CC BY
8
УДК 630.37:001.891
Хвойные бореальной зоны. 2018. Т. XXXVI, № 4. С. 366-370 МОДУЛЬНАЯ МАШИНА ДЛЯ РАБОТЫ В СЕВЕРНЫХ РАЙОНАХ В. Н. Невзоров, В. Н. Холопов, В. А. Лабзин
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Приведены требования к шасси базовой машины для механизации процесса заготовки и транспортировки растительного сырья в северных районах Красноярского края. Наиболее полно отвечает приведенным требованиям сочлененная гусеничная машина. Обоснованный выбор сочленённой гусеничной машины основан на сравнительном анализе с другими типами транспортных машин по опорным, кинематическим, динамическим показателям, при движении, повороте и действующим нагрузкам в ходовой системе. Предлагаются различные решения при создании сочленённых гусеничным машин путём реализации блочно-модульного принципа, при котором компоновкой унифицированных узлов массового производства может быть создано семейство машин, состоящих из энергетических модулей и технологически активных модулей, с гибкой технологией и с применением новых концепций и технических решений. Энергетический модуль машины может быть создан на базе существующих колёсных тракторов сельскохозяйственного назначения и автомобилей. Тележки для моторно-трансмиссионного блока и технологические тележки могут быть выполнены в виде рамных модулей с различными вариантами ходовой системы, например, на пневматических катках и движитель с резиновыми гусеницами. На тележки возможна установка моторно-трансмиссионных блоков различных колёсных машин различной мощности, в результате чего можно создать спектр унифицированных машин различного технологического назначения и разной мощности, способных работать в любых условиях.
Использование бортовых цепных передач, ведущих мостов автомобильного типа передней тележки, карданной передачи и заднего ведущего моста задней тележки позволяют упростить передачу крутящего момента на ведущие звездочки гусениц тележек. Поворот сочленённой машины может осуществляться за счёт изменения угла между продольными осями энергетической и технологической тележек. Процесс реализуется с помощью дифференциальных и тормозных механизмом установленных на полуосях ведущих мостов.
Ключевые слова: северные районы, механизация, сочлененных машин, активные модули, новые концепции.
Conifers of the boreal area. 2018, Vol. XXXVI, No. 4, P. 366-370 MODULAR MACHINE FOR WORK IN THE NORTH AREAS V. N. Nevzorov, V. N. Cholopov, V. A. Labzin
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The requirements for the chassis of the basic machine for mechanization of the process of harvesting and transportation ofplant raw materials in the northern regions of the Krasnoyarsk Territory are given. The articulated caterpillar machine most fully meets the above requirements. The substantiate choice of articulated tracked vehicles based on comparative analysis with other types of vehicles in support, kinematic, dynamic indicators, when moving, turning, and operating loads in the running system. Various solutions are proposed the articulated caterpillar machine vehicles by imple-menting the block-modular principle, in which the layout of unified mass production units can be created a family of machines consisting of energy modules and technologi-cally active modules, with flexible technology and with the use of new concepts and technical solutions. The energy module of the machine can be created on the basis of existing wheeled tractors of agricultural purpose and cars. The trolley for the motor-transmission unit and the technological trolley can be made in the form offrame modules with various variants of the running system, for example, on pneumatic compactors and crawlet drive with rubber tracks. On the trolley can be installation the motor-transmission blocks of various wheeled vehicles of different power, whereby it is possible to create a spectrum of standardized equipment of various technological purposes and in different capacities, capable of working in any conditions. The use of on-board chain drives, driving bridges of the automotive type of the front trolley, cardan gear and the rear driving bridge of the rear makes it possible to simplify the transmission of torque to the on leading asterisks caterpillars trolley. Turning of the articulated machine can be carried out by changing the angle between the longitudinal axes of the energy and tech-
nological trucks. The process is realized by means of differentials and brakes mechanisms installed on the half-axles of leading bridges.
Keywords: northern areas, mechanization, articulated vehicles, active modules, new concepts.
ВВЕДЕНИЕ
Высокопродуктивные пищевые ресурсы леса в северных районах Красноярского края расположены в болотистых и труднодоступных местах с длительно восстанавливаемым растительным покровом.
По транспортно-эксплуатационным характеристикам машин, наиболее приспособленным к северных условиях, является сочлененная гусеничная машины с блочно-модульную компоновочной схемой.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ
Для механизации процесса заготовки и транспортировки растительного сырья в указанных условиях базовое шасси машины должно соответствовать ряду требований, к которым, безусловно, относятся следующие [1-3]:
- возможность работы на почвах с низкой несущей способностью, в том числе на болотах с гарантированным исключением затопления машины, при этом среднее удельное давление на опорную поверхность должно быть не более 120-130 г/см2;
- возможность работы с минимальным повреждением верхнего слоя почвы;
- движение не должно приводить к повреждению растительного покрова и сохранению подроста;
- возможность быстрой смены технологического оборудования;
Выполнение этих требований может обеспечить сочленённая гусеничная машина, включающая в себя энергетическую и технологическую тележки, связанные между собой сцепным устройством. Эти преимущества в сравнение с машинами других конструктивных и компоновочных схем позволяют реализовать следующие эксплуатационные преимущества:
- при повороте ширина следа гусеницы у сочленённой гусеничной машины меньше, чем у двух гусеничной при равных по ширине гусеницах;
- в сочленённых гусеничных машинах используется кинематический способ поворота, при котором
изменение радиуса поворота происходит за счёт изменения угла между продольными осями тележек, а не за счёт изменения сил тяги на гусеницах;
- сочленённая гусеничная машина имеет уменьшенное давление на опорную поверхность;
- динамическая неравномерность нагрузок по осям и опорам ходовой системы сочленённой гусеничной машины в несколько раз ниже, чем у двух гусеничной машины;
- в сочленённых гусеничных машинах возможна реализация модульного принципа построения машин, при котором компоновкой унифицированные узлов массового производства может быть создано семейство машин, состоящих из энергетических модулей и активных технологических модулей, с гибкой технологией и с применением новых концепций и технических решений.
Создание сочленённой гусеничной машины и ее применение основано на сравнительном анализе с другими типами транспортных машин по опорным, компоновочным показателям и способность плавно изменять радиуса движения при маневре.
Компоновочный варианты исполнения создаёт спектр унифицированных машин различного технологического назначения и разной мощности, способных работать в любых условиях.
Энергетический модуль машины для работы в Северных районах может быть создан на базе существующих колёсных машин, в число которых могут входить как тракторы сельскохозяйственного назначения, так и автомобили (рис. 1). С базовой колёсной машины используют передний мост и задние колёса. Полученный таким образом моторно-трансмиссион-ный блок устанавливается на выполненную в виде модуля гусеничную тележку, которая снабжена жёсткой рамой, резиновой гусеницей и пневмокатками различных конструктивных вариантов, связанных с рамой подвесками. Резиновые гусеницы имеют ряд конструктивных вариантов, которые позволят снизить вес машины и найти применения в различных типах сочлененных машин.
Гусеничная тележка Цепная передача Рис. 1. Схема модульной сочленённой машины
Связь выходных валов моторно-трансмиссионного блока с ведущими звёздочками гусеничной тележки может быть осуществлена, например, с помощью бортовых цепных передач. На одну и ту же тележку возможна установка моторно-трансмиссионных блоков различных колёсных машин различной мощности, в результате чего можно создать спектр унифицированных машин различного технологического назначения и разной мощности, способных работать в любых условиях.
Соединение энергетической гусеничной тележки сцепным устройством со второй гусеничной тележкой, предназначенной для монтажа на ней технологического оборудования, и передачи части энергии двигателя моторно-трансмиссионного блока на вторую тележку для активизации её гусениц образует сочленённую гусеничную машину со сменной технологической тележкой. Сцепное устройство такой машины должно обеспечивать быструю смену технологических тележек с различным технологическим оборудованием.
Гусеницы обеих тележек должны быть ведущими. Для передачи энергии от энергетической тележки к технологической существуют различные способы. Для малогабаритной модульной машины наиболее простым может быть описано устройство в работе [4].
Пусть энергетическая тележка имеет расположенный в задней части мост 1 с ведущими звездочками 2 гусениц, а технологическая тележка - расположенный в передней части мост 4 с ведущими звездочками 3 гусениц (рис. 2). На выходных валах моторно-трансмиссионного блока 5 установлены ведущие звездочки 6 цепных передач 7, передающие крутящий момент от моторно-трансмиссионного блока 5 на ведомые звездочки 8, закрепленные на ведущих звездочках 9 моста 1. Мост 1 энергетической тележки и мост 4 технологической тележки связаны карданной передачей 10. Таким образом, крутящий момент от двигателя передается всем четырем гусеницам машины. При поворотах машины благодаря дифферен-
циалам, установленным во всех мостах машины, обеспечиваются разные скорости правых и левых гусениц.
Использование бортовых цепных передач позволяет наиболее просто производить передачу крутящего момента от моторно-трансмиссионного блока к ведущим звездочкам гусениц. Кроме того, цепная передача позволяет путем установки сменных звездочек цепных передач получать различные передаточные числа привода и тем самым изменять тягово-скоростные свойства машины в зависимости от условий её работы. Связь мостов передней и задней тележек карданной передачей позволяет упростить систему передачи энергии с передней тележки на заднюю, уменьшить за счет ликвидации промежуточных элементов расстояние между тележками и тем самым улучшить маневренность машины, а также упростить операции по сцепке и расцепке тележек.
Поворот сочленённой машины осуществляется за счёт изменения угла между продольными осями энергетической и технологической тележек, который может производиться с помощью различных устройств. Для малогабаритной сочленённой машины целесообразно использовать простейшие устройства, например, автомобильное рулевое управление, либо устройство по патенту России № 2580599 [5].
Устройство для управления сочлененной двухте-лежечной гусеничной машиной по патенту России № 2580599 включает в себя тормозное устройство 1 вертикального шарнира на соединении дышла 2 передней тележки 3 и дышла 4 задней тележки 5. Тормозное устройство 1 связано приводом 6 с органом управления (например, рычаг), расположенным в кабине водителя (на чертеже не показан). Гусеницы передней тележки 3 и задней 5 соединены с силовой установкой через трансмиссию машины с разветвлением потоков энергии на главные передачи 7 и 8, межколесные дифференциалы 9, 10, выходные валы 11, 12, 13, 14, кинематически связанные с левыми и правыми гусеницами тележек 3, 5.
Рис. 2. Схема силовой передачи малогабаритной модульной машины
Рис. 3. Устройство управления сочленённой машиной по патенту России № 2580599
На выходных валах 11, 12, 13, 14 тележек 3, 5 установлены тормозные механизмы 15, 16, 17, 18. Привод 19 левого тормозного механизма 15 передней
тележки 3 связан с приводом 20 правого тормозным механизмом 18 задней тележки 5 и соединен с левым органом управления (например, педаль) в кабине водителя (на чертеже не показан). Привод 21 правого тормозного механизма 16 передней тележки 3 связан с приводом 22 левого тормозного механизма 17 задней тележки 5 и соединен с правым органом управления (например, педаль) в кабине водителя (на чертеже не показан).
В описываем устройстве исключены сложные механизмы в управлении поворотом сочлененной машины, что приводит к упрощению конструкции устройства для управления и повышению его надежности.
Одновременный поворот передней тележки в сторону требуемого направления поворота, а задней тележки против направления поворота обеспечивает сочлененной машине быстродействие выполнения поворота.
Установка тормозного устройства на вертикальном шарнире позволяет регулировать момент сопротивления изменения угла между продольными осями передней и задней тележек, что позволяет уменьшить динамические нагрузки при изменении радиуса поворота за счет плавности изменения относительной угловой скорости тележек и повысить точность управления.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Предложены требования, предъявляемые к базовому шасси машины при эксплуатации в северных условиях Красноярского края.
2. Обосновано применение сочлененной гусеничной машины для механизации различных технологических операций в северных условиях.
3. При создании сочлененной машине предложена блочно-модульная компоновочная схема, которая включает энергетическую и технологическую тележки со сцепным устройством.
4. Разработаны возможные компоновочные и конструктивные схемы узлов машины с использованием
унифицированных агрегатов и узлов автомобилей, тракторов и других маши.
5. Технические решения и конструктивные исполнения сочлененной машины позволяет механизировать технологические операции и снизить себестоимость высокопродуктивных пищевых продуктов леса.
БИБЛИОГРФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ
1. Невзоров В. Н., Холопов В. Н., Лабзин В. А. К вопросу создания машины для заготовки и транспортировки недревесных лесосырьевых ресурсов // Инновации в науке и образовании: опыт, проблемы, перспективы развития : материалы Всерос. очно-заочной науч.-практ. и науч.-метод. конф. с междунар. участием. Ч. 2. Инновации в научно-практической деятельности / Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2010. С. 103-106.
2. Невзоров В. Н., Холопов В. Н., Лабзин В. А. Основы функционирования транспортно-технологи-ческой машины для заготовки и транспортирования недревесного сырья // Проблемы современной аграрной науки : материалы Междунар. науч. конф. (15.10.2012) / Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2012. С. 105-108.
3. Холопов В. Н., Невзоров В. Н., Лабзин В. А. Концепция машины для заготовки и транспортировки лесного недревесного растительного сырья // Хвойные бореальной зоны. 2013. Т. ХХХ1, № 1-2. С. 149-154.
4. А. C. СССР № 1613378, B 62 D 55/00. Двухзвен-ная гусеничная машина / В. Н. Холопов, В. А. Лабзин; Заявит. Сиб. технологич. ин-т. Заявка № 4633737/31-11 от 09.01.89. Опубл. 15.12.90. Бюл. № 46.
5. Патент 2580599 Российская Федерация, B 62 D 5/06, B 62 D 11/08. Устройство управления сочленённой двухтележечной гусеничной машиной / В. Н. Холопов, В. А. Лабзин ; Заявит. и патентообладатель Сиб. гос. технологич. ун-т. № 2014153281/11, заявл. 25.12.2014; опубл. 10.04.2016. Бюл. № 10.
REFERENCES
1. Nevzorov V. N., Kholopov V. N., Labzin V. A. K voprosu sozdaniya mashiny dlya zagotovki i transpor-tirovki nedrevesnykh lesosyr'yevykh resursov //
Innovatsii v nauke i obrazovanii: opyt, problemy, perspektivy razvitiya : materialy Vseros. ochno-zaochnoy nauch.-prakt. i nauch.-metod. konf. s mezhdunar. uchastiyem. Ch. 2. Innovatsii v nauchno-prakticheskoy deyatel'nosti / Krasnoyar. gos. agrar. un-t. Krasnoyarsk, 2010, S. 103-106.
2. Nevzorov V. N., Kholopov V. N., Labzin V. A. Osnovy funktsionirovaniya transportno-tekhnologiches-koy mashiny dlya zagotovki i transportirovaniya nedre-vesnogo syr'ya // Problemy sovremennoy agrarnoy nauki : materialy Mezhdunar. nauch. konf. (15.10.2012) / Krasnoyar. gos. agrar. un-t. Krasnoyarsk, 2012, S. 105-108.
3. Kholopov V. N., Nevzorov V. N., Labzin V. A. Kontseptsiya mashiny dlya zagotovki i transportirovki lesnogo nedrevesnogo rastitel'nogo syr'ya // Khvoynyye boreal'noy zony. 2013, T. ХХХ1, № 1-2, S. 149-154.
4. A. C. SSSR № 1613378, B 62 D 55/00. Dvukhzvennaya gusenichnaya mashina / V. N. Kholopov, V. A. Labzin; Zayavitel' Sib. tekhnologich. in-t. Zayavka № 4633737/31-11 ot 09.01.89. Opubl. 15.12.90. Byul. № 46.
5. Patent 2580599 Rossiyskaya Federatsiya, B 62 D 5/06, B 62 D 11/08. Ustroystvo upravleniya sochlerännoy dvukhtelezhechnoy gusenichnoy mashinoy / V. N. Kholo-pov, V. A. Labzin ; Zayavitel' i patentoobladatel' Sib. gos. tekhnologich. un-t. № 2014153281/11, zayavl. 25.12.2014; opubl. 10.04.2016. Byul. № 10.
© Невзоров В. Н., Холопов В. Н., Лабзин В. А., 2018
Поступила в редакцию 13.04.2018 Принята к печати 31.08.2018
