование методологической базы динамического моделирования машин по удалению нежелательной растительности.
Целью работы, планируемой для решения указанной проблемы, является совершенствование методологической базы динамического моделирования машин по удалению нежелательной растительности, обеспечивающей обоснование выбора и оценку параметров элементов машин и механизмов на стадиях их проектирования.
Задачами планируемого исследования являются следующие:
1. Исследование существующих аналитических методов моделирования с обоснованием метода имитационного моделирования;
2. Создание комплексной математической модели работы машин и механизмов в статистически заданных условиях их эксплуатации;
3. Создание комплекса программ для динамического моделирования работы машин и механизмов;
4. Совершенствование методологической базы динамического моделирования машин и механизмов.
В целом краткое содержание планируемой научной работы может быть изложено в нескольких пунктах:
1. Анализ механизмов и машин, статистическое определение условий их эксплуатации, а также исследование параметров динамического взаимодействия механизмов и машин со внешней средой;
2. Составление расчётной схемы с указанием основных кинематических и динамических параметров механизмов и машин;
3. Разработка универсальной математической модели работы механизмов и машин при их динамическом взаимодействии с противодействующими средами (стволы деревьев, ветви, корни и т. д.);
4. Проведение вычислительных экспериментов в современной системе автоматизированного проектирования;
5. Совершенствование методологической базы моделирования механизмов и машин.
Для решения поставленных задач нами предлагается разработать методики и имитационные модели с использованием современных систем автоматизированного проектирования. Данный подход позволит конструкторам осуществлять проектирование машин и проводить вычислительные эксперименты их функционирования, задавая различные режимы работы и меняя параметры механизмов в одной и той же среде проектирования.
С учётом вышесказанного, планируемое нами исследование позволит формализовать и упростить процесс создания математических моделей механизмов и машин по удалению нежелательной растительности в полосе отвода железных дорог и повысить адекватность создаваемых математических моделей с высокой степенью полноты учитывающих взаимодействие с обрабатываемыми средами.
Литература:
- Казанский В. Д. Способы борьбы с нежелательной древесно-кустарниковой растительностью при эксплуатации автомобильных дорог / В. Д. Казанский // Автомоб. дороги: Обзорн. информ. Вып. № 4. — М.: Информавтодор, 1987. –65 с.
- Драпалюк М. В. Современные машины и оборудование для лесного хозяйства на комбинированном ходу / М. В. Драпалюк, А. А. Платонов // Современные проблемы науки и образования. — 2013. — № 3. — С. 12.
- Платонова М. А. Динамическая модель взаимодействия роторного рабочего органа с древесно-кустарниковой растительностью / М. А. Платонова, М. В. Драпалюк, А. А. Платонов // Лесотехнический журнал. — 2015. — Т. 5. № 4 (20). — С. 201–208.
- Приказ Министерства путей сообщения РФ № 26Ц «Об утверждении Положения о порядке использования земель федерального железнодорожного транспорта в пределах полосы отвода железных дорог» от 15.05.1999. — Зарегистрирован Минюст РФ от 27 июля 1999 г. № 1848.
