CC BY
8
УДК 630.377.1.001.4
ДИНАМИКА РЕАКЦИЙ ПОВЕРХНОСТИ ПУТИ НА ХОДОВУЮ СИСТЕМУ И КОРПУС ГУСЕНИЧНОГО ЛЕСОПОГРУЗЧИКА
В.Ф. Полетайкин
ФБГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет»
660049 Красноярск, пр. Мира, 82; e-mail: [email protected]
Исследована динамика реакций поверхности пути на ходовую систему и корпус, а так же параметры вертикальных ускорений центра тяжести гусеничных лесопогрузчиков с жесткой и полужесткой подвеской корпуса при движении с жестким и упругим грузом.
Ключевые слова: гусеничные лесопогрузчики, нагрузки, ускорения, ходовая система, корпус
The features of dynamics of reactions of a surface of a way on running system and the case, and as parameters is investigated vertical accelerations of the center of gravity of caterpillar loggers with rigid and semifixed case suspension bracket at movement with rigid and elastic cargo.
Keywords: caterpillar loggers, loadings, accelerations, running system, the case
ВВЕДЕНИЕ
Повышение производительности лесопогрузчиков связано с решением вопросов повышения грузоподъемности, увеличения скорости движения машины и быстродействия исполнительных механизмов. Интенсификация скоростных и нагрузочных режимов обусловливает необходимость исследования закономерностей внешних воздействий - входных сигналов и параметров вынужденных колебаний элементов конструкции - выходных сигналов. Знание этих закономерностей необходимо для научно-обоснованного назначения расчетных режимов при проектировании новых лесопогрузчиков, а также для назначения оптимальных эксплуатационных режимов.
ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В работах по обоснованию спектральной теории подрессоривания лесотранспортных машин в качестве источника внешних воздействий на ходовую систему принимаются вероятностно-статистические характеристики микропрофиля поверхности пути, который рассматривается в виде случайной функции воздействия. Однако данное положение справедливо при условии, что динамические свойства поверхности пути стационарны (жесткость, демпфирующее сопротивление), профиль поверхности сохраняется при многократных перемещениях машины. Лесопогрузчики работают на неподготовленных площадках, в лесосеках, на лесовозных усах со снежным покрытием. Профиль их поверхности легко деформируем, не обладает свойством стационарности и поэтому не может рассматриваться как случайная функция воздействия. В качестве источника внешних воздействий в этом случае должны рассматриваться реализации случайных процессов реакции поверхности пути на ходовую систему и корпус при движении машины с грузом, полученные опытным путем. С целью изучения параметров случайных процессов внешних воздействий на элементы конструкции гусеничных лесопогрузчиков были проведены экспериментальные исследования нагрузочных режимов на элементы конструкции ле-
сопогрузчика на базе лесопромышленного трактора ТТ-4. В процессе испытаний регистрировались следующие параметры: нагрузки на переднюю подвеску и корпус машины (входные сигналы), нагрузки на стрелу рабочего оборудования, ускорения верти-
кальных перемещений центра тяжести машины (выходные сигналы). Испытаниям подвергались лесопогрузчики, подвеска корпуса которых была выполнена жестко-балансирной и рессорно-балансирной. Погрузка древесины проводилась в хлыстах (упругий длинномерный груз) и сортиментах (короткомерный жесткий груз). Регистрация случайных процессов реакций поверхности пути производилась при следующих вариантах работы лесопогрузчика:
I - жестко-балансирная подвеска корпуса - упругий груз (хлысты);
II- жесткая-балансирная подвеска корпуса- жесткий груз(сортименты);
III- рессорно балансирная подвеска корпуса — жесткий груз;
IV- рессорно-балансирная подвеска корпуса — упругий груз.
Общее количество реализаций случайных процессов внешних воздействий и выходных сигналов, полученных в результате испытаний, составило:
Пр—Ку Піп пгр ^пл Но, (1)
где Ку— 4 - количество значений скорости движения машины;
пТп= 2 - количество типов подвески корпуса машины (рессорно-балансирная и жестко-балансирная);
пгр= 2 - количество вариантов груза (хлысты, сортименты);
Пш — 25 - количество погрузочных площадок, на которых производились испытания;
По — 6 - повторяемость опытов.
Таким образом, в результате испытаний получен ансамбль из 2400 реализаций случайных процессов. Длительность реализаций по времени составляла 10-15 с, что соответствовало 8-12 м пройденного пути. Выбор реализации для иссле-
дования вероятностных характеристик процессов производился в соответствии с рекомендациями (Бендатт, 1971). Исходная информация представлялась в виде рядов значений параметров, полученных с осциллограмм. Вероятностно-статистической обработке подвергались реализации следующих случайных процессов:
-внешних воздействий (реакций поверхности пути) на подвеску правого и левого борта машины Рх(1)Л(1);
-суммарных нагрузок на ходовую систему и переднюю подвеску корпуса машины Рх0)
-ускорений вертикальных колебаний центра тяжести машины У;
-нагрузок на стрелу рабочего оборудования Ру©.
В результате обработки информации были определены основные статистики рядов:
М - средние значения рядов, кН, м/с2, с - среднеквадратические отклонения, кН, м/с2,
V- коэффициенты вариации, %,
Р - точность опытов, а - коэффициенты асимметрии,
є - коэффициенты эксцесса.
Эмпирические частости и накопленные эмпирические частости вычислялись по формулам:
\,=к Рп(х1)= ;=* . (2)
где п1 - эмпирическая частота; п - объем выборки; х1 -эмпирическая частость.
Кривые распределения статистической вероятности выравнивались по теоретическим законам. Теоретические частости и накопленные теоретические частости вычислялись по формулам
71
У Р&Я
Р(\|)=Г(\|)И . Р(Х;)=К , (3)
где ^х) - значение функции плотности распределения,
И - интервал значений ряда.
Оценка правильности выравнивания эмпирического распределения теоретическим законом производилась по критериям согласия Колмогорова, Пирсона и Романовского и вычислением ошибок согласия. Результаты вычислений представлены в таблицах 1-3.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Таблица 1 - Вероятностно - статистические характеристики внешних воздействий и выходных сигналов
Варианты схем работы лесопогрузчика. Обозначения ■ процессов Обозначения статистик
Мх Му (кН) Ох оу (кН) V, % Р а £
I Рх(1) 105,84 27,82 26,28 0,0185 0,452 -0,6
Ру№ -32,9 55,6 169 0,12 0,108 -0,823
II Рх(1) 86,07 22,89 26,59 0,0187 0,215 -0,23
Ру№ -27,26 50,88 186,6 0,1319 0,082 1,684
III Рх(1) 78,93 26,78 33,92 0,024 -0,12 0,005
Ру№ -26,22 42 160,1 0,1132 0,03 -1,331
IV РхТО 102,2 21,71 21,24 0,15 0,2628 -0,325
РуЮ -34,58 53,25 154 0,109 0,254 -0,406
Таблица 2 - Вероятностно-статистические характеристики суммарных внешних воздействий на подвеску и кор-
пус базовой машины
Обозначения статистик
Вариант схемы М, кН с, кН V, % Р а £
I 206,77 35,06 17,01 0,012 0,597 0,392
II 179,44 32,97 18,37 0,013 -0,48 -0,173
III 178,4 36,87 17,3 0,012 0,191 -0,59
IV 196,1 31,1 15,86 0,011 0,178 -0,168
Таблица 3 - Вероятностно - статистические характеристики ускорения центра тяжести машины (^т)
Обозначения статистик
Вариант схемы М, м/с2 с, м/с2 ^% Р а є
I 6,96 3,862 55,48 0,032 0,723 0,193
II 7,14 3,672 51,42 0,029 0,591 0,38
III 7,34 3,18 43,32 0,03 0,404 0,04
IV 6,24 3,58 57,37 0,038 0,67 0,145
ВЫВОДЫ
Анализ результатов экспериментальных исследований позволяет сделать следующие выводы:
1. Наибольшие нагрузки на ходовую систему и корпус базовой машины возникают при жесткой
подвеске корпуса и погрузке длинномерного упругого груза. Данный режим работы следует считать наиболее нагруженным (табл. 1). Среднее значение нагрузок на один борт Рх — 105,84 кН, с — 27,82 кН. Суммарная нагрузка на корпус и ходовую систему (табл. 2) РХ — 206,11 кН, с1 — 35,06 кН.
2. При погрузке длинномерного груза (хлыстов, деревьев с кроной) на рабочее оборудование действуют нагрузки, значительно превышающие номинальную грузоподъемность лесопогрузчика (табл. 1). Средние значения нагрузок составляют Му1 = 32,9 кН , Му1у = 34,58 кН, при этом среднеквадратические отклонения равны су1 = 56,6 кН, оу1у= 53,25 кН.
3. Более легкие режимы работы лесопогруз-
чика имеют место при погрузке короткомерного груза (сортиментов) при всех рассматриваемых исполнениях подвески корпуса. Средняя величина нагрузки на рабочее оборудование ниже номинальной грузоподъемности: Му11=27,26 кН, Му111=26,22 кН. Но среднеквадратические отклонения, соответственно, равны су11 = 50,88 кН и суш=42 кН. Нагрузки на корпус и ходовую систему машины также ниже, чем при погрузке длинномерного груза: Мх11= 86,07кН,
Мх111= 78,93 кН, среднеквадратические отклонения сх11 =22,89 кН, схш =26,78 кН.
4. При движении лесопогрузчика с грузом возникают значительные по амплитуде и частоте ускорения вертикальных колебаний корпуса машины (таблица 3). Средние значения ускорений на всех режимах по величине близких между собой: Ма=6,24-7,34 м/с2, среднеквадратические отклонения са =3,18-3,86 м/с2.
Вертикальные колебания корпуса машины оказывают непосредственное воздействие на оператора, являются источником возбуждения колебаний основания сиденья. Поэтому полученные данные по амплитудам и частотам ускорения вертикальных коле-
баний корпуса могут служить исходными данными для расчета параметров системы виброизоляции рабочего места оператора лесопогрузчика на базе лесопромышленного трактора.
5. Плотность распределения вероятностей нагрузок на корпус, ходовую систему и рабочее оборудование, а также ускорений вертикальных колебаний корпуса соответствует нормальному закону, что подтверждается расчетами критериев согласия. Коэффициенты асимметрии и эксцесса принимают положительные и отрицательные значения. Числовые значения указанных коэффициентов незначительны: 0=0,12-0,452; ау—0,030-0,53; єх—0,005-0,6; єу—0,406-1,648.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Бендатт Д. Измерение и анализ случайных процессов [Текст] / Д. Бендатт, А. Пирсол.— М: Мир, 1971. - 408 с.
Виногоров, Г.К. Некоторые лесоэксплуатационные характеристики почвенно-грунтовых условий и рельефа [Текст] / Г.К. Виногоров // Труды
ЦНИИМЭ. Вопросы технологии и механизации лесосечных работ. - Химки, 1972. - с. 2-3.
Лихачев, В.С. Испытания тракторов [Текст] / В.С. Лихачев. - М.: Машиностроение,1974. - 268 с. Мельников, С. В, Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов [Текст]/ С.В. Мельников, В.Р. Алешкин, П.Н. Ро-щин. - Л.: Колос,1980. - 168с.
Поступила в редакцию 3 мая 2012 г. Принята к печати 7 сентября 2012 г.
