Оценка энергоемкости механизмов поворота модульных сочлененных лесотранспортных машин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

К 90-ЛЕТИЮ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО»

ОЦЕНКА ЭНЕРГОЕМКОСТИ МЕХАНИЗМОВ ПОВОРОТА МОДУЛЬНЫХ СОЧЛЕНЕННЫХ ЛЕСОТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

М.В. ВОЛОСУНОВ, асс. каф. лесных д/о машин и материаловедения УхтГТУ

Запасы деловой древесины на территории нашей и зарубежных стран в легкодоступных областях регионов преимущественно освоены. Все возрастающие потребности в сырье вынуждают лесозаготовителей разрабатывать древесину в труднодоступных местах на грунтах III и IV категорий, представляющих собой слабонесущие поверхности. Разработка таких лесосек предъявляет повышенные требования к проходимости лесозаготовительных машин, которые около

michaelvolosunov@mail.ru

60 % времени движения затрачивают на маневрирование, что связано со значительными затратами энергии машины на поворот в колее. Наилучшим вариантом для разработки подобного рода лесосек являются модульные сочлененные гусеничные машины. Применяемые сейчас модели машин были разработаны в шестидесятых годах и не отвечают современным требованиям технологичности и экономичности. Необходимо разрабатывать и внедрять принципиально новые перспектив-

Рис. 1. Конструктивные схемы механизмов поворота сочлененных транспортных машин: 1 - традиционная, 2 - перспективная

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013

37

НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ. ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС

ные технические решения с учетом энергоемкости процесса поворота в колее, применимые к слабонесущим поверхностям лесосек.

Проанализируем два варианта различных конструктивных схем поворота сочлененной колесно-гусеничной лесотранспортной машины (рис. 1) [1].

Кинематически-силовой анализ двух сравниваемых режимов поворота (рис. 1) позволяет определить общие зависимости момента поворота передней секции.

Первый (традиционный) способ поворота был рассмотрен в [2]

P Х Jmp + Kу х5 + C0 ХДб Х

M п =

(1- ДбХ tg j o) Х

хг

л х arccos((rK - h)/rK)

-К

x(dn -0,5</Jcosa

-, (кНм) (1.1)

Mn = a cosa P n(dn2 - 0,5dJ), (кНм). (1.2) Согласно методике определения момента сопротивления повороту M движителей (опорных ходовых элементов), находящихся в колее, он равен с учетом деформации грунта при создании М

ЕМ = G-ф С + К ёС +

СП ттр у

+ М„Дб^Ф° + СоСУбЕРс (к»м). Условие выполнения поворота в колее М > ЕМ

п СП

или

Мп(1 - Дб'^фО > аФтрС +

+ КуЪС + С0Суб^с,

откуда

М > C-

G-ф + K -5 + Cn-д.-EF ^тр у 0 'ос

1-Дб - tgф

где суммарная площадь сегментов двух колес передней секции равна

YF = у2

/ 1 с к

я • arccos((rK - h)/rK) 90°

л

-К

= г02-А

где гк - динамический радиус ведущего колеса (м).

Зная выражение «Мп» для каждого рассматриваемого случая схем, определим необходимое давление «P» гидрожидкости в приводных гидроцилиндрах каждой схемы (давление «P» является критерием оценки энегроемкости поворота в каждой схеме).

Традиционная схема

G ■Фтр + Ку -5 + С0 ‘Дб ■ Гк Х

P > C -

п - arccos((rK - h)/ гк)

А

- К

(1 - Дб • tg Ф°) - К2 - о, 5di) cos а

(МПа). (1.3)

Прогрессивная схема

р:С О-Ф,+^8 + С0-ц,-Х^

(1 - це • tgip') • а • cos а • n(dl - 0,5d*)

(МПа). (1.4)

Исходные параметры расчета.

Угол поворота ф° = 30°; ширина секции а = 2,5 м; длина секции b = 1м; используемый гидроцилиндр ЦС-110, d = 0,11 м, d = 0,04 м.

Параметры глинистого грунта при разной консистенции B и величине глубины колеи «И» определены И = 0,1 м для глинистой тугопластичной поверхности и И = 0,156 м для текучепластичного состояния с вариацией прочностных параметров С0, ф° = f(BK).

Параметр С - отношение а к 2b равен C = 2,5/2,0 = 1,25 (в расчетах параметр С взят 1,274, т.е. параметр b взят равным 0,98 м).

При расчете величины P все параметры грунта и колес ходовой части взяты из статьи [2] для тугопластичного и текучепластичного состояния глинистой поверхности.

Расчет параметров необходимого давления в гидроцилиндре.

Прогрессивная схема.

Тугопластичное состояние грунта И = 0,1 м (гидроцилиндр ЦС-110)

(50 - 0,4 + 280,5 - 0,122 +

Х

р > 1 274 +40 - 0,5 - 0,6032 - 0,28)

’ 0,8375 - 2,5 - cos30° х ’

хЗ, 14(0,112 - 0,5 - 0,042)

P = 1114 КН/м2 = 1,114 МПа, Тугопластичное состояние грунта И = 0,1 м

(гидроцилиндр ЦС-80 dn = 0,11 м, d = 0,04 м) P = 2,23 МПа. "

шпона is 1

Текучепластичное состояние грунта И = 0,156 м (гидроцилиндр ЦС-110)

(50 - 0,3 + 280,5 - 0,052 +

P > 1,274-

+10 - 0,4 - 0,6032 - 0,6) 0,944 - 2,5 - cos30°- 3,14 - 0,0113

38

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013

К 90-ЛЕТИЮ СПЕЦИАЛЬНОСТИ «ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО»

Таблица

Сравнительные параметры давлений Р традиционной и прогрессивной схем поворота сочлененной лесотранспортной машины (МПа)

Тип механизма Тугопластичное состояние грунта Текучепластичное состояние грунта

Традиционный (колесный движитель) 17,7 18,3

Прогрессивная (колесно-гусеничный движитель) 2,8 1,4

P = 563 КН/м2 = 0,54 МПа,

Текучепластичное состояние грунта h = 0,156 м (гидроцилиндр цС-80 dn = 0,11 м, d = 0,04 м) P = 1,08 МПа. П

Сравнение показателей необходимых давлений жидкости P в гидроцилиндрах сервопривода механизмов поворота.

Прогрессивная схема (ЦС-110) при h = 0,1 м P > 1,1 МПа, h = 0,156 м P > 0,54 МПа.

Прогрессивная схема (ЦС-80 параметр а=2,5м)

при h = 0,1 м P > 2,23 МПа, h = 0,156 м P > 1,08 МПа.

Приведение прогрессивной схемы поворота (схема 2 рис. 1) к традиционной (схема 1 рис.1).

Параметр P увеличиваем в 1,25 раза, т.к. ширина секции в [2] по схеме 1 меньше в 1,25 раза (ЦС-80 параметр а = 2,0 м), прогрессивная схема поворота

при h = 0,1 м P > 2,28 МПа, h = 0,156 м P > 1,4 МПа.

Показатели необходимых давлений жидкости P в гидроцилиндрах сервопривода

Рис. 2. Сравнительный график давлений в гидроцилиндре механизма поворота традиционной (колесный движитель) и прогрессивной (колесно-гусеничный движитель) схем

механизмов поворота традиционного способа взяты из статьи [2] и приведены в таблице.

Сравнив схемы механизмов поворота по критерию P, отдаем предпочтение прогрессивной схеме как обеспечивающей меньшую энергоемкость поворота по величине необходимого давления в сервоприводах механизма поворота.

Сравнение с традиционной схемой поворота сочлененной транспортной машины (схема 1, рис. 1) прогрессивной схемы поворота (схема 2, рис. 1) с использованием в обеих схемах гидроцилиндров ЦС-80 с параметрами d = 0,11 м, d = 0,04 м дает сле-

n штока

дующие показатели необходимого давления жидкости в гидроцилиндрах (таблица).

В графическом варианте сравнения уравнений энергоемкости поворота по критерию давления в сервоприводе механизмов поворота, зависящего от глубины колеи, представлена следующая зависимость (рис. 2).

По сравнению с традиционным способом поворота относительно точки О (рис. 1) поворот передней секции по схеме 2 относительно точки О ’ дает существенное снижение энергоемкости поворота за счет совершенно иного характера взаимодействия боковых поверхностей опорных катков колес со стенками колеи. Расчетное снижение давления в гидроцилиндрах сервопривода поворотных механизмов при глубине колеи h = 0,1 м в 6,32 раза, при глубине колеи h = 0,156 м в 13 раз.

Библиографический список

1. Затейников, Н.А. Основы теории транспортных гу-

сеничных машин / Н.А. Затейников - М.: Машиностроение, 1975. - 448 с.

2. Дроздовский, Г.П. Энергоемкость поворота шар-

нирно-сочлененного трелевочного трактора / Г.П. Дроздовский, Н.Р. Шоль // Матер. науч.-техн. конференции (март 2009, г. Ухта): в 3 ч.; Ч. 3. - Ухта: УГТУ, 2009. - С. 194.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013

39