Определение нагруженности ходовой системы многооперационной лесосечной машины Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

перемещение машин по лесной площади, сохраняя, таким образом, ее среду.

2. Приведенные модели позволяют в широком диапазоне варьирования факторов условий лесозаготовок и машин вычислить и сравнить энергозатраты при заготовке древесины разными системами. Это позволит на стадии проектирования оптимизировать геометрические, весовые и энергетические параметры модульных лесных машин.

3. На рис. 4 видно, что наименьшие УЗЭ расходуются системой машин № 1, а запас леса 1 га существенно влияет на УЗЭ при его значениях до 100 м3/га (рис. 4).

4. На рис. 5 видно, что на УЗЭ значительное влияние оказывает сила тяжести энергетического модуля.

Библиографический список

1. Коломинова, М.В. Расчет удельных энергозатрат технологических процессов заготовки сортиментов при лесосечных работах / М.В. Коломинова // Сб. науч. трудов. Материалы научно-технической конференции УГТУ - 2011. - Ч. 2. - С. 215-220.

2. Кочегаров, В.Г. Технология и машины лесосечных работ: учебник / В.Г. Кочегаров, Ю.А. Бит, В.Н. Меньшиков. - М.: Лесная пром-сть, 1990. - 392 с.

3. Кочегаров, В.Г. Исследование некоторых параметров трелевочных машин / В.Г. Кочегаров, Ю.А. Ширнин // ИВУЗ. Лесн. журн. - 1981. - № 4 -С. 47-52.

4. Обоснование технологических параметров лесосек и режимов работы лесозаготовительных машин: учебное пособие / Ю.А. Ширнин, К.П. Рукомойников, Н.И. Роженцова, и др.; под. ред. проф. Ю.А. Ширнина. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2009.

- 172 с.

5. Патент № 2357407 РФ, МКИ7 Л0Ш23/00. Способ и машина для трелевки / Ширнин Ю.А., Ширнин А. Ю., Богатырева Е.А., Аказова О.В.; заявитель и патентообладатель МарГТУ - 2007 122910/12; за-явл.18.06.2007; опубл. 10.06.2009, Бюл. № 8. - 5 с.

6. Процессы комплексного освоения участков лесного фонда при малообъемных лесозаготовках: Научное издание / Ю.А. Ширнин, К.П. Рукомойников, Е.М. Онучин; Под. ред. Ю.А. Ширнина.

- Йошкар-Ола: МарГТУ, 2005. - 196 с.

7. Ширнин, Ю.А. Комплексное освоение участков лесного фонда / Ю.А. Ширнин // ИВУЗ. Лесн. журн. - 2002. - № 4 - С. 89-95.

8. Ширнин, Ю.А. Методика обоснования режимов работы технологических модулей при комбинированной трелевке древесины / Ю.А. Ширнин, А.Ю. Ширнин // Вестник МарГТУ Лес. Экология. Природопользование. - 2008. - № 2 - С. 51-59.

9. Ширнин, Ю.А. Моделирование энергозатрат при комбинированной трелевке древесины адаптивно-модульными машинами / Ю.А. Ширнин, А.Ю. Ширнин, А.Ю. Моржанов, И.В. Зверев // Вестник МарГТУ Лес. Экология. Природопользование.

- 2011. - № 3 - С. 50-57.

10. Ширнин, Ю.А. Технология и оборудование малообъемных лесозаготовок и лесовосстановление / Ю.А. Ширнин, Ф.В. Пошарников. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001. - 398 с.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЖЕННОСТИ

ходовой системы многооперационной

ЛЕСОСЕЧНОЙ МАШИНЫ

Е.Е. КЛУБНИЧКИН, доц. каф. колесных и гусеничных машин МГУЛ, канд. техн. наук,

В.А. МАКУЕВ, проф. каф. колесных и гусеничных машин МГУЛ, д-р техн. наук,

В.Е. КЛУБНИЧКИН, нач. Управления инновационного развития МГУЛ, канд. техн. наук

[email protected], [email protected], [email protected]

Лесозаготовительные машины на базе трелевочного трактора ТТ-4М имеют в передней части рессорную подвеску, наличие которой при выполнении операций на основных лесосечных работах вызывает упругие колебания подрессоренной части (остова) машины. Характер этих колебаний определяет динамическую нагруженность

деталей ходовой системы. Определение динамических нагрузок на стадии проектирования важно, поскольку это позволяет путем выбора оптимальной массы машины, рациональной компоновки технологического оборудования, скоростного режима работы элементов технологического оборудования и машины в целом избежать перегрузок

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

175

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Рисунок. Схема действия сил и реакций на валочно-сучкорезно-раскряжевочно-трелевочную машину ЛЗ-4

и тем самым увеличить долговечность машины.

Для составления дифференциального уравнения колебаний остова многооперационной лесосечной машины примем допущения:

- упругие элементы подвески имеют линейную характеристику;

- система имеет затухание, пропорциональное скорости колебаний остова машины;

- при движении машины и работе технологическим оборудованием не происходит отрыва катков от беговой дорожки гусеницы;

- податливость грунта равна нулю;

- микропрофиль под левой и правой гусеницами одинаков;

- подвеска симметрична относительно продольной оси машины;

- элементы технологического оборудования (стрела, рукоять) абсолютно жесткие;

- нагрузка от пакета деревьев принимается без учета их гибкости;

- массой неподрессоренных частей пренебрегаем.

С учетом принятых допущений на машину будут действовать следующие силы и их реакции (рисунок):

т0 - приведенная масса остова [кг]; тП -масса пакета деревьев, приходящаяся на коник машины [кг];

РМ - усилие, развиваемое манипулятором при выполнении операций с деревом

[Н];

Рт - тяговое сопротивление пакета деревьев [Н];

FHH - сила инерции остова [Н];

Ртр - сила трения в подвеске, приведенная к передней каретке [Н];

Мф - инерционный момент остова относительно поперечной оси, проходящей через центр масс [Н-м];

R12, R345 - реакции передних и задних кареток соответственно [Н];

Мзв - реактивный момент от ведущей звездочки [Н-м].

Применив к расчетной схеме принцип Даламбера, напишем уравнение динамического равновесия системы

Мф + YMpx + !MpTpi = 0, (1)

где Мф = - 1с ср;

1с - момент инерции остова относительно поперечной оси, проходящей через центр масс [м];

ф - угол поворота остова, при этом принимаем за положительное направление угла движение по часовой стрелке;

176

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Mp. - момент сил Р. на плече l . (от точки приложения сил до центра масс остова) [Н-м];

MpTpi - момент сил трения Рр . на плече [Н-м];

Подставляя в уравнение (1) действующие силы и их реакции и принимая угол ф достаточно малым, чтобы им пренебречь (10°), получим для расчетной схемы следующее выражение

1сф = RnL - ртрЬ + pJqbcosQ +

+ ^bSiny - mJbc + - FJbc -

- PMhqbSlnQ + PAeC0SY + MTB. (2)

Из условия динамического равновесия можно определить реакцию задней каретки

R345 = PMC0SQ + P TSlnY + m0 +

+ m + F + P - R . (3)

П ИН TP 12

Реакцию передней каретки можно выразить через возмущение, поступающее при проезде неровностей, и жесткость рессор.

R12 = 4c[(^345 - ^2) - ФL + /cт], (4)

где q12 и q345 - возмущение под передней и задней каретками соответственно; с - жесткость пружины рессоры; f - статическая осадка рессор.

Сила инерции определяется выраже-

нием

FИН = (m0 + mn)/g Ха (5)

где g - ускорение силы тяжести;

а - ускорение перемещения остова.

Выразив ускорение перемещения остова через возмущение от неровностей и угол ф, получим

FИН = (m0 + mn)/g Х^345 + Ш. (6)

Сила трения в подвеске определяется в предположении, что сопротивление пропорционально скорости вертикального перемещения остова [1].

PTP = -kP V = kpy^ (7)

где kpv - суммарный коэффициент сопротивления, приведенный к передней каретке;

v - скорость вертикального перемещения остова;

L

lbc + lc

Подставив значения (4), (6) и (7) в выражение (3), проведя соответствующие

преобразования и разрешив его относительно ф, получим дифференциальное уравнение колебания остова относительно шарнира В.

ф + kL2/IBj х ф + 4cL2/IB х ф =

*= -(mo + mn)/IBg Х

Х ^345 + 4cL/IB (q345 - A) + PJIB Х

Х lqhC0sQ - PMJIB Х hqbSlnQ + PTIB Х

Х lcbSlnY - PAb Х lbcC0SY + M3JIB- (8)

В уравнении (8) в правой части первые два члена выражают кинематическое возмущение от кареток при движении машины по неровностям, третий и четвертый члены - возмущение при работе технологическим оборудованием (манипулятором), остальные от тягового сопротивления пакета деревьев и реактивного момента ведущей звездочки.

Решением уравнения (8) будет значение угла ф в момент времени t. Зная ф(ф, можно определить реакцию передней каретки по выражению (4), а задней по выражению (3), подставив соответствующие значения и Р .

тр

R12 = 4c[(q345(t) - qi2(t)) - ф(t)L + -^Ст^ (9)

R345 = .(m0 + mn)[1 + 1/g^345(t) + %Jcb) +

+ kpL(P(t) + PM(t)C0SQ + PT(t)SlnY - R12(t)]. (10)

При работе технологическим оборудованием в выражениях (9) и (10) возмущение от неровностей будет отсутствовать, т.е.

q12 = q345 = 0.

Выведенное дифференциальное уравнение упругих колебаний остова многооперационной лесосечной машины позволяет определить нагруженность кареток ходовой части при работе технологическим оборудованием и при движении машины по неровностям.

Библиографический список

1. Попов, Д.А. Системы подрессоривания современных тракторов / Д.А. Попов и др. - М.: Машиностроение, 1974. - С. 127.

2. Клубничкин, Е.Е. Повышение долговечности ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины: дисс. ... канд. техн. наук / Е.Е. Клубничкин. - М.: МГУЛ, 2008.

3. Клубничкин, Е.Е. Ходовые системы гусеничных лесозаготовительных машин / Е.Е. Клубничкин и др. - М.: МГУЛ, 2010. - С. 110.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

177