CC BY
5
УДК 630.370.4
Хвойные бореальной зоны. 2019. Т. XXXVII, № 6. С. 460-464
АНАЛИЗ НАГРУЗОК НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОПОГРУЗЧИКА
Е. В. Авдеева, В. Ф. Полетайкин
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
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.
При наборе груза и перемещении его в транспортное положение 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 .
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: лесопогрузчики, лесопромышленные тракторы, набор груза, перемещение груза.
Conifers of the boreal area. 2019, Vol. XXXVII, No. 6, P. 460-464 ANALYSIS OF LOADS OF PROCESSING EQUIPMENT OF THE LOGGER E. V. Avdeeva, V. F. Poletaykin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
During the operation of loggers on the basis of timber industry tractors in the course of transfer offreight from the provision of set offreight in the provision of its laying the center of rotation ofprocessing equipment changes. Owing to insufficient longitudinal stability at a set offreight there is an inclination of the case and an impact of the logger to the basic surface of the loading platform. At the same time there are considerable dynamic loads which are transferred to structural elements of processing equipment, case and a running system which need to be considered at a design stage of new cars.
At a set of freight and its moving to transport situation the logger bends before contact of the special emphasis established on the case of the car with a basic surface forward. The tilt angle of the case of basic cars of a TT-4M and TLT-100 at the same time makes, respectively, 9 ° and 11 At the same time back balanced carriages completely come off a basic surface.
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: loggers, timber industry tractors, set of freight, movement of freight.
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 наклон 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.
Хвойные бореальной зоны. XXXVII, № 6,2019
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 (рис. 1).
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 обусловливает 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 «Опорная 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 рис. 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'2у[ /2 +с'(гг -г2)12 +к'(г{-г2у2 = б2,(о, т"21"ъ II + с"(23 -22)12, + к"{2'ъ -2'2)12, = 02.(О,
т2\а'с 1с +СЛас ~ак)1с +¿1« ~а'кУс ~
-с'(21 -22)1с -к'{2[-2'2)1с -с"(23 -22)1С --к"{2'ъ-2'2)1с=<21{1\
т'Ъ1а."кЯ2 + с^Д2ос^ + К2а'к - (ас - ак )1сг -
-^К-<)/сг = б31(/). (1)
При составлении расчетной схемы и уравнений приняты следующие обозначения: у! - угловое перемещение массы вершинной части расчетного дерева -т2, приведенной в её центр тяжести; у3 - угловое перемещение массы комлевой части расчетного дерева -т'2, приведенной в её центр тяжести; ас - угловое перемещение массы подвижных частей технологического оборудования - т2\, приведенной к концу стрелы; а,, - угловое перемещение подрессоренной массы базового трактора и неподвижных частей технологического оборудования - тЪ\ приведенной в центр тяжести трактора; 2\ - линейное перемещение массы вершинной части расчетного дерева - т2, 2Ъ - линейное перемещение массы комлевой части расчетного дерева - т2; 22 - линейное перемещение массы подвижных частей технологического оборудования - т2\; 71 - линейное перемещение подрессоренной массы базового трактора и неподвижных частей технологического оборудования, приходящейся на заднюю подвеску - т'Ъ1; С\ - жесткость технологического оборудования, приведенная к центру массы т2\, - демпфирующее сопротивление технологического оборудования; с' - жесткость вершинной части расчетного дерева, приведенная к центру массы т'2,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; сф - жесткость опорной поверхности; кч, -демпфирующее сопротивление опорной поверхности; 1С - длина стрелы; /2 - расстояние от продольной оси базовой машины до центра массы т'2; /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 - /Из;; А2 - расстояние от оси передней балансирной каретки (точка О) до центра подрессоренной массы базового трактора и неподвижных частей технологического оборудования - да31; !гк - расстояние от оси вращения передней балансирной каретки до центра массы базового трактора и неподвижных частей технологического оборудования; Н - радиус вращения центра подрессоренной массы базового трактора и неподвижных частей технологического оборудования, приходящейся на заднюю подвеску - т'Ъ1 относительно оси передней балансирной каретки (точка О); г - радиус вращения центра массы подвижных частей технологического оборудования - да2Ь 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.
Рис. 1. Лесопогрузчик перекидного типа ЛТ-188 при подъеме груза
Рис. 2. Эквивалентная схема динамической системы «Опорная поверхность -базовый трактор - технологическое оборудование - груз»
Момент силы инерции массы т2\ относительно оси передней балансирной каретки для случая вращения с хлыстами.
QЛ 0 =
——— + т21г~
\
(2)
где - радиус поперечного сечения расчетного дерева (пакета деревьев); е - угловое ускорение груза при совместном вращении стрелы и машины относи-
тельно оси переднего балансира. Момент силы инерции массы /и^ |:
О31(0 = (Л+'"М-Л2)-ФГ1. (3)
Момент силы инерции масс т'п:
02,(1) = т'212ах. (4)
Момент силы инерции масс т2:
О2.(0 = пМ2ах, (5)
Хвойные бореальной зоны. XXXVII, № 6,2019
где ат - вращательное ускорение центров масс гп'2. т" ; ах = гг.
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 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 - рис. 2). Возмущающими воз-
действиями 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 = 0,001 с, интервал интегрирования t = 2 с. В результате вычислений получены значения перемещений центров приведения масс - деформаций упругих звеньев. Нагрузки, действующие на центры приведения масс, определялись по выражению:
P,=c,Z„ (6)
где с, - жесткость упругого звена, приведенная в соответствующий центр массы; Z, - перемещение соответствующего центра массы (деформация упругого звена).
На рис. 3 представлены результаты моделирования режима соударении задней балансирной каретки с опорной поверхностью и возникающих при этом динамических нагрузок на технологическое оборудование, на рис. 4 - на корпус базового трактора лесопогрузчика JTT-188.
Рис. 3. Динамические нагрузки на стрелу лесопогрузчика ЛТ-188 при соударении с опорной поверхностью с упругим и жестким грузом
Рис. 4. Динамическая нагрузка на корпус лесопогрузчика ЛТ-188 при соударении с опорной поверхностью с упругим и жестким грузом
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.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ
1. Полетайкин В. Ф., Гуськов С. Ю. Математические модели работы перекидного лесопогрузчика с
учетом наклона корпуса при наборе груза // Вестник КрасГАУ. 2015. № 1.
2. Полетайкин В. Ф. Прикладная механика лесных подъемно-транспортных машин. Лесопогрузчики гусеничные : монография / Сиб. гос. технологии, ун-т. Красноярск, 2010. 247 с.
3. Александров В. А. Моделирование технологических процессов лесных машин. М. : Экология, 1995. 257 с.
REFERENCES
1. Poletaykin V. F., Guskov S. Yu. Mathematical models of operation of the cross over logger taking into account a case inclination at a set of freight // Vestnik KRASGAU. 2015. No. 1.
2. Poletaykin V. F. Applied mechanics of forest hoisting-and-transport cars. Caterpillar loggers : monograph. Krasnoyarsk : SibGTU, 2010. 247 p.
3. Alexandrov V. A. Modeling of technological processes of forest cars. M. : Ecology, 1995. 257 p.
О Авдеева E. В., Полетайкин В. Ф., 2019
Поступила в редакцию 31.10.2019 Принята к печати 12.12.2019
