Propulsion of logging machines with individual electromechanical wheel drives of rolling over type Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

у =

2 • Г2

где Т2 - момент нагрузки на ведомом шкиве, который определялся по показаниям индикатора тормоза 1 (рис. 2).

На рис. 4 показана экспериментальная зависимость изменения межосевой силы ¥а от коэффициента тяги у для случая постоянства межосевого расстояния (передача II типа).

юоо

ЯМ

000

700

еоо

500'

400'

300'

200'

100

Я

* я / / [ г л» 1

/■

А г ]

1 7 /

__9———

------

п р

(

0.1

о.н

0.3

0.4

0.6

0.6

0.7

0.Б

0.9

Рис. 4. Экспериментальная зависимость межосевой силы, действующей в клиноременной передаче II типа, от коэффициента тяги при различных начальных

натяжениях.

Переменная межосевая сила ¥а. фиксировалась по показаниям индикатора силоизме-

рительного устройства 17 (рис. 2), в зависимости от момента нагрузки.

Приведенные результаты подтвердили полученные ранее на другой установке закономерности в работе клиноременной передачи [1].

Литература

1. Семин И.Н. Экспериментальная оценка тяговой способности клиноременной передачи. // Справочник. Инженерный журнал, 2006, №12, стр. 26-31.

Движитель лесосечных машин с индивидуальным электромеханическим приводом колес перекатывающегося типа

к.т.н., доц. Сергеев А.И.

МГТУ "МАМИ"

Технологический цикл заготовки древесины обеспечивается движением лесосечных машин по разным поверхностям движения, характеристики которых, даже в пределах разрабатываемой лесосеки, могут резко изменяться. Поверхность с высокой несущей способностью может переходить в заболоченную местность и т. д.

В связи с этим проблема создания транспортных средств (ТС), способных эффективно работать на лесозаготовках, связана с созданием движителя, способного обеспечивать устойчивую работу на разных поверхностях движения и достаточную маневренность на лесосеке.

Рассмотрим схему общего конструктивного решения двухмодульного ТС с колесной формулой 4К4 (рис. 1).

Рис. 1. Схема общего конструктивного решения и компоновки движителя перекатывающегося типа двухмодульного ТС с индивидуальным электромеханическим приводом колес 4К4: 1 - энергетический модуль; 2 - кабина;

3 - технологический модуль; 4 - движитель перекатывающегося типа; 5 - пружинная подвеска; 6 - мотор-редуктор; 7 - подвижная арка; 8 - лебедка.

Энергетический модуль 1 выполнен с герметичным водоизмещающим корпусом (для прохождения заболоченных участков лесосеки), с кабиной 2, где установлено сиденье оператора, а также панель управления, обеспечивающая с помощью бортового компьютера работу всех узлов и агрегатов, управляющих движением ТС, а также работой технологического оборудования.

К бортовым фланцам корпуса крепятся колеса перекатывающегося типа (КПТ) 4 с пружинной подвеской 5 (рис. 1) и индивидуальным электромеханическим приводом опорно-приводного устройства 6 (рис. 1 и рис. 2) [1].

Рис. 2. Общий вид движителя перекатывающегося типа с индивидуальным электромеханическим приводом опорно-приводного устройства: 1 - опорно-приводное устройство; 2 - опорные элементы; 3 - обод; 4 - боковые крышки.

Технологический модуль 3 (рис. 1) выполнен также в водоизмещающем варианте исполнения и шарнирно связан с энергетическим модулем, по бортам которого установлены

Раздел 1. Наземные транспортные средства энергетические установки и двигатели. движители с КПТ.

Расчетная схема движителя перекатывающегося типа (рис. 3) с индивидуальным электромеханическим приводом опорно-приводного устройства представляет собой трехмассо-

вую квазиупругую систему, способную накапливать механическую энергию.

Ш////Ш

Рис. 3. Расчетная схема движителя перекатывающегося типа

Уравнение движения для системы "каток - поверхность движения" (далее просто системы) имеет вид [2]:

1ф + Ъф + mgl sinф = F (Q -ф )

mal sin ф

где выражение 6 ^ определяет упругие свойства системы.

Движение системы будем рассматривать в области, где ф << Q. Разложим функцию F в ряд вблизи значения Q. Тогда, ограничиваясь первым членом разложения, получим:

F (П-ф ) = F (Q) -ф F '(Q). При таком ограничении уравнение движения системы будет иметь вид:

Гф + Ъф + mgl sin ф = F (Q)-ф F '(Q), (1)

где постоянный член F (Q) вызывает только смещение системы от положения устойчивого равновесия.

Тогда при новой угловой координате, отсчитываемой от нового смещенного положения равновесия, уравнение движения системы будет иметь следующий вид:

1ф + [Ъ + F '(Q)]] + mgl sinф = 0.

Если F (Q) < 0 и по абсолютной величине больше Ъ, то коэффициент при ф будет отрицательный. Для области значений Q, где характеристика трения круто спадает, что характерно для сил трения при формировании опорной поверхности движения, при малых значениях Ъ и ^пф = ф, можно достигнуть того, что величина Ъ + F (Q) будет отрицательна. В

этом случае мы можем получить уравнение, аналогичное уравнению обычной системы с трением, имеющее вид:

ф + 2кф + ®0ф = 0 .

Однако в этом случае коэффициент h будет иметь отрицательное значение, и движение системы в области круто спадающей характеристики будет осуществляться при возникающем так называемом "отрицательном трении".

Понятно, что в этом случае система должна обладать свойствами накапливания полной механической энергии с возможностью ее последующей отдачи на формирование опорной поверхности движения.

Для линейной составляющей плоского движения системы по схеме на рис. 3 запишем уравнение движения

mq + bq + с q = F (30 - q),

где F (3) = F q) - функция, характеризующая зависимость силы трения от относитель-

V

ной скорости м и являющаяся характеристикой трения.

Если обозначить суммарную упругость системы с, то при q << (большая скорость),

J7 3

разложив функцию F в ряд вблизи значений 0 и ограничившись, как и для вращательной

составляющей, первым членом ряда, получим уравнение движения, имеющее вид:

mq + [Ъ + F' (30)]q + сq = F(30) ,

где член после знака равенства обозначает, как и в предыдущем случае, только смещение

F (30 )/ с

системы от положения равновесия на величину 0 в направлении ее движения.

Коэффициент Ъ + F (3°) = n. При этом его знак определяет вид и характеристику трения и соответственно свойства контактирующих поверхностей.

ВеличинаF (l3()) представляет собой угол наклона характеристики трения для данного

30 Ъ + F3 )< 0 „ „ л

0 круто падающей характеристики 0 , свойственной, как было уже отмечено

выше, при формировании опорной поверхности движения колесом перекатывающегося типа. Такая система представляет собой схему с так называемым «отрицательным» трением

/уравнение (1)/. Движение системы при n — с носит лимитационный характер. В этом случае она асимтотически стремится вернуться в устойчивое положение равновесия. Чтобы удержать рассматриваемую систему в динамическом равновесии и обеспечить ее устойчивое поступательное движение в реальной конструкции движителя перекатывающегося типа необходимо опорные элементы обода располагать в два ряда с необходимым смещением (рис. 2).

Для электромеханической системы привода движителя, расчетная схема которой приведена на рис. 4, дифференциальное уравнение движения в обобщенных координатах будет иметь вид:

dt

dT dqi

dT dU дФ

дТдТдТ®, (2)

где: т - кинетическая энергия системы; и - силовая функция; Ф - диссипативная функция Рэлея;

обобщенная координата;

У' обобщенная скорость системы;

О -

^' обобщенная внешняя сила. Для вращательной составляющей плоского движения системы:

d

Рг = Ч г ; С г = Ч г Мг = Ог .

Для поступательной составляющей:

Хг = Ч г ; $г = Ч г ; Гг = <2г •

г _

Рис. 4. Расчетная схема вращательного движения трехмассовой системы с индивидуальным электромеханическим приводом опорно-приводного устройства

колеса перекатывающегося типа.

Моменты или силы, входящие в левую часть уравнений Лагранжа (2), действующие на й инерционный элемент движущейся системы, определяются как инерционные:

м =

инг т,

ш

г дтл

уд®г у

дТ т да, а2 , Jг —L + -

дР

д? 2 Шр

Для любого г _го звена уравнение движения можно записать в виде:

м„„. = м..„, + м„, + мл

" дис.г '

Г = Г + Г + Г

внг инг пг дис.г

(3)

где

и

К

_ соответственно внешний момент и сила, действующие на ' _е звено.

В тех случаях, когда момент инерции (масса) звена не зависит от его положения

Шг / Шр = 0 ч ~ Шш, / Шх, = 0 м . = 3 я.

( г ) для линейных перемещений г г и соответственно инг г г и

Гинг = Шгаг .

Поскольку диссипативные силы в упругих связях, как правило, существенно меньше потенциальных сил, то при исследовании закона движения электропривода их можно не учи_ тывать.

С учетом вышеупомянутых допущений уравнения движения для трехмассовой враща_ тельной системы (рис. 4) будут иметь следующий вид:

мдв = 31Шс/Ш + С12 (Р1 -Р2 ); Мпр2 = 32ШС / Ш - С12 (Р - Р2 ) + С23 (Р2 - Рз ); Мпр.меХ. = 33Шс3/ Ш - С23 (Р2 - Рз ).

Для определения функции отклика или реакции движителя, возникающей при форми_ ровании опорной поверхности, необходимо знать передаточную функцию системы, струк_ турная схема которой представлена на рис. 5.

Рис. 5. Структурная схема с индивидуальным электромеханическим приводом, совмещенным с опорно-приводным устройством колеса перекатывающегося типа

Исходя из уравнения (2) с учетом структурной схемы (рис. 5), для которой значения упругих элементов системы

Мг,г+1 (Р) = СКрг[С (Р) - С+1 (Р)] / Р, передаточная функция для трехмассой системы, которой является конструкция колеса пере_

катывающегося типа, совмещенная с индивидуальным электромеханическим приводом, будет иметь следующий вид:

Ц (р ) = ¡3 (Р) =

" ¡аз \и)

М в ^ )

С С

кр12 кр 23

р

[+ Скр12Скр23 ((1 + 3 2 + 33 )

где р - оператор преобразования Лапласа.

Из уравнений (3) следует, что рассматриваемая схема представляет собой многомассовую колебательную систему с резонансными частотами, которые определяются по выражению:

О01,2

1

О2 + О2 + О2 +

01 02 03

(О21 О03) + О02 +

+

2[о0 -О^О^ +Г3)]

/2

где: °01 О02 О03 - собственные частоты ко-

лебаний парциальных звеньев;

У1 = Л / ^2 ; = / 32 - отношение моментов инерции.

Мощность потерь в движителе в значительной мере зависит от полезной нагрузки. При приведении силовых факторов (моментов или сил) необходимо учитывать моменты и силы трения, возникающие на отдельных участках кинематической цепи при передаче энергии конкретными структурными элементами устройства. Как правило, в основе методики оценки потерь на трение используется кпд механизма. Для участка г- к кинематической цепи при последовательном соединении звеньев (рис. 0):

к

Пгк = П П] ,

]=г

п - ]

где: 1 кпд •> -го звена.

Мощность, передаваемая через 1 -е звено, при работе электропривода в двигательном режиме

М] = Nмех

Момент, приложенный к 1 -му звену,

М = М + ДМ . = М /п

] пр, мех тр] пр, мех I ] шх

а сила

Р. = Е + ДЕ . = Е /п

] пр,мех тр] пр,мех ' ] мех

где: - потеря мощности на участке между 1 -ым звеном и рабочим элементом цепи; ДМ . ДЕ -

трр и тр момент и сила, соответствующие потерям мощности;

ДМ . =№./а ДЕ . =Ш./3

тр] ] пр . тр] ] "пр

>

Здесь а"р и 3пр угловая и линейная скорости элемента, к которому приводится рас-

М , Е

четная эквивалентная схема; прмех прмех - момент и сила на элементе, к которому приводится расчетная эквивалентная схема.

На рис. 6 показаны зависимости изменения кпд от относительной загрузки опорно-

N / N

приводного устройства ( деф ном ), вызываемой мощностью, затрачиваемой на формирование опорной поверхности движения.

Рис. 6. Зависимость КПД от относительной мощности, затрачиваемой на формирование

опорной поверхности движения.

Таким образом, совмещенное конструктивное исполнение движителя перекатывающегося типа с индивидуальным электромеханическим приводом опорно-приводного устройства позволяет получить высокие показатели как опорно-временных качеств, так и тягово-сцепных свойств движителя такого варианта исполнения на лесосечных машинах.

Применение пружинной подвески совместно с плавающим опорно-приводным устройством КПТ позволяет получить, с одной стороны, большой ход колеса при наезде на препятствия (пни, порубочные остатки и др.), а с другой стороны, снизить величину ускорений и амплитуду колебаний корпуса ТС, обеспечивая комфортную работу оператора.

Литература

1. Сергеев А.И., Шарипов В.М. Транспортное средство. Патент РФ № 2245259. Опубл. 27.01.2005. Бюл. № 3.

2. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. - М.: Наука, 1968. - 479 с.

Анализ влияния инерционности на среднюю скорость движения гусеничной

машины

к.т.н., доц. Стрелков А. Г., Ильичев А. С. МГТУ «МАМИ», НПП «Технопрактика») Гусеничные машины (ГМ) в основном предназначены для движения по грунтовым дорогам, когда траектория движения определена, и по бездорожью, когда траекторию намечает механик-водитель. В обоих случаях движение осуществляется по известной траектории и действия механика-водителя направлены на согласование возможностей машины с внешними условиями движения, то есть осуществляется управление движением машины. Движение является управляемым, если механик-водитель может в любой момент времени изменить режим движения в нужном ему направлении. Управляемое движение определяется внешними условиями и параметрами ГМ.

Известно [1], что дифференциальное уравнение управляемого движения ГМ имеет вид:

+ Jzck2^))s + Jzck^^v2 = (^ + P2) + (Mп + Mc -Mr)Щ) - X - (^ + Я2), (1)

дs

где: mT - масса ГМ;

Jzc - момент инерции ГМ относительно вертикальной оси, проходящей через центр масс машины;

- кривизна траектории;