Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета 2011 №1 (26)

Подождите немного. Документ загружается.

Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)

Зависимость Р

до

/Р

от γ при разных величинах параметров вихревых контуров изображена на

рисунке 4.

При снижении параметров L

, r

, L

, и r

в 2 раза снижаются эквивалентные индуктивности

машины по поперечной и продольной осям, и при малых γ (больших k

) это приводит к возрастанию

до

/Р

на 15 % (γ = 0,1) по сравнению с режимом номинальных параметров вихревых контуров. При

больших γ отношение потерь, напротив, снижается на 7 % (γ = 0,7).

Увеличение параметров вихревых контуров в 2 раза соответствует снижению Р

до

/Р

на 20 %

при γ = 0,1 и возрастанию соответственно на 11 % (γ = 0,7).

Рисунок 4 – Зависимость Р

до

/Р

= f (γ) при разных величинах параметров вихревых контуров

Таким образом, исследования, выполненные с помощью алгоритма (рисунок 1), не

противоречат физическим процессам, протекающим в ДПТ при его работе совместно с ШИП, и

подтверждают корректность модели.

Выводы:

1. Сформирована и реализована численным методом математическая модель расчета

добавочных потерь системы «ДПТ – СПП» с последовательным двигателем. Якорный ток в такой

модели рассчитывается с учетом

нелинейности магнитной цепи машины, коммутационной реакции,

вихревых токов в массивных частях магнитопровода.

2. В результате тестового исследования выявлена зависимость отношения потерь Р

до

/Р

от

скважности питающих импульсов: снижение параметров вихревых контуров при малых скважностях

сигнала приводит к увеличению Р

до

/Р

, при больших скважностях – к снижению отношения потерь.

Литература и источники

1. Седова, И. Ю. Анализ режимов работы двигателей постоянного тока при импульсном питании : автореф.

дис. … канд. техн. наук. – Л. : ЛПИ, 1982.

2. Фетисов, В. В. Математическая модель двигателя постоянного тока последовательного возбуждения в

импульсном режиме / В. В. Фетисов, И. Ю. Седова. – Деп. в ИНФOPMЭJIEKТPO 20.08.1981. № 290-д/81. – 15 с.

3. Свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ № 006611182. Расчет добавочных потерь и

гармонического состава тока якоря ДПТ последовательного возбуждения при импульсном питании / Седова И. Ю.,

Юдина О. И., Аванесова Е. А. ; зарегистрировано в Реестре программ 3. 04. 2006. – М. : ФГУ ФИПС, 2006.

References

1. Sedova, I. Yu. Analysis of dc motor operation modes at impulse supply : author’s abstract of dissertation …. PhD

in Technical sciences. – L. : LPI, 1982.

2. Fetisov, V. V. Mathematical model of series wound dc motor in impulse mode / V. V. Fetisov, I. Yu. Sedova. –

Dep. In INFORMELECTRO 20.08.1981. № 290-d/81. – 15 p.

3. Cerificate of prorgrams official registration for computers № 006611182. Calculation of additional losses and

armature current harmonic structure of series wound dc motor at impulse supply / Sedova I. Yu., Yudina J. I., Avanesova E. A.;

registered in the list of program 3. 04. 2006. – М. : FGU FIPS, 2006.

Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)

МАШИНОСТРОЕНИЕ И ТРАНСПОРТ

УДК 621.9

РАЗРАБОТКА ИМПУЛЬСНЫХ ВРАЩАТЕЛЕЙ

ДЛЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ

Сидоренко С. А., Лозовая Е. Б.

Рассмотрена необходимость создания импульсных вращателей различного конструктивного исполнения.

Показаны области использования вращателей с тангенциальным направлением импульса в материалах малой и средней

прочности. Для материалов повышенной прочности предложена принципиально новая конструкция вращателей с

изменением направления импульса для активизации внедрения рабочего инструмента в обрабатываемый материал.

It was considered the need of impulse rotator creation of constructive performance. The areas of rotator use with impulse

tandential direction in materials of small and middle durability have been shown and it was offered a fundamentally new construction

of rotators with impulse direction change for stirring up the introduction of working instrument into processed material.

Ключевые слова: импульсные вращатели, машина

с вращающимся рабочим органом, замкнутая

кинематическая цепь.

Key words: impulse rotators, machine with rotating working element, closed kinematic circuit.

Использование вибраций в технике вызвано технологической потребностью

обрабатываемого материала повышенной прочности в динамическом воздействии.

Теория изменения технологического процесса при динамическом (импульсном) воздействии

объясняется большинством авторов изменением времени действия единичного импульса.

Динамические (планетарного типа) и кинематические (рычажно-кулачковые) возбудители

крутильных колебаний отличаются направлением импульса силы. Инерциальная сила возмущения

направлена по радиусу

вращения, кинематическая – перпендикулярно радиусу.

Величина перемещения инструмента от единичного импульса в кинематических

возбудителях зависит от значения амплитуды колебаний и не зависит от сил сопротивления, а

в динамических перемещение ограничено силой сопротивления. Время контакта рабочего

инструмента с обрабатываемым материалом определяется частотой вращения, величиной работы

силы единичного импульса и влияет на характер

технологического процесса.

Изменение времени действия импульса и амплитуды колебаний влечет за собой неизбежное

изменение картины нагружения (скорости приложения усилия), теплового эффекта, коэффициента

трения, качества обработки, фракционного состава продуктов разрушения, транспортировки

в рабочей зоне при их индивидуальном и совокупном влиянии. Сочетание параметров импульсного

воздействия определяет эффективность технологического процесса.

В существующих вибрационных установках

серьезным недостатком является отрицательное

воздействие холостого хода вибратора на оператора и окружающую среду. Осевое

вибровоздействие затрудняет гашение отрицательного импульса. Новая концепция создания

импульсных вращателей основана на оптимальной технологии передачи энергии в нужном

направлении, в необходимом и достаточном количестве, при возможности усвоения этой энергии

обрабатываемым материалом. Теоретически и экспериментально установлены возможности

устройств обеспечения необходимых амплитудно-частотных параметров.

При использовании вибраторов крутильных колебаний возможно организовать замкнутую

кинематическую цепь, обеспечивающую выход динамического воздействия только

на обрабатываемый материал. Отрицательный импульс через поверхность обработки способен

полностью погасить действие положительного импульса на корпус машины. Такая конструкция,

наряду с благоприятными условиями работы оператора, может теоретически увеличивать силу

возмущения

до значительных величин. Рациональное использование энергии, например, при

сверлении, позволяет увеличить максимальный диаметр отверстия в 1,5 – 2 раза в сравнении

с установленной технической характеристикой, при той же мощности привода. Также использование

вибраторов крутильных колебаний приводит к снижению вибровоздействия на человека, улучшению

качества обработки поверхности и увеличению производительности технологического процесса.

Целевыми продуктами проектов

являются импульсные вращатели для машин

с вращающимся рабочим органом.

Результатами работы в данном направлении является разработка способов [1, 2] и устройств

[3, 4] для создания крутильных колебаний. Предложенная ранее конструкция импульсного

Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)

вращателя исполнительного органа машины [4] содержит две части вала рабочего органа

и двуплечий кулачок-толкатель (рисунок 1).

Равномерное вращение ведомой части вала суммируется с импульсами вращения кулачка-

толкателя, и ведущая часть вала с рабочим органом вращается по закону суммарного движения,

обеспечивая заданную амплитудно-частотную характеристику. Кулачок-толкатель последовательно

взаимодействует с кулачками всего корпуса

возбудителя колебаний.

Рисунок 1 – Импульсный вращатель исполнительного органа машины: 1 – первая часть вала; 2 – подшипник;

3 – ось; 4 – кулачок-толкатель; 5 – рабочий профиль неподвижного кулачка 6; 7 – пружина; 8 – боковой профиль

кулачка; 9 – поверхность второй части вала 10

При обработке материалов повышенной прочности данная конструкция имеет некоторые

недостатки, в частности:

– повышенный износ двуплечего кулачка-толкателя;

– повышенный тепловой режим за счет непрерывного последовательного взаимодействия

кулачка-толкателя с неподвижными поверхностями всех кулачков в корпусе импульсного вращателя;

– равенство числа колебаний числу неподвижных кулачков;

– малое внедрение в обрабатываемый материал при сверлении

материалов повышенной

прочности (импульс крутящего момента направлен перпендикулярно оси, что недостаточно

способствует углублению рабочего инструмента, и режущая кромка сверла при крутильных

колебаниях скользит по обрабатываемой поверхности материала повышенной прочности).

Перечисленные недостатки можно устранить за счет увеличения количества кулачков-

толкателей и последовательной работы каждого кулачка-толкателя с совокупностью неподвижных

кулачков на

корпусе. Количество кулачков-толкателей на ведущем вале и неподвижных кулачков на

корпусе устройства представляет иррациональный ряд последовательного взаимодействия кулачков-

толкателей с кулачками корпуса устройства. Такое взаимодействие уменьшает изнашивание

кулачков-толкателей пропорционально их количеству, исключает периодическое возбуждение и

возможность нежелательного резонансного режима. Размер и форма рабочего участка профиля

каждого кулачка-толкателя может

обеспечивать заданное движение и получать индивидуальную

закономерность изменения каждого импульса. Для этого наружное плечо выполняется у каждого

последующего кулачка-толкателя длиннее предыдущего на всей длине окружности корпуса, и

рабочий участок отличается размером и углом наклона к касательной, её траектории, что приводит к

изменению величины амплитуды колебания и продолжительности действия единичного

импульса.

Такое исполнение кулачков-толкателей определяет оптимальное воздействие на обрабатываемый

материал разных свойств. Учитывая, что потребности обрабатываемого материала в параметрах

динамического воздействия различаются, импульс каждого кулачка обеспечивает эффективное

воздействие на определённые свойства обрабатываемого материала. При трёх подвижных кулачках-

толкателях (рисунок 2) каждый третий импульс оптимален для конкретного материала, остальные два

импульса работают

менее эффективно.

Таким образом, за один рабочий цикл вращения рабочего органа расширяются свойства

возбудителя колебаний для обработки материалов по оптимальным параметрам, и область

рационального применения импульсного вращателя увеличивается. Импульсный вращатель,

особенно ручного инструмента, становится универсальным для разных условий работы.

Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)

Рисунок 2 – Импульсный вращатель по сверлению материалов повышенной прочности: 1 – корпус;

2 – неподвижные кулачки; 3 – ведущая часть вала; 4 – двухплечие кулачки-толкатели; 5 – ось вращения кулачков-

толкателей; 6 – ведомая часть вала; упорные поверхности: 7 – неподвижного кулачка, 8 – наружная подвижного кулачка,

9 – внутренняя ведомая ведомого вала, 10 – внутренняя кулачка-толкателя; 11 – ось вращения рабочего органа

Закономерность движения вала рабочего органа относительно ведомой части обусловлена

количеством кулачков и их формой, а периодичность работы каждого кулачка-толкателя

уменьшается пропорционально их количеству, что улучшает тепловой режим их работы.

Повышение работоспособности импульсного вращателя в обрабатываемом материале

повышенной прочности, минимизация осевых усилий и улучшение процесса осевого внедрения сверла

достигается за счет

расположения оси вращения кулачка-толкателя под углом α к оси вращения

рабочего инструмента. Под таким же углом необходимо расположить цилиндрические неподвижные

кулачки на корпусе возбудителя крутильных колебаний и упорную поверхность для кулачков на

ведомой части вала. Ведомой части вала необходима еще одна степень свободы – осевое перемещение.

Такое расположение осей кулачков-

толкателей позволяет в материалах повышенной прочности

за счет наложения колебаний по оси вращения сверла снизить осевое давление на сверло, тем самым

повысить надежность и долговечность сверла, увеличить производительность и уменьшить вероятность

искривления сверла. Осевая составляющая возмущающей силы Р

= Р·sin(α) определяется углом α по

потребности обрабатываемого материала и должна иметь минимальное необходимое и достаточное

значение с тем, чтобы максимально использовать менее энергоемкое разрушение обрабатываемого

материала тангенциальной составляющей импульса крутящего момента.

Конкурентноспособность предлагаемых проектов определяется малыми затратами на

изменение конструкции при значительном экономическом эффекте и возможностью

усовершенствования существующего оборудования

Литература и источники

1. Пат. № 2018618 Российская Федерация, Е21В 3/02. Способ создания крутильных колебаний / С. Н. Жилин ;

заявитель и патентообладатель Ставропольский политехнический институт. – № 4920573/03 ; заявл. 02.10.90 ; опубл.

30.08.94. Бюл. № 16.

2. Пат. № 2335676 Российская Федерация, МПК F16H 25/16, Е21В 3/02, В06В 1/16. Способ создания

крутильных колебаний / В. М. Антипин, Е. С. Антипина, С. Н. Жилин ;

заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО

«СевКавГТУ». – № 2007111395/11 ; заявл. 28.03.07 ; опубл. 10.10.08. Бюл. № 28.

3. А. с. № 1802112 А1 СССР, Е 21 С 31/04. Импульсный вращатель рабочего органа машины / С. Н.

Жилин,

Е. С. Антипина, И. С. Жилина, В. М. Одноконный (СССР). – № 4873709/03 ; заявл. 11.10.90 ; опубл. 15.03.93. Бюл. № 10.

4. Пат. № 2341636 Российская Федерация, МПК Е21В 3/02. Импульсный вращатель исполнительного органа

машины / Е. С. Антипина, В. М. Антипин, С. Н. Жилин ; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «СевКавГТУ». –

№ 2007111396/03 ; заявл. 28.03.07 ; опубл. 20.12.08. Бюл. № 35.

References

1. Patent № 2018618 Russian Federetion,

Е21В 3/02. Mode of torsion oscillations creation / S. N. Zhilin ; declarant and

owner is Stavropol polytechnic institute. – № 4920573/03 ; declared on 02.10.90 ; published on 30.08.94. Bul. № 16.

2. Patent № 2335676 Russian Federation, MPK F16H 25/16, Е21В 3/02, В06В 1/16. Mode of torsion oscillations

creation / V. M. Antipin, E. S. Antipina, S. N. Zhilin; declarant and owner is SEI HPE “NC STU”. – № 2007111395/11 ;

declared on 28.03.07 ; published on 10.10.08, Bul. № 28.

3. Pat. № 1802112 А1 USSR, Е 21 С 31/04. Impulse rotator of machine executive element / S. N. Zhilin, E. S.

Antipina,

I. S. Zhilina, V. M. Odnokonniy (USSR). – № 4873709/03; declared on 11.10.90 ; published on 15.03.93. Bul. № 10.

4. Pat. № 2341636 Russian Federation MPK Е21В 3/02 Impulse rotator of machine executive element /

E. S. Antipina, V. M. Antiipin, S. N. Zhilin; declarant and owner is SEI HPE “NC STU”. – № 2007111395/11; declared on

28.03.07 ; published on 20.12.08. Bul. № 35.

Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)

УДК 621.9.914

КООРДИНАТНЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ ПОВЕРХНОСТИ

ПРИ ОБРАБОТКЕ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ МЕТОДОМ ТОРЦОВОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ

Сидоренко С. А., Мелихова М. С.

Рассмотрен метод формообразования цилиндрической поверхности при обработке фрезерованием, когда ось

фрезы перпендикулярна оси детали. Определены граничные точки реального профиля детали, теоретические

отклонения от прямолинейности образующей. Установлена связь величины продольной подачи с диаметром фрезы и

методы повышения производительности и качества обработки.

The method of cylindrical surface shaping during the milling processing when a mill axis is perpendicular to axis of

piece has been considered in this paper. Boundary points of piece real profile were defined as well as theoretical deviations from

generatrix straightforwardness. It was determined the bond of longitudinal delivery value with a mill diameter and methods of

productivity increase and processing quality were shown.

Ключевые слова: обработка цилиндрической поверхности фрезерованием, метод формообразования,

обработанная поверхность детали, погрешности обработки.

Key words: cylindrical surface processing by milling, method of shaping, processed surface of a piece, processing errors.

В настоящее время нетрадиционные методы обработки поверхностей получают все большее

распространение. Одним из таких методов является обработка цилиндрической поверхности

фрезерованием торцовой фрезой [1, 2]. В работе рассмотрен метод формообразования при

указанном виде обработки и погрешности, возникающие в процессе формообразования.

Рассмотрим торцовую фрезу как инструмент, формирующий поверхность детали по

последовательной схеме резания (рисунок 1).

Рисунок 1 – Схема обработки поверхности вращения торцевой фрезой

В результате вращения фрезы вершинные точки её зубьев описывают окружность «Л»,

которая формирует поверхность детали. Искомая обработанная поверхность детали «Д» будет

описываться профилирующей окружностью «Л» вращения вершин зубьев фрезы вокруг её оси.

С окружностью «Л», т. е. с торцовой фрезой, свяжем систему координат

, направив ось

Y по оси фрезы, а ось

– перпендикулярно к оси заготовки.

Выберем также систему координат

YZ , связанную с заготовкой. Начало координат

O этой

системы совместим с точкой скрещивания осей фрезы и заготовки. Ось

направим по оси

заготовки, а ось

перпендикулярно осям фрезы и заготовки.

В соответствии с принятой схемой торцовая фреза вместе с профилирующей окружностью

«Л» совершает относительно заготовки винтовое движение. Оно является результирующим

Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)

вращения заготовки и прямолинейно-поступательного движения фрезы вдоль оси заготовки. Ось

этого винтового движения будет совпадать с осью заготовки, т. е. с осью

Угол поворота системы

YZ вокруг оси

при её винтовом движении обозначается

Тогда соответствующее ей поступательное перемещение вдоль оси

равно

, (1)

где h – параметр винтового движения фрезы относительно заготовки.

Когда ось фрезы занимает положение, перпендикулярное оси заготовки, обработанная

поверхность детали определится совокупностью уравнений окружности «Л» в системе координат

YZ и формулами преобразования координат:

cos ;

sin ;

;

cos ( ) sin ;

()cos sin.

XXh

Yc jZA j

ZZA c

=× − + ×

=+ +×

Профиль этой поверхности в сечении

=0Z определится системой следующих уравнений:

=cos ,

= cos ( sin ) sin ,Yc R A

βϕ

⋅

−+

где

sin

AR A

=− =− .

Полученные уравнения выражают профиль винтовой поверхности, которая образуется в

результате винтового движения профилирующей окружности «Л» относительно заготовки. Частью

этой поверхности будет обработанная поверхность детали «Д».

Винтовая поверхность, образованная окружностью «Л», будет состоять из ряда витков,

смещенных вдоль оси детали на величину шага 2h

. Поэтому кривая профиля поверхности «Д»

будет включать ряд повторяющихся участков, также смещенных вдоль оси

на величину угла

. Профиль поверхности, в действительности образующийся на заготовке, ограничен частью

кривой профиля витка. Этот участок кривой действительного профиля детали лежит между точками

пересечения двух профилей смежных витков винтовой поверхности. Рассматриваемые точки

пересечения двух профилей соответствуют точкам пересечения двух последовательных положений

профилирующей окружности, сдвинутых относительно друг друга на величину шага 2h

(рисунок 1). Граничные точки реального профиля детали, соответствующие точкам пересечения,

сдвинутых на шаг окружностей, определяются величиной угла

cos

= .

Уравнение для расчета координаты

Y профиля детали упрощается, если вместо (sin )

подставить равную величину cctg

⋅ . Тогда

=(sin)

cos

YcRA

++.

Экстремальные значения величины

Y :

2sin cos

2sin

dY (R β+A)×R× β

dβ

c+(R +A)

Отсюда sin 0RA

+=, cos 0

= .

Следовательно, экстремальные значения функции

Y соответствуют величине:

sin

− .

Поэтому

()

YcR Ac

⎛⎞

=+−+=

⎜⎟

⎝⎠

. (2)

Это минимальное значение функции

Y .

Максимальные значения функции

Y соответствуют величине 90

°, когда

cos 0

1max

()YcAR=+−.

Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)

Значение

1max

()YcAR=+− обычно лежит за пределами реального профиля детали.

В результате этих относительных движений обработанная поверхность будет иметь

отклонения от прямолинейности образующей.

Полную глубину припуска фреза снимает при пересечении её зубьями осевого сечения в точках 2,

4, 6 (рисунок 2). Следовательно, в точке 3 профиль обработанной детали будет иметь выступ высотой

∆

()()()

trhRt∆= + + − − − . (3)



Рисунок 2 – Схема расчета погрешности обработки

В точке 5 выхода зубьев фрезы из контакта с деталью на детали будет оставаться выступ,

высота которого

∆ .

() ()

thr Rt

⎛⎞

∆= − + + − − −

⎜⎟

⎝⎠

. (4)

Поскольку эти величины представляют собой макронеровности образующей поверхности, то

их допускаемая величина будет являться функцией снимаемого межоперационного припуска, т. е.

можно принять

∆

=∆ = ⋅ . (5)

Коэффициент K в зависимости от заданной точности операции колеблется по

существующим нормативам в пределах 0,1 – 0,005.

Величина отклонения от прямолинейности профиля определяется по формуле:

22 22

()( )()

зф з ф

tRh Rt R h

⎛⎞

∆= −+ − − −+ − −

⎜⎟

⎝⎠

. (6)

На высоту волнообразной кривой оказывает влияние диаметр заготовки

D и диаметр фрезы

D ; величина снимаемого припуска t ; смещение оси фрезы а и величина продольной подачи

S .

Смещение оси фрезы (рисунок 3) определяется по формуле:

(cos)

фф

ah hl

=−=−+ , (7)

где

D – диаметр фрезы, измеренный по вершинам режущих кромок; l – длина вспомогательной

(торцовой) режущей кромки;

– угол в плане этой торцовой режущей кромки.

Значение

h из треугольника АОВ (рисунок 3) равно:

Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)

12 1

sin

hr tl

⎛⎞

=− −+

⎜⎟

⎝⎠

, (8)

или

11 1 1 1

( 2 ) - sin ( sin 2 )

hcDctl Dl t

ϕϕ

=+− +−. (9)

Рисунок 3 – Схема для определения смещения оси фрезы

Для малых углов в плане

торцовой режущей кромки значение

h с малой погрешностью

можно определить по формуле:

11 1

(2)

hcDct≅+−, (10)

где

c – высота волнообразной неровности на образующей обработанной поверхности; t –

глубина резания.

При выборе продольной подачи

S , равной длине хорды

AA , лежащей в одной плоскости с

осью изделия, высота неровности образующей в точках А и

A будет равна нулю, а в точке

достигнет определенной величины

c .

В пределах заданной высоты неровности

продольная подача может быть увеличена до

длины хорды

B , при которой в точках

высота неровности будет равна значению

c , т. к.

OB OK r==.

Продольная подача на оборот изделия для этого случая из треугольника

OBE (рисунок 3)

будет равна:

o1 2

фф

SBB hh

⎛⎞⎛ ⎞

== − −−

⎜⎟⎜ ⎟

⎝⎠⎝ ⎠

, (11)

или

o2 2

=2 ( ) ( )

ShhDhh+× −−, (12)

при малых углах в плане

торцовой режущей кромки значение

h с достаточной для практики

точностью можно считать равным

h .

Таким образом, установлено, что величина продольной подачи связана с диаметром фрезы.

Путем применения фрез больших диаметров можно увеличить продольную подачу.

Литература

1. Балакшин, Б. С. Фрезерование вместо обточки / Б. С. Балакшин // Станки и инструмент. 1939. № 2.

2. Каширин, А. И. Торцевое фрезерование наружных поверхностей вращения / А. И. Каширин, М. Е. Юхвид //

Станки и инструмент. 1952. № 10. С. 20 – 22.

References

1. Balakshin, B. S. Milling instead of turning / B. S. Balakshin // Machines and tools. 1939. № 2.

2. Kashirin, A. I. Butt milling of rotation external surfaces / A. I. Kashrin, M. E. Yukhvid // Machines and tools. 1952.

№ 10. P. 20 – 22.

Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

УДК 911.52

АНАЛИЗ ВРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ПРЕДГОРНЫХ И СРЕДНЕГОРНЫХ

ЛАНДШАФТОВ СТАВРОПОЛЬСКОГО КРАЯ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ

Бурым Ю. В.

ГОУ ВПО «Ставропольский государственный университет»

На основе выделения групп состояния анализируется временная структура предгорных ландшафтов,

представленных провинциями степей и лесостепей, и среднегорных ландшафтов лесостепей и остепненных лугов

Ставропольского края. Выявлены и описаны обязательные группы состояний, встречающиеся ежегодно, и

циркуляционные группы, отмечающиеся эпизодически.

On the basis of condition group allocation the temporary structure of foothills landscape presented by steppes and

forest-steppes provinces, middle-mountain landscapes of forest-steppes and meadows which became steppes in Stavropolskiy

kray is analyzed in this article. There were revealed and described obligatory conditions groups which are found every year and

circulation groups registered occasionally.

Ключевые слова: ландшафт, структура ландшафта, временная структура ландшафта, состояние

ландшафта, сезонная

динамика ландшафта.

Key words: landscape, landscape structure, temporary landscape structure, landscape condition, seasonal dynamics of

landscape.

Структура ландшафта – основное понятие теории ландшафта, непосредственно связанное с

представлением об устойчивости и изменчивости ландшафтов, исходное при разработке

мероприятий по охране природы.

В настоящее время различают следующие аспекты структуры природно-территориального

комплекса (ПТК):

– морфологическая (горизонтальная) структура – упорядоченные системы ПТК более

низкого ранга, входящие в состав более крупного;

– вертикальная структура – ярусное расположение слагающих ПТК компонентов;

– временная структура – суточные и сезонные ритмы и многовековые изменения состояний

природы [7].

Полное ландшафтное исследование предполагает познание всех трех аспектов структуры

ПТК. А. Г. Исаченко отмечает, что структура ландшафта – сложное, многоплановое понятие,

определяемое как пространственно-временная организация (упорядоченность) или как взаимное

расположение частей и способы их соединения

[5].

На современном этапе развития географической науки приоритет отводится изучению

именно временной составляющей структуры ландшафтов. В. В. Братков при изучении ландшафтов

Большого Кавказа предложил на опыте ранее проведенных стационарных исследований методику,

позволяющую на основе данных опорных метеостанций провести моделирование суточных

состояний – стексов, которые являются узловыми в познании сезонной динамики ландшафтов –

основной

составляющей их временной структуры. Стексы, характеризующиеся на основе

одинаковой тенденции изменения вертикальной структуры, общности протекающих процессов

функционирования и максимальной продолжительности в течение месяца, им объединяются в

следующие группы: G – гумидные; GS – семигумидные; S – семиаридные; A – аридные; U –

переходные; Z – бесснежные состояния холодного периода; H – нивальные; K – криотермальные [3].

Таким образом, временная структура ландшафтов изучается с позиций групп состояний,

отражающих основные

сезоны года, поскольку термическая градация стексов дает возможность

привязывать их к сезонам и фазам годового цикла, а перечисленные группы состояний

характеризуют основные сезоны года:

– зимний – температуры ниже 0 °C, функционирование биоты практически не происходит,

основные процессы текущего функционирования связаны с трансформацией снежного покрова;

– переходный (демисезонный) – температуры от 0 до +15 ° C, функционирование связано с

созданием и/или усложнением фитогенной структуры (весенний период) либо с ее разрушением

и/или упрощением (осенний период);

Вестник Северо-Кавказского государственного технического университета. 2011. № 1 (26)

– летний – температуры выше +15 °C, поэтому процессы, протекающие в биоте,

обусловлены количеством влаги, и в зависимости от условий увлажнения, определяемых через

коэффициент увлажнения, сюда относятся гумидные (G), семигумидные (GS), семиаридные (S) и

аридные (A) состояния.

Данная методика была апробирована для моделирования состояний горных ландшафтов

Большого Кавказа [1 – 3]. Несмотря на то, что равнинный тип ландшафтов Центрального

Предкавказья преобладает

в Ставропольском крае, на территории предгорных и среднегорных

ландшафтов Большого Кавказа, характеризующихся достаточно теплым и мягким климатом,

значительную площадь занимают сельхозугодия. Кроме того, здесь расположен особо охраняемый

регион КМВ, славящийся на весь мир своими бальнеологическими курортами. Пространственная

структура предгорных и среднегорных ландшафтов Большого Кавказа изучена очень подробно (и не

только на территории Ставропольского края), а особенно это относится к ее морфологической

составляющей (вплоть до уровня отдельных фаций). Результатом подробных исследований их

пространственной структуры (Н. А. Гвоздецкий, 1956; В. М. Чупахин, 1972; В. А. Шальнев, 1995,

2004 и др.) стало создание целого ряда ландшафтных карт и схем физико-географического

районирования [10]. В то же время временная структура

предгорных и среднегорных ландшафтов

Ставропольского края – суточные и сезонные ритмы, а также их многолетняя динамика –

практически не исследовалась. Но временную структуру предгорных и горных ландшафтов

Большого Кавказа изучал В. В. Братков на территории Дагестана, Чеченской Республики и

Северной Осетии [3]. В этой связи знание особенностей временной структуры предгорных и

среднегорных ландшафтов

Ставропольского края позволит сравнить их с временной структурой

других территорий с целью выявления черт сходства и различий, а хозяйственникам выработать

мероприятия по рациональному природопользованию.

В качестве первичных материалов использованы метеорологические данные о

среднемесячной температуре, осадках и количеству дней со снегом за период 1970 – 2000 гг.,

которые позволили выделить состояния основных типов ПТК предгорных и среднегорных

ландшафтов. Для обработки исходных материалов применялась офисная программа MS-Excel, на

основе которой были созданы базы данных метеорологических параметров предгорных и

среднегорных ландшафтов Ставропольского края. С помощью логических операторов пакета

MS-Excel разработаны подпрограммы, позволяющие рассчитать стексы и группы состояний ПТК

данной территории. Картографический материал, характеризующий временную структуру

основных ПТК предгорных и

среднегорных ландшафтов Ставропольского края, обрабатывался с

помощью ГИС-пакета MapInfo методом круговых диаграмм на основе ландшафтной карты

В. А. Шальнева [9].

При характеристике временной структуры предгорных и среднегорных ландшафтов

Ставропольского края использовались данные трех метеостанций, приуроченные к основным ПТК

ландшафтов Большого Кавказа. Результаты исследования временной структуры предгорных и

среднегорных ландшафтов Ставропольского края

иллюстрирует рисунок 1.

Для изучения спектра основных групп состояний предгорных степных и лесостепных

ландшафтов использовались данные метеостанций «Невинномысск» (разнотравно-дерновинно-

злаковые степи на черноземах обыкновенных) и «Пятигорск» (луговые степи с дубово-грабовыми

лесами на черноземах и серых лесных почвах). Результаты исследования состояний предгорных

степных и лесостепных ландшафтов отражены в таблицах 1 и 2.

Нивальные состояния наиболее широко представлены в годовом спектре ландшафтов

данной провинции и составляют от 26 % в степных ландшафтах, до 28 % – в лесостепных. Они

могут отмечаться на протяжении пяти месяцев – с ноября по март, а в календарные сроки

доминируют.

Гумидные состояния встречаются на протяжении пяти месяцев – с мая по сентябрь, причем

более продолжительны в ПТК со степной растительностью. В начале календарного лета, в июне,

они являются доминирующими.

Демисезонные состояния имеют идентичную встречаемость в лесостепных ландшафтах, а в

степных весна немного длиннее осени.