Научная статья на тему 'Анализ динамической нагруженности условий эксплуатации деталей трансмиссии лесных машин'

Анализ динамической нагруженности условий эксплуатации деталей трансмиссии лесных машин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
124
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЛЕСНЫЕ МАШИНЫ / FOREST MACHINERY / УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ / OPERATING CONDITIONS / ДЕТАЛИ ТРАНСМИССИИ / ДИНАМИЧЕСКАЯ НАГРУЖЕННОСТЬ / DYNAMIC LOADING / TRANSMISSION PARTS

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Пищов Михаил Николаевич, Бельский Сергей Евграфович, Симанович Василий Антонович

В статье исследованы условия эксплуатации трелевочного трактора ТТР-401, определены основные режимы работы. Установолено, что при максимальных пиковых нагрузках, которые возникают при наезде на пни, резком трогании трактора, происходит выход из строя деталей переднего ведущего моста. В связи с этим возникает необходимость повысить эксплуатационный ресурс зубчатых передач трансмиссии трелевочного трактора ТТР-401 методом упрочнения комплексным борированием.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Пищов Михаил Николаевич, Бельский Сергей Евграфович, Симанович Василий Антонович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The article investigates the operating conditions skidder TTP-401, the basic modes of operation. Ustanovoleno that the maximum peak loads that occur when driving over stumps, sudden starting tractor occurs failure of parts of the front axle. In this regard, there is a need to increase the service life of gear transmission skidder TTP-401 complex borating hardening method.

Текст научной работы на тему «Анализ динамической нагруженности условий эксплуатации деталей трансмиссии лесных машин»

УДК 621.785.532

М. Н. Пищов, кандидат технических наук, ассистент (БГТУ);

В. А. Симанович, кандидат технических наук, доцент (БГТУ);

С. Е. Бельский, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой (БГТУ)

АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЖЕННОСТИ И УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДЕТАЛЕЙ ТРАНСМИССИИ ЛЕСНЫХ МАШИН

В статье исследованы условия эксплуатации трелевочного трактора ТТР-401, определены основные режимы работы. Установлено, что при максимальных пиковых нагрузках, которые возникают при наезде на пни, резком трогании трактора происходит выход из строя деталей переднего ведущего моста. В связи с этим возникает необходимость повысить эксплуатационный ресурс зубчатых передач трансмиссии трелевочного трактора ТТР-401 методом упрочнения комплексным борированием.

The article analyses the operating conditions of the skidder TTP-401 and identifies the main operating running regimes. It is determined that the elements of a front driving axle come out of order if a tractor makes head-on crash on the conditions of a sharp breakaway. Due to this fact, it is necessary to rise the service life of the skidder's TTP-401 gear drive transmission by means of complex borating strengthening.

Введение. В настоящее время на заготовке древесины предпочтение отдается колесным машинам, обладающим по сравнению с гусеничными лучшей управляемостью и маневренностью, более высокими скоростными показателями, эргономическими качествами и надежностью, меньшей металлоемкостью и затратами на обслуживание. Создаются лесные трелевочные машины преимущественно на базе тракторов общего назначения с применением навесных приспособлений для специфических условий работы. Основное внимание при работе колесной лесной техники уделяется эксплуатационной надежности, которая моментально не может быть определена в связи с большим количеством факторов объективного и субъективного характера происхождения.

Наука и исследования по эксплуатационной надежности, как прикладная отрасль знаний, базируется на фундаментальных, математических и естественных науках. Особое значение для таких научных исследований имеет вопрос о применении математического аппарата, позволяющего осуществлять оценку и прогнозирование эксплуатационной надежности специальных лесных машин. Достоверные методы прогнозирования долговечности основных узлов и деталей лесных машин необходимы для обоснования проекта на стадии проектирования транспортного средства с учетом специфики эксплуатационных условий, а также для решения таких конст-рукторско-технологических вопросов, как: выбор оптимальной структуры энергетического агрегата; расчет потребности в запасных частях; периодичность плановых технических обслужи-ваний; обоснование требований по эксплуатационной надежности сопряженных деталей.

Создание отечественных лесных машин позволит не только нарастить объемы добычи древесины по всем видам пользования, но и

перейти на новые, ресурсосберегающие и экологически чистые методы заготовки.

1. Исследование динамической нагру-женности узлов трансмиссии трелевочного трактора ТТР-401. Работа колесных агрегатных машин на трелевке и вывозке древесины должна производиться комплексно с учетом факторов, оказывающих наибольшее влияние на эксплуатационные условия.

Исследования по динамической нагружен-ности узлов и агрегатов лесозаготовительных машин обычно начинаются с выбора и построения ее физической модели, которая отражает взаимное расположение и влияние основных подсистем машины (двигатель, трансмиссия, шасси, кабина, человек, пачка хлыстов) и возмущающих факторов (неровности поверхности дороги, неравномерность работы двигателя и гидросистем).

Основными причинами, вызывающими колебания колесного трелевочного трактора, также являются неровности поверхности пути, которые вызывают колебания нагрузки в вертикальной и продольно-угловой плоскостях, неуравновешенность работы двигателя внутреннего сгорания, вращающихся частей (колеса, шестерни, валы), инерционные силы, изменение скорости и направления движения, а также другие факторы.

При построении математической модели системы трелевочный трактор - пачка деревьев необходимо производить учет работы подсистем, обладающих упруго-демфирующими свойствами. Это особенно важно для машин, у которых отсутствуют узлы подвески, такие как рессоры и амортизаторы, балансирная тележка и реактивные рычаги. Источником внешних возмущающих воздействий для колесных лесных машин является трелевочный волок, по которому перемещается пачка деревьев. При движении

94_ISSN 1683-0377. Труды БГТУ. 2011. № 2. Лесная и деревообрабатывающая промышленность

трелевочного трактора с пачкой деревьев по волоку приходится преодолевать неровности различного характера, которые вызывают колебательные явления в узлах и агрегатах трансмиссии, ходовой системе и несущих элементах технологического оборудования.

Автор работы [1] при оценке характера внешних воздействий показал, что ряд типичных препятствий в виде пней, валежин и отдельно лежащих деревьев имеют значительные геометрические размеры, достигающие в отдельных случаях высоты до 0,5 м при небольшой протяженности по линии движения. Препятствия порогового типа являются источниками максимальных пиковых нагрузок, возникающих в агрегатах трелевочного трактора.

Воздействие возмущающих факторов случайного характера на транспортную систему представляется в виде случайного процесса, поэтому объективными критериями оценки могут служить только соответствующие вероятностные показатели. При исследовании переходных процессов в качестве оценочных показателей принимаются пиковые значения линейных и угловых отклонений звеньев динамической системы, а также их продолжительность.

Нами было установлено, что при средних режимах нагружения трелевочного трактора крутящий момент на деталях переднего ведущего моста не превышает 1000 Нм. В случае перегрузки заднего моста трелевочного трактора, когда пачка деревьев подвешена в силовом контуре оборудования, максимальные моменты на задних полуосях достигают величин, в 2-2,5 раза превышающих момент при трогании трактора. Это, в свою очередь, приводит к разгрузке переднего моста и ухудшению сцепных качеств.

Работой [2] установлено, что динамические крутящие моменты в трансмиссии колесного трактора имеют наибольшее значение при трогании с места с пачкой деревьев. Установлено, что для колесных трелевочных тракторов производства МТЗ наиболее нагруженными являются шестерни третьей и четвертой передачи, а также редуктор переднего моста.

Для того чтобы оценить перегрузки при работе трелевочных тракторов на лесосеке, было предложено ввести коэффициент динамичности К д , который равен отношению максимального крутящего момента Мтах к установившемуся Мер!

Кд = Мтах / Мф.

На основании исследований авторов [2] было установлено, что коэффициент динамичности при работе трелевочных тракторов составляет 1,8-3,1. Резкое увеличение крутящего момента на полуосях переднего ведущего моста трелевочного трактора до 2100-3000 Нм приводит к их выходу из строя.

Оценка динамической нагруженности лесного колесного тягача проводилась по величинам спектральной плотности крутящих моментов на полуосях. На рис. 1 приведены спектральные плотности крутящих моментов на передних полуосях трелевочного трактора ТТР-401 при трелевке пачки деревьев 1,4 м на четырех передачах. На первой передаче величина достигает значения 0,11 (кНм)2с и проявляется на частоте 4 с-1. С увеличением номера передачи, а соответственно, и скорости транспортировки пачки хлыстов максимумы спектральных плотностей проявляются на больших частотах. Так, для четвертой передачи = 0,19 (кНм)2с и проявляется при частоте 8,0 с-1.

(кНм) с

0,18 0,16 0,14 0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02 0

1/с 14

Рис. 1. Спектральные плотности крутящих моментов на передней полуоси трелевочного трактора ТТР-401 при движении на различных передачах с пачкой V = 1,4 м3. 1, 2, 3, 4 - соответственно первая, вторая, третья, четвертая передачи

5п(»), (кНм)2с 40

35 30

25 20 15 10 5

0

0 5 10 15 20 25 w, 1/с 30

Рис. 2. Спектральные плотности крутящих моментов на задних полуосях трелевочного трактора ТТР-401 при движении на различных передачах с пачкой V = 1,4 м3. 1, 2, 3, 4 - соответственно первая, вторая, третья, четвертая передачи

Для второй передачи величина £з ^) = = 0,23 (кНм) с и проявляется при частоте 8 с- . Для третей и четвертой передач величины £з равны 0,29 и 0,33 при частотах 10 и 12 с-1. Также необходимо отметить, что для третей и четвертой передач для Мкрз наблюдается проявление пиковых значений (0,21 и 0,17) соответственно при частотах 14 и 16 с \

Определены значение максимумов спектральных плотностей для крутящих моментов на задних и передних полуосях, а также тяговых усилий в канате при трелевке деревьев с объемом 1,6 и 1,8 м3 и величины частот, на которых проявляются максимумы.

Из приведенных данных видно, что увеличение объема трелюемой пачки деревьев приводит к повышению абсолютных значений спектральных плотностей на заднем 5"з и переднем £п (w) мосту, а также тяговом канате ( Ртр (w)).

Спектральные плотности для заднего моста (рис. 2) проявляются в диапазоне частот 4,55,0 с-1 для заднего моста при V = 1,6 м3. При объемах пачки 1,8 м3 частотный диапазон для заднего моста составляет 4,9-5,6 с-1.

Заключение. Данные динамической нагру-женности трелевочного трактора, приведенные на рис. 1, 2, показывают, что наибольшие значения для деталей переднего и заднего моста достигаются при трелевке пачки деревьев объемам V = 1,8 м3 на третей и четвертой передачах.

Литература

1. Жуков, А. В. Теория лесных машин. -Минск: БГТУ, 2001. - 640 с.

2. Калякин, Л. А. Исследование динамических нагрузок трансмиссии колесного трелевочного трактора: автореф. дис. ... канд. техн. наук / Л. А. Колякин. - Йошкар-Ола, 1972. - 23 с.

Поступила 14.03.2011

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.