CC BY
8
УДК 630.370.4
АНАЛИЗ ДИНАМИКИ НАГРУЗОК НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОПОГРУЗЧИКА
В.Ф. Полетайкин, С.Ю. Гуськов
ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет» 660049 Красноярск, пр. Мира, 82 e-mail: sibstu@sibstu.kts.ru
В статье рассмотрены результаты моделирования режима перемещения груза из положения набора в транспортное положение гусеничного лесопогрузчика с изменяющимся центром вращения технологического оборудования и анализа динамических нагрузок, действующих на стрелу и корпус машины.
Ключевые слова: лесопогрузчик гусеничный, технологическое оборудование, динамические нагрузки, математические модели
In article results of modeling of the mode of movement of freight from the provision of a set in the transport provision of a caterpillar logger with the changing center of rotation of processing equipment and the analysis of the dynamic loadings operating on an arrow and the case of the car are considered.
Keywords: track logger, process equipment, dynamic loads, mathematical models
ВВЕДЕНИЕ
При работе лесопогрузчиков на базе лесопромышленных тракторов в процессе переноса груза из положения набора груза в положение его укладки меняется центр вращения технологического оборудования. Вследствие недостаточной продольной устойчивости при наборе груза происходит наклона корпуса и соударение лесопогрузчика с опорной поверхностью погрузочной площадки. При этом возникают значительные динамические нагрузки, передающиеся на элементы конструкции технологического оборудования, корпуса и ходовой системы, которые необходимо учитывать на стадии проектирования новых машин.
Цель исследований. Повышение технического уровня лесопогрузчиков на основе моделирования и анализа динамики нагрузок на элементы конструкции машины.
Задачи исследований. Моделирование режима движения технологического оборудования и анализ возникающих динамических нагрузок на элементы конструкции лесопогрузчика с изменяющимся центром вращения технологического оборудования и груза.
Методы и результаты исследований. В работе использован метод математического моделирования механических систем.
При наборе груза и перемещении его в транспортное положение в связи с недостаточной продольной устойчивостью, лесопогрузчик наклоняется вперед до соприкосновения специальных упоров, установленных на корпусе машины, с опорной поверхностью. Угол наклона корпуса базовых машин ТТ - 4М и ТЛТ - 100 при этом составляет, соответственно, 9° и 11°. При этом задние балансирные каретки полностью отрываются от опорной поверхности (Рисунок 1).
Рисунок 1 - Лесопогрузчик перекидного типа ЛТ - 188 при подъеме груза
В таком положении происходит подъем груза до того момента, когда опрокидывающий момент от груза будет равен удерживающему моменту лесопогрузчика. При дальнейшем подъеме происходит одновременное перемещение груза вокруг оси вращения стрелы и вращение лесопогрузчика с грузом относительно оси передней балансирной каретки, до тех пор, пока задние балансирные каретки лесопогрузчика не встанут на грунт. В момент соударения задней части гусениц с опорной поверхностью, лесопогрузчик резко перестает вращаться относительно оси переднего балансира Это обуславливает возникновение дополнительных нагрузок, как на технологическое оборудование, так и на ходовую систему базового трактора.. Величину и характер нагрузок, действующих на элементы конструкции машины определяют из решения дифференциальных уравнений, описывающих движение центров приведенных масс при возмущающих воздействиях. В работе [2] для анализа динамических нагрузок, действующих в продольно-вертикальной плоскости разработаны эквивалентные схемы динамической системы «Опор-
Рисунок 2 - Эквивалентная схема динамической системы «Опорная поверхность - базовый трактор -технологическое оборудование - груз».
ная поверхность-базовый трактор-технологическое оборудование-груз» и их математические модели, которые были использованы в данной работе при определении нагрузок на технологическое оборудование и корпус лесопогрузчика, возникающих при соударении задней балансирной каретки с опорной поверхностью. На рисунке 2 представлена эквивалентная схема для лесопогрузчиков на базе лесопромышленных тракторов с полужесткой подвеской корпуса. Система уравнений, описывающая колебания упругих элементов конструкции технологического оборудования и базового трактора получена в следующем виде:
т '2 ¡2 + с' (21 - 22 )12 + k' (21 - 22 )12 = Q2,(t)
т'' 2 уъ ¡22 + с '' (23 - 22 )12,+ k'' (23 - 22 )12,= Q2,, (Г)
т ас ¡С + с1(ас- а)1С + К(ас-ак)1С-
- с' (2! - 22 )1с - к (21 - 22 )1с - с '(2з - 22 )1с - (1)
- V' '(23- 22)1с = 0ДО
т '3 акЯ2 + с í,R 2ак + к^Я2 а к - с1(ас - ак )1сг -
- к1(ас -ак УсГ = & СО
При составлении расчетной схемы и уравнений приняты следующие обозначения: у1 - угловое перемещение массы вершинной части расчетного дерева - т2', приведенной в её центр тяжести; у3 - угловое
перемещение массы комлевой части расчетного дерева -т2'', приведенной в её центр тяжести; ас - угловое перемещение массы подвижных частей технологического оборудования - т , приведенной к концу стрелы; ак - угловое перемещение подрессоренной массы базового трактора и неподвижных частей технологического оборудования - т31 приведенной в центр тяжести трактора; 21 - линейное перемещение массы вершинной части расчетного дерева - т2 23 - линейное перемещение массы комлевой части расчетного дерева -т2''; 22 - линейное перемещение массы подвижных частей технологического оборудования - т ; У - линейное перемещение подрессоренной массы базового трактора и неподвижных частей технологического оборудования, приходящейся на заднюю подвеску - т'31; с - жесткость технологического оборудования, приведенная к центру массы т ; к1 - демпфирующее сопротивление технологического оборудования; с' - жесткость вершинной части расчетного дерева, приведенная к центру массы т2'; к' - демпфирующее сопротивление вершинной части расчетного дерева; с'' - жесткость комлевой части расчетного дерева, приведенная к центру массы т2''; к'' - демпфирующее сопротивление комлевой части расчетного дерева; сгр - жесткость опорной поверхности; кгр - демпфирующее сопротивление опорной поверхности;^ - длина стрелы; I- расстояние от продольной оси базовой машины до центра массы т2'; ¡2, - расстояние от продольной оси базовой машины
до центра массы т2''; А- расстояние от оси передней балансирной каретки (точка О) до центра подрессоренной массы базового трактора и неподвижных частей технологического оборудования, приходящейся на заднюю подвеску - т'31; А2 - расстояние от оси передней балансирной каретки (точка О) до центра подрессоренной массы базового трактора и неподвижных частей технологического оборудования - т ; Ик - расстояние от оси вращения передней балансирной каретки до центра массы базового трактора и неподвижных частей технологического оборудования. R - радиус вращения центра подрессоренной массы базового трактора и неподвижных частей технологического оборудования, приходящейся на заднюю подвеску - т'31 относительно оси передней балансирной каретки (точка О). г - радиус вращения центра массы подвижных частей технологического оборудования -т21, приведенной к концу стрелы относительно оси передней балансирной каретки. Правые части системы уравнений (1) являются моментами сил инерции, действующими на элементы конструкции при соударении машины с опорной поверхностью погрузочной площадки. Момент силы инерции массы т21 относительно оси передней балансирной каретки для случая вращения с хлыстами
Qi(t ) = (■
m R2 п
2
+ m2 r2 )s
m
, m'; aT = Sr.
технологического оборудования, поднимаемого груза, подвески лесопогрузчика, опорной поверхности, а также силы инерции приведенных масс, возникающие при вращения стрелы с грузом относительно оси С и всего лесопогрузчика относительно оси О (оси переднего балансира - рисунок 2). Возмущающими воздействиями на элементы конструкции лесопогрузчика в момент соударения машины с опорной поверхностью являются моменты сил инерции приведенных масс, которые определяются по выражениям (2 - 5). Моделирование рассматриваемого режима движения производилось в программе Math Cad 13 при следующих условиях: шаг интегрирования по t At = 0,001с., интервал интегрирования t = 2c. В результате вычислений получены значения перемещений центров приведения масс - деформаций упругих звеньев. Нагрузки, действующие на центры приведения масс, определялись по выражению:
P = cZ ,
(6)
(2)
где RП - радиус поперечного сечения расчетного дерева (пакета деревьев). е - угловое ускорение груза при совместном вращении стрелы и машины относительно оси переднего балансира. Момент силы инерции массы т :
а ^) = + т3 • R2) -р . (3)
Момент силы инерции масс т2':
) = т\ 12аг . (4)
Момент силы инерции масс т2'':
( „<7) = т\ 12 ат, (5)
где а - вращательное ускорение центров масс
где с. - жесткость упругого звена, приведенная в соответствующий центр массы; 2. - перемещение соответствующего центра массы (деформация упругого звена). На рисунке 3 представлены результаты моделирования режима соударении задней балансирной каретки с опорной поверхностью и возникающих при этом динамических нагрузок на технологическое оборудование, на рисунке 4 - на корпус базового трактора лесопогрузчика ЛТ-188.
Р, кН
Гибкий груз Жесткий груз
t, c
Моделирование динамических нагрузок на технологическое оборудование и корпус лесопогрузчика в режиме соударения задней балансирной каретки с опорной поверхностью
Целью моделирования данного режима является определение нагрузок на элементы конструкции технологического оборудования и корпус базового трактора при соударении задней балансирной каретки с опорной поверхностью, а также влияния на величину возникающих нагрузок динамических характеристик груза, технологического оборудования, подвески базового трактора с учетом свойств опорной поверхности погрузочной площадки. Моделирование данного режима выполнено на математической модели (1). Модель включает в себя динамические параметры
Рисунок 3 - Динамические нагрузки на стрелу лесопогрузчика ЛТ - 188 при соударении с опорной поверхностью с упругим и жестким грузом
P,кН 150
100 50 0 -50 -100
Жесткий груз Гибкий груз
с ^ ¿щ^
t,c
Рисунок 4 - Динамическая нагрузка на корпус лесопогрузчика ЛТ - 188 при соударении с опорной поверхностью с упругим и жестким грузом
-150
Заключение. Величина динамических нагрузок на элементы конструкции технологического оборудования и корпус лесопогрузчика в момент соударения лесопогрузчика с опорной поверхностью зависит от вида груза и свойств опорной поверхности:
- демпфирующие свойства опорной поверхности снижают динамические нагрузки, действующие на элементы конструкции лесопогрузчика до 11%.
- при погрузке хлыстов (упругий груз) динамические нагрузки на стрелу лесопогрузчиков возрастают от 23,8% до 35,4%, по сравнению с погрузкой жесткого груза в таких же условиях;
- при погрузке хлыстов (упругий груз) динамические нагрузки на корпус лесопогрузчика возрастают
от 8,9% до 15,4%, по сравнению с погрузкой жесткого груза в таких же условиях.
БИБЛИОГРАФИСЕЧКИЙ СПИСОК
Полетайкин, В. Ф. Прикладная механика лесных подъемно-транспортных машин. Лесопогрузчики гусеничные. [Текст]: Монография / В.Ф. Полетайкин. - Красноярск: СибГТУ, 2010. - 247с. Александров, В. А. Моделирование технологических процессов лесных машин [Текст] / В. А. Александров. - М.: Экология, 1995. - 257 с. Редькин А.К. Основы моделирования и оптимизации процессов лесозаготовок. - М.: Лесная промышленность, 1988. 256 с.
Поступила в редакцию 15.08.14 Принята к печати 20.12.14
