Статья: ТЕХНИЧЕСКОЕ ТВОРЧЕСТВО СТУДЕНТОВ КАК ИНСТРУМЕНТ ПОДГОТОВКИ КАДРОВ ДЛЯ ЛЕСНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ (2025)

Проведен анализ развития систем управления сервисным обслуживанием машин. Представлены современные системы, позволяющие осуществлять мониторинг состояния узлов и агрегатов машин, а также прогнозировать изменения их состояния: управление системой технического сервиса, ориентированное на надежность; предотвращение рисков; ремонт по фактическому состоянию. Рассмотрена эволюция подхода к диагностированию машин от эпизодического контроля к постоянному мониторингу их параметров, а также получению оперативной информации о производственных данных конкретных машин. Установлено, что ведущие западные производителя лесозаготовительных машин используют технические решения по мониторингу технического состояния машин и их производственных показателей. Выявлено, что в условиях лесозаготовительных предприятий может быть использована техника разных производителей, что не позволяет эффективно использовать полученную с сервера производителя информацию о работе машин. В целях повышения эффективности использования систем мониторинга состояния машин предложено применить единую систему управления предприятием на базе стандартов ERP. Для достижения независимости от иностранного программного обеспечения целесообразно применение отечественной системы 1С, позволяющей расширить ее возможности за счет включения блока управления производственной безопасностью.

Рассмотрена методика расчета параметра подвижности транспортно-технологических машин по трем составляющим: техническим характеристикам машины, условиям движения на территории, режиму движения. Представлены технические характеристики транспортного средства, необходимые для определения первой составляющей, проведено их сравнение с условиями движения на конкретной территории. Приведены технические оценки вездеходов. Сделан теоретический вывод о типе вездехода, который может преодолевать разнообразные препятствия на выбранном участке.

Приведено обоснование необходимости разработки и применения посадочных машин для саженцев с закрытой корневой системой. Проанализированы существующие методы моделирования кинематики и динамики посадочных аппаратов с использованием CAD- и САЕ-систем, а также методы моделирования процессов взаимодействия рабочих органов посадочных машин с почвенной средой. Изложено описание общей концепции разрабатываемой посадочной машины для саженцев с закрытой корневой системы. Разработана имитационная модель посадочного механизма в программном комплексе CAD SolidWorks и САЕ SolidWorks Motion. Исследован рабочий процесс посадочного механизма на виртуальном стенде, реализованном в этой же программной среде. Получена группа параметров, необходимых для оценки работоспособности посадочного механизма, в частности: моменты сил виртуальных двигателей привода посадочного аппарата и зарядного устройства; силы, возникающие на виртуальных пружинах посадочного конуса и стакана зарядного барабана; сила контакта кулачка с роликом; величина раскрытия посадочных конусов. Выполнено моделирование процесса взаимодействия посадочных конусов с почвенной средой методом дискретных элементов. Разработан полноразмерный макетный образец с использованием 3D-печати, позволивший подтвердить полученные в результате моделирования силовые характеристики по такому ключевому параметру, как крутящий момент, требующийся для привода посадочного аппарата и зарядного устройства. Подтверждена правильность выбранных в процессе проектирования кинематических параметров механизма.

Приведен анализ проблематики создания систем автоматического управления для набирающих популярность сушильных установок на основе низкотемпературных инфракрасных генераторов. Описаны методы и средства получения математической модели инфракрасной сушки древесины с применением пленочных электронагревателей, разработанных учеными Института агроинженерии ФГБОУ ВО «Южно-Уральский ГАУ» г. Челябинск. Приведено описание экспериментальной сушильной установки и системы автоматического управления процессом сушки с функцией архивирования всех показателей технологических параметров необходимых для получения динамических кривых температуры и влажности. С помощью метода корреляционно-регрессионного анализа установлена связь между параметрами технологического процесса сушки соснового пиломатериала. Проведены натуральные эксперименты по низкотемпературной сушке сосновых досок, уложенных в штабеле, по результатам которых определено соответствие полученных температурно- и влажностно-временных зависимостей с кинетическими кривыми известной теории сушки. Выполнен развернутый регрессионный анализ по полученному массиву данных основных параметров сушки (время, температура и влажность воздуха в камере, температура древесины). Доказано эффективное дробление кривой кинетики сушки на три поддиапазона, характеризующихся собственными параметрами теплодинамики, математические модели которых стали основой алгоритмов интеллектуальной системы автоматического управления. Разработаны практические рекомендации по организации инфракрасной сушки пиломатериалов, созданию и регулировке систем автоматического контроля. По динамическим характеристикам сушилки как результату новых знаний можно через передаточные функции САУ определить тип и настройки регуляторов. Подтверждена гипотеза о том, что окончание массообменных процессов с переходом работы установки в квазистационарный тепловой режим происходит до окончания фактического периода сушки.

Представлены результаты теоретических обоснований метода повышения энергоэффективности и экологической безопасности погрузочно-транспортных машин, используемых при сортиментной заготовке древесины. Установлено, что, исходя из принципов равенства грузопотока погрузочно-транспортных машин, производительности валочно-сучкорезно-раскряжевочных машин, получено значение мощности двигателя погрузочно-транспортных машин, которое позволит определить облик создаваемой машины в зависимости от сопротивления движению и пути, который проходит валочно-сучкорезно-раскряжевочная машина в зависимости от плотности древостоя. Показано, что принцип данной модели заключается в том, что производительность валочно-сучкорезно-раскряжевочных работ равна производительности погрузочно-транспортных работ, т. е. валочно-сучкорезно-раскряжевочные машины и погрузочно-транспортные машины не простаивают. Предлагаемая методика расчета позволит на стадии разработки конструкции погрузочно-транспортных машин определить тип движителя и конструкцию ходовой системы погрузочно-транспортных машин. Установлено, что предлагаемая модель не затрагивает экономические вопросы, как у других исследователей в данной области. Используются интегральные модели на уровне формул.

Рассмотрена математическая модель взаимодействия колесного штампа-движителя с двухслойной опорной поверхностью, состоящей из синтетического дорожного мата и подстилающего лесного почвогрунта. Предложена модель деформируемой плиты, размещенной на податливом (винклеровском) основании. Предложена конечно-разностная схема, предполагающая произвольное распределение нагрузки по узлам сетки, для решения дифференциального уравнения прогиба плиты (и осадки основания), а также несколько вариантов закрепления граничных узлов. Разработана программа на языке Python для реализации предложенной модели. С использованием данной программы проведен вычислительный эксперимент. Отклонение расчетных данных от частного случая точного решения не превысило 5 %. Обработка расчетных данных позволила получить уравнение, удобное при оценке глубины колеи на композитном основании, образующейся под воздействием движителя.

Исследованы разработки роботизированных систем для работы в сложных условиях лесной среды. Уделено внимание специфическим характеристикам леса, таким как переменные температуры, влажности и сложный рельеф, создающие трудности для эффективного функционирования роботов. Рассмотрены проблемы: отсутствие сетевой инфраструктуры для связи, сложные условия почвы и уязвимость систем перед стихийными бедствиями. Выявлена необходимость специализированных решений, адаптированных к условиям леса, в том числе использование надежных систем передвижения по неровной поверхности, мощных источников энергии для длительной работы и современных технологий связи, позволяющих поддерживать связь в условиях ограниченной видимости. Проанализированы различные направления применения робототехнических систем в лесном хозяйстве от мониторинга состояния окружающей среды и тушения лесных пожаров до проведения инвентаризационных операций и выполнения задач по посадке и заготовке леса. Приведены примеры существующих решений, таких как роботы-амфибии и специализированные машины для тушения пожаров, подчеркивающие потенциал технологий в исключении человеческого фактора и повышении безопасности в лесном хозяйстве. Несмотря на существующие сложности, потенциальные выгоды от применения роботизированных систем в лесах значительны. Они могут не только улучшить управление лесными ресурсами, но и способствовать охране окружающей среды, снижая негативное воздействие на экосистемы.

Представлен анализ конструктивных особенностей тандемных мостов лесных машин. Приведена классификация лесных машин в зависимости от их назначения и характеристик. Рассмотрены конструкции тандемных мостов с цепным и шестеренчатым приводом и с приводом Робсона. Сделаны выводы о применимости каждого из них при проектировании и производстве лесных машин разных классов. Выявлены достоинства и недостатки рассматриваемых конструктивных схем тандемных мостов. Определены направления совершенствования конструкции тандемных мостов.

Определена необходимость проведения рубок ухода, приведены современные методы и оборудование для их осуществления. Для повышения продуктивности лесных культур рекомендуется проводить их осветление. Установлено, что наиболее производительным является механизированный способ работ, при котором технологическое оборудование - кусторез, располагается на базе колесных или гусеничных машин. Определено, что при разработке нового оборудования для срезания кустарника необходимо проводить обоснование его параметров. Проанализированы методы разработки новых лесных машин и выявлена необходимость использования автоматизированных средств проектирования, и составления имитационных моделей в современных программных комплексах, которые тесно связаны с конструкторскими программами. В программном комплексе «Универсальный механизм» (UM) создана имитационная модель работы ротора кустореза. Модель рекомендуется к использованию, при обосновании параметров роторов c шарнирно-сочлененными рабочими органами. Модели звеньев являются параметрическими, что позволяет настроить имитационную модель на разные геометрические размеры без потери связей в шарнирах. В имитационной модели использовано 3D-контактное взаимодействием UM для ротора и цепи. Изучены фазы разгона, холостого хода и торможения ротора с шарнирно-сочлененным, цепным рабочим органом. Проведен лабораторный эксперимент с ротором кустореза, который подтвердил полученные посредством имитационного моделирования траектории движения цепи. Аналитически рассчитана скорость лезвия на холостом ходу, что подтвердило полученные на имитационной модели результаты. Получены траектории движения звеньев, их скорости и затраты крутящего момента на приводном валу электродвигателя.

На основе анализа существующей процедуры контроля и технологии борьбы с ландшафтными пожарами предложено техническое обеспечение первичного звена предотвращения и ликвидации ландшафтных пожаров. Установлено, что проведенная в нашей стране в начале века реформа лесного хозяйства привела к отсутствию эффективной борьбы с ландшафтными пожарами. Обоснована необходимость изменения структуры первичного звена борьбы с ландшафтными пожарами и оснащение ее специальной многофункциональной техникой. Показано, что одним из основных звеньев в этой работе является создание универсальной технической базы, позволяющей доставлять пожарное технологическое оборудование к месту возникновения чрезвычайной ситуации. В работе предложено концептуальное решение универсального базового шасси и приведен обобщенный подход к расчету несущей системы кузова отдельной секции базового шасси. Показано, что в качестве базового шасси целесообразно использовать сочлененную схему с одним энергетическим модулем и комплекса прицепных активных модулей, несущих специализированное технологическое оборудование пожаротушения.