CC BY
77
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
5. Kotikov V.M., Klubnichkin E.E. K voprosu o metodike issledovaniya nagruzhennosti gusenichnykh tsepey kolesnykh mashin s tandemnymi telezhkami [On the problem of the method research of loading tracked chains of wheeled vehicles with Bogies] Estestvennye i tekhnicheskie nauki [Natural and engineering sciences]. № 3, 2010 pp. 321-326.
6. Klubnichkin V.E., Kotikov V.M., Klubnichkin E.E. Obshchaya metodika issledovaniyaprokhodimosti kolesnykh mashin s tandemnymi telezhkami, osnashchennymi gusenichnymi tsepyami [General technique of research passableness wheeled vehicles with a bogie axle, equipped with tracks chains.] Estestvennye i tekhnicheskie nauki [Natural and engineering sciences]. № 3, 2010 pp. 327-334.
7. Makuev V.A., Dats F.A., Klubnichkin V.E. Obuchenie cheloveka-operatora kak osnovnaya zadacha upravleniya zarubezhnoy lesozagotovitel’noy tekhniki [Education of the human operator as the main task of managing foreign logging machines] Trudy mezhdunarodnogo simpoziumaNadezhnost’i kachestvo [Proceedings of the international symposium reliability and quality]. T. 2. 2010 pp. 36-38.
8. Ageykin, Ya.S. Vezdekhodnye kolesnye i kombinirovannye dvizhiteli [Rough terrain wheels and dual propellers] - Moscow, Mashinostroenie [Engineering], 1972. p. 184.
9. Ksenevich I.P., Goberman V.A., Goberman L.A. Nazemnye tyagovo-transportnye sistemy [Ground trailer transport systems]. Volume 3. Encyclopedia. - Moscow, Mashinostroenie [Engineering], 2003. p. 788.
10. Kotikov V.M., Eremeev N.S., Erkhov A.V. Lesozagotovitel’nye i trelevochnye mashiny [Forestry and skidding machines] -Moscow, Lesnayapromyshlennost’ [Forest industry], 2004. p. 336.
К ВОПРОСУ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ ШАРНИРНО-СОЧЛЕНЕННОГО КОЛЕСНОГО ШАССИ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ
В.А. МАКУЕВ, проф. каф. колесных и гусеничных машин МГУЛ, член-кор. РАЕН, д-р техн. наук, В.Е. КЛУБНИЧКИН, доц. каф. колесных и гусеничных машин МГУЛ, канд. техн. наук,
Е.Е. КЛУБНИЧКИН, доц. каф. колесных и гусеничных машин МГУЛ, канд. техн. наук,
А.В. ШНЯКОВ, старший преподаватель каф. колесных и гусеничных машин МГУЛ
makuev@mgul.ac.ru, vklubnichkin@mgul.ac.ru, klubnichkin@mgul.ac.ru, shnyakov@mgul.ac.ru
ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса» 141005, Московская обл., г. Мытищи-5, ул. 1-я Институтская, д. 1, МГУЛ
Сегодня во всеммире, в том числе и России, эксплуатируется большое количество колесныхлесозаготовительных машин - форвардеры, харвестеры, лесопогрузчики, скиддеры и т.д. различных фирм, к примеру Ponsse, JohnDeer, Valmet, Амкадор, Четра, Rottne, LKT, Caterpillar. Данные машины в большинстве представляют собой шарнирно-сочлененное шасси, состоящее из переднего и заднего модулей, на которые монтируются: двигатель, элементы трансмиссии, различное технологическое оборудование (манипулятор, лебедка, коники) в зависимости от назначения машины, кабина, топливные и гидравлические баки и т.д. Для обеспечения оптимального режима работы и безопасных условий труда для оператора устойчивости колесных шарнирно-сочлененных лесозаготовительных машин уделяется большое внимание. В работе рассматривается устойчивость каждого модуля колесной лесозаготовительной машины с шарнирной рамой с незаблокированным горизонтальным шарниром. Проводится определение порядка расчета опорных реакций на колесах порожней лесозаготовительной машины, а также определение устойчивости лесозаготовительной машины с пачкой сортиментов и определение порядка расчета опорныхреакций пути приустановившемся движении лесозаготовительной машины на подъем с пачкой сортиментов.
Ключевые слова: лесозаготовительная машина, движение, ходовая система, грунт, опорная поверхность, устойчивость, колесо, шарнир, рама, модуль.
Устойчивость каждого модуля лесозаготовительной машины с шарнирной рамой с незаблокированным горизонтальным шарниром рассматривается относительно опорного контура [1, 2, 9, 10], представляющего треугольник, две вершины которого расположены в центрах площадок контакта колес модуля с опорной плоскостью, а третья - на пересечении оси горизонтального шарнира с вертикальной плоскостью, проходящей через ось колес противоположного модуля (рисунок). Для задней тележки трёхосной лесозаготовительной машины за ось колес условно принята ось балансирной тележки. Основные
геометрические соотношения для опорных контуров приведены в табл. 1.
Машина считается статически устойчивой под действием постоянных по времени сил, если все опорные реакции на колесах положительны [4, 5]. За расчетные положения приняты такие, когда одна из сторон опорного контура модуля перпендикулярна линии наибольшего склона площадки.
Для определения опорных реакций на колесах лесозаготовительной машины используется метод приведения сил веса к опорам машины [3, 6, 7]. Расчетные формулы определения опорных реакций порожней
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
111
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
Таблица 1
Основные геометрические соотношения для опорных контуров
Basic geometric relations for the support contour
Обозначение Формула
Li al Li = (Zi + ал) x cosib + l2 x coscp - cosxp
L2 Lz ~ cos/3 ' l'z
Ф + %) x sin/3 (J-i + ai) x C0SP + h
¥ '¥ = $-(p
1г x sin/3 + (3cosf3 tqf = l2 + Zi x cos/3 — bsin/3
Л X=^-(p
N , b *ёу = 1Г
Рисунок. Расчетная схема к определению углов собственной устойчивости шарнирно-сочленённой колесной лесозаготовительной машины с незаблокированным шарниром Fig. The calculation scheme for determining the angular own sustainability articulated wheeled harvester with unlocked hinge
112
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
Таблица 2
Порядок расчета опорных реакций пути порожней лесозаготовительной машины The procedure for calculating the support reactions path empty harvester
Небалансирный (передний) модуль Балансирный (задний) модуль
н (Li+ ^hYb~ai Giie ~ Gi \bLi X cosa G22b = G2 xcosa
= — G1 hl tg^ xsina xsinX, 2bLi Gj}„ — — G2 — xsinvx sina 22B г 2l2
_ (^2 £*2)^2 . G22Ti = G2 „, , x cosv x sina 22B 2 bb2
Gllb~ Gl 2 bLx x cos A x cos(/? — f) since
a^tgp + b) G21 б = G2 2bL x cosa e?2B= G1lJosiIi xcosa
Glh = G2 k2 + Ь)х sint x sina 2bL2 h G12B = ~G1 -j- x sin(fi + v — if)) x sina
v'y О'2'lS G2(б = —G2 x cos/? x cost x sina 2bLt2 G«»- S bL1cos**COS,pXCOS(J1 + v — -ф) x sina
Y.+Gi = G»1E + G»1E Z +Gi = G22B
v C r'Kl j_ f'K2 j_ r*K\ j_ f'K2 L — и11Б -I- и11Б -I- U21Б + ^21Б v r — rK 1 -U ГК2 i rH i rKi 2i «i - «225 "r «22В "г «12В "г «12В , ГК2 + «12В
лесозаготовительной машины приведены в табл. 2.
Для определения устойчивости лесозаготовительной машины с пачкой сортиментов нужно выбрать расчетное положение. Трелевка поперек склона запрещена по правилам техники безопасности [8, 11], поэтому в качестве расчетного положения при трелевке принято движение на подъем, когда продольная ось заднего модуля параллельна линии наибольшего склона, а угол складывания модулей в плане максимален.
Технологические силы, действующие на машину от пачки сортиментов, при расчете приняты условно постоянными. Опыт показывает, что продольному опрокидыванию машины относительно задних колес препятствует потеря устойчивости переднего модуля. Формулы расчета опорных реакций без учета момента сопротивления на колесах движителей приведены в табл. 3.
Индексы приведенных сил имеют следующие значения: первый индекс внизу обозначает номер модуля, к которому приводится
сила, буквенный индекс - точка приведения, буквенные индексы вверху: Н - нормальная сила, К - касательная.
Обозначения в формулах:
G1 и G2 - вес соответственно переднего и заднего модуля;
а1 и а2 - расстояние по горизонтали соответственно от передней и задней осей до центров тяжести модулей относительно опорной плоскости;
hj и h2 - высота центров тяжести модулей относительно опорной плоскости;
/1 и l2 - расстояние от осей до вертикального шарнира;
L - база машины;
2b - колея;
в - максимальный угол складывания модулей в плане;
hs - высота оси горизонтального шарнира;
h3 - высота точки приложения технологической силы.
За угол устойчивости принимается угол склона, при котором одна из реакций на колесах обращается в ноль.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
113
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
Таблица 3
Порядок расчета опорных реакций пути при установившемся движении лесозаготовительной машины на подъем с пачкой сортиментов The procedure for calculating the support reactions in the steady path of movement harvester on the rise with a bundle of logs
№ Небалансирный (передний) модуль
1 „ (Ll+со5ггНЙ-а1 Gtie = X cosa ггь 1 2ЬЬ±
2 Giie Gt 1 ( 2ЬД SV,) х cos(J3 t/0xsina
3 (hi h5)Li + hs {b1 + CQ .) Gffr = — G± — x cosx/j x sin (В — ф)х sina
4 „ _ a^tgp + h) 'J21E — (j2 2hi X C0SCC
5 CK1 r h2(Litgp + ti) ^21б — 2^ x sina
6 KTZ + N™= N 2 Ы,
7 s,*h3( LjgP + b) = N 2 bL2
8 Z +Gi = G^1E + G^ie
9 H-Gi = Gfi + Gi^ + G%fB + N2ie + N2ie
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства образования и науки РФ.
Библиографический список
1. Воскобойников, И.В. Многооперационные лесные машины. Монография. Том 1, / И.В. Воскобойников, В.А. Кондратюк, В.М. Крылов, Д.В. Кондратюк,
Е.Е. Клубничкин. - М.: МГУЛ, 2013. - 480 с.
2. Воскобойников, И.В. Многооперационные лесные машины. Монография. Том 2, / И.В. Воскобойников,
B. А. Кондратюк, В.М. Крылов, Д.В. Кондратюк,
Е.Е. Клубничкин. - М.: МГУЛ, 2013. - 496 с.
3. Егоров, Л.И. Колеса и шины лесотранспортных машин [учебно-методическое пособие для бакалавров] / Л.И. Егоров, В.Е. Клубничкин, Е.Е. Клубничкин. - М.: МГУЛ, 2013. - 36 с.
4. Клубничкин, Е.Е. Определение нагруженности ходовой системы многооперационной лесосечной машины / Е.Е. Клубничкин, В.А. Макуев, В.Е. Клубничкин // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2013. - №3. -
C. 175-177.
5. Клубничкин, В.Е. Оценка влияния внешних условий на лесозаготовительные машины / В.Е. Клубничкин // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2010. - №6. -С. 119-123.
6. Котиков, В.М. К вопросу о методике исследования на-груженности гусеничных цепей колесных машин с тандемными тележками / В.М. Котиков, Е.Е. Клубничкин // Естественные и технические науки. - № 3. - 2010. -С. 321-326.
7. Клубничкин, В.Е. Общая методика исследования проходимости колёсных машин с тандемными тележками, оснащёнными гусеничными цепями / В.Е. Клубничкин, В.М. Котиков, Е.Е. Клубничкин // Естественные и технические науки. - № 3. - 2010. - С. 327-334.
8. Макуев, В.А. Обучение человека-оператора как основная задача управления зарубежной лесозаготовительной техники / В.А. Макуев, Ф.А. Дац, В.Е. Клубничкин // Труды международного симпозиума Надежность и качество. - 2010. - Т. 2. - С. 36-38.
9. Ксеневич, И.П. Наземные тягово-транспортные системы Том 3. / И.П. Ксеневич, В.А. Гоберман, Л.А. Гоберман. Энциклопедия. - М.: Машиностроение, 2003. - 788 с.
10. Котиков, В.М. Лесозаготовительные и трелевочные машины / В.М. Котиков, Н.С. Еремеев, А.В. Ерхов.- М.: Лесная промышленность, 2004. - 336 с.
11. Клубничкин, В.Е. Разработка перспективной ходовой системы для колесных машин лесопромышленного комплекса / В.Е. Клубничкин, Е.Е. Клубничкин, Е.В. Ши-шов // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. - 2014. - Т. 2. №3-2 (8-2). - С. 249-252.
114
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛЕСНЫХ РЕСУРСОВ И ДРЕВЕСНЫХ ПРОДУКТОВ
ON EVALUATION OF THE STABILITY OF THE ARTICULATED WHEELED UNDERCARRIAGE FOREST MACHINE
Makuev V.A., Prof. MSFU, Dr. Sci. (Tech.); Klubnichkin V.E., Assoc. Prof. MSFU, Ph.D (Tech.); Klubnichkin E.E.,
Assoc. Prof. MSFU, Ph.D (Tech.); Shnyakov A.V., Senior Lecturer MSFU
makuev@mgul.ac.ru, vklubnichkin@mgul.ac.ru, klubnichkin@mgul.ac.ru, shnyakov@mgul.ac.ru Moscow State Forest University (MSFU), 1st Institutskaya st., 1, 141005, Mytischi, Moscow reg., Russia
Today in the whole the world including Russia a large number of wheeled forestry machines, including forwarders, harvesters, log loaders, skidders, etc. of different manufacturers, for example Ponsse, JohnDeer, Valmet, Amkador, CHETRA, Rottne, LKT, Caterpillar etc. are exploited. These machines are for the most part articulated chassis consisting of a front and rear module on which the motor, transmission components, cabin, fuel, hydraulic tanks, various technological equipment (crane, hoist, conics, etc.) depending on the destination of the machine etc.are mounted. Much attention is paid to the issues of the optimal operation and a safe working environment for the stability operator of a wheel articulated forestry machine with a hinged frame with a horizontal hinge unlocked. The calculation order of support reactions on the wheels of the empty forest machine, of sustainability of the wheeled forestry machine with a bundle of logs and of support reactions at steady motion path of forestry machines on the rise with a pack of logs has been developed.
Keywords: forest machine; movement; suspension system; ground; bearing surface; sustainability; wheel; hinge; frame; module.
References
1. Voskoboynikov I.V, Kondratyuk V.A., Krylov V.M., Kondratyuk D.V., Klubnichkin E.E. Mnogooperatsionnye lesnye mashiny [Multioperational forest machines]. Monograph. Volume 1. 2013. p. 480.
2. Voskoboynikov I.V, Kondratyuk V.A., Krylov V.M., Kondratyuk D.V, Klubnichkin E.E. Mnogooperatsionnye lesnye mashiny. [Multioperational forest machines]. Monograph. Volume 2. 2013. p. 496.
3. Egorov L.I., Klubnichkin V.E., Klubnichkin E.E. Kolesa i shiny lesotransportnykh mashin [Wheels and tires forest machines]. Moscow, MGUL, 2013, p. 36.
4. Klubnichkin E.E., Makuev V.A., Klubnichkin V.E. Opredelenie nagruzhennosti khodovoy sistemy mnogooperatsionnoy lesosechnoy mashiny [Determination of loading suspension systems multioperational harvesting machine] Moscow State Forest University Bulletin - Lesnoy vestnik.. №3, 2013 pp 175-177.
5. Klubnichkin VE. Otsenka vliyaniya vneshnikh usloviy na lesozagotovitel’nye mashiny [Evaluation of the influence of external conditions on forest machines] Moscow State Forest University Bulletin - Lesnoy vestnik. №6, 2010 pp 119-123.
6. Kotikov V.M., Klubnichkin E.E. K voprosu o metodike issledovaniya nagruzhennosti gusenichnykh tsepey kolesnykh mashin s tandemnymi telezhkami [On the problem of the method research of loading tracked chains of wheeled vehicles with Bogies] Estestvennye i tekhnicheskie nauki [Natural and engineering sciences]. № 3, 2010 pp 321-326.
7. Klubnichkin V.E., Kotikov V.M., Klubnichkin E.E. Obshchaya metodika issledovaniya prokhodimosti kolesnykh mashin s tandemnymi telezhkami, osnashchennymi gusenichnymi tsepyami [General technique of research passableness wheeled vehicles with a bogie axle, equipped with tracks chains.] Estestvennye i tekhnicheskie nauki [Natural and engineering sciences]. № 3, 2010 pp 327-334.
8. Makuev V.A., Dats F.A., Klubnichkin VE. Obuchenie cheloveka-operatora kak osnovnaya zadacha upravleniya zarubezhnoy lesozagotovitel’noy tekhniki [Education of the human operator as the main task of managing foreign logging machines] Trudy mezhdunarodnogo simpoziumaNadezhnost’i kachestvo [Proceedings of the international symposium reliability and quality]. T. 2. 2010 pp 36-38.
9. Ksenevich I.P., Goberman V.A., Goberman L.A. Nazemnye tyagovo-transportnye sistemy [Ground trailer transport systems]. Volume 3. Encyclopedia. - Moscow, Mashinostroenie [Engineering], 2003. p. 788.
10. Kotikov V.M., Eremeev N.S., Erkhov A.V Lesozagotovitel’nye i trelevochnye mashiny [Forestry and skidding machines] Moscow, Lesnayapromyshlennost’ [Forest industry], 2004. p. 336.
11. Klubnichkin VE., Klubnichkin E.E. Shishov E.V Razrabotka perspektivnoy khodovoy sistemy dlya kolesnykh mashin lesopromyshlennogo kompleksa [Development of perspective suspension system for wheeled vehicles of timber industry complex] Aktual’nye napravleniya nauchnykh issledovaniyXXIveka: teoriya ipraktika [Recent research trends of the XXI century: theory and practice]. T. 2. №3-2 (8-2). 2014 pp 249-252.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2015
115
