CC BY
21
НАГРУЖЕННОСТЬ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ВАЛОЧНО-ПАКЕТИРУЮЩЕЙ МАШИНЫ ПРИ ПОДЪЕМЕ ОБЛОМА ПОВОРОТОМ ЗАХВАТНО-СРЕЗАЮЩЕГО УСТРОЙСТВА
Шоль Н.Р., Травин Н.Н., Снопок Д.Н. (УГТУ, г. Ухта, РФ)
The analysis of the received settlement data shows, that at rise trunks trees of the big volume and in modes of latching at their turn the capture-cutting off device dynamic loading on a power-plant depending on time of dispersal or latching makes 15,37... 43,21% from the nominal twisting moment of the engine. It results in decrease offrequency of rotation of a cranked shaft to 250... 400 rev/min that causes the raised charge offuel and a possible stop of a diesel engine.
На рисунке 1 представлена расчетная схема для исследования процесса подъема облома поворотом ЗСУ.
а - исходная; б - эквивалентная.
Рисунок 1 - Расчетные схемы
Принятые обозначения: J1 - момент инерции кривошипно -шатунного механизма, маховика, сцепления и шестерен гидронасоса;
J2 - приведенный момент инерции захватно -срезающего устройства и облома; с12 - приведенная крутильная жесткость гидропередачи привода ЗСУ; Од - сила тяжести дерева;
Мд - крутящий момент, отбираемый от силовой установки для привода ЗСУ; Мс - момент сопротивления повороту ЗСУ, приведенный к коленчатому валу. Кинетическая энергия механической системы
•2 -2
Т = 3Х Ф2 + 3 2 Ф. 1 2 2 2
Потенциальная энергия системы
1 2
П = -с12(Ф -Ф2) ■
В соответствии с уравнением Лагранжа II рода система дифференциальных уравнений будет иметь вид
+ си(Р1 -Фг) = мд , 3 2Ф2 + ме = с 12 (ф -Ф2), (1)
Ф/
Ян ■ П
Ф2 = (а - Ь ■ р - с ул)/г х ¡п .
ь-Ли; Ь = тН-т-(Клц + Клн); с = ^^ [ ].
где а 60Н■ /п Лн 'Лц' ~ 60■ •~ц-н" / Из второго уравнения системы (1) выразим фх
г ■■ з2 ■■ мс
32Ф2 + мс + с12^2 = с12^1, ф =— (р2 + — + Ф> >
с
12
с
12
3 2...... 3 2 /к
ф =— ф2 + ф2 > ф = ~ ф2 + ф2 ■
с
12
с
12
Значения для фх подставим в первое уравнение системы (1)
31 з
2 т/V
(р2 + 31ф2 + с12ф1 -ф2) = МД
12
Подставим в уравнение (2) значения ф2 и ф1^ с учетом того, что
(Р2 =
ЬCl2¡Я-(ф -Фг) - ^(ф -Р2)
Г г
J п
Г г
п
/ г х '
п-
фЧ =
.•2
Ьсл-(фГ Ф ) - ^ (ФГ -ФГ)
/г
J п
IV-
/ г
п
/ г х ¡'
П ■
Ф -Ф")+
/ г
./ п
- ф2" )+31^(Ф1 - Ф2)+
2
/ гг
п
/г2
п
'/'ьс'22'п (ф1 -ф2) - с12(Ф1 -Ф2) = -мд.
/г2
п
Преобразуя, получим
(фг - ф2к) + Аф - ф2п ) + Вф - ф2) + с(ф - ф2) - Д(ф1 - ф2) = -Е,
/v-
///
где ^ = -; В = ^; С с
Ьс
12 .
3 2 с
Д =
с12./пг 2
313 2 с'п
Е =
М д /пг 2
313 2 с'' п
(2)
(3)
В случае стопорения облома в процессе его поворота ЗСУ система дифференциальных уравнений примет вид (см. расчетную схему на рисунке 2)
J\Фl + С12 (^1 = Мд , J 2Ф2 + = С12 (^1 -Ф2) - М
ф
Ф2 = (а--■ Р-С р^гх*п■ Выразим из второго уравнения системы (4) ф и ф
J2 ..
ф =— ф2 +
(с0 + с12 )
С
12
С
Ф2 +■
М„
ф
а ф^ + (Со + С12) ф2,
12
12
С
12
С
12
Здесь с0 - приведенная крутильная (угловая) жесткость облома.
1.
0
а - эквивалентная; б - исходная.
Рисунок 2 - Расчетная схема
Значение для фф подставим в первое уравнение системы (4)
1
-ф2' -~ ф2 + С12(ф1 -ф2) = МД .
.1IV ^(Со+С12 ) „ . Ф2 + ^ 12 С12
С
(5)
Как и в первом случае, подставим в уравнение (5) значения для Ф2 и ф^* и окончательно получим
(фг - ф*) + д ф/11 - ф2ш) + 5(ф - ф2) + с (ф - ф2) - Д (ф - ф2) = - я, (6)
где А = -; 5 = • с =
С j 2
0 + с12)./"<_ (с0 + с12)- . д _ сп!пг*
Е =
Мд /пт 2
J2 С J1J 2 С ■ / п ■ С ■ 1ц
Рассмотрим примеры применительно к ВПМ ЛП-19А.
Объем облома V = 3,0м3; j1 = 4,05 кг-м2; 1П = Ф\
Фо
157 0,7
= 224,3 ; г = 0,3 м;
- = 1,57 ■ 10-6 м3-с-Н; с = 0,275 ■ 10-6 м3/Н; /п = 153,86 ■ 10-4 м2; С12 = 28,62 Н-м;
\-б
3
4 2.
3 v 2
3 = 2/9 = 3,69 кг-м ;
2 /¡п
с = СД V . с =
с = /.2 . сд = 1п
0,1
3ж - Е - г - г
0 'к
4 - Н'
С = 132,28 Н-м;
^ = 0,1 м/с; гр = 0,6 с; гг = 0,6 с; ф20 = = 0,33 с-1.
1. Определяем коэффициенты дифференциальных уравнений (3) и (6).
В режиме подъема облома поворотом ЗСУ коэффициенты дифференциального уравнения будут соответственно равны:
А = 5,71 с-1; В = 7,756 с-2; С = 44,28 с-3; Д = 0,192 с-4. В случае стопорения
А = 5,71 с-1; В = 43,60 с-2; С = 248,94 с-3; Д = 0,192 с-4.
2. Находим коэффициенты затухания колебаний и частота колебаний: В первом случае
а = -2,85 с-1; ^ = -2,854 с-1; к = 0,63 с-1; п = 2,85 с-1. Во втором случае
а = -2,85 с-1; ^ = -2,855 с-1; к = 5,95 с-1; п = 2,854 с-1.
3. В качестве начальных условий примем: - при подъеме объема поворотом ЗСУ
(ф1 -ф2)
= 0 г = 0
; (Ф1 -Ф2)
=0 г = 0
; (ф1 -ф2)
— Ф20,
г = 0
гр; (ф;-ф2)1
при стопорении облома
(ф1 -ф2)
=0 г = 0
; (ф1 -ф2)
=0 г = 0
; (ф1 ф2)
Ф20 /
(ф1 -ф2)1
г = 0
= 0 г = 0.
= 0 г=0
В таблице 1 приведены исходные характеристики предмета труда (облома), используемые для расчета.
Таблица 1 - Исходные характеристики предмета труда (облома)
V, м3 О, Н Н, м Нд , м Нг, м г0, м Гк , м
0,5 5120 22 - 24 19,5 8,8 - 9,6 0,13 0,08
1,0 10230 24 - 26 23,9 10 - 10,4 0,17 0,08
1,5 15348 28,5 - 26 22,1 11 - 10,4 0,20 0,08
2,0 20465 26 - 29 23,8 10,4 - 11,6 0,23 0,08
2,5 25581 26,5 - 29,5 23,8 10,6 - 11,8 0,26 0,08
3,0 30697,6 26,5 - 29,5 23,8 10,6 - 11,8 0,28 0,08
4. Используя выражение (2.60) находим значения постоянных с1.. .с4 : В первом случае
с = 0,0712 рад ; с2 = 4,68 рад ; с3 = -0,0712 рад; с4 = -0,49 рад . Во втором случае
с = 0,0156 рад; с2 = -0,024 рад ; с3 = -0,0156 рад ; с4 = 0,0466 рад .
5. Находим деформации упругой связи " с
12
фф -ф) = е~2'85?(0,0712соб0,63? + 4,68бт0,63?) +
+ е
-2,854?
(-0,0712соб2,85? - 0,49бт 2,85?);
(ф -ф) = е"2'85? (0,0156 соб 5,95? - 0,024 Бт 5,95?) +
+ е
-2,854?
(-0,0156 соб 2,854? + 0,0466 Бт 2,854?).
Добавочный динамический момент найдется как
Мдд°ибн = с12ф -ф2) ■ На рисунке 3 приведен графики изменения добавочных динамических моментов, воздействующих на коленчатый вал силовой установки ВПМ при варьировании времени разгона и стопорения в пределах 0,3... 0,6 с ■
Рисунок 3 - График изменения добавочных динамических моментов
Анализ полученных расчетных данных показывает - при подъеме обломов деревьев большого объема и в режимах стопорения при повороте их ЗСУ динамическая нагрузка на силовую установку в зависимости от времени разгона или стопорения находится соответственно в диапазоне 147,96.267,88 Н-м и 95,27.192,85 Н- м, что составляет 15,37.43,21% от номинального крутящего
момента двигателя.
Динамическая нагрузка на силовую установку ВПМ в режимах разгона при повороте обломов большого объема захватно -срезающим устройством "снизу-вверх" вызывает снижение частоты вращения коленчатого вала до 250.400 об/мин, что вызывает повышенный расход топлива и возможную остановку дизеля.
