CC BY
33
дрением грунтозацепов в почву, при этом из-за низкого удельного давления образование колеи не наблюдается при любой влажности опорной поверхности. В зимнее время при температуре окружающего воздуха минус 25...300С на сухом сыпучем перекристаллизованном снеге с глубиной снежного покрова до 30 см максимальная колея в ходе испытаний достигает 15 см.
Результаты проведенного исследования показали возможность создания модульной сочлененной гусеничной машины на базе колесного трактора и возможность движения в горных условиях энергетической (моторной) тележки без технологической.
Литература
1. Антонов А.С. Силовые передачи колесных и гусеничных машин. - Л.: Машиностроение, 1967. - 440 с.
2. Расчет и конструирование гусеничных машин / Н.А. Носов [и др.]. - Л.: Машиностроение, 1972. - 560 с.
3. А.с. 1613378 СССР, А1 В62 055/00. Двухзвенная гусеничная машина / Холопов В.Н., Лабзин В.А.; заявитель и патентообладатель СибГТУ. №4633737; заявл. 09.01.89; опубл.15.12.90, Бюл. № 46.
4. Пат. №2003552 Российской Федерации, С1 В 62 0 49/08. Устройство для предотвращения скольжения и опрокидывания трактора / Холопов В.Н., Лабзин В.А.; заявитель и патентообладатель СибГТУ. №4873396/11; заявл. 12.10.90; опубл. 30.11.93, Бюл. № 43-44.
УДК 630*32 В.А. Александров, Н.Р. Шоль
ДИНАМИКА ВАЛОЧНО-ПАКЕТИРУЮЩЕЙ МАШИНЫ В РЕЖИМЕ ДВИЖЕНИЯ ЧЕРЕЗ ОБОСОБЛЕННЫЕ ПРЕПЯТСТВИЯ
Приведена математическая модель, позволяющая исследовать нагруженность двигателя в режимах разгона при преодолении препятствий в условиях разбора завалов леса валочно-пакетирующими машинами. Процесс преодоления препятствий значительной высоты методом "вывешивания" ходовой системы ВПМ сопровождается значительной динамической нагрузкой на силовую установку.
Математическая модель может быть использована для изучения нагруженности силовых установок ВПМ. Расхождение с экспериментальными данными не превышает 10...15% от результатов экспериментальных исследований нагружений двигателей ВПМ в пусковых режимах и режимах стопорения.
Ключевые слова: математическая модель, нагруженность двигателя, преодоление препятствий, разбор завалов, "вывешиваниe" ходовой системы ВПМ.
V.A. Alexandrov, N.R. Shol
FELLING AND PACKING MACHINE DYNAMICS IN A MODE OF MOVEMENT THROUGH THE ISOLATED BARRIERS
The mathematical model that allows to research the engine stress loading in the dispersal modes at barrier surmounting in the conditions of abatis clearing by means of the felling and packing machines is given. The process of surmounting the barriers of considerable height by means of the “hang out” technique of the FPM running system is accompanied by considerable dynamic loading on a power-unit.
The mathematical model can be used for studying stress loading of the FPM power-units. The disagreement with the experimental data does not exceed 10... 15 % from the results of the experimental research of FPM engine loading in starting and stopping modes.
Key words: mathematical model, engine stress loading, barrier surmounting, abatis clearing, “hang out” of the FPM running system.
Механизация разбора леса после ветровала продолжает на сегодня оставаться одной из важнейших нерешенных задач.
При разборе завалов леса валочно-пакетирующие машины будут работать в экстремальных условиях не только при движении по захламленной лесосеке, но и при оперировании с предметом труда - вырванными с корнями деревьями или обломами деревьев, на первый план выходит задача - оценить возможность
использования этих машин на разборе завалов прежде всего с позиций нагруженности. В отличие от выполняемых технологических операций ВПМ в обычных условиях, работа валочно-пакетирующей машины при разборе завалов сопровождается дополнительными операциями [1, 2], такими, как:
перевод ствола облома в вертикальное положение поворотом захватно-срезающего устройства "снизу - вверх";
вытаскивание обломанного или вырванного с корнем дерева из завала стрелой, рукоятью или одновременным включением обеих;
преодоление препятствий при технологических переездах методом "вывешивания машины"; перенесение (переориентирование) ходовой системы в вывешенном положении относительно корпуса. Прием "вывешивание" ходовой системы валочно-пакетирующей машины применяется при преодолении препятствий значительной высоты. Происходит он в следующей последовательности: вначале машинист наезжает на препятствие гусеницами, затем приводится в действие стрелы манипулятора до упора за-хватно-срезающего устройства в грунт. За счет реактивной силы стрела поднимает переднюю часть ходовой системы над препятствием. Включением гусениц ВПМ преодолевает препятствие.
Рассмотрим нагруженность силовой установки ВПМ в этом процессе.
На рисунке представлены расчетная и эквивалетная схемы механической системы [3].
Mi
<pf
ip2
Me
f3l2 б
Расчетные схемы: а - исходная; б - квивалентная
Принятые обозначения:
- момент инерции кривошипно-шатунного механизма, маховика, сцепления и шестерен гидрона-
соса, кг-м2;
7 0 w W
12 - момент инерции валочно-пакетирующеи машины относительно оси поворота, проходящей через опоры задних катков, кг-м2;
/2 - момент инерции ВПМ приведенный к коленчатому валу, кг-м2;
ф1, ф2 - угловые перемещения масс соответственно с моментами инерции 1j и 12, рад;
Сг - приведенная жесткость гидропередачи привода стрелы, Н-м;
Сп - приведенная (к коленчатому валу) крутильная жесткость коленчатого вала, гидропередачи и металлоконструкции манипулятора, Н-м;
/3^2 — упруго-вязкий коэффициент, пропорциональный скорости /параметр затухания, Н'М'с;
Мд - крутящий момент, отбираемый от двигателя для привода гидронасоса, Н-м; в - сила тяжести машины, Н;
р - расстояние от центра тяжести ВПМ до оси поворота, м;
Р - усилие на штоках гидроцилиндров привода стрелы, Н; г - плечо силы Р, м;
I. - вылет гидроманипулятора, м.
Допущения:
1. Физико-механические свойства упругих связей постоянны.
2. Движение масс описывается линейными дифференциальными уравнениями с постоянными коэффициентами.
3. Величины г и . на пусковых режимах постоянны.
Кинетическая энергия системы
•2 -2
Т = 1
Потенциальная энергия системы Диссипативная функция Рэлея
1
1
<Р1_
2
+ 1
2
<Р2
2
Ф ~—р12$1 ~ Ф2 '
В соответствии с уравнением Лагранжа 11-го рода имеем
Ь'Фх+Рп ■ $1-Ф2УСп ■ Ъ ~<Р2.
■ М
Д>
12 -ф2 +Сг' ■ — = р12 -4% - ф2 3- с12 ■ - ср2
-ф~' Здесь О-О'СО^СС.
(1)
(2)
Умножим уравнение (1) системы (1) на /2, а уравнение (2) на /1 и вычтем из первого второе
I*
1гФ1+ @12 ■ ^7 - ^2 Э- С12 ■ 4р1 - (Р2^Ь М Д,
12 ■Ф2 + & ‘ Р/1П = @12 ' $1 ~Ф2^У С12 ‘ *Р1 ~(Р2 „
^1 ^ 2 ^ С12 ' Ф; — 4*2 =
11 ' 12 ^1 ~ Ф2 ^1 ^2 -• ^ — Ф2
=12Мд + // • а • /> Iц.
Преобразуя, получим
Ъ - <Р2 У<1+,12 ?Р’2 +,12 }С‘2 ■ »
11 ' 22
11 '12
'1~Ф2.
М
Д
О'-р
12 ■ 1II
С1 + 12^01
11
Обозначим А =
I1 '12
Тогда уравнение (3) примет вид
12
В-*1 +12^С12 и с = 11 ’ ^2
12МД + I /(Ур ! Ц
(3)
4>1 - Ф2 3~А • - Ф2~У В ■ 4?1 - Ф2У1 С ■
(4)
П
Введем новую переменную:
°1 = Ф/ ~<Р2^ГС/В' получим однородное дифференциальное уравнение вида
0, + Я-07 =0.
(5)
Частное решение уравнения (4) будет — ср2^=С/В и представляет собой статическую нагрузку на силовую установку.
Характеристическое уравнение однородного уравнения имеет вид
х2 + Ах + В = 0.
(6)
Отсюда корни уравнения будут равны
(7)
Так как в реальных случаях в
»
А
2
4
то можно записать
Х12= —ос + і ■ к, то есть, решение
однородного уравнения (6) может быть представлено как
О 1-е + С2 яіпкі
Общее решение уравнения (4) запишется в виде
* ^ -аг ^ і. , ^ -7.^ І2мд+Іі°'Р/іп
Щ?1 — (р2 е \^іС08кі + С-28іпкґ^------^------------
V/ +12 &12
(8)
(9)
Нагрузка на силовую установку определяется как
— Ш
і ■ созк і + С2 ■ яіпкі
12 'МД + 11(т'Р 1II . (Ю)
11 +12
Пример.
Рассмотрим пример применительно к ВПМ ЛП-19А. Исходные данные: и = 4,05 кгм2; О' = 235,0 кН; р = 1,68 м; 1°2 = 66326,4 кгм2; п = 1300 об/мин (136,07 с1);
ф}= 157 1/с; ф2 = 0,2 1/с; /^ = 157/0,2 = 785; /2 =/^//^ = 0,11 кгм2; С12 = 100 Н-м;
/З12 = 0,20 Н'М'С; Мд = 620 Н'М.
1. Примем режим работы - разгон.
Начальными условиями будут
Єї
= 0 і = 0
; в
1
- (Роп ( = 0
, где фоп ~ скорость разгона.
2. Используя начальные условия, находим постоянные С\ и Сг. Сі = 0; Сг = Фоп // к ■
Здесь ф -ф -0,1-785-78,1 1/с.
7 on О 11
3. Определяем коэффициенты дифференциального уравнения (4):
А = (4,05+0,11) • 0,2 / (4,05 • 0,11) = 1,84 1/с;
В = (4,05 + 0,11) • 100 / (4,05 • 0,11) = 933,78 1/с2;
С = (0,11 • 620 + 4,05 • 235000 • 1,68 / 785) / (4,05 • 0,11) = 4725,16 1/с2; С/В = 4725,16 / 933,78 рад.
4. Находим корни уравнения
Xu=-!f±J3f-924,44-
а = - 0,92; к = 30,4-/; / = >/-[.
5. Используя выражение (10), рассчитываем динамическую нагрузку на силовую установку
* ^ ,ЛЛ г-о 9->-t) 78,5 . . ОД 1-620 + 4,05 -235000 1,68 785
Щ>1 — <р2 ^С12 — 100 • е( ■-----sin (30,4-t) + -
30,4 (4,05 + 0,11)933,78
= <58 + 506 ^/7 - л/.
Принято г , где х = 2л~ дв о 21 с-
4 к ’
6. Коэффициент динамичности нагрузки на силовую установку будет
^ 25(5 7 7 4 7
К /г —---------Ь 1 — 1,5 1'
д 506
7. Снижение числа оборотов силовой установки произойдет на
99,0-103 _
n =n — -
= 136 07 — — = 136,07-106,48 = 29,59 с-1 (282,7 об/мин).
МЕ 620 + 258
Здесь NHOM - номинальная мощность силовой установки.
Выводы
1. Процесс преодоления препятствий значительной высоты методом "вывешивание" ходовой системы ВПМ сопровождается значительной динамической нагрузкой на силовую установку.
2. Математическая модель может быть использована для изучения нагруженности силовых установок ВПМ. Расхождение с экспериментальными данными не превышает 10...12% [4].
Литература
1. Александров В.А., Шоль Н.Р. Конструирование и расчет машин и оборудования для лесосечных работ и нижних складов: учеб. - Ухта: Изд-во УГТУ, 2002. - 241 с.
2. Основы проектирования лесозаготовительных машин и оборудования: учеб. пособие / В.А. Александров [и др.]. - Йошкар-ола: Изд-во МарГТУ, 2007. - 348 с.
3. Александров В.А. Моделирование технологических процессов лесных машин. - М.: Экология, 1995. -256 с.
4. Шоль Н.Р., Бурмистрова О.Н., Травин Н.Н. Некоторые результаты экспериментальных исследований нагружений силовых установок ВПМ в пусковых режимах и режимах стопорения: сб. науч. тр.: НТК (1720 апр. 2008 г.). - Ухта: Изд-во УГТУ, 2008. - С. 87-92.
