Методы и алгоритмы распознавания объектов на растровом изображении (стр. 5 )

, где ,- ядерные функции

Затем генерируются вектора независимых в [0,1] чисел . Для каждого решаем систему и в результате получаем вектора случайных чисел . Для решения системы можно использовать алгоритм стохастической аппроксимации [3].

При разработке программного комплекса для моделирования надежности сложных систем использовались рассмотренные выше типы датчиков, которые позволили существенно расширить спектр решаемых задач.

Использованные источники

1.  , , . Расчет прочностной надежности изделий на основе методов непараметрической статистики. -Новосибирск: Наука, -20с.

2.  , Терещенко датчики случайных величин //Датчики и средства первичной обработки информации. –Курган, -1990. –С.110-112.

3.  Цыпкин и обучение в автоматических системах. - М.: Наука,-19с.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД АНАЛИЗА УПЛОТНЕНИЯ ЛИСТОСТЕБЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Белорусский государственный аграрный технический университет, Беларусь

Совершенствование теории технологического процесса обработки кормовых материалов давлением и разработка на ее основе методов направленного прогноза развития новых устройств с заданными агротехническими параметрами при­обрели ' особую важность в связи с созданием высокопроиз­водительных комплексов по приготовлению прессованных полнорационных кормов для крупных животноводческих ферм.

Уплотнение листостебельных материалов и кормовых смесей связано с необратимыми процессами [2, 5, 8...10], сопровождаемыми изменением общего энергетического сос­тояния среды. В данной работе в основу энергетического метода расчета напряженно-деформированного состояния прессуемого материала положена связь уравнений механики сплошной среды с уравнениями термодинамики необратимых процессов.

Основы энергетического метода определения напряжен­но-деформированного состояния растительных материалов при их уплотнении. Выделим в деформируемой среде элемен­тарный объем Ω (рис.1). Передача энергии между средой и этим объемом осуществляется (в закрытом объеме) в ви­де работы и теплоты.

Энергиясообщенная элементарному объему, равна сумме внешних сил 𝑑L и количества тепла dQ. перенесенного методом теплопроводности. Эта энергия, отнесенная к объему Ω, определяет приращение плотности полной энергии:𝑑=𝑑𝑬/Ω.

Рисунок 1 Условное изображение передачи энергии между средой и элементарным объемом

В свою очередь, переносимая с массой среды плотно­сть полной энергии равна сумме плотностей кинетической р1 𝘦 и внутренней 𝜌𝘦L энергии: 𝜌𝘦 р1 𝘦(1)

Где 𝜌- плотность деформируемой среды; V - скорость частиц среды; ℰ - внутренняя энергия единицы массы среды.

При изучении процессов уплотнения листостебельных материалов требуется решить две основные задачи. Одна из них связана с определением усилий, необходимых для получения брикетов и гранул заданной плотности. По этим усилиям проводится расчет хормопрессующих механизмов. Другая задача направлена на определение напряженно-де­формированного состояния прессуемого материала при дос­тижении заданной плотности с целью получения качествен­ного продукта с наименьшими при этом затратами энергии. Сначала по заданным скоростям перемещения деформаторов выбранных устройств рассчитывается поле скоростей v перемещения частиц прессуемого материала. Для этого необходимо решить уравнение неразрывности деформируемой среды с учетом изменения плотности 𝜌 ее частиц:

ϑ

Или, раскрыв это выражение, ϑ𝜌/��t+𝜌𝑑𝑖Vv+Vgrad𝜌=0. (2)

Для удобства решения записываем уравнение в ином виде:

ϑ𝜌/𝜌t=ϑ𝜌/ϑx =Vgrad𝜌+, (3)

где =Vx; =Vy;=Vz.

С учетом равенства уравнение примет вид:

��𝑖Vv=-1/𝜌

или в за писи с коэффициентами Лямэ

1/𝜌

(К=1,2,3).

С целью получения замкнутой системы уравнений для определения напряженно-деформированного состояния уплот­няемой листостебельной массы на основании эксперимен­тов необходимо составить уравнение состояния, связываю­щее теплофизические и механические параметры с плотно­стью внутренней энергии. После установления значений составляющих уравнения можно перейти к решению первой задачи - определе­нию потребной энергии для осуществления прессования с заданной плотностью. В общем виде из уравнения оп­ределяем плотность полной энергии с учетом равенства:

ρe= σ Ср 𝜀 Ср+ σi𝜀i.)dt.

Интегрируя это уравнение по деформируемому объему Ω, получаем значение энергии, необходимой для осу­ществления заданной деформации среды:

Аl=+ σi𝜀i.)) dtdΩ.

Взяв первую производную от Аl, по обобщенному перемещению ĥ i найдем значение обобщенной силы и, приравняв ее уравнению Лагранжа второго рода, перей­дем к кинематическому и динамическому анализу конкрет­ного прессующего механизма:

Аi/ϑϑhi=ϑ/ϑhi,

где Тk - кинетическая энергия системы; qi-обобщенная координата.

Для решения второй задачи, касающейся определения напряженно-деформированного состояния уплотняемой среды, необходимо найти поле напряжений по заданным условиям, деформирования. Исходным является уравнение., которое решается в отношении составляющих поля напряжения:

Σkl=ρV²/2 +ρe+1/Vk( (λ/ϑqk - Фk+f(r,φ)) (5)

(r≠φ≠k); (r,φ,k, l=1,2,3=х, у,z).

B этом уравнении свободная функция f(φ,r) определяется по начальным условиям. Однако для определения поля напряжений этого уравнения недостаточно, необходимы еще физические уравнения, отражающие конкретные свойст­ва уплотняемой среды и выраженные через компоненты на­пряжений и деформаций, а также уравнение связи интенсив­ности напряжений и деформаций. Согласно закону изменения формы при активной дефор­мации [ 1 ] , в случае простого нагружения девиатор напря­жений прямо пропорционален девиатору деформаций, и меж­ду девиаторами напряжений и деформаций установлена за­висимость:

Дσ=⅔σi/εiДl. (6)

Изложенные основы энергетического метода позволяют найти расчетные зависимости для определения напряженно-деформированного состояния уплотняемой среды с учетом различных температурных и скоростных условий деформиро­вания. Скорость изменения плотности внутренней энергии учитывает и немеханические явления, происходящие в материале в процессе его деформирования.­Поскольку листостебельный материал как среда являет­ся деформирующимся нелинейно, принимаем нели­нейную зависимость между обобщенными напряжением σi и деформацией li в форме σi=Е` li. В этой зависимо­сти Е`=φ(li ) - секущий модуль деформации первого рода-определяется так же, как Е` =f(l) - функция относитель­ного удлинения при простом нагружении.

Для получения замкнутой системы уравнений расчета напряженно-деформированного состояния среды при ее уп­лотнении б заданных температурно-скоростных условиях прессования необходимо иметь уравнения состояния этой среды, связывающие скорость изменения плотности внутрен­ней энергии с температурой и другими параметрами среды, в частности, со степенью, скоростью и продолжительностью деформации.

Влияние условий уплотнения листостебельных материа­лов на скорость изменения плотности внутренней энергии. Проведенные реологические исследования, а также обобщенный и регрессионный анализы процесса уплотнения листостебельных материалов позволяют установить расчет­ные зависимости между скоростью изменения внутренней энергии и физико-механическими свойствами уплотняемого материала.

Как и в случае реологических исследований целых стеблей растений, значения мгновенного Е0, эластического Еr и равновесного Е модулей деформации сечки разнотравья (tср= 41 мм), соломы (tср = 49 мм) и кормосмеси (разнотравье - 60%, солома - 10%,комбикорм - 30%) с увеличением влажности W резко уменьшаются по абсолют­ной величине (рис,2), что значительной степени способ­ствует снижению энергоемкости уплотнения этих материа­ло. Изложенный энергетический метод анализа уплотнения листостебельных материалов и сыпучих кормовых смесей даёт возможность решить две основные задачи процесса прессования. Во-первых, определить общую энергию, которую необхо­димо затратить на получение прессованного материала за­данной плотности. Это достигается интегрированием уравне­ний, отображающих плотность полной энергии. В свою оче­редь, дифференцирование по обобщенной координате уравне­ния, выражающего значение полной энергии, необходимой для деформирования материала, позволяет найти значение обоб­щенной силы и перейтк к кинематическому и динамическому анализу конкретного прессующего механизма. Во-вторых, энергетический метод позволяет определить напряженно-деформированное состояние уплотняемого мате­риала с учетом различных температурных и скоростных ус­ловий деформирования. Уравнения, отображающие скорость изменения плотности внутренней энергии, дают возможность учесть немеханические явления, происходящие в материале в процессе его деформирования. Определение зависимости скорости изменения плотности внутренней энергии от скорости сжатия материала.

Опыты показывают, что в процессе прессования растительных ма­териалов работа внешних сил преобразуется в потенциальную энергию, часть которой при малых скоростях сжатия рассеи­вается. С увеличением скорости деформирования уровень по­тенциальной энергии возрастает, так как скорость ее нараста­ния больше скорости ее рассеивания. В связи с этим возраста­ет и сопротивление сжатию материала. С энергетической то­чки зрения увеличение скорости сжатия отразится на скоро­сти изменения плотности внутренней энергии При изучении процесса уплотнения листостебельных ма­териалов и кормовых смесей было отмечено существенное влияние на этот процесс температуры нагрева прессуемой массы. С увеличением температуры до некоторого предела повышается пластичность растительной массы и способность к формообразованию. Заметно снижается усилие на прессова­ние. В процессе уплотнения температура материала возрас­тает вследствие трения его частиц между собой и о стенки пресс-камеры. В зависимости от конструкции пресс-камер, степени уплотнения и состояния прессуемого материала под воздействием сил трения температура достигает столь боль­шой величины, что возникает обугливание брикетов.

При брикетировании кормов энергия прессования расходуется в основном следующим образом: на нагрев внутренней области брикетируемого материала (как следствие превращения энергии давления в тепловую в результате трения частиц, их разрушения и уплотнения); на нагрев стенок рабочего органа пресса в результате трения о них материала ;на накопление тепловой энергии упругой деформации материала; на изменение межмолекулярных и внутримолекулярных связей; на испарение влаги, содержащейся в прессуемой массе.

Использованные источники

г,

1.  Безухо в теории упругости, плас­тичности и ползучести. М.: Высшая школа, 1968.

2.  , Васильев ­ческие методы в земледельческой механике. М.: Машинострое-ние, 1967.

З. , X и л к о в -1? кие характеристики брикетируемых полнорационных кормовых ~ смесей.- Записки ЛСХИ, 1976, т.290.

4. Л а н д а у Л. Д., Л и ф ш и ц спло­шной среды. М,: Гостехиздат 1953.

5.Мельников СВ. Индикаторные диаграммы прессования в каналах матриц брикетировщиков грубых кор­мов,-Записки ЛСХИ, 1976, т.311. 32

6.Соболев -химические основы процесса брикетирования кормовых культур,1974

7.Нащокин термодинамика и теплопередача,1980

Оптимизация конструкций цепных передач подъемных агрегатов

Мамед-заде Э. О.

Азербайджанская государственная нефтяная академия, Азербайджан

В современных подъемных агрегатах, предназначенных для бурения и ремонта нефтяных скважин широко используются цепные передачи. Использование цепных передач в подъемных агрегатах объясняется их специфическими преимуществами по отношению к другим видам передач, таких как ременные и зубчатые передачи. Одним из таких преимуществ является возможность передачи больших мощностей при высоких скоростях вращения и относительно больших межцентровых расстояниях. Важной особенностью при эксплуатации механических передач подъемных агрегатов в полевых условиях заключается также в легкости монтажа и демонтажа цепных передач. Поэтому решение задач оптимизации параметров цепных передач [1] даст возможность еще более широкому использованию цепных передач в подъемных агрегатах.

Ранее авторами была решена задача по оптимизации двухступенчатого цепного редуктора [2]. В соответствии с этим математическая постановка задачи по оптимизации параметров 2-х ступенчатых цепных редукторов была представлена в виде:

где - функция, определяющая минимум стоимости двухступенчатой цепной передачи (целевая функция); , , , и - функции характеризующие запас прочности, износостойкость шарниров и кинематику цепных передач (функции ограничения); - стоимость единицы массы звездочек цепной передачи с учетом производственных затрат на изготовлении; - плотность вес материала звездочек; - коэффициент заполнения объема звездочек, принимаемая в пределах ; , - шаг приводной цепи первой и второй степени; , - ширина однорядной цепи с шагами , соответственно; , - число рядов цепи первой и второй ступени; , - число зубьев ведущих звездочек первой и второй ступени; , - параметры, характеризующие угловой шаг звездочек; , - погонный вес приводной цепи первой и второй степени; , - крутящий момент на ведущих валах первой и второй ступени; - коэффициент эксплуатации, определяемый в зависимости от динамичности нагрузки, длины цепи, наклона линии центров звездочек передачи к горизонту, способа регулирования цепи, а также от характера смазывания;

Решение поставленной задачи для конкретных кинематических схем двухступенчатых цепных редукторов с учетом ограничений, приведенных , , , и можно осуществить методом нелинейного программирования (метод штрафных функций) с применением электронно-вычислительной техники.

В качестве примера оптимизации конструкции 2-степенчатых цепных передач была рассмотрена цепная коробка передач подъемного агрегата фирмы «Wilson Products» Model 65 Winchmobile. Данный агрегат предназначен для бурения скважин глубиной до 3000 м и ремонта скважин глубиной до 4000 м. Кинематическая схема привода лебедки приведена на рисунке [3]

Надо отметить, что агрегаты выпускаемые фирмой «Wilson Products» используются на многих нефтяных районах, число моделей агрегата данной конструкции достигает десяти. Во всех моделях в качестве привода используются 2-х ступенчатые цепные передачи.

В рассматриваемой модели, «Model 65» для спуско-подъемных операций используют два барабана. Один барабан, тартальный, предназначен для спуско-подъема насосно-компрессорных труб, получает вращение от первой ступени цепного редуктора. Максимальная частота вращения ведущей звездочки , передаточное число , число зубьев на звездочках и . Межцентровое расстояние первой ступени . Передаваемый крутящий момент .

Рисунок Кинематическая схема цепного редуктора агрегата

фирмы «Wilson Products» Model 65

Таблица Результаты сравнения параметров цепных передач существующей конструкции и оптимальной конструкции

Параметры	Существующая конструкция	Оптимальная конструкция
I ступень	II ступень	I ступень	II ступень
Числа зубьев ведущих звездочек и соответственно	24	30	24	30
Числа зубьев ведомых звездочек и соответственно	52	58	52	58
Шаг приводной цепи,	38,1	38,1	25,4	31,75
Число рядов цепи	3	3	6	4
Межосевое расстояние,	1200	1800	1200	1800
Длина цепи, в	3,8	5,3	3,4	5,0
Диаметры ведущих звездочек,	291,9	364,5	194	303,7
Диаметры ведомых звездочек,	631	703,7	420,7	586,4
Теоретические веса звездочек,	263	342	146	245
Стоимости цепных передач, в долларах США	795	1060	574	872
Суммарная стоимость цепных передач редуктора, в долларах США	1855	1446
Суммарный вес цепных передач редуктора, кг	775	532

Вторая ступень цепного редуктора предназначена для передачи крутящего момента на барабан, предназначенный для спуско-подъема бурильных труб. Частота вращения и передаваемый крутящий момент равны и . Число зубьев звездочек второй ступени и при межцентровом расстоянии .

В качестве приводных цепей на обеих ступенях используются 3-х рядные роликовые цепи с шагом .

При оптимизации конструкции цепного редуктора для сохранения конструктивного расположения обеих барабанов и скоростей подъема значения передаточных чисел, межцентровых расстояний и чисел зубьев звездочек были сохранены.

В результате оптимизации по данной методике были получены следующие параметры приводных роликовых цепей:

-  I ступень – 6-ти рядная роликовая цепь с шагом ;

-  II ступень - 4-х рядная роликовая цепь с шагом .

В результате последующих расчетов были получены результаты для сравнения параметров цепных передач существующей конструкции и оптимальной конструкции. Результаты расчетов приведены в таблице.

Заключение

На основе решения задачи оптимизации цепных передач приводов агрегатов для бурения и эксплуатации нефтяных скважин получены оптимальные параметры цепных передач буровых агрегатов (Model 65) фирмы «Wilson Products». Замена существующей конструкций цепных передач на оптимальную конструкцию снижает стоимость цепной передачи до 25%.

Использованные источники

1. Керимов машин и грузоподъемные и транспортирующие машины.- Баку: Маариф, 200с. (на азерб. яз)

2. Kerimov Zahid G., Mamed-zadeh Elkhan O. Optimization of Double-Acting chain drive.//Works of the Mathematics & Mechanics Institute of the National Academy of Azerbaijan.- 2008.- №28(36)- С. 48-53