CC BY
12
3. ТЕХНОЛОГ1Я ТА УСТАТКУВАННЯ Л1СОВИРОБНИЧОГО КОМПЛЕКСУ
УДК629.02 Проф. Б.В. Бглик, канд. техн. наук;
асист. Н.В. Шевченко, канд. техн. наук - НЛТУ Украти, м. Львгв
МОДЕЛЮВАННЯ ВЕРТИКАЛЬНИХ КОЛИВАНЬ Л1СОВОЗНОГО АВТОПОТЯГА З УРАХУВАННЯМ 1НЕРЦ1ЙНИХ ПАРАМЕТР1В ПАКЕТА НАШВСТОВБУР1В
Розглянуто методику розрахунку моменту шерцп та координат центра маси пакета напiвстовбурiв за даними щодо його розмiрiв i ваги. Обгрунтовано схему екв1вален-тно'1 динамiчноl моделi для розрахунку вертикальних коливань лiсовозного автопотяга з двовюним балансирним розпуском. Складено математичну модель, яка описуе верти-кальнi коливання автопотяга з урахуванням вертикально-кутових коливань пакета на-пiвстовбурiв. Iмiтацiйним моделюванням пiдтверджено вплив маси та довжини пакета на показники плавностi ходу автопотяга.
Ключовi слова: люовозний автопотяг, розпуск, балансирна шдвюка, момент шерцп, вертикальнi коливання, iмiтацiйне моделювання.
Вступ. Складнi умови транспортування деревини на лiсових дорогах спричиняють значнi динамiчнi навантаження на дорогу, а також ходову систему i агрегати лiсовозного автомобiля. Використовуючи математичне та iмiта-цшне моделювання коливань лiсовозного авто потяга, можна вибрати потрiбнi параметри його шдвкки та зменшити динамiчнi навантаження на транспортний засiб i руйнування дорiг.
Розподiл мас автопотяга характеризуемся двома основними параметрами: положенням центрiв мас i 1хшми моментами шерцп. На коефiцiенти розпо-дшу пiдресорених мас автопотяга впливають розмiри пакета деревини i маси ос-новних вузлiв автомобшя. Для ощнки вертикальних коливань лiсовозного авто-мобшя-тягача розглянемо методику визначення вiдповiдних моменпв iнерцií та проведемо моделювання руху автопотяга як з пакетом деревини, так i без нього.
Об'ект i методика. Об'ектом дослiдження прийнято лiсовозний автопотяг Урал-4320+ГКБ-9851, що складаеться з трьохосьового автомобiля i розпус-ка (рис. 1).
Е^валентну динамiчну модель для розрахунку вертикальних коливань лковозного автопотяга з пакетом напiвстовбурiв розглядатимемо як плоску ди-намiчну систему. Дискретнi маси моделi автомобiля i розпуска виконують коливання тшьки в поздовжнiй вертикальнш площинi вздовж осi 2, а розподшена маса пакета деревини - вертикально-кутовi вiдносно поперечно! ос у, що проходить через 11 центр ваги (рис. 2).
У наведенш моделi прийнято таю позначення: т1, т2, т0 - дискретш шд-ресоренi маси автомобшя без вантажу; те, Зув - маса та момент шерцп пакета нашвстовбурш; тр - власна маса розпуска без урахування мас його осей; тб -маса одного балансира розпуска; ср1, ср2 - жорстшсть двох переднiх ресор та
жорсткiсть одно'1 ресори-балансира автомобiля; сш, сшр, кш, кшр - коефщенти жорсткостi та непружного (в'язкого) опору шин колiс кожно'1 з осей автопотяга; Ьд - довжина пакета; 1К - вщдаль мш кониками автопотяга; с - поздовжня вщ-даль вiд центра ваги Од до переднього краю пакета деревини; ае, Ьв - координати центра ваги пакета напiвстовбурiв; а - кутовi коливання пакета напiвстовбурiв.
Рис. 1. Л^овозний автопотяг Урал-4320+ГКБ-9851
Рис. 2. Схема е^валентног динам1чно1 моделi для розрахунку вертикальних коливань л^овозного автопотяга
Запропонована нами динамiчна модель вертикальних коливань авто-мобтя з ресорно-балансирною тдвю-кою вiдрiзняеться вiд загальноприйня-тих [2, 3, 6] (рис. 3).
Вважаемо неправильним розта-шування на схемi пружного (з жорст-кiстю С) та дисипативного (з коефь цiентом в'язкого опору К) безмасових елементiв розташованих мiж балансир-ною пiдвiскою та тдресореною масою М, осктьки вюь ресори-балансира жорстко з'еднана з рамою автомобтя.
Рис. 3. Розрахункова схема моделi балансирног тдв^ки [6]
У прийнятш нами моделi (рис. 2) пакет напiвстовбурiв розглядаемо як абсолютно жорстке тшо та описуемо розподiленою масою шв i моментом шерцп вiдносно поперечно'' осi JyQ. Беручи до уваги зменшення дiаметрiв натвстов-бурiв по довжинi та використовуючи метод числового iнтегрування визначено поздовжш координати aQ, bQ центра маси i момент шерцп пакета JУQ (рис. 4).
Рис. 4. Розрахункова схема пакета деревини, для визначення координат центра
маси i моменту терци
Оскшьки об'ем пакета
Vq = mQ / /д ,
де /Д - густина деревини (приймаемо 810 кг/м3), то висоту пакета натвстовбу-piB можна обчислити як
lQBQkQ
де: lQ, VQ - довжина i об'ем пакета; BQ, kQ - ширина та коефщент повноти пакета (приймаемо kQ =0,66); gд - густина деревини.
Координати центра маси пакета напiвстовбуpiв апн i Ъпн доpiвнювати-
муть:
L | тз + 3m4 + 5m5
I 6 6 6
3mi + m + 3тз + 5mm
4 4 6 6
Ъпи = L - аг
де m, = kQ^^fm, , = 1,2; m] = kQ^g^,i = 3...5, h = h0-^ ((h-h)/L); h2 = ho - ^ ((h0 - hK)/L); h = ho - аин + bf ((h0 - hK)/L);
6
h4 = ho - am + b2~ ((h0 - hK)/L); h5 = ho - anH + ((h0 - h)/L). Момент iнеpцií пакета JyQ
JyQ = Jlc + J 2c + J 3c + J 4c + J 5c +
+m1
/ \ 2 3апн
4 ,
\ /
+ m?
2
апн
j
+ m3
2
Ъпн
6 .
\ /
+ m4
Ъпн j
+ ms
2
5Ъпн 6 j
де J1c, J2c, J3c, J4c, J5c - моменти шерцп частин пакета напiвстовбуpiв, вiдносно поперечних осей, що проходять через i'xm центри ваги.
=
Для розрахунюв приймаемо довжину пакета напiвстовбурiв Ье = 11 м, передшй звис £=1 м, вантажнiсть Урал-4320 т0=7000 кг, розпуск ГКБ-9851 вантажнктю те2 =8500 кг. Тодi вiддаль мiж кониками автопотяга на базi Урал-4320 дорiвнюватиме:
Ь к = —— (апн -11), ао = апн - 11, Ьо = Ьк - ао .
тВ2
Поздовжш координати ап та Ьп центра ваги Оп та коефiцiент розподшу еуп пiдресореноí маси автомобшя Урал-4320 без вантажу визначено на mдставi даних щодо мас, габаритних розмiрiв i розмiщення основних агрегатав й вузлiв,
якi закрiпленi на рамi автомобiля над ресорами пiдвiски еуп = -
Зу
и [4].
тпШуЯпЬп
Наведена е^валентна динамiчна модель автопотяга (рис. 2) мае вкш ступешв вiльностi. За узагальненi координати системи прийнято: z1, х2с, z2з, zн1, zн2, zн3, г1р, z2р. Тодi лiнiйнi вертикальш перемiщення мас —2, тр i кутове перемiщення а, визначаемо за формулами:
2
_ = Z2c + Z 2з
z = z1р + z2р . а= Z2 1р
1к
Якщо позначити 1 = Ь, 1 = —, то дискретш маси, що моделi автомобь
Б Б
ля шдресоренщ! маси тп автомобшя без вантажу обчислюються за формулами:
т1 = т„£уп1; тг = —пРупЬ; —о = —п(1 - £уп).
Використовуючи рiвняння Лагранжа i позначивши Зуо / 2/2 = /, отри-маемо систему диференщальних р1внянь, якi описують вертикальнi коливання автопотяга з пакетом напiвстовбурiв:
(—1+1—0^ + 0,5—01112.^2^ + Z23) + kpl(Zl- ZH1) + ср1(д + zнl) = 0;
(0,25—2 + 0,25—1 + 0,5j)(Z2c+Z2з)+0,5mОЯl1г¿l + mб'Zгc - У(йр + Z2p) +
кр2^2с - Zн2) + С р2^2с - Zн2) = 0;
(0,25—2 + 0,25—1 + 0,5j)(Z•2c+Z2з)+0,5m01l12Zl + mб^Zъ - Л^р + '¿2 р) +
кр2^23 - ZH3) + Ср2^2з - Zн3) = 0; тн^ „1 + kpl(Z н1- Zl) + с pl(zнl- Zl) = -kшl(Zнl + <?1) - Сшl(Zнl- <?1); mн2Z н2 + кр2^н2 - Z2c) + Ср2^н2 - Zгc) = -кш2^н2 + Ч2) - Сш2^н2 - Ч2); mн2Z н3 + кр2^н3 - Zгз) + Ср2^н3 - zгз) = -kш2(Zн3 + Ч3) - Сш2^нз - Ч3); ¿1р(2mб + 0,5Л - /^2с + г2з) + ¿2р(—б + 0, 5 Л = -кшр^1р - Ч4) - Сшр^1р - Ч4); ¿2р(2mб + 0,5Л - /^2с + г2з) + (—б + 0, 5 ./Ж р = - кшр^2р - Ч5) - Сшp(Z2р - Ч5).
Розглядаючи разом з вертикальними перемщеннями пакета так зване його "хитання", знайдемо моменти iнерцií Зуд1 та Зуд1 пакета вiдносно осей у, що про-
ходять по л1нл коника автомобшя 1 коника розпуска. Ц моменти шерцл мають р1з-ш числов1 значення, бо р1зними е поздовжш координати aQ, ^ центра маси Ой:
JyQ\ = JyQ + mQaQ; JyQ2 = JyQ + mQbQ.
Результати дослщження. На кафедр1 л1сових машин 1 гщравлки [4] складено комп'ютерну програму в середовищ1 Бе1рЫ, яка дае змогу розрахувати показники плавност1 ходу, зокрема середш квадратичш значення пришвидшень вертикальних коливань тдресорених мас трьохосьового автомобшя-тягача над передньою в1ссю 1 над задшм в1зком о/2 та маси над розпуском а/р. Нер1в-ност1 дороги змодельовано у вигляд1 вибо'н 1 горбюв, висоти 1 довжини яких характеры для зношених дорожшх покрить [2], що в1дпов1дае умовам руху ль совозних автопотяпв дорогами загального призначення (рис. 5).
Мжропрофып. М2 Довжинам1кропрофтя, м 11385.5 к-ть неивн на 1 км [ёГп7 ИСер.висота нер1вностей, см ПГо
1 2 3 ь 5 I6 17 8 9 |10 I11 I12 |14 I15 16 I17 18 19 120 I21
1_Н, м 12.0 0.5 10.0 0.5 12.0 0.5 12.0 0.7 17.0 0.5 10.0 0.5 11 0 0.7 15.0 0.5 12.0 0.7 17.0 0.5 11
ИН, см 0.0 -5.0 0.0 -4.0 0.0 -3.0 0.0 -5.0 0.0 -5.0 0.0 -6.0 0.0 -7.0 0.0 4.0 0.0 -5.0 0.0 -8.0 0.1
Б.м 12.0 12.5 22.5 23.0 35.0 35.5 47.5 48.2 65.2 65.7 75.7 76.2 87.2 87.9 102.9 103.4 115.4 116.1 133.1 133.6 14'
1,с 0.0 1.1 1.1 2.0 2.1 3.1 3.2 4.3 4.3 5.Э 5.Э 6.8 6.9 7.8 7.9 9.3 9.3 10.4 10.4 12.0 12
<_ 1
\ - номер нертностт Ш - довжина нертностч, м; ИН - висота нертностх см
Рис. 5. Дiалогове втно для моделювання м^опрофтя дороги у виглядi вибот i
горбтв
Рис. 6. Нормальт реакци дороги Д, Я2, Я2 тд час перегзду нерiвностей
, - поточш значення глибини одног ямки чи висоти горбка тд колесами передньог, середньог i задньог осей)
Результати iмiтацiйного моделювання виводились у виглядi графшв процесiв (рис. 6), пов'язаних з вертикальними коливаннями, а також у виглядi таблиць, в яких фксувались максимальнi перемiщення та середнi квадратичш пришвидшення пiдресорених мас автопотяга тощо. Iмiтацiйним моделюванням пiдтверджено вплив маси та довжини пакета напiвстовбурiв на показники плав-ностi ходу автопотяга (рис. 7).
5 10 15 тО' т 5 7 9 11 13 15 тО' т
Рис. 7. Залежмсть показнитв плавностi ходу автопотяга та дuнамiчнuх навантажень у трансмШг вiд маси та довжини пакета напiвстовбурiв
Висновки. Отже, розрахункову динамiчну модель, е^валентну коли-вальнш системi авто потяга, потрiбно розглядати як систему дискретних мас ав-томобiля-тягача i розпуска та розподiленоí маси пакета напiвстовбурiв. Поло-ження центра ваги i момент шерцп тдресорено'1 частини автомобтя-тягача у складi автопотяга залежить вщ розмiрiв та ваги пакета напiвстовбурiв i автомо-бтя. Результати Мтацшного моделювання вертикальних коливань лiсовозного автопотяга показали, що середнi квадратичнi значення пришвидшень вертикальних коливань тдресорених мас (особливо над заднiм вiзком) трьохосьово-го автомобтя-тягача зменшуються зi збтьшенням маси пакета напiвстовбурiв. Однак, збтьшення навантаження спричиняе зростання динамiчних навантажень у валах трансмюп. Тому запропоновану розрахункову схему i математич-ну модель автопотяга можна використовувати тд час розв'язування багатокри-терiальних задач з метою обгрунтованого вибору параметрiв 1х пiдвiсок.
Лггература
1. Ротенберг Р.В. Подвеска автомобиля: колебания и плавность хода / Р.В. Ротенберг. - М. : Вид-во "Машиностроение", 1972. - 392 с.
2. Яценко Н.Н. Колебания, прочность и форсированные испытания грузовых автомобилей / Н.Н. Яценко. - М. : Вид-во "Машиностроение", 1972. - 372 с.
3. Библюк Н.1. Жсотранспортш засоби: теорш / Н.1. Библюк. - Л^в : Вид. дам "Панорама", 2004. - 253 с.
4. Бшик Б.В. Ощнка коефщента розподлу тдресорених мас лковозного автомобшя / Б.В. Бшик // Науковi пращ ЛшвничоТ академп наук УкраТни : зб. наук. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ УкраТни. - 2012. - Вип. 10.
5. Шевченко Н.В. Обгрунтування головних параметрiв лiсовозних автопотяпв за техшко-експлуатацiйними критер1ями : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук / Н.В. Шевченко. - Лы^в : 2012. - 21 с.
6. Дячук М.В. Дослщження плавносл руху багатовiсного вантажного автомобшя / М.В. Дячук, ОС. Лиходш // Новини науки Придншров'я : наук-практ. журнал. - Сер.: Инженерш дис-циплши. - Днiпропетровсык : Вид-во ПРАОА. - 2003. - N° 5. - С. 27-32.
Билык Б.В., Шевченко Н.В. Моделирование вертикальных колебаний лесовозного автопоезда с учетом инерционных параметров пакета полухлыстов
Рассмотрена методика расчета момента инерции и координат центра массы пакета полухлыстов по данным его размеров и веса. Обоснована схема эквивалентной динамической модели для расчета вертикальных колебаний лесовозного автопоезда с двухосным балансирным роспуском и составлена математическая модель, описывающая вертикальные колебания автопоезда с учетом вертикально-угловых колебаний пакета древесины. Имитационным моделированием подтверждено влияние массы и длины пакета на показатели плавности хода автопоезда.
Ключевые слова: лесовозный автопоезд, роспуск, балансирная подвеска, момент инерции, вертикальные колебания, имитационное моделирование.
BilykB.V., ShevchenkoN.V. Simulation of vertical vibrations of logging train with the inertia parameters of the package trunks
We consider the method of calculating the moment of inertia and center of mass coordinates trunks packet according to its size and weight. Justified equivalent circuit of the dynamic model for the calculation of the vertical oscillations of logging train with a two-axle unsprung dissolution trailer and compiled a mathematical model that describes the vertical vibrations of the train car, including vertical angular vibration trunks package. Simulation modeling confirmed the influence of the mass and the length of the package on the performance trunks ride trains.
Keywords: logging combination, trailer, balance-suspension, time inertsshyi, vertical vibrations simulation.
УДК 666.3.135:667.637.4 Проф. М.М. Гивлюд, д-р техн. наук -
НУ "ЛьbeiecbKa полтехшка"; астр. Л.Б. Демидчук -Львiвська КА
ФАЗОВ1 ТА СТРУКТУРЫ ЗМ1НИ У ПРОЦЕС1 ФОРМУВАННЯ ЗАХИСНИХ ПОКРИТТ1В ПРИ НАГР1ВАНН1
Розглянуто питания фазових i структурних змш у процес формування захисних покритав шд час на^вання. Дослщжено закож^рност процеив взаемоди силщшор-гашчних сполук на осж^ наповнених шшметилфеншсилоксашв з оксидами-наповню-вачами та можливост !х застосування для високотемпературного захисту залiзобетон-них будiвельних конструкций.
Ключовi слова: захисне покриття, органосилiкатний матерiал, фазовi та структур-нi змiни, полiметилфенiлсилоксан.
Високотемпературний i вогневий захист металевих i бетонних конструкций полягае у створеннi на !х поверхнi теплоiзолювальних шшьних екрашв з низькою температуропровщшстю, якi здатш витримувати високi температури й iзолювати поверхню матерiалу вiд прямо!' до агресивних фактор1в, шо зменшуе ирогр1вання пiдкладки i значно збшьшуе реальну межу температуростiйкостi та зберiгае його функци за до високих температур протягом тривалого перiоду часу [1].
На цей час високотемпературний захист конструкцш проводять на осно-вi теxнiко-економiчного аналiзу iз врахуванням таких фактор1в: вiдповiдноí ме-жi температуростшкосп, типу конструкцií, умов ексилуатаид конструкций агре-сивностi навколишнього середовища, трудомкткосп робiт пiд час нанесення покриття [2]. Тому для високотемпературного захисту матерiалiв використову-ють покриття на основi наповнених полiорганосилоксанiв [3]. Шд час нагр1ван-
