CC BY
4
УДК 630.370.4
Хвойные бореальной зоны. 2018. Т. XXXVI, № 6. С. 560-563
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЕРЕНОСА ГРУЗА ЛЕСОПОГРУЗЧИКОМ С ПЕРЕМЕННЫМ ЦЕНТРОМ ВРАЩЕНИЯ ГРУЗА
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
Е-mail: poletaikin_vf@mail.ru
Лесопогрузчики перекидного типа грузоподъемностью от 25 до 42 кН на базе лесопромыщленных тракторов широко применяются в лесной промышленности России при заготовке древесного сырья в виде хлыстов и деревьев с кроной. Исходя из этого, вопросы повышения технического уровня лесопогрузчиков являются актуальными. Повышение производительности лесопогрузчиков связано с решением вопросов повышения грузоподъемности и быстродействия механизмов, скоростей движения, улучшения условий труда операторов. Однако интенсификация режимов работы обуславливает повышение уровня динамических нагрузок на элементы конструкции, возникающих под действием внешних возмущений. При проведении исследований и расчетов на стадии проектирования внешние возмущения рассматриваются либо в виде нагрузок, закон изменения которых во времени задан (детерминирован), либо в виде стационарных случайных процессов, характеристики которых определяются экспериментальными исследованиями.
Приведены результаты математического моделирования динамики нагрузок на ходовую систему базовой машины гусеничных лесопогрузчиков перекидного типа с учетом влияния на их уровень угла наклона корпуса при наборе груза, скорости движения элементов конструкции технологического оборудования и других факторов.
Ключевые слова: лесопогрузчики гусеничные, режимы работы, математические модели, базовая машина, динамические нагрузки.
Conifers of the boreal area. 2018, Vol. XXXVI, No. 6, P. 560-563
MODELLING OF PROCESS OF TRANSFER OF FREIGHT THE LOGGER WITH THE VARIABLE CENTER OF ROTATION OF FREIGHT
V. F. Poletaikin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: poletaikin_vf@mail.ru
Loggers of perekidny type from 25 to 42 kN on the basis of timber industry tractors are widely applied by loading capacity in the wood industry of Russia at preparation of wood raw materials in the form of switches and trees with krone. Proceeding from it, questions of increase of a technological level of loggers are actual. Increase ofproductivity of loggers is connected with the solution of questions of increase of loading capacity and speed of mechanisms, speeds of movement, improvement of working conditions of operators. However the intensification of operating modes causes increase of level of dynamic loads of elements of the design, arising under the influence of external indignations. At carrying out researches and calculations at a design stage external indignations are considered or in the form of the loadings which law of change in time is set (is determined), or in the form of the stationary casual processes which characteristics are defined by pilot studies Results of mathematical modeling of dynamics of loads of running system of the basic car of caterpillar loggers of cross over type taking into account influence on their level of a tilt angle of the case at a set offreight, speed of the movement of elements of a design of processing equipment and other factors are given in the offered article
Keywords: loggers caterpillar, operating modes, mathematical models, basic car, dynamic loadings.
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в лесной промышленности применяются лесопогрузчики перекидного типа на базе лесопромышленных тракторов ТТ-4М, ТЛТ-100-04(06). Особенность работы этих лесопогрузчиков заключается в том, что при переносе груза из положения
набора в положение укладки изменяется центр вращения технологического оборудования и груза, при этом возникает режим совместного вращения стрелы с грузом относительно поворотного основания и всей машины относительно осей передних балансиров ходовой системы. Лесопогрузчик при наборе груза накло-
няется вперед и опирается на грунт специальными упорами, расположенными в передней части корпуса базовой машины, при этом задние балансирные каретки ходовой системы полностью отрываются от опорной поверхности. Вследствие этого в процессе переноса груза из положения набора груза в положении его укладки происходит соударение лесопогрузчика с опорной поверхностью погрузочной площадки. При этом возникают значительные динамические нагрузки, передающиеся на элементы конструкции ходовой системы, которые необходимо учитывать при проектировании новых машин. В работе [1] обоснованы расчетная схема и математические модели режима вращения стрелы с грузом относительно поворотного основания и всей машины относительно осей передних балансиров лесопогрузчика. В предлагаемой статье приводятся результаты моделирования перемещения стрелы с грузом из положения набора в транспортное положение с учетом наклона корпуса и режима соударения ходовой системы с опорной поверхностью.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ
Изучение величины и характера возникающих нагрузок на ходовую систему базовой машины при переносе груза из положения набора в транспортное положение при соударении задней балансирной каретки с опорной поверхностью.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
Моделирование режима вращения стрелы с грузом относительно поворотного основания и всей машины относительно осей передних балансиров, а также режима соударения задних балансирных кареток с опорной поверхностью.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ
В качестве объектов исследований приняты лесопогрузчики ЛТ-188 с изменяющимся центром вращения груза на базе гусеничных лесопромышленных
тракторов ТТ-4М, в качестве методов исследований -методы математического моделирования.
На рис. 1 представлена расчетная схема лесопогрузчика для моделирования режима вращения стрелы с грузом относительно поворотного основания и одновременно всей машины относительно оси передних балансиров [1].
Принятые обозначения: m0 - масса груза и подвижных частей технологического оборудования, приведенные к точке D; PK - кориолисова сила инерции;
Р - усилие на штоке гидроцилиндра поворота стрелы; lC - длина стрелы, S - длина гидроцилиндра поворота стрелы, m - масса базовой машины и неподвижных частей технологического оборудования, приведенная к оси вращения стелы (к точке С); О, О4 - оси вращения, соответственно, переднего и заднего балансиров базовой машины, r; R - радиусы инерции относительно оси О, соответственно, масс m о и т.
Математическая модель получена в следующем виде [1]:
moR2$1 + molC$1 + molC$1 + 2molCR%1 C0S Ф21 --2molCR(§1l$21 sinфф21 + molCR%1 C0S Ф21 --molcR^1^1 sin Ф 21 + mR2(1 =
= mo ' g ' A1 - mo ' g ' (A3 - A1) +
Ф21 'C -sin(180 -(21)
+2mo •(&Í1 ' I, 2
^C + R -2lCR cos(180 -ф21) molCЩ1 + 2molC+ molCR(h cos Ф21 -
1&21 sin Ф21 + molCR&,1 sin Ф21 +
(1)
-molC
+molcRф\lф2Ll sin Ф21 = mo ' g ' A3 -
- P ■ l ■
1 -
22 2l -2lc cos(180 - y - y 1 - Ф21)
2lS
0,5
Рис. 1. Расчетная схема системы «базовый трактор - технологическое оборудование - груз»: 1 - базовый трактор; 2 - стрела; 3 - поворотное основание;
4 - гидроцилиндр поворота стрелы; 5 - гидроцилиндр поворота основания
МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМА СОУДАРЕНИЯ ЗАДНЕЙ БАЛАНСИРНОЙ КАРЕТКИ С ОПОРНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ ПОГРУЗОЧНОЙ ПЛОЩАДКИ
Математическая модель движения груза в данном режиме представлена системой дифференциальных уравнений (1). Целью моделирования данного режима является определение угловых ускорений приведенных масс и нагрузок, действующих на ось задней ба-лансирной каретки в момент её соударения с опорной поверхностью. Заданная система дифференциальных уравнений второго порядка сводилась к системе уравнений первого порядка. Полученная новая система решалась методом Рунге-Кутта четвертого порядка. В результате решения уравнений получены величины ускорений массы т трактора, приведенной к оси вращения стрелы технологического оборудования (точка С, рис. 1). Найденные значения ускорений позволяют определить величину динамической нагрузки на оси задних балансирных кареток базового трактора в зависимости от параметров гидросистемы, кинематической схемы и расположения технологического оборудования на базовой машине. Для определения указанных нагрузок составлена расчетная схема, представленная на рис. 2. На схеме: аТ - вращательное абсолютное ускорение массы т0; ^ - ось задней каретки ходовой части; КР - усилие, действующее на ось задней балансирной каретки; е - расстояние от оси переднего балансира до оси задней балансирной
каретки; К - расстояние от оси переднего балансира до оси вращения стрелы; а т21 - вращательное относительное ускорение массы то; ат11 - вращательное переносное ускорение массы т; 0 - угол между вращательными ускорениями масс т о и т.
Нагрузка на ось задней балансирной каретки (на один борт машины) в момент соударения катков с опорной поверхностью определялась по выражению (2)
Гт^м-А -т-в(Аз -4)-Мт0 -Мт )
Rf =
/2, (2)
где Мто - момент силы инерции массы т о в абсолютном движении в продольно - вертикальной плоскости;
(3)
Mm„ = (Jm„ + m0- Г2)- S
где Зто - центральный момент инерции массы т о; е -угловое ускорение массы то.
s =
V(9Î! • R)2 + (Ф21 • le )2 - 2 • R ■ le • ф!>2 1 cos(180 - (9))
(4)
где &&1 - угловое ускорение массы т; Мт - момент силы инерции массы т в продольно-вертикальной плоскости:
Mm = ( Jm + m R 2)-ф1'1, где Jm - центральный момент инерции массы m.
(5)
Г
А
А,
Рис. 2. Расчетная схема определения динамических нагрузок на оси задних балансирных кареток при соударении с опорной поверхностью:
1 - базовый трактор; 2 - стрела; 3 - поворотное основание; 4 - гидроцилиндр поворота стрелы;
5 - гидроцилиндр поворота основания
Рис. 3. Значения динамических нагрузок на оси задней балансирной каретки и зависимости их от угла наклона лесопогрузчика ЛТ - 188 и от частоты вращения вала насоса, т0 = 6691 кг
Значения динамических нагрузок на ось задней балансирной каретки и их зависимости от угла наклона корпуса лесопогрузчика и частоты вращения вала насоса гидропривода технологического оборудования, полученные в результате моделирования рассматриваемого режима, представлены на рис. 3.
ВЫВОДЫ
На величину нагрузок на ось задней балансирной каретки при соударении лесопогрузчика с опорной поверхностью определяющее значение имеют угловая скорость вращения груза, зависящая от числа оборотов вала насоса гидропривода технологического оборудования и угол наклона лесопогрузчика вперед. Так, при увеличении числа оборотов вала насоса с 1300 мин-1 до 1600 мин-1 нагрузка на ось задней балансирной каретки при соударении лесопогрузчика с опорной поверхностью возрастает в 1,24 раза. При увеличении угла наклона лесопогрузчика ЛТ-188 вперед от 0 до 9° нагрузка на ось задней балансирной каретки при соударении с опорной поверхностью возрастает в 6,3 раза.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ
1. Александров В. А. Механизация лесосечных работ в России. СПб. : Изд-во СПбГЛТА, 2000. 208 с.
2. Полетайкин В. Ф. Прикладная механика лесных подъемно-транспортных машин : монография ; Сиб. гос. технологич. ун-т. Красноярск, 2010. 247 с.
3. Редькин А. К. Основы моделирования и оптимизации процессов лесозаготовок. М. : Лесная пром-сть, 1988. 256 с.
REFERENCES
1 Aleksandrov V. A. Mechanization of lesosechny works in Russia. SPb. : Publishing house SPbGLTA, 2000. 208 p.
2 Poletaykin V. F. Prikladnaya of the mechanic of wood hoisting-and-transport cars : monograph ; Siberian State Technological University. Krasnoyarsk, 2010. 247 p.
3 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 13.11.2018 Принята к печати 10.12.2018
