Разработка расчетных методов оценки безопасности оператора в экстремальных ситуациях работы лесных машин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, доктор наук Скобцов Игорь Геннадьевич

• Скобцов Игорь Геннадьевич
• доктор наук
• 2016

Оглавление диссертации доктор наук Скобцов Игорь Геннадьевич

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Нормативно-технические документы в области безопасности устройств защиты оператора самоходных лесных машин

1.2. Краткий обзор работ по устойчивости колесных и гусеничных технологических машин

1.3. Обзор вероятностно-статистических методов расчета машин на безотказность

1.4. Модели распространения макроскопических трещин при однократном нагружении

1.5. Обзор работ по использованию теории катастроф в технической механике

1.6 Результаты анализа рассмотренных работ

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК,

ДЕЙСТВУЮЩИХ НА КАБИНУ ЛЕСНОЙ МАШИНЫ ПРИ

РАЗЛИЧНЫХ ВАРИАНТАХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИЙНЫХ

СИТУАЦИЙ

2.1. Обоснование расчетной схемы аварийной ситуации

2.2. Определение наиболее опасного варианта нагружения конструкции кабины лесной машины

3. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ ЭНЕР-

ГОПОГЛОЩАЮЩИХ СВОЙСТВ УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ

ОПЕРАТОРА ЛЕСНОЙ МАШИНЫ

3.1. Требования к математической модели, допущения и ограничения

3.2. Порядок решения задачи

3.3. Сравнительная оценка и анализ результатов

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ДЕФЕКТОВ

НА НЕСУЩУЮ СПОСОБНОСТЬ УСТРОЙСТВА ЗАЩИТЫ

ОПЕРАТОРА ЛЕСНОЙ МАШИНЫ

4.1. Методика оценки влияния технологических дефектов на несущую способность конструкции при однократном нагружении

4.2. Методика оценки вероятности безотказной работы устройства защиты оператора при однократном нагружении

5. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ВЕРОЯТНОСТИ БЕЗОТКАЗНОЙ РАБОТЫ УСТРОЙСТВ ЗАЩИТЫ ОПЕРАТОРА С ПРИМЕНЕНИЕМ КАТАСТРОФЫ СБОРКИ

5.1. Общие положения

5.2. Метод оценки вероятности безотказной работы элементов конструкций с применением катастрофы сборки для варианта, при котором управляющие параметры являются случайными величинами

5.3. Метод оценки вероятности безотказной работы с применением катастрофы сборки для варианта, при котором управляющие параметры являются случайными функциями

6. СТРУКТУРНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИЙ УСТРОЙСТВ

ЗАЩИТЫ ОПЕРАТОРА ЛЕСНОЙ МАШИНЫ

6.1. Постановка задачи оптимального проектирования с применением статистической катастрофы сборки

6.2. Построение целевой функции

6.3. Поиск оптимального решения

6.4. Алгоритм решения задачи оптимального проектирования

6.5. Пример решения задачи оптимального проектирования ROPS

7. РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ОПЕРАТОРА И ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

7.1. Энергопоглощающая опора одностороннего действия

7.2. Энергопоглощающая опора двухстороннего действия

7.3. Программа, методы и результаты экспериментальных исследований

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка расчетных методов оценки безопасности оператора в экстремальных ситуациях работы лесных машин»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Одной из задач государственной программы Российской Федерации «Развитие промышленности и повышение ее конкурентоспособности» (Постановление Правительства РФ от 15.04.2014 N 328) является «создание отечественных конкурентоспособных образцов продукции машиностроения специализированных производств (строительно-дорожная и коммунальная техника, пожарная, аэродромная, лесная техника), отвечающих современным требованиям эксплуатации, современным технологиям, безопасности труда и использования ...». Проблема технического перевооружения российского лесного комплекса в условиях современной политики замещения импортируемой промышленной продукции продукцией национального производства, диктует необходимость скорейшего решения вопросов, связанных с проектированием, производством и эффективной эксплуатацией лесных машин.

В условиях рыночной экономики многие из действовавших стандартов, определявших требования к надежности, производительности и другим показателям эффективности лесных машин, были отменены. Продолжают действовать международные нормативно-технические документы, регламентирующие требования к показателям безопасности и эргономики (ИСО 11850, ИСО 3164 и др.). Поэтому проектирование конкурентоспособных лесных машин должно производиться в обязательном соответствии с требованиями международной системы стандартов по безопасности. Наиболее важными являются стандарты (ИСО 8082, ИСО 8083 и др.), предписывающие проведение стендовых испытаний устройств защиты оператора, в том числе, и при опрокидывании (ROPS - roll-over protective structure) лесных тракторов. При всех преимуществах экспериментального метода, проведение таких испытаний является трудоемким, дорогостоящим и, зачастую, трудноосуществимым при проектировании, когда инженером рассматривается большое количество возможных конструктивных вариантов устройств защиты.

Учитывая, что на сегодняшний день наиболее важным вопросом при создании современных лесных машин является обеспечение комфортных и, в первую

очередь, безопасных условий труда, а методы оценки эффективности устройств защиты оператора на стадии проектирования еще не разработаны, тема диссертационной работы является актуальной.

Работа соответствует пунктам 4, 5, 9 и 11 паспорта специальности 05.21.01 -Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства.

Степень разработанности темы исследования. Известно множество отечественных исследований в области устойчивости лесных машин с учетом специфики их работы в условиях пересеченной местности, а также работ, связанных с проектированием и испытаниями кабин тракторов. При этом мало внимания уделено разработке методов оценки соответствия требуемых параметров безопасности устройств защиты оператора их нормативным значениям для создания современных эффективных защитных устройств, позволяющих, если не исключить полностью, то снизить вероятность несчастного случая. Не разработано методов и методик учета остаточных деформаций защитных устройств, возможного присутствия в их материале технологических дефектов, стохастической природы действующих нагрузок.

Цель работы. Повышение уровня безопасности лесозаготовительного производства путем совершенствования методов оценки эффективности защитных свойств кабин лесных машин и обоснованного выбора параметров их конструкций.

Задачи исследования:

• определение наиболее опасного варианта нагружения кабины лесной машины при возникновении аварийной ситуации;

• разработка новой теории расчета и проектирования защитных устройств кабин лесных машин, включающей в себя:

- математическую модель оценки энергопоглощающих свойств устройства защиты с использованием метода переменных параметров упругости;

- методики оценки влияния технологических дефектов на несущую способность и вероятность безотказной работы конструкции защитного устройства с применением методов механики разрушения при однократном нагружении;

- методы оценки вероятности безотказной работы с применением катастрофы сборки для вариантов, при которых управляющие параметры являются случайными величинами или случайными функциями;

• разработка схемы структурной оптимизации ROPS с позиций теории катастроф для обоснования его оптимальных параметров;

• разработка энергопоглощающих опорных устройств кабины лесной машины, проведение экспериментальных исследований.

Объект исследования: объектами исследований являются: защитные устройства кабин колесных лесозаготовительных машин марок Ponsse Buffalo, John Deere 1110, Komatsu 855, ТЛК-4-01, а также гусеничных машин семейства Оне-жец 300 и 400.

Предмет исследования: детерминированные и вероятностно-статистические методы оценки уровня безопасности при проектировании устройств защиты оператора лесной машины.

Методология и методы исследования. В работе использованы: метод математического моделирования, методы теории вероятностей и математической статистики, методы теории пластичности, метод конечных элементов, методы механики разрушения и теории катастроф, а также метод экспериментальных исследований.

Научная новизна работы. Разработана новая теория расчета и проектирования устройств защиты оператора, включающая математическую модель оценки энергопоглощающих свойств защитных устройств кабин колесных и гусеничных трелевочных тракторов (на примере машин марок Ponsse Buffalo, John Deere 1110, Komatsu 855, ТЛК-4-01, Онежец 300) при боковом нагружении с учетом возможных пластических деформаций, позволяющая оценить соответствие величины поглощенной энергии требованиям действующих стандартов по безопасности труда операторов. Предложена методика оценки влияния технологических дефектов (трещиноподобных дефектов различного вида), позволяющая определить величину предельного размера дефекта и предельной нагрузки. Разработаны методы оценки вероятности безотказной работы с применением статистической катаст-

рофы сборки для вариантов, когда управляющие параметры являются случайными величинами и случайными функциями. Разработана схема структурной оптимизации устройства защиты оператора с позиций теории катастроф для обоснования его оптимальных параметров. Произведена разработка и экспериментальное исследование специальных энергопоглощающих опорных устройств для установки кабины на раме лесной машины.

Значимость для теории и практики. Разработанная теория оценки защитных свойств кабин позволит на стадии проектирования проверить соответствие разработанной конструкции требованиям действующих нормативно-технических документов в области безопасности кабин лесных машин.

Предложенные специальные опорные устройства, создающие дополнительный эффект аварийного энергопоглощения в случае опрокидывания трелевочного трактора, снизят риск травмирования оператора и повысят защитные свойства ROPS.

Результаты работы могут быть использованы на предприятиях и в организациях, занимающихся вопросами проектирования и исследования кабин лесных машин, а также в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлению «Технологические машины и оборудование».

Положения, выносимые на защиту:

• анализ исходной информации и обоснование наиболее опасного варианта возникновения аварийной ситуации;

• теория расчета и проектирования защитных устройств кабин лесных машин, включающая в себя:

- математическую модель оценки энергопоглощающих свойств устройства защиты при опрокидывании лесной машины;

- методику оценки влияния технологических дефектов на несущую способность и вероятность безотказной работы конструкции устройства защиты;

- метод оценки вероятности безотказной работы с применением катастрофы сборки для варианта, при котором управляющие параметры являются случайными величинами;

- метод оценки вероятности безотказной работы с применением катастрофы сборки для варианта, при котором управляющие параметры являются случайными функциями;

• схема структурной оптимизации параметров устройства защиты оператора;

• конструкции энергопоглощающих опор одностороннего и двустороннего действия, результаты экспериментальных исследований.

Личное участие автора. Результаты работы получены лично автором в процессе выполнения научно-исследовательских работ.

Обоснованность и достоверность результатов исследования подтверждается применением методов теории вероятностей и математической статистики, результатами экспериментальных исследований, обработке и оценке данных в ППП MathCAD и Excel, хорошей сходимостью теоретических и экспериментальных данных и положительным опытом внедрения разработок в практическую деятельность.

Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на III Всероссийской конференции молодых ученых «Безопасность критичных инфраструктур и территорий» (Екатеринбург, 2009); на XIII Международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 2009); на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 2010); на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (Вологда, 2011); на международной научно-технической конференции, посвященной 60-летию лесоинженерного факультета ПетрГУ (Петрозаводск, 2011); на третьей и четвертой Республиканских научно-практических конференциях молодых ученых, аспирантов, докторантов «Повышение эффективности лесного комплекса Республики Карелия» (Петрозаводск, 2012-2013); на Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов, докторантов «Повышение эффективности лесного комплекса» (Петрозаводск, 2014); на молодежной международной научно-практической конференции «Молодые ученые - альтернативной транспортной энергетике» (Воронеж, 2014); на Всероссийской науч-

но-практической конференции с международным участием «Повышение эффективности лесного комплекса» (Петрозаводск, 2015); на международной научно-практической конференции «Альтернативные источники энергии в транспортно-технологическом комплексе: проблемы и перспективы рационального использования» (Воронеж, 2015); на третьей международной научно-технической конференции «3rd International Conference on Machine Design and Manufacturing Engineering» (Hyatt Regency, Jeju Island, South Korea, May, 2014); на третьей международной научно-технической конференции «3rd International Conference on Mechanical Design and Power Engineering» (Hyatt Regency, Jeju Island, South Korea, October, 2014); на пятой международной научно-технической конференции «5th International Conference on Advances in Materials and Manufacturing Processes» (China, Fuzhou, December, 2014); на международной научно-технической конференции «Engineering and Modern Production» (France, Paris, October 2014); на научных семинарах кафедры Транспортных и технологических машин и оборудования Института лесных, инженерных и строительных наук (2015).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 40 печатных работах, включая 15 научных работ в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК, 4 научных работы в журналах, индексируемых SCOPUS и Web of Science, 2 монографии.

Реализация работы. Основные результаты используются на ОАО «Онежский тракторный завод», в учебном процессе кафедры Транспортных и технологических машин и оборудования Института лесных, инженерных и строительных наук Петрозаводского государственного университета.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи разделов, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы 221 страница, 53 рисунка, 14 таблиц, 3 приложения. Список использованных источников включает 233 наименования.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Нормативно-технические документы в области безопасности устройств защиты оператора самоходных лесных машин

На сегодняшний день в Российской Федерации действует система нормативных документов, регламентирующих требования по безопасности оператора при работе на самоходных лесных машинах. В первую очередь, к ним следует отнести ИСО 8082, ИСО 8083, ИСО 8084, а также ИСО 3164 [38 - 41], в которых вводятся следующие определения:

устройство защиты при опрокидывании (ROPS - roll-over protective structure) - система конструктивных элементов, которая позволяет снизить вероятность нанесения повреждений оператору, пристегнутому ремнем безопасности, при опрокидывании лесной машины. Данные конструктивные элементы включают подрамники, опоры, кронштейны, подвески или амортизаторы, болты и шпильки, используемые при креплении устройств защиты к раме лесной машины, но при этом исключают все, что является ее неотъемлемой частью;

объем ограничения деформации (DLV- deflection-limiting volume) - фигура с прямоугольными очертаниями, по размерам приблизительно соответствующая антропометрическим данным оператора (мужчина высокого роста в положении сидя в обычной одежде и защитном шлеме по ИСО 3411-2011 [37]), определяющая предельно допустимую деформацию (рисунок 1.1);

устройство защиты от падающих предметов (FOPS - falling object protective system) - система конструктивных элементов, расположенных таким образом, чтобы обеспечить оператору защиту от падающих предметов (например, деревьев, камней);

устройство защиты оператора OPS (operator protective system) - система конструктивных элементов, расположенных таким образом, чтобы обеспечить оператору защиту от проникающих в кабину предметов (например, подроста, ветвей деревьев, обрывков каната лебедки);

имитируемая наземная плоскость SGP (simulated ground plane) - плоская поверхность, на которой, как предполагается, остается лежать машина после опрокидывания;

боковая имитируемая наземная плоскость LSGP (lateral simulated ground plane) - плоскость, повернутая на угол 150 в сторону удаления от DLV (для машины, опрокинувшейся на бок) образующаяся при повороте вертикальной плоскости, параллельной продольной оси машины, относительно горизонтальной оси, проходящей через наиболее удаленную точку верхнего элемента ROPS;

вертикальная имитируемая наземная плоскость VSGP (vertical simulated ground plane) - плоскость (для машины, оказавшейся после переворота в положении «вверх колесами»), определяемая контактом с верхней частью поперечины ROPS (находящейся в контакте с грунтом) и передней или задней частью машины, обеспечивающей опору для перевернутой машины.

масса машины - максимальная (наибольшая) масса лесной машины, которая заявлена ее изготовителем и включает массу оборудования, инструмента, устройства защиты при опрокидывании, всех полностью заправленных емкостей, исключая массу прицепного оборудования (рубительного, почвообрабатывающего и др.) и любого груза, находящегося в машине.

Стандарт ИСО 8082 [39] предписывает проводить статические испытания защитных устройств оператора при опрокидывании лесных машин, при этом система «ROPS - рама машины» должна быть надежно зафиксирована на стенде, выдерживая прикладываемую к ROPS боковую, продольную и вертикальную нагрузку.

Параметры и расположение зоны ограничения деформации (рисунок 1.1) должны соответствовать ИСО 3164 [38].

Требования к проведению испытаний при боковом нагружении:

- построение диаграммы «деформация - сила» производится путем приложения боковой нагрузки к основным верхним продольным элементам устройства защиты;

- к конструкции устройства защиты, включающей более двух стоек, боковая нагрузка должна прикладываться через распределительное устройство, длина которого не превышает 80 % расстояния между передней и задней стойками, измеренного по горизонтали (рисунок 1.2). Расположение распределительного устройства не должно влиять на прочность конструкции;

- в начальный момент испытаний направление силы - горизонтальное и перпендикулярное к вертикальной плоскости, которая проходит через продольную ось машины. В ходе испытаний допускается изменение направления силы, вызванного деформацией конструкции;

- при расположении сиденья оператора, смещенном относительно продольной осевой линии машины, боковую силу следует прикладывать к ближайшей к сиденью стороне защитного устройства. При расположении сиденья на продольной осевой линии машины и различных диаграммах «деформация - сила», получаемых при правостороннем и левостороннем нагружении конструкции ROPS, выбор стороны приложения нагрузки должен соответствовать наиболее опасной ситуации работы конструкции;

- величина скорости нагружения не должна превышать 5 мм/с, чтобы нагружение можно было считать статическим. При достижении деформацией в точке приложения силы значения 15 мм, значение силы должно быть зарегистрировано. Нагружение продолжается до достижения расчетных значений силы и поглощенной энергии.

Рисунок 1.1 - Объем ограничения деформации (DLV) по ИСО 3164

- Нагружение продолжается до достижения расчетных значений силы и поглощенной энергии. Величина поглощенной энергии определяется по диаграмме «деформация - сила». При определении значения поглощенной энергии используются значения деформаций по линии действия силы. При измерении деформаций устройства защиты оператора необходимо исключить влияние деформаций элементов стенда.

Требования к силе и потенциальной энергии, поглощаемой в ходе бокового нагружения:

- при испытаниях устройства защиты ни один его элемент не должен входить в зону DLV (по ИСО 3164). Элементы устройства защиты должны исключать возможность входа имитируемой плоскости грунта в зону DLV.

- значения силы и поглощаемой потенциальной энергии определяются в зависимости от массы лесной машины М;

- значение силы, прикладываемой к конструкции в ходе бокового на-гружения, не должно быть ниже значения, определяемого зависимостями, представленными в таблице 1.1.

- значения силы и поглощаемой потенциальной энергии не обязательно должны быть достигнуты одновременно. В случае, если значение приложенной силы достигнет (превысит) расчетное значение раньше, чем значение поглощаемой потенциальной энергии, допускается снижение уровня силы; тем не мене, при достижении (превышении) поглощаемой энергией расчетного значения, значение силы снова должно достигнуть требуемого уровня;

- величина потенциальной энергии, поглощаемой в ходе бокового на-гружения, должна быть не ниже минимального значения, определяемого по выражениям, представленным в таблице 1.2.

Рисунок 1.2 - Распределение нагрузки на устройство защиты оператора: 1 - точка приложения силы; 2 - распределитель

Таблица 1.1 - Минимальные значения силы F бокового нагружения

Тип машин Сила F, Н

Колесные F = 60000 ( М Л 1.2

^10000)

Гусеничные F = 70000 ( М Л 1.2

10000

Таблица 1.2 - Минимальные значения потенциальной энергии и, поглощаемой в ходе бокового нагружения

Тип машин Энергия и, Дж

Колесные и= 12500 ( М Л 1.25

^10000

Гусеничные и = 13000 ( М Л 1.25

^10000

Действующие нормативно-технические документы предусматривают оценку защитных свойств кабин лесных машин экспериментальным путем, проводя испытания опытных образцов на специальных стендах с имитацией внешних нагрузок. Поскольку при этом велика вероятность появления остаточных деформаций, представляется важным изучение напряженно-деформированного состояния устройства защиты оператора с позиций теории пластичности для оценки величины поглощенной потенциальной энергии. Кроме того, элементы конструкции изначально могут содержать различные технологические дефекты (трещины различного вида, риски от механической обработки, неметаллические включения и т.п.). В этой связи представляется целесообразным исследовать влияние технологических дефектов на несущую способность устройств защиты при опрокидывании лесной машины.

1.2 Краткий обзор работ по устойчивости колесных и гусеничных

технологических машин

Общие вопросы устойчивости колесных и гусеничных машин рассматривались в работах В.В. Гуськова [48], Н.А. Забавникова [52], Е.Д. Львова [84], Н.И. Груздева [44], Д.А. Чудакова [186], М.Г. Беккера [7], И.Б. Барского,

A.О. Никитина [56], Г.М. Кутькова [77], И.П. Ксеневича [73] и целого ряда других ученых.

Вопросы устойчивости и управляемости лесных машин в различное время изучались А.В. Жуковым [50, 51], Д.В. Памфиловым [104], С.Ф. Орловым [102], М.И. Зайчиком [53], И.М. Бартеневым [6], Г.М. Анисимовым [1 - 3], А.М. Кочне-вым [71, 72], В.А. Макуевым [87, 88], М.И Куликовым [75], Ю.А. Ширниным [190, 191], В.П. Сергеевым и др.

Проблемам, связанным с проектированием и испытаниями кабин тракторов, посвящены работы И.М Илинича [57], Н.М. Кириенко [64], Б.И. Кальченко [58],

B.В. Никонова [58], В.К. Дроздова, С.С. Дмитриченко, А.Н. Шувалова [49], В.Ф. Коновалова [68], В.Ф. Полетайкина, А.В. Питухина [110], Ю.Ю Герасимова, В.М. Костюкевича [112], P. Dumitrache [197 - 199], J.R. Etherton [200], J.R. Harris [204, 205], J.R. Powers [218] и др.

Основы моделирования и принятия оптимальных решений при проектировании лесных машин рассмотрены в работах В.Н. Андреева, Ю.Ю. Герасимова [29], В.И. Патякина, А.В. Питухина [109], В.С. Сюнева [30], И.Р. Шегельмана, А.П. Соколова и ряда других исследователей.

В работе Н.М. Кириенко [64] представлена математическая модель опрокидывания колесного трактора с шарнирно сочлененной рамой на склоне. Схема, принятая при моделировании аварийной ситуации, предполагает воздействие всей ударной нагрузки на кабину, исключая смягчающее влияние движителя, подвески, рамы трактора и др. С помощью модели автором получены данные о кинематике и динамике опрокидывания, определена величина энергии, поглощенной ка-

биной, предложена номограмма для выбора оптимального коэффициента жесткости кабины. К недостаткам предложенной математической модели можно отнести невозможность учета пластических деформаций конструкции при определении величины поглощенной потенциальной энергии деформирования.

В работе Орлова Л.Н. [98] предложен метод оценки безопасности и несущей способности кузовных конструкций транспортных средств, основанный на применении системного подхода при проектировании. Представлен алгоритм расчета кабин методом последовательных приближений, при котором пластические деформации учитываются введением в слабые места модели пластических шарниров.

Расчету и проектированию кабин тракторов посвящена работs ученых НАТИ под руководством И. М. Илинича [49, 57, 58], в которых приводятся классификация конструктивных решений защитных устройств и конструктивных решений их узлов, методы оценки долговечности и усталостной прочности кабин, методика оценки энергии удара при опрокидывании трактора.

В работах, проводившихся учеными ПетрГУ под руководством А. В. Питу-хина [106, 107, 109 - 112], предложено применение метода конечных элементов, а также вероятностно-статистических методов механики разрушения и теории катастроф при проектировании элементов конструкций, в том числе устройств защиты оператора лесных машин.

Метод конечных элементов достаточно широко применяется западными учеными при исследовании поведения устройств защиты оператора. Так, в работах P. Dumitrache [194 - 196] данный метод используется для моделирования напряженно-деформированного состояния защитного устройства при вертикальном падении на кабину массивного предмета, ученые Etherton J.R. [197], Harris J.R. [201, 202], Powers J.R. [215] применяют метод конечных элементов для анализа опрокидываний сельскохозяйственных машин.

1.3 Обзор вероятностно-статистических методов расчета машин

на безотказность

Общие вопросы по теории прочности и надежности элементов конструкций рассматривались в работах Р.А. Ржаницына [144, 145], Н.Ф. Хоциалова [180], Н.С. Стрелецкого [166], В.В. Болотина [12-16], И.А. Биргера [8-11], В.П. Когаева [150], В.Т. Трощенко [173], А.А. Свешникова [148] и многих других ученых.

Вопросам повышения надежности лесных машин посвящены исследования С.Ф. Орлова [102], Г.М. Анисимова [3], А.В. Жукова [51], В.М. Котикова [69, 70], В.В. Быкова [18, 19], В.А. Макуева [85, 86], А.М. Кочнева [72], И.В. Григорьева [42, 43], А.В. Питухина [109 - 111, 116 и др.], В.Н. Шиловского [136, 188, 189], Ю.Ю. Герасимова [29] и ряда других ученых.

Основы вероятностно-статистического подхода к оценке характеристик надежности были заложены в работах М. Майера, Н.Ф. Хоциалова [180], Н.С. Стрелецкого [166], А.Р. Ржаницына [144, 145].

В работе Ржаницына А.Р. [145] была введена характеристика надежности, измеряемая как вероятность непревышения параметром нагрузки S параметра прочности R. Таким образом, функция неразрушимости

одновременно является условием попадания случайной величины ¥ в допустимую область О0 (рисунок 1.3). Вероятность безотказной работы может быть определена при заданной совместной плотности вероятности параметров R и £

¥ = R - S.

Здесь R - расчетная прочность (параметр прочности); £ - расчетная нагрузка (параметр нагрузки). Условие безотказной работы

¥ = R - £ > 0, ¥ е 00

0

При допущении, что случайные величины R и £ независимы, имеют нормальное

- - 2 2 распределение с математическими ожиданиями г, & и дисперсиями <г , , то

их разность ¥ также будет являться нормально распределенной случайной величиной, т.е. если

Р( г) =

<угл/ 2ж

• ехр

(г-гУ

2о2г

Р( &) =

<

• ехр

тогда закон распределения функции неразрушимости

Р(¥) =

1

• ехр

(¥-у)2

2<

¥

с характеристиками

¥ = г - & - математическое ожидание;

2 , 2

<¥ = V <г + < - среднее квадратическое отклонение случайной величины

Коэффициент вариации (изменчивости)

а

¥

<2 , <2 <г + < &

¥ — ¥

г - &

Величину, обратную коэффициенту изменчивости, А.Р. Ржаницын назвал характеристикой безопасности

У

г - &

а

¥

2 , 2 <г +

В этом случае вероятность безотказной работы

Р = Р{¥ > 0}= |p(¥)dу = 1 + ф(у)

и вероятность отказа (разрушения)

б = Р{¥< 0}= ]p(¥)d¥ = 1 - Ф(у)

где Ф(у^ - функция Лапласа,

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Скобцов Игорь Геннадьевич, 2016 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Анисимов Г. М., Большаков Б. М. Новые концепции теории лесосечных машин. С-Пб.: ЛТА, 1998. 116с.

2. Анисимов Г. М. Условия эксплуатации и нагруженность трансмиссии трелевочного трактора. М.: Лесная промышленность, 1975. 165с

3. Анисимов Г. М. Эксплуатационная эффективность трелевочных тракторов. М.: Лесная промышленность, 1990. 208с.

4. Арнольд В. И. Теория катастроф. М.: Наука, 1990. 128 с.

5. Арнольд В. И. Нормальные формы функций вблизи вырожденных критических точек, группы Вейля Ак, Dk, Ек и лагранжевы особенности// Функцион. анализ и его прил. Т.6, Вып. 4. 1972. С. 3-25.

6. Бартенев И. М. Проходимость тракторов и агрегатных машин при работе под пологом леса // Лесное хозяйство. 2013. № 2. С. 47-48.

7. Беккер М. Г. Введение в теорию систем местность-машина. М.: Машиностроение, 1973. 520с.

8. Биргер И. А. Остаточные напряжения. М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1963. 232с.

9. Биргер И. А. Общие алгоритмы решения задач теории упругости, пластичности и ползучести // Механика деформируемых сред. М.: Наука, 1976. С. 51-73.

10. Биргер И. А., Мавлютов Р. Р. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1986. 560 с.

11. Биргер И. А. Расчет на прочность деталей машин: Справочник / И. А. Биргер, Б. Ф. Шорр, Г. Б. Иосилевич. М.: Машиностроение, 1993. 640 с.

12. Болотин В. В. Неконсервативные задачи теории упругой устойчивости. М.: Государственное издательство физико-математической литературы, 1961. 340 с.

13. Болотин В. В. Статистические методы в строительной механике. М.:

Стройиздат, 1965. 280 с.

14. Болотин В. В., Новичков Ю. Н. Механика многослойных конструкций. М.: Машиностроение, 1980. 375 с.

15. Болотин В. В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1984. 312 с.

16. Болотин В. В. Ресурс машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1990. 448 с.

17. Броек Д. Основы механики разрушения: Пер. с англ. М.: Высшая школа, 1980. 368 с.

18. Быков В. В. Концептуальные и технологические основы системы технического сервиса транспортных и технологических машин лесного комплекса. М.: МГУЛ, 2004. 312с.

19. Быков В. В. Методологические и технологические основы системы технического сервиса лесных машин: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. М.: МГУЛ, 2005. 35 с.

20. Васильев С. Б., Колесников Г. Н., Никонова Ю. В., Раковская М. И. Влияние локальной жесткости корпуса корообдирочного барабана на изменение силы соударений и величину потерь древесины // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Сер. Естественные и технические науки. 2008. № 4 (96). С. 81-88.

21. Васильев С. Б., Колесников Г. Н., Никонова Ю. В., Раковская М. И. Исследование закономерностей изменения силы соударений с целью снижения потерь при окорке древесины в барабане // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2008. Вып. 185. С. 195-203.

22. Вентцель Е. С. Теория вероятностей: Учебник для высших технических учебных заведений. М.: Наука, 1969. 576 с.

23. Вибрации в технике: Справочник: В 6 т. / Под ред. В. В. Болотина. М.: Машиностроение, 1978. Т. 1. 352 с.

24. Виногоров Г.К. Лесосечные работы. М.: Лесная промышленность, 1981. 272с.

25. Волков С. Д. Статистическая теория прочности. М.: Машгиз, 1960. 176с.

26. Волохов Г. М. Использование моделей теории катастроф для исследования остаточного ресурса металлоконструкций // Безопасность труда в промышленности. 2004. №1. С. 47-51.

27. Воронин А. В., Шегельман И. Р. Лесопромышленная интеграция: теория и практика. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2009. 464с.

28. Вялов С. С. Реологические основы механики грунтов. М.: Высш. шк., 1978. 447 с.

29. Герасимов Ю. Ю. Повышение качества и надежности манипуляторов лесных машин : дис. ... д-р. техн. наук : 05.21.01 / Герасимов Юрий Юрьевич. - Воронеж, 1995.

30. Герасимов Ю. Ю., Сюнев В. С. Экологическая оптимизация технологических процессов и машин для лесозаготовок. Йоэнсуу: Университет Йоэнсуу (Финляндия), 1998. 178 с.

31. Гилмор Р. Прикладная теория катастроф. Т. 1. М.: Мир, 1984. 350 с.

32. Гилмор Р. Прикладная теория катастроф. Т. 2. М.: Мир, 1984. 285 с.

33. Гмурман В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика: Учеб пособие для втузов. Изд. 7-е, стереотипное. М.: Высш. шк., 2001. 479 с.

34. Гольдштейн Д. В., Овсянников Б. М. Температурная зависимость трещиностойкости стали 15ХСНД и некоторые особенности ее разрушения // Проблемы прочности. №1. Киев: Институт проблем прочности им. Г.С. Писаренко, 1982. С. 79-83.

35. ГОСТ 25.506-85 Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний материалов. Определение трещиностойкости (вязкости разрушения) при статическом нагружении. Введ. 1985-03-27. М.: Издательство стандартов, 1986. 38 с.

36. ГОСТ Р 7.0.11-2011 Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Диссертация и автореферат диссертации. Структура и правила оформления. Введ. 2011-12-13. М.: Стандартинформ, 2012. 16 с.

37. ГОСТ Р ИСО 3411-2011 Машины землеройные. Антропометрические

данные операторов и минимальное рабочее пространство вокруг оператора. Введ. 2013-01-01. М.: Стандартинформ, 2012. 16 с.

38. ГОСТ Р ИСО 3164-99 Машины землеройные. Защитные устройства. Характеристика объема ограничения деформации при лабораторных испытаниях. Введ. 1999-11-30. М.: Госстандарт России, 1999. 4 с.

39. ГОСТ Р ИСО 8082-1-2012 Машины для леса самоходные. Устройства защиты при опрокидывании. Требования безопасности и методы испытаний. Часть 1. Машины общего назначения. Введ. 2012-07-18. М.: Стандартинформ, 2013. 18 с.

40. ГОСТ Р ИСО 8083-2008 Машины для леса. Устройства защиты от падающих предметов. Технические требования и методы испытаний. Введ. 2008-12-17. М.: Стандартинформ, 2009. 11 с.

41. ГОСТ Р ИСО 8084-2005 Машины для леса. Устройства защиты оператора. Технические требования и методы испытаний. Введ. 2005-12-30. М.: Стандартинформ, 2006. 7 с.

42. Григорьев И. В. Влияние способа трелевки на эксплуатационную эффективность трелевочного трактора: автореф. дис. ... канд. техн. наук. СПб.: ЛТА, 2000. 22с.

43. Григорьев И. В. Снижение отрицательного воздействия на почву колесных трелевочных тракторов обоснованием режимов их движения и технологического оборудования: Научное издание. СПб.: СПбГЛТА, 2006. 236 с.

44. Груздев Н. И. Танки. Теория. М.: Машгиз, 1944. 482с.

45. Губкин С. И. Пластическая деформация металлов. Т.П. М.: Металлургиздат, 1960. 416с.

46. Гузь А. Н. Механика хрупкого разрушения материалов с начальными напряжениями. Киев: Наук. думка, 1983. 296 с.

47. Гузь А. Н., Зозуля В. В. Неклассические проблемы механики разрушения. В 4 т. Киев: Наук. думка, 1993.

48. Гуськов В. В. Тракторы. М.: Машиностроение, 1988. 376с.

49. Дроздов В. К., Дмитриченко С. С., Илинич И. М., Шувалов А. Н. Определение энергии удара по кабине при опрокидывании трактора // Тракторы и сельхозмашины. 1975. № 9. С. 5-7.

50. Жуков А. В. К вопросу поперечной устойчивости механизмов на трелевке леса // Известия вузов «Лесной журнал». 1969. №2. С. 47-55.

51. Жуков А. В. Анализ характеристик динамических воздействий на лесные машины при транспортных операциях технологического процесса // Известия вузов «Лесной журнал». 1975. №6. С. 60-68.

52. Забавников Н. А. Основы теории транспортных гусеничных машин. М.: Машиностроение, 1975. 448с.

53. Зайчик М. И. Тяговые машины и подвижной состав лесовозных дорог. М.: Лесная промышленность, 1967. 712с.

54. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975. 539 с.

55. Зубов В. И., Степанов Г. В., Широков А. В. Влияние скорости деформации на предел текучести сталей различной прочности // Проблемы прочности. 2003. № 5. С. 113-121.

56. Избранные труды А. О. Никитина. Сборник научных трудов. МАДИ, 1993. 116с.

57. Илинич И. М., Кириенко Н. М. Об оценке защитных свойств кабин мощных колесных тракторов с шарнирно - сочлененной рамой // Тракторы и сельхозмашины. 1983. № 1. С. 10-12.

58. Илинич И. М., Никонов В. В., Кальченко Б. И. Расчет, проектирование и испытание кабин тракторов. М.: Агропромиздат, 1989. 213 с.

59. Ильюшин А. А. Пластичность. ГИТТЛ, 1948.

60. Ильюшин А. А. Труды (1946-1966). Т.2. Пластичность (Сост. Е. А. Ильюшина, М. Р. Короткина). М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. 480с.

61. Ирвин Дж., Пэрис П. Основы теории роста трещин и разрушения // Разрушение: В 7 т. / Под ред. Г. Либовица. М.: Мир, 1976.

62. Ишлинский А. Ю., Ивлев Д. Д. Математическая теория пластичности. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. 704 с.

63. Кац А. М. Теория упругости. СПб.: Издательство «Лань», 2002. 208 с.

64. Кириенко Н. М. Исследование и разработка средств и методов испытаний защитных устройств (кабин) тракторов с шарнирно-сочлененной рамой : дис. ... канд. техн. наук : 05.05.03 / Кириенко Николай Максимович. - М., 1984. - 189 с.

65. Колмогоров В. Л. Механика обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1986. 688 с.

66. Кондратьев Ю. Н., Питухин А. В., Данилова М. В., Костюкевич В. М., Скобцов И. Г. Математические методы и модели в расчетах на ЭВМ. Петрозаводск: ПетрГУ, 2009. 132с.

67. Кондратьев Ю. Н., Питухин А. В., Скобцов И. Г., Костюкевич В. М. Система автоматизированного расчета напряжений и деформаций Zenit: Учебное пособие. Петрозаводск: ПетрГУ, 2007. 32 с.

68. Коновалов В. Ф. Динамическая устойчивость тракторов. М.: Машиностроение, 1981. 144с.

69. Котиков В. М. Воздействие лесозаготовительных машин на лесные почвы: автореф. дис. ... д-р. техн. наук. М.: МГУЛ, 1995. 37с.

70. Котиков В. М., Солодкевич Я. В. Ходовые свойства машин и экология // Лесная промышленность. 1990. №12. С. 5.

71. Кочнев А. М. Повышение эксплуатационных свойств трелевочных тракторов путем обоснования их основных параметров: автореф. дис. ... др. техн. наук. СПб.: ЛТА, 1995. 36с.

72. Кочнев А. М., Юшков А. Н., Сивков Е. Н. Конструктивные особенности и рабочие режимы машин для сортиментной заготовки леса. СПб.: СПбГЛТА, 2013. 456 с.

73. Ксеневич И. П., Скотников В. А., Ляско М. И. Ходовая система - почва -урожай. М.: Агропромиздат, 1985. 304с.

74. Кудрявцев И. В., Наумченков Н. Е. Усталость сварных конструкций. М.: Машиностроение, 1976. 270 с.

75. Куликов М. И. Исследование поворота гусеничных трелевочных тракторов:

автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 1971.

76. Курков С. В. Метод конечных элементов в задачах динамики механизмов и приводов. СПб.: Политехника, 1991. 224 с.

77. Кутьков Г. М. Тяговая динамика тракторов. М.: Машиностроение, 1980. 215с.

78. Кучеряев Б. В. Механика сплошных сред (Теоретические основы обработки давлением композитных металлов). М.: МИСИС, 1999. 320 с.

79. Лахтин Ю. М., Леонтьева В. П. Материаловедение. М.: Машиностроение, 1990. 528 с.

80. Леонтьев Н. Л. Техника статистических вычислений. М.: Лесная промышленность, 1996. 247с.

81. Лесоводственные требования к технологическим процессам лесосечных работ. М.:ВНИИЛМ, 1993. 16 с.

82. Лесоводственные требования к технологическим процессам рубок ухода. М.:ВНИИЛМ, 1993. 26 с.

83. Лидбеттер М., Линдгрен Г., Ротсен Х. Экстремумы случайных последовательностей и процессов. М.: Мир, 1989. 392 с.

84. Львов Е.Д. Теория трактора. М.: Машгиз, 1960. 252с.

85. Макуев В. А. Оперативное управление техническим состоянием тракторов // Техника и оборудование для села. 2010. № 8. С. 36-37.

86. Макуев В. А. Определение потребности лесосечных машин в обслуживании // Вестник Московского государственного университета леса Лесной вестник. 2010. № 1. С. 80-81.

87. Макуев В. А., Клубничкин В. Е., Клубничкин Е. Е., Шняков А. В. Переходный режим при повороте колесной шарнирно - сочлененной лесозаготовительной машины // Вестник Московского государственного университета леса Лесной вестник. 2015. Т. 19. № 1. С. 107-110.

88. Макуев В. А., Клубничкин В. Е., Клубничкин Е. Е., Шняков А. В. К вопросу оценки устойчивости шарнирно - сочлененного колесного шасси лесозаготовительной машины // Вестник Московского государственного

университета леса Лесной вестник. 2015. Т. 19. № 1. С. 111-115.

89. Материаловедение и технология металлов / Г. П. Фетисов [и др.]; Под ред. Г. П. Фетисова. М.: Высш. шк., 2000. 638 с.

90. Механика разрушения и прочность материалов: Справ. пособие: В 4 т. / Под общей ред. В. В. Панасюка. Киев: Наук. думка, 1988. Т. 1: Основы механики разрушения / Панасюк В. В., Андрейкив А. Е., Партон В. З. 488с.

91. Механика разрушения и прочность материалов: Справ. пособие: В 4 т. / Под общей ред. В. В. Панасюка. Киев: Наук. думка, 1988. Т. 2: Коэффициенты интенсивности напряжений в телах с трещинами / Саврук М. П. 620 с.

92. Механика разрушения и прочность материалов: Справ. пособие: В 4 т. / Под общей ред. В. В. Панасюка. Киев: Наук. думка, 1988. Т. 3: Характеристики кратковременной трещиностойкости материалов и методы их определения / Ковчик С. Е., Морозов Е. М. 436 с.

93. Механика разрушения и прочность материалов: Справ. пособие: В 4 т. / Под общей ред. В. В. Панасюка. Киев: Наук. думка, 1988. Т. 4: Усталость и циклическая трещиностойкость конструкционных материалов / Романив О. Н., Ярема С. Я., Никифорчин Г. Н. и др. 1990. 680 с.

94. Митропольский А. К. Техника статистических вычислений. М.: Наука, 1971. 576 с.

95. Можаев Д. В., Новиков Б. Н., Рыбаков Д. М. Англо-русский и русско-английский лесотехнический словарь. М.: РУССО, 1998. 864 с.

96. Мороз Л. С. Механика и физика деформаций и разрушения материалов. Л.: Машиностроение, 1984. 224 с.

97. Морозов Е. М., Никишков Г. П. Метод конечных элементов в механике разрушения. М.: Наука, 1980. 256 с.

98. Налимов В. В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1971. 208 с.

99. Натансон И. П. Краткий курс высшей математики. СПб.: Издательство «Лань», 2001. 736 с.

100. Нотт Дж. Ф. Основы механики разрушения: Пер с англ. М.: Металлургия,

1978. 256 с.

101. Орлов Л. Н. Комплексная оценка безопасности и несущей способности кабин, кузовов автомобилей, автобусов : дис. ... д-р. техн. наук : 05.05.03 / Орлов Лев Николаевич. - Нижний Новгород, 2001. - 406 с.

102. Орлов С. Ф. Теория и применение агрегатных машин на лесозаготовках. М.: Гослесбумиздат, 1963. 271с.

103. Павлов С. В. Методы теории катастроф в исследовании фазовых переходов. М.: Изд-во МГУ, 1993. 104 с.

104. Памфилов Д. В. Вероятностный расчет поперечной устойчивости колесных лесных тракторов // Известия вузов «Лесной журнал». 1992. №2. С. 46-54.

105. Панасюк В. В. Предельное равновесие хрупких тел с трещинами. Киев: Наук. думка, 1968. 246 с.

106. Партон В. З. Механика разрушения: от теории к практике. М.: Наука, 1990. 240 с.

107. Партон В. З., Борисковский В. Г. Динамика хрупкого разрушения. М.: Машиностроение, 1988. 240с.

108. Партон В. З., Морозов Е. М. Механика упругопластического разрушения. М.: Наука, 1985. 504 с.

109. Питухин А. В. Вероятностно-статистические методы механики разрушения и теории катастроф в инженерном проектировании. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 1998. 304 с.

110. Питухин А. В. Методы теории катастроф при проектировании элементов конструкций машин и оборудования лесного комплекса // Известия вузов «Лесной журнал». 2007. №2. С. 58-65.

111. Питухин А. В. Оценка периода зарождения усталостной трещины от рисок после механической обработки // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Сер. «Естественные и технические науки». 2008. № 1 (90). С. 111-113.

112. Питухин А. В., Костюкевич В. М., Скобцов И. Г. Энергопоглощающая опора кабины лесозаготовительной машины // Транспортное дело России.

2015. №1 (116). С. 121-125.

113. Питухин А. В., Лобашев В. Д., Ефимов Ю. Т., Шабров Н. Н. Применение метода конечных элементов к определению напряженно-деформированного состояния грунта под опорной поверхностью гусеничного движителя.// Известия вузов «Лесной журнал». 1980. № 4. С. 43-45.

114. Питухин А. В., Лобашев В. Д. К расчету упруго-пластических деформаций грунта под опорной поверхностью гусеничного движителя с использованием метода конечных элементов // Машины и орудия для механизации лесозаготовок и лесного хозяйства: Межвуз. сб. научн. тр. №10. Л.: ЛТА, 1981. С. 29-31.

115. Питухин А. В., Лобашев В. Д. Определение перемещений и напряжений в грунте под опорной поверхностью движителя.//Автоматизация и комплексная механизация производственных процессов лесопромышленных предприятий: Сб. научн. тр. №118. М.: МЛТИ, 1981. С. 36-39.

116. Питухин А. В., Серебрянский Н. И., Шиловский В. Н. Определение технологических параметров предприятий технического сервиса лесной отрасли // Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ. Вып.7. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2010. С.93-94.

117. Питухин А. В., Скобцов И. Г., Хвоин Д. А. Расчетная оценка напряженно-деформированного состояния устройства защиты оператора при опрокидывании колесного трактора // Безопасность критичных инфраструктур и территорий: Материалы III Всероссийской конференции и XIII Школы молодых ученых. Екатеринбург: УрО РАН, 2009. С. 298-299.

118. Питухин А. В., Скобцов И. Г., Хвоин Д. А. Оценка эффективности защитного каркаса кабины колесного трелевочного трактора // Современные технологии в машиностроении: Сборник статей XIII Международной научно-практической конференции. Пенза, 2009. С. 154156.

119. Питухин А. В., Скобцов И. Г., Хвоин Д. А. Моделирование напряженно-

деформированного состояния балансиров гусеничного трелевочного трактора методом конечных элементов // Водные и лесные ресурсы России: проблемы и перспективы использования, социальная значимость: Сборник статей Международной научно-практической конференции. Пенза, 2009. С. 92-94.

120. Питухин А. В., Скобцов И. Г., Хвоин Д. А. Исследование влияния технологических дефектов на прочность защитного каркаса кабины колесного трелевочного трактора // Вестник Московского государственного университета леса Лесной вестник. 2010. № 1. С. 89-91.

121. Питухин А. В., Скобцов И. Г., Хвоин Д. А. Экспериментальные исследования макетного образца устройства защиты кабины колесного трелевочного трактора // Актуальные проблемы лесного комплекса: Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 25. Брянск: БГИТА, 2010. С.166-169.

122. Питухин А. В., Скобцов И. Г., Хвоин Д. А. Программа-методика проведения испытаний макетного образца защитной рамы кабины колесного трелевочного трактора // Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ. Вып.8. Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2010. С. 117-119.

123. Питухин А. В., Скобцов И. Г., Хвоин Д. А. Оценка энергопоглощающих свойств защитного каркаса кабины колесного трелевочного трактора // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Материалы международной научно-технической конференции. Вологда: ВоГТУ, 2011. С.156-158.

124. Питухин А. В., Скобцов И. Г., Хвоин Д. А. К расчету упругопластических деформаций защитной рамы кабины колесного трелевочного трактора с использованием метода переменных параметров упругости // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2011. Вып. 194. С.77-83.

125. Питухин А. В., Скобцов И. Г., Хвоин Д. А. Экспериментальная оценка эффективности защитной рамы кабины колесного трелевочного трактора // Фундаментальные исследования. 2011. № 12. С.155-157.

126. Питухин А. В., Скобцов И. Г., Хвоин Д. А. Организация и проведение испытаний макетного образца устройства защиты кабины колесного трелевочного трактора // Опыт лесопользования в условиях Северо-Запада РФ и Фенноскандии: материалы международной научно-технической конференции, посвященной 60-летию лесоинженерного факультета ПетрГУ. Петрозаводск: ПетрГУ, 2011. С.33-35.

127. Питухин А. В., Серебрянский Н. И., Эгипти А. Э, Скобцов И. Г. Теоретические основы технологического проектирования предприятий технического сервиса лесной отрасли // Фундаментальные исследования. 2012. № 6 (1). С.158-161.

128. Питухин А. В., Скобцов И. Г., Серебрянский Н. И. Определение оптимального количества постов в зоне ремонта предприятия технического сервиса // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Сер. Естественные и технические науки. 2013. №2 (131). С. 59-61.

129. Питухин А. В., Скобцов И. Г. Математическая модель напряженно -деформированного состояния элементов конструкций кабин лесозаготовительных машин с учетом пластических деформаций // Вестник Московского государственного университета леса Лесной вестник. 2013. №1 (93). С. 121-125.

130. Питухин А. В., Скобцов И. Г. Метод оценки вероятности катастрофы сборки для случая, когда управляющие параметры являются случайными функциями // Фундаментальные исследования. 2014. № 1. С. 24-27.

131. Питухин А. В., Скобцов И. Г. Методы теории катастроф при проектировании защитных устройств кабин технологических машин // Фундаментальные исследования. 2014. № 9 (8). С. 1682-1686.

132. Питухин А. В., Скобцов И. Г. Оценка надежности системы ROPS лесозаготовительных машин с применением катастрофы сборки // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Сер. Естественные и технические науки. 2014. № 8 (145). С. 71-74.

133. Питухин А. В., Скобцов И. Г., Хвоин Д. А. Оценка вероятности безотказной работы элементов конструкций с трещиноподобными дефектами // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Сер. Естественные и технические науки. 2009. № 9 (103). С. 85-87.

134. Питухин А. В., Скобцов И. Г., Серебрянский Н. И., Эгипти А. Э. Анализ функционирования зоны ремонта предприятия технического сервиса лесной отрасли // Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ. Вып.9. Петрозаводск: ПетрГУ, 2012. С.42-44.

135. Питухин А. В., Хвоин Д. А. Оценка энергии деформирования конструкций с использованием методов теории катастроф // Безопасность критичных инфраструктур и территорий: Тезисы докладов II Всероссийской конференции и XII школы молодых ученых. Екатеринбург: УрО РАН, 2008. С. 183.

136. Питухин А. В., Шиловский В. Н., Скобцов И. Г., Кяльвияйнен В. А. Повышение эксплуатационной технологичности лесозаготовительных машин. Петрозаводск: ПЕТРОПРЕСС, 2012. 240 с.

137. Полухин П. И., Горелик С. С., Воронцов В. К. Физические основы пластической деформации. М.: Металлургия, 1982. 584с.

138. Постон Т., Стюарт И. Теория катастроф и ее приложения: Пер. с англ. М.: Мир, 1980. 608 с.

139. Работнов Ю. Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1988. 744 с.

140. Райс С. О. Теория передачи электрических сигналов при наличии помех. М.: ИЛ, 1953.

141. Растригин Л. А. Статистические методы поиска. М.: Наука, 1968. 376 с.

142. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэгсдел К. Оптимизация в технике: В 2 кн. Кн. 1. М.: Мир, 1986. 352 с.

143. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэгсдел К. Оптимизация в технике: В 2 кн. Кн. 2. М.: Мир, 1986. 320 с.

144. Ржаницын Р. А. Некоторые вопросы механики систем, деформирующихся

во времени. М.: Гостехиздат, 1949. 175с.

145. Ржаницын Р. А. Расчет сооружений с учетом пластических свойств материалов. М.: Стройиздат, 1954. 289с.

146. Родионов П. М. Основы научных исследований: Учебное пособие. Л., 1989. 100с.

147. Романив О. Н. Вязкость разрушения конструкционных сталей. М.: Металлургия, 1979. 176 с.

148. Свешников А. А. Прикладные методы теории случайных функций. М.: Мир, 1962. 463 с.

149. Серенсен С. В. Сопротивление материалов усталостному и хрупкому разрушению. М.: Атомиздат, 1975. 190 с.

150. Серенсен С. В., Когаев В. П., Шнейдерович Р. М. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность. М.: Машиностроение, 1975. 480с.

151. Скобцов И. Г. Конечно-элементное моделирование узлов ходовой системы гусеничного трелевочного трактора // Прогрессивные технологии в современном машиностроении: Сборник статей IV Международной научно-технической конференции. Пенза, 2008. С.95-97.

152. Скобцов И. Г. Проверка адекватности математической модели напряженно-деформированного состояния защитного устройства кабины лесозаготовительного трактора // Повышение эффективности лесного комплекса Республики Карелия: материалы третьей республиканской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов, докторантов. Петрозаводск: ПетрГУ, 2012. С.42-44.

153. Скобцов И. Г. Оценка влияния технологических дефектов на прочность элементов конструкций кабин лесозаготовительных машин // Повышение эффективности лесного комплекса Республики Карелия: материалы четвертой республиканской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов, докторантов. Петрозаводск: ПетрГУ, 2013. С. 32-34.

154. Скобцов И.Г. Структурная схема оптимизации ROPS кабины лесозаготовительной машины // Повышение эффективности лесного

комплекса: материалы Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов, докторантов. - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2014. - С. 53-55.

155. Скобцов И. Г. Пути повышения эффективности устройств защиты оператора при опрокидывании лесопромышленного трактора // Инженерный вестник Дона. 2015. № 2.

URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2015/2915

156. Скобцов И. Г. Оценка несущей способности устройства защиты оператора лесопромышленного трактора с позиций механики разрушения // Инженерный вестник Дона. 2015. № 2.

URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2015/2889

157. Скобцов И. Г. Оценка вероятности безотказной работы системы ROPS лесозаготовительных машин с позиций механики разрушения // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Сер. Естественные и технические науки. 2015. № 4 (149). С. 81-85.

158. Скобцов И. Г. Постановка задачи оптимального проектирования с применением статистической катастрофы сборки // Повышение эффективности лесного комплекса: материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Петрозаводск: ПетрГУ, 2015. С. 89-92.

159. Скобцов И. Г. Энергопоглощающая опора двухстороннего действия для установки кабины на раме лесозаготовительной машины // Альтернативные источники энергии в транспортно-технологическом комплексе: проблемы и перспективы рационального использования. Вып. 2. Воронеж: ВГЛТА, 2015. С. 233-235.

160. Скобцов И. Г. Оценка показателей надежности и оптимальное проектирование лесозаготовительных машин с позиций теории катастроф. Петрозаводск: ПетрГУ, 2015. 84 с.

161. Скобцов И. Г. Оптимальное проектирование элементов конструкций лесозаготовительных машин с применением статистической катастрофы

сборки // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Сер. Естественные и технические науки. 2015. № 5 (151). С. 84-88.

162. Скобцов И. Г., Венглинский С. А. Международная система стандартов по безопасности кабин технологических машин // Альтернативные источники энергии в транспортно-технологическом комплексе: проблемы и перспективы рационального использования. Вып. 1. Воронеж: ВГЛТА, 2014. С. 193-197.

163. Скобцов И. Г., Эгипти А. Э., Серебрянский Н. И. Организация технического сервиса машин в условиях лесопромышленных предприятий // Опыт лесопользования в условиях Северо-Запада РФ и Фенноскандии: материалы международной научно-технической конференции, посвященной 60-летию лесоинженерного факультета ПетрГУ. Петрозаводск: ПетрГУ, 2011. С.44-46.

164. Слепян Л. И. Механика трещин. Л.: Судостроение, 1990. 295 с.

165. Сторожев М. В., Попов Е. А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.

166. Стрелецкий Н. С. Основы статистического учета коэффициента запаса прочности сооружений. М.: Стройиздат, 1947. 280 с.

167. Стружанов В. В., Миронов В. И. Деформационное разупрочнение материала в элементах конструкций. Екатеринбург: УрО РАН, 1995. 191с.

168. Тихонов В. И. Выбросы случайных процессов. М.: Наука, 1970. 392с.

169. Тихонов В. И., Хименко В. И. Выбросы траекторий случайных процессов. М.: Наука, 1987. 304 с.

170. Том Р. Структурная устойчивость и морфогенез. М.: Логос, 2002. 288 с.

171. Томпсон Дж. М. Т. Неустойчивости и катастрофы в науке и технике: Пер с англ. М.: Мир, 1985. 254 с.

172. Треногин В. А. Функциональный анализ. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. 488с.

173. Трощенко В. Т. Прочность металлов при переменных нагрузках. Киев: Наук. думка, 1978 176с.

174. Уткин Л. В. Анализ риска и принятие решений при неполной информации.

СПб.: Наука, 2007. 404 с.

175. Философский энциклопедический словарь. М.: ИНФРА-М, 2000. 576с.

176. Фрейденталь А. И. Статистический подход к хрупкому разрушению // Разрушение: В 7 т. / Под ред Г. Либовица. М.: Мир, 1975. Т.2. С. 616-645.

177. Хеллан К. Введение в механику разрушения: Пер. с англ. М.: Мир, 1988. 364 с.

178. Хензель А., Шпиттель Т. Расчет энергосиловых параметров в процессах обработки металлов давлением: Справ. изд. Пер. с нем. М.: Металлургия,

1982. 360 с.

179. Холодниок М., Клич А., Кубичек М., Марек М. Методы анализа нелинейных математических моделей: Пер. с чешск. М.: Мир, 1991 368с.

180. Хоциалов Н. Ф. Запасы прочности. Строительная промышленность, №10, 1929.

181. Цытович Н. А. Механика грунтов. М.: Высш. шк., 1983. 288с.

182. Черепанов Г. П. Механика хрупкого разрушения. М.: Наука, 1974. 640с.

183. Черепанов Г. П. Механика разрушения композиционных материалов. М.: Наука, 1983. 296 с.

184. Чернецкий В. И. Моделирование стохастических систем. Петрозаводск: ПетрГУ, 1994. 488с.

185. Чернецкий В. И. Моделирование динамических систем. Петрозаводск: ПетрГУ, 1996. 432с.

186. Чудаков Д. А. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. М.: Колос, 1972. 384с.

187. Шварц В. В. Иллюстрированный словарь по машиностроению (англо-немецко-французско-нидерландско-русский): 3614 терминов. М.: Рус. яз.,

1983. 424 с.

188. Шиловский В. Н. Обоснование и разработка комплексной системы организации технического сервиса территориально распределенных лесозаготовительных машин: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. СПб: СПбЛТА, 2002. 36 с.

189. Шиловский В. Н., Кильпеляйнен С. А., Кяльвияйнен В. А. О методах оценки эксплуатационной технологичности лесозаготовительных машин // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Сер. Естественные и технические науки. 2011. №8 (121). С. 97-99.

190. Ширнин Ю. А., Ширнин А. Ю. Разработка параметров оборудования для экстремальных условий лесозаготовок: монография. Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2014. 232с.

191. Ширнин А. Ю. Энергоэффективная машина для комбинированной трелевки в экстремальных условиях лесозаготовок // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6 (56).

URL: www.science-education.ru/120-16640

192. Эрдоган Р. Теория распространения трещин. Разрушение. Т. 2. М.: Мир, 1973. С. 521-615.

193. Яблонский А. А., Никифорова В. М. Курс теоретической механики. СПб.: Издательство «Лань», 2001. 768 с.

194. Arnold V. I. Catastrophe Theory, third ed. Berlin: Springer-Verlag 1992.

195. Brooks S.H. A Discussion of Random Methods for Seeking Maxima // Oper. Res. 1958. Vol. 6. P. 244-253.

196. Dodson M. M. Quantum Evolution and the Fold Catastrophe // Evolutionary Theory. 1975. Vol. 1. P. 107-118.

197. Dumitrache P. The response of the protective structures (ROPS/FOPS) using the numerical simulation of the standard impact // Acta technica Napocensis. Series: Applied Mathematics and Mechanics. 2010. Vol. 53 (II). P. 203-206.

198. Dumitrache P. Parametric modeling of the (ROPS/FOPS) protective structures geometry in order to study of their behavior using finite element method // The Sorging Journal. 2011. Vol. 6 (2). P. 9-12.

199. Dumitrache P. Some aspects of the rollover protective structures evaluation, using shock loading simulation // Eftimie Murgu Anul. 2011. XVIII (1). P. 135142.

200. Etherton J.R., Cutlip R.G., Hams J.R., Ronaghi M., Means K.H., Gillkpie A.

Static load test performance of a telescoping structure for an automatically diployable ROPS // Journal of Agricultural Safety and Health. 2002. Vol. 8(1). P. 119-126.

201. Gilmore R. Structural stability of the phase transition in Dicke-like models // J. Math. Phys. A. 1977. Vol. 18. P. 17-22.

202. Gilmore R. Catastrophe Theory for Scientists and Engineers. New York: Dover, 1993.

203. Griffith A. A. The phenomena of rupture and flow in solids. Phil. Trans. Roy. Soc. Of London A221 (1921). P. 163-197.

204. Harris J.R., Ronaghi M., Snyder K.A. Analyzing tractor rollovers using finite element modeling // Analysis Solutions. 1998. 2 (4). P. 24-25.

205. Harris J.R., Mucino V.H., Etherton J.R. Finite element modeling of rollover protective structures in static testing and rear overturns // Journal of Agricultural Safety and Health. 2000. Vol. 6. P. 215-225.

206. Irwin G. R. Fracture dynamics // Fracturing of metals. ASM. Cleveland, 1948. P. 147-166.

207. May R. M. Bifurcations and Dynamic Complexity in Ecological Systems. // Annals, New York Academy of Sciences 316, 1979. 517 p.

208. Mehrdad S., Corotis R. B. Failure Cost Design of Structural System // Struct. Safety. 1988. P. 239-252.

209. Paris P., Erdogan F. A Critical Analysis of Crack Propagation Laws // J. Basic Eng. Trans. ASME. 1963. P. 528-534.

210. Pitukhin A. V. Fracture Mechanics and Optimal Design // Int. Journal for Numerical Methods in Engineering. 1992. Vol. 34. № 3. P. 933-940.

211. Pitukhin A. V. Application of Cusp Catastrophe Theory in Engineering Design // The Third World Congress on Computational Mechanics, Chiba, Japan. 1994. Volume II. P. 1259-1260.

212. Pitukhin A. V. Stochastic Cusp Catastrophe and Engineering Design // Proceedings of the Fifth EPMESC Conference «Education, practice and Promotion of Computational methods in Engineering Using Small Computers»,

Macao, China. 1995. Volume 2. P. 897-902.

213. Pitukhin A. V. Optimal Design Problems Using Fracture Mechanics Methods // Computers and Structures. 1997. Volume 65, № 4. P. 621-624.

214. Pitukhin A. V., Skobtsov I. G. The Estimation of Reliability Function in Terms of the Catastrophe Theory // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 607. P. 817-820.

doi: 10.4028/www. scientific.net/AMM.607.817

215. Pitukhin A. V., Skobtsov I. G. The Statement of Optimal Design Problem with the Cusp Catastrophe Theory Application // Applied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 709. P. 530-533.

doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.709.530

216. Pitukhin A. V., Skobtsov I. G. The Statistical Catastrophe Theory and Optimal Probability Based Design // Applied Mechanics and Materials. 2015. Vol. 741. P. 283-286.

doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.741.283

217. Poston T., Stewart I. N. Catastrophe Theory and its Applications. New York: Dover Publications, 1996. 491 p.

218. Powers J.R., Harris J.R., Etherton J.R., Ronaghi M., Snyder K.A., Lutz T.J., Newbraugh B.H. Preventing tractor rollover fatalities: performance of the NIOSH AutoROPS // Injury Prevention. 2001. Vol. 7 (Suppl. I). P. 54-58.

219. Rice J. R. A path independent integral and the approximate analysis of strain concentration by notches and crack // J. Appl. Mech. 1968. Vol. 35, № 4. P 379386.

220. Rise S. O. Mathematical analysis of random noise // Bell System Tech. J. - 1945. Vol. 24. P. 46-156.

221. Sprang H. A. A Review of Minimization Techniques for Nonlinear Function // SIAM Rev. 1962. Vol. 4. P. 343-365.

222. Thom R. Structural Stability and Morphogenesis: An Outline of a General Theory of Models. Reading, MA: Addison-Wesley, 1989.

223. Thompson J. M. T. Hunt G. W. Elastic Instability Phenomena. London: Jhon

Wiley and Sons, 1984.

224. Waddington C. H. A Catastrophe Theory of Evolution // Annals, New York Academy of Sciences 231, 1974. P. 32-42.

225. Whitney H. On singularities of Mappings of Euclidean Spaces I. Mappings of the Plane into the Plane // Ann. Math. 1955. Vol. 62. P. 374-410.

226. Woodcock A. E. R., Davis M. Catastrophe Theory. New York: E. P. Dutton, 1978.

227. Zeeman E. C. Catastrophe theory: Selected papers, 1972. Adisson-Wesley. Reading Mass, 1977

228. http://www.chetra-forest.ru

229. http://www.deere.ru/ru_RU/regional_home.page

230. http://www.komatsuforest.ru

231. http://www.metallholding-spb.ru/general-price

232. http://www.ponsse.com

233. http://www.ramzavod.ru/prays

ПРИЛОЖЕНИЕ А Программы расчета нагрузок на кабину лесной машины при различных вариантах возникновения аварийных ситуаций

Падение дерева на кабину Md := 1000 кг - масса дерева; В := 2.234 м - колея лесной машины; Н := 3.505 м - высота лесной машины;

а := 2.5 • В м - расстояние от дерева до точки удара по горизонтали;

ф := atan

V Н у

угол поворота дерева на пне к моменту удара; g := 9.81 м/сА2 - ускорение свободного падения; М := 30 м - длина дерева;

Ы := 0.35 • М м - расстояние от среза до цента тяжести дерева; 2

1с := 0.2 • Md • М кг мА2 - центральный момент инерции дерева; At := 0.05 с - время удара

Ударный импульс

1с • Md • а

| : -

1с + Md • (Ы - а)2 V

1с + Md • Ы2

Ударная нагрузка

Fud := — Fud = 5.679 х 104 Н

At

Оценка ударной нагрузки в зависимости от массы дерева Md := 400.. 1200 кг

S(Md) :=

1с • Md • а

1с + Md • (hc - а)2 ^

1с + Md • hc

2

Fud(Md) :=

^(Мё) Дt

8-10

6-10 -

Риё(Мё)4 -10 -

2-10 -

0

400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

Мё

Fud(1000) = 5.679х 104 Н

Оценка ударной нагрузки в зависимости от расстояния до точки удара

а := 1.. 10м

Мё := 1000 кг

S(a) :=

1с • Мё • а

1с + Мё • (hc - а)2 д/

1с + Мё • hc

2

Fud(a) :=

8(а) At

1.5-10

5

Биё(а)

1 -10

5-10 -

а

Боковое сползание лесной машины с ударом кабины о дерево М := 14500 кг - масса машины;

Gt := 9.81 • М Н - вес машины; f := 0.45 - коэффициент трения;

к

а := — - угол склона; 6

т := 3 с - время бокового перемещения (сползания) машины;

Gt •( sin (а)- f • cos (а))

и := -• т - скорость бокового перемещения;

2

S := ----—--—— • — - величина бокового перемещения;

a := -—- - ускорение при боковом перемещении;

ик := 0 м/с - конечная скорость; т2 := 0.1 • т - время удара;

ик -и

a2 := - - замедление на этапе удара;

т2

Составляющая ударной нагрузки, действующая на верхний продольный элемент кабины Pud := Gt • sin (а) - f • Gt • cos (а) - M • a2

Pud = 1.726 x 105 Н

M

Gt • (sin(а) - f • cos(а))

M

Gt • (sin(а) - f • cos (а))

Оценка ударной нагрузки в зависимости от угла склона

а := 0.1, 0.2 „- Риё(а) := Gt • sin (а)- f • Gt • ^ (а)- М • а2

4

2-10

1.8-10

5

1.6-10

5

Риё (а)

5

1.4-10

1.2-105 I-

1 -10

а

Оценка ударной нагрузки в зависимости от коэффициента трения

f := 0.3 , 0.35--0.6

а :=

к

Pud(f) := Gt • мп(а) - f • а • ^(а) - М • а2

2-10

1.9-105 I-

1.8-105 Ь

Pud(f)

1.7-105 I-

1.6-105 I-

1.5-10

5

0.25

Риё(0.4) = 1.787 х 105 Н

6

Вертикальное падение груза на кабину М1 := 225 кг - масса груза;

М2 := 200 кг - масса кабины; h := 5.2 м - высота падения груза;

и 10 := д/^^Ъ - скорость груза к моменту удара;

и20 := 0 - скорость кабины к моменту удара;

к := 0.3 - коэффициент восстановления;

Лt := 0.025 с - время удара;

(М1 - к• М2) •иЮ и 11 :=-М1 + М2- - скорость груза после удара;

М1 • (1 + к) • и10

и21 :=- - скорость кабины после удара;

М1 + М2

Ударный импульс S1 := М1 •(и11 -и10)

Ударная нагрузка

, -S1

Fud:= -

Лt

Fud = 5.561 х 104 Н

Оценка ударной нагрузки в зависимости от коэффициента восстановления

к := 0, 0.1.. 1

и 11 (к) :=

(М1 - к • М2) • и10 М1 + М2

и21(к) :=

М1 • (1 + к) • и10

М1 + М2

S1 (к) := М1 • (и 11 (к) - и 10)

Fud(k) :=

-51(к)

Лt

1.10

8.10 -

Биа(к)

6.10 -

4.10

0.2

0.4

0.6

0.8

Fud(0.3) = 5.561 х 104 Н

0

1

к

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Программа оценки влияния размера технологического дефекта на несущую способность устройства защиты оператора лесной машины (на примере Онежец 300)