МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГРУЗОК НА ЭЛЕМЕНТЫ ЛЕСНОЙ ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 630.370.4

Хвойные бореальной зоны. 2018. Т. XXXVI, № 6. С. 564-567

МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГРУЗОК НА ЭЛЕМЕНТЫ ЛЕСНОЙ ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ

В. Ф. Полетайкин, Е. В. Авдеева

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

Е-mail: poletaikin_vf@mail.ru

Условия эксплуатации лесных подъемно-транспортных машин характеризуются тяжелыми режимами работы элементов металлоконструкции технологического оборудования, ходовой системы базовых машин, гидропривода исполнительных механизмов. Такие режимы обусловлены упругими характеристиками предмета труда (хлысты, деревья с кроной, сортименты), свойствами опорной поверхности погрузочных площадок, на которых встречаются препятствия различных форм и размеров, а так же параметрами конструкции машины. Рассмотрены результаты математического моделирования режима подъема и перемещения груза из положения набора в транспортное положение и анализа динамических нагрузок, действующих на стрелу и корпус гусеничного лесопогрузчика.

Ключевые слова: лесопогрузчики, технологическое оборудование, корпус, ходовая система, динамические нагрузки, математическое моделирование.

Conifers of the boreal area. 2018, Vol. XXXVI, No. 6, P. 564-567

MODELING OF LOADS ON THE ELEMENTS OF THE FOREST LIFTING AND TRANSPORT MACHINE

V. F. Poletaikin, E. V. Avdeeva

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: poletaikin_vf@mail.ru

Service conditions of forest hoisting-and-transport cars (loggers) are characterized by heavy operating modes of elements of a metal construction of processing equipment, running system of basic cars, a hydraulic actuator of executive mechanisms. Such modes are caused by elastic characteristics of an object of the labor (switches, trees with krone, assortments), properties of a basic surface of loading platforms on which obstacles of various forms and the sizes, and also machine design parameters meet. In article results of mathematical modeling of the mode of lifting and moving freight from the provision of a set in transport situation and the analysis of the dynamic loadings operating on an arrow and the case of a caterpillar logger are considered.

Keywords: loggers, arrow, case, dynamic loadings, mathematical modeling.

ВВЕДЕНИЕ

При работе лесопогрузчиков на базе лесопромышленных тракторов в процессе подъема и переноса груза из положения набора в транспортное положение происходит наклона корпуса и соударение ходовой системы 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 заключается в повышении надежности лесных подъемно-транспортных машин (лесопогрузчиков) на стадии проектирования на основе моделирования и анализа динамики нагрузок на их элементы конструкции.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ

Разработка эквивалентных динамических схем, моделирование рабочих режимов и анализ возникающих динамических нагрузок на элементы конструкции лесопогрузчика с учетом эксплуатационных и конструктивных факторов.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Для анализа действующих нагрузок в работе использован метод математического моделирования механических систем. При наборе груза и перемещении его в транспортное положение лесопогрузчик наклоняется вперед до соприкосновения специальных упоров с опорной поверхностью. Угол наклона корпуса базовых машин ТТ-4М и ТЛТ-100 составляет,

соответственно, 9° и 11°. При этом задние балансир-ные каретки полностью отрываются от опорной поверхности. В таком положении происходит подъем груза до того момента, когда опрокидывающий момент от груза будет равен удерживающему моменту лесопогрузчика. При дальнейшем подъеме груза происходит увеличение удерживающего момента и соударение задней балансирной каретки с опорной поверхностью. В момент соударения лесопогрузчик резко прекращает вращение относительно оси переднего балансира. Это обуславливает возникновение дополнительных нагрузок на технологическое оборудование и ходовую систему базового трактора.

Для анализа динамических нагрузок на технологическое оборудование и корпус лесопогрузчика, возникающих при соударении задней балансирной каретки с опорной поверхностью. разработана эквивалентная схема динамической системы «Опорная поверхность - базовый трактор технологическое оборудование - груз» и математическая модель, в основе которой лежит система неоднородных дифференциальных уравнений второго порядка. На рис. 1 представлена эквивалентная схема лесопогрузчиков на базе лесопромышленных тракторов с полужесткой подвеской корпуса.

Система уравнений движения центров приведенных масс технологического оборудования, груза и базового трактора получена в следующем виде:

ш'2у1'/22 + с'(11 -12)12 + к'(1-12)12 = Q2,(г), ш'2 у + с" 1 -12)17 + к" (2Ъ -12)12, = Qr (О,

ш21 ас1С + с1(ас - ак )1С +к1(ас -ак )1С -

-С'(11 - 12)1С - к'(1 - 12)^с - с"(1з - ^с - (1) -к" (1з - 22)1с = Ql(t),

ш31 акЯ2 + сгрЯ2ак + кгрЯ2 ак - с1 (ас - ак )1сГ --к1(ас -ак )1сГ = Q31(t).

При составлении эквивалентной схемы и уравнений приняты следующие обозначения: у 1 - угловое перемещение массы вершинной части расчетного дерева - ш 2', приведенной в её центр тяжести; у 3 - угловое перемещение массы комлевой части расчетного дерева -ш2", приведенной в её центр тяжести; ас -угловое перемещение массы подвижных частей технологического оборудования - ш 21, приведенной к концу стрелы; ак - угловое перемещение подрессоренной массы базового трактора и неподвижных частей технологического оборудования - ш 31 приведенной в центр тяжести трактора; 1 - линейное перемещение массы вершинной части расчетного дерева -ш2; 13 - линейное перемещение массы комлевой части расчетного дерева -ш 2"; 12 - линейное перемещение массы подвижных частей технологического оборудования - ш 21; У1 - линейное перемещение подрессоренной массы базового трактора и неподвижных

частей технологического оборудования, приходящейся на заднюю подвеску - ш'31; с 1 - жесткость технологического оборудования, приведенная к центру массы ш 21; к 1 - демпфирующее сопротивление технологического оборудования; с' - жесткость вершинной части расчетного дерева, приведенная к центру массы ш 2'; к' - демпфирующее сопротивление вершинной части расчетного дерева; с" - жесткость комлевой части расчетного дерева, приведенная к центру массы ш 2"; к" - демпфирующее сопротивление комлевой части расчетного дерева; с гр - жесткость опорной поверхности; кгр - демпфирующее сопротивление опорной поверхности; 1с - длина стрелы; 12 - расстояние от продольной оси базовой машины до центра массы ш2'; 12' - расстояние от продольной оси базовой машины до центра массы ш2"; А - расстояние от оси передней балансирной каретки (точка О) до центра подрессоренной массы базового трактора и неподвижных частей технологического оборудования, приходящейся на заднюю подвеску - ш'31 ; А 2 - расстояние от оси передней балансирной каретки (точка О) до центра подрессоренной массы базового трактора и неподвижных частей технологического оборудования - ш 31; к к - расстояние от оси вращения передней балансирной каретки до центра массы базового трактора и неподвижных частей технологического оборудования;

Я - радиус вращения центра подрессоренной массы базового трактора и неподвижных частей технологического оборудования, приходящейся на заднюю подвеску - ш'31 относительно оси передней балансирной каретки (точка О); г - радиус вращения центра массы подвижных частей технологического оборудования -ш 21, приведенной к концу стрелы относительно оси передней балансирной каретки. Правые части системы уравнений (1) (возмущающие воздействия) являются моментами сил инерции, действующими на элементы конструкции при соударении машины с опорной поверхностью. Момент силы инерции массы ш 21 относительно оси передней балансирной каретки для случая вращения с гибким грузом (хлыстами):

(

Ql(t) =

ш

21Я П

+ ш21Г

\

2

(2)

где ЯП - 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 ш31:

Qзl(t) = (¿х + ш'31 -Я2) -Ф1'1. (3)

Момент силы инерции масс ш2':

) = ш \ 12ах. (4)

Момент силы инерции масс ш 2|":

Q2' (t) = ш/2 а%, (5)

где а т - вращательное ускорение центров масс ш2|", ш 2'; а = гг.

Рис. 1. Эквивалентная схема динамической системы «Опорная поверхность - базовый трактор -технологическое оборудование - груз»

Таким образом, система уравнений (1) включает в себя динамические параметры технологического оборудования, подвески базового трактора, поднимаемого груза, 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 - см. рис. 1), что обеспечивает определение величины и характера нагрузок на элементы конструкции технологического оборудования и корпус базового трактора при движении с гибким и жестким грузом в захвате, а также определение влияния на величину возникающих нагрузок динамических свойств груза и опорной поверхности погрузочной площадки.

Возмущающими воздействиями на элементы конструкции лесопогрузчика в момент соударения машины с опорной поверхностью являются моменты сил инерции приведенных масс, которые определялись по выражениям (2...5). Моделирование рассматриваемого режима движения производилось в программе MathСad 13 при следующих условиях: шаг интегрирования по / - М = 0,001 с, интервал интегрирования / = 2с. В результате вычислений получены значения перемещений центров приведения масс - деформаций упругих звеньев. Нагрузки, действующие на центры приведения масс, определялись по выражению:

Р = сА, (6)

где с, - жесткость упругого звена, приведенная в соответствующий центр массы; - перемещение соответствующего центра массы (деформация упругого звена).

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

В процессе моделирования рабочих режимов за исходные данные были использованы технические характеристики лесопогрузчика ЛТ-188 [1]. На рис. 2 представлены результаты моделирования режима соударении задней балансирной каретки с опорной поверхностью и возникающих при этом динамических нагрузок на технологическое оборудование, на рис. 3 -на корпус базового трактора.

Полученные результаты могут быть использованы при решении вопросов повышения надежности при проектировании новых и модернизации выпускаемых лесных подъемно-транспортных машин.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Значения динамических нагрузок на элементы конструкции технологического оборудования и корпус лесопогрузчика зависит от вида груза и свойств опорной поверхности:

- демпфирующие свойства опорной поверхности снижают динамические нагрузки, действующие на элементы конструкции лесопогрузчика до 11 %;

Рис. 2. Динамические нагрузки на стрелу лесопогрузчика

Рис. 3. Динамическая нагрузка на корпус лесопогрузчика

- при погрузке хлыстов (упругий груз) динамические нагрузки на стрелу лесопогрузчиков возрастают от 23,8 до 35,4 %, по сравнению с погрузкой сортиментов (жесткого груза);

- при погрузке хлыстов (упругий груз) динамические нагрузки на корпус лесопогрузчика возрастают от 8,9 до 15,4 %, по сравнению с погрузкой жесткого груза.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ

1. Полетайкин В. Ф. Прикладная механика лесных подъемно-транспортных машин : монография ; Сиб. гос. технологич. ун-т. Красноярск, 2010. 247 с.

2. Редькин А. К. Основы моделирования и оптимизации процессов лесозаготовок. М. : Лесная пром-ть, 1988. 256 с.

REFERENCES

1 Poletaykin V. F. Prikladnaya of the mechanic of wood hoisting-and-transport cars : monograph ; Siberian State Technological University. Krasnoyarsk, 2010. 247 p.

2 Redkin A. K. Bases of modeling and optimization of processes of timber cuttings. M. : Wood industry, 1988. 256 p.

© Полетайкин В. Ф., 2018

Поступила в редакцию 14.11.2018 Принята к печати 10.12.2018