CC BY
0 Г. Ш. Г асымов,
кандидат технических наук
К ВОПРОСУ НАГРУЖЕННОСТИ ВАЛОЧНО-ПАКЕТИРУЮЩЕЙ МАШИНЫ НА ПОСТЕПЕННЫХ И ВЫБОРОЧНЫХ РУБКАХ ЛЕСА
На базе валочно-пакетирующих машин (ВПМ) в последние годы создаются машины для ведения постепенных, выборочных рубок и рубок ухода за лесом. С этой целью у базовых машин увеличивают вылет манипулятора, в конструкцию опорно-поворотного механизма вводят выравниватель платформы, а захватно-срезающего устройства (ЗСУ) - накопитель.
Использование валочно-пакетирующих машин на постепенных и выборочных рубках леса выявило ряд характерных особенностей протекания рабочих процессов при выполнении технологических операций. А именно, в отличие от ведения сплошных рубок, наиболее часто возникают режимы стопорения элементов технологического оборудования вследствие сплетения ветвей выносимого дерева с оставляемыми на лесосеке, с последующим обрывом удерживающих связей (ветвей).
Все это в конечном итоге приводит к снижению производительности и увеличению динамической нагруженности машины. В этой связи необходим поиск технических решений по усовершенствованию конструкций технологического оборудования ВПМ, позволяющих снизить отрицательные явления.
Одним из возможных технических решений может быть введение в конструкцию манипулятора ВПМ разобщителя (упора).
Для проверки такого решения рассмотрим примеры. На рис. 1 приведена расчетная схема механической системы: «ВПМ с разобщителем -дерево».
Нагруженность технологического оборудования
Принятые обозначения:
J1 - момент инерции поворотной платформы;
J2 - момент инерции манипулятора, захватно-срезающего устройства и комлевой части дерева, находящейся ниже упора (разобщителя), приведенный к оси вращения платформы;
J'3 - момент инерции верхней части дерева (от упора до вершины), приведенный к оси вращения платформы;
φι, φ2, φ3 - угловые перемещения масс соответственно с моментами инерции Jb J2, J'3;
Cı2 - крутильная жесткость гидроманипулятора, приведенная к оси вращения платформы;
с'23 - крутильная жесткость верхней части дерева, приведенная к оси вращения платформы;
Со - крутильная жесткость привода поворота платформы;
Од - сила тяжести дерева.
Примечания:
J3 - момент инерции всего дерева, приведенный к оси поворота платформы;
φ3 - угловое перемещение массы с моментом инерции J3 (до захвата дерева разобщителем);
с23 - крутильная жесткость комлевой части дерева, приведенная к оси поворота платформы.
Система дифференциальных уравнений в этом случае имеет вид:
{ EMBED Equation. 3 }
Решая систему уравнений методом Рунге-Кутта с помощью среды программирования Mathcad, получим осциллограммы (рис. 2), характеризующие процесс разобщения выносимого дерева с соседними, оставляемыми на лесосеке.
а)
{ EMBED Word.Picture.8 }
б)
{ EMBED Word.Picture.8 }
Рис. 2. Г рафики изменения добавочных динамических моментов: а - ВПМ без разобщителя; б - ВПМ с разобщителем
Анализ полученных данных показывает, что с установкой на рукояти манипулятора ВПМ упора с возможностью фиксирования в нем выносимого дерева значительно снижаются динамические нагрузки в упругих связях технологического оборудования.
Так, при выводе из древостоя дерева объемом 3,0 м3 в режиме стопорения с последующим обрывом удерживающих связей уровень добавочных динамических моментов в упругой связи «сщ» уменьшается с 19,6 кН · м (ВПМ без упора) до 10,85 кН · м (ВПМ с упором), то есть произошло снижение на 55,36 %. При этом угловые перемещения масс механической системы уменьшаются с 0,00125 рад (φ1); 0,0018 рад (φ2); 0,021 рад (φ3) (ВПМ без упора) до 0,00067 рад (φ1); 0,00105 рад (φ2); 0,018 рад (φ'3) - ВПМ с упором.
Значительно уменьшились также и колебательные скорости масс, ускорения и деформации.
Нагруженность силовой установки
Принятые обозначения:
Jj - момент инерции кривошипно-шатунного механизма, маховика, сцепления и шестерен гидронасоса, приведенный к оси поворота платформы;
J2 - момент инерции поворотной платформы, манипулятора, захватносрезающего устройства и комлевой части дерева, приведенный к оси поворота платформы;
J'3 - момент инерции верхней части дерева, приведенный к оси поворота платформы;
фь j2, ф'з - угловые перемещения масс соответственно с моментами инерции Jj, J2 , J'3;
с12 - приведенная крутильная жесткость механизма выравнивания платформы;
с23 - приведенная жесткость манипулятора и комлевой части дерева;
Мд - приведенный крутящий момент, отбираемый от двигателя для привода гидронасоса;
Р - усилие на штоке (штоках) гидроцилиндра (ов) поворота платформы;
r - плечо силы Р;
вд - сила тяжести дерева.
Кинетическая энергия системы:
{ EMBED Equation.3 }. (j)
Потенциальная энергия системы:
{ EMBED Equation.3 } (2)
В выражении (1) { EMBED Equation.3 }
где { EMBED Equation.3 } - момент инерции кривошипно-шатунного механизма, маховика, сцепления и шестерен гидронасоса; іп - передаточное число.
В соответствии с уравнением Лагранжа II рода имеем следующую систему уравнений:
{ EMBED Equation.3 } (3)
где Мс - момент сопротивления перемещению дерева.
Домножим уравнение (1) системы (3) на J2, а уравнение (2) на Jı и вычтем из первого второе
{ EMBED Equation.3 } (4)
Допишем к уравнению (4) уравнения (2), (3) системы (3) и уравнение связи с гидроприводом, т. е.
{ EMBED Equation.3 } (5)
В последнем уравнении системы (5) обозначено:
{ EMBED Equation.3 }
где qн - объемная постоянная насоса; n - число оборотов вала насоса; { EMBED Equation.3 } - теоретические объемные КПД насоса с распределителем и гидроцилиндра; Еп - эффективная площадь поршня; { EMBED Equation.3 } - коэффициенты пропорциональности; р - давление в гидросистеме.
Решая систему уравнений (5) относительно деформации упругой связи «сі2», получим дифференциальное уравнение четвертого порядка
{ EMBED Equation.3 } (6)
где { EMBED Equation.3 } { EMBED Equation.3 } { EMBED Equation.3 } { EMBED Equation.3 } { EMBED Equation.3 }
Решение уравнения (6) будет состоять из решения однородного уравнения { EMBED Equation.3 } и частного решения { EMBED Equation.3 }, т. е.
{ EMBED Equation.3 }
где { EMBED Equation.3 } { EMBED Equation.3 }
+{ EMBED Equation.DSMT4 }
Пример. Исходные данные ВПМ:
{ EMBED Equation.3 }
Примем:
1) Объем пакетируемого дерева V = 2,0 м3.
2) Режим работы - разгон при выравнивании платформы.
{ EMBED Equation.3 }
При этих исходных данных коэффициенты дифференциального уравнения (6) будут иметь следующие значения:
{ EMBED Equation.3 }
1. Определяем коэффициенты затухания колебаний и частоты колебаний нагрузки на силовую установку [1]:
{ EMBED Equation. 3 }
2. Находим постоянные интегрирования при начальных условиях:
{ EMBED Equation. 3 }
Тогда выражения для определения постоянных интегрирования будут иметь вид [2]:
{ EMBED Equation.3 }*
{ EMBED Equation.3 }
{ EMBED Equation.3 }
{ EMBED Equation.3 }
Подставляя значения { EMBED Equation.3 } и n, а также { EMBED Equation.3 } и tp, получим:
С1 = - 0,000537 рад; С2 = 0,000280 рад;
С3 = 0,000537 рад; С4 = - 0,001806 рад.
3. Определяем деформацию упругой связи «с12» и добавочную динамическую нагрузку { EMBED Equation.DSMT4 }
{ EMBED Equation.3 }
{ EMBED Equation.3 }
4. Вычисляем снижение числа оборотов коленчатого вала силовой установки
Здесь
{ EMBED Equation.3
{ EMBED Equation.3
N - номинальная мощность двигателя; Мкрут -ля.
}
}
крутящий момент двигате-
Принято: { EMBED Equation.3 }
Сравнивая полученные данные по нагрузке на силовую установку ВПМ с результатами исследований других режимов работы [3; 4], можно заключить, что введение в конструкцию манипулятора разобщителя не приводит к повышению их нагруженности.
Выводы
Повысить эффективность валочно-пакетирующих машин на несплошных и выборочных рубках леса возможно введением в конструкцию манипулятора упора с фиксацией в нем дерева или разобщителя. Последний позволяет не только уменьшить уровень динамических нагрузок в упругих связях машины, но и сократить потери времени на высвобождение кроны выносимого дерева от оставляемых на лесосеке.
Библиографический список
1. Проектирование системы ручного управления космических кораблей [Текст] / под ред. Климова В. А. - М.: Машиностроение, 1978. - 141 с.
2. Александров, В. А. Моделирование технологических процессов лесных машин [Текст] / В. А. Александров. - М.: Экология, 1995. - 256 с.
3. Гасымов, Г. Ш. Нагруженность силовой установки ВПМ в режимах разгона при выравнивании платформы [Текст] / Г. Ш. Гасымов, В. А. Александров // Известия СПбЛТА. - СПб.: СПбГЛТА, 2005. Вып. 173. - С. 86-93.
4. Гасымов, Г. Ш. Нагруженность силовой установки ВПМ при выведении срезанного дерева из древостоя ее ходом [Текст] / Г. Ш. Гасымов, В. А. Александров // Известия СПбЛТА. - СПб.: СПбГЛТА, 2005. Вып. 175. - С. 23-32.
В статье приведены расчетная схема для изучения динамики валочно-пакетирующей машины в процессе вынесения из древостоя срезанного дерева и результаты исследований.
* * *
Mathematical models are brought in article for study speakers Faller Buncher and results of the studies.
Файл: гасымов
Каталог: C:\Documents and Settings\User\MoH документы\выпуски\185\ворды-185
Шаблон: C:\Documents and Settings\user.LAUTNER\Application
Data\Microsoft\Шаблоны\Normal.dot Заголовок: Х
Содержание:
Автор: Лена
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания: 01.11.2010 17:31:00
Число сохранений: 2
Дата сохранения: 01.11.2010 17:31:00
Сохранил: user
Полное время правки: 3 мин.
Дата печати: 02.11.2010 12:02:00
При последней печати
страниц: 7
слов: 1 355 (прибл.)
знаков: 7 725 (прибл.)
