CC BY
94
Выводы
1. Процесс цеповой окорки принципиально отличается от других известных способов. Кора разрушается воздействием на нее в нормальном направлении ударной силой. Определяющим в этом случае является уже предел прочности коры на сжатие поперек волокон.
2. Произведенные экспериментальные исследования [1] показали, что удельная работа при встречной подаче в среднем на 25,7% больше, чем при попутной.
Литература
1. Палкин Е.В., Курицын В.Н. Результаты исследования цеповой окорки с промышленными скоростями подачи // Вестн. КрасГАУ. - 2010. - Вып. 10. - С. 152-155.
2. Крисько А.С. Повышение эффективности процесса окорки пиленых лесоматериалов гибкими рабочими органами: автореф. дис. ...канд. техн. наук: 05.21.01. - Красноярск, 2003. - 20 с.
3. Курицын В.Н., Гришин К.М., Коробкин А.В. Экспериментальное определение коэффициента восстановления // Проблемы химико-лесного комплекса: сб. ст. - Красноярск: Изд-во КГТА, 1997. - Ч. 1. -
С.173-177.
4. Курицын В.Н., Лозовой В.А. Основы расчета лесозаготовительного оборудования: метод. пособие. -Красноярск: Изд-во СибГТУ, 2005. - Ч. 2. - 44 с.
--------♦-----------
УДК 629.114.2 Н.И. Селиванов
РЕГУЛИРОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ТРАКТОРОВ
Дано обоснование интервалов и способов регулирования эксплуатационных параметров тракторов для адаптации к природно-производственным условиям основной обработки почвы.
Ключевые слова: технология обработки почвы, производительность агрегата, массоэнергетические параметры трактора, интервалы и способы регулирования.
N.I. Selivanov REGULATION OF TRACTOR OPERATIONAL PARAMETERS
The substantiation of intervals and regulation ways of tractor operational parameters for the adaptation to natural-production conditions of the soil main processing is given.
Key words: soil processing technology, aggregate productivity, tractor mass and energy parameters, intervals and regulation ways.
Введение. Результаты системной оптимизации и экспериментальных исследований показывают необходимость дифференциации эксплуатационной мощности и массы тракторов общего назначения для повышения энергетической и топливной эффективности их использования в различных природнопроизводственных условиях. При принятии решения о выборе трактора для основной обработки почвы следует учитывать не только мощность, но и характеристику двигателя, а также эксплуатационную массу, определяющие его тяговый класс и уровень энергонасыщенности для эффективного агрегатирования.
Адаптация тракторов к природным условиям (длина гона) и разным технологическим процессам об-
работки почвы по эксплуатационной массе, мощности и скоростной регуляторной характеристике двигателя предполагает знание интервалов изменения этих параметров и возможность их регулирования до начала рабочего хода. Интервалы регулирования указанных параметров зависят от характеристики тягового сопротивления рабочих машин и скоростных режимов использования тракторов на выполняемых родственных операциях каждой из установленных групп. Обоснование основных (базовых) значений и интервалов регулирования эксплуатационных параметров тракторов производится на пятом, шестом и седьмом уровнях общей системы адаптации с использованием разработанных математических моделей и алгоритмов оптимизации параметров мобильного энергетического средства для конкретных природно-производственных условий [1].
В условиях вероятностного характера тяговой нагрузки главной выходной координатой трактора как динамической системы является скорость поступательного движения, допустимые значения которой определяют зону его эффективного функционирования при выполнении технологических операций в составе агрегата.
Цель работы. Обоснование интервалов и способов регулирования эксплуатационных параметров тракторов для выполнения операций основной обработки почвы.
Достижение поставленной цели предусматривает решение следующих задач:
1) обосновать модели адаптации тракторов к природно-производственным условиям;
2) определить соотношения эксплуатационных параметров для отдельных групп родственных операций основной обработки почвы;
3) установить интервалы и способы регулирования массоэнергетических параметров тракторов для использования в составе почвообрабатывающих агрегатов разного технологического назначения.
Условия и методы исследования. По энергоемкости и техническому обслуживанию родственные операции основной обработки почвы разделены [1] на три группы:
1) отвальная вспашка и глубокое рыхление с удельным тяговым сопротивлением при У0 =
1,4 м с Ко1 = 11,0 - 14,0 кН м, его приращении в зависимости от скорости = 0,15 - 0,18 с2 м2, коэффициенте вариации уКо± = 0,10 и рациональном интервале рабочих скоростей У0*р4. - =
1.80 - 2,10 м с;
2) послеуборочная безотвальная комбинированная обработка (сплошная культивация), дискование на глубину 0,14-0,16 м и чизелевание (0,18-0,30 м) при Ко2 = 4,7 — 6,5 кН м, АК2 = 0,10 с2 м2, Ук02 = 0,07 и - Со* 2 = 2,10 - 2,80 м с;
3) послеуборочная поверхностная обработка (лущение стерни), предпосевная обработка и посев по нулевой технологии при Ко3 = 3,1 - 5,1 кН М, АК3 = 0,06 С2 М2, УКоз = 0,07 и У0*р( - У^ах 3 =
2.80 - 3,80 м с.
В основу адаптации тракторов с механической ступенчатой трансмиссией к природнопроизводственным условиям положено обеспечение оптимальной чистой производительности агрегатов
И^*, установленной по экономическим критериям оптимальности [1] для каждой технологической операции и соответствующего класса длины гона при функционировании в интервале допустимых значений рабочей скорости Уш ^ и тяговом диапазоне, соответствующем Фкро-р^ — Фкрн — Фкр.
Влияние длины гона и вида обработки почвы на эксплуатационную мощность Л/^ и массу тэ трактора определяется величиной чистой производительности И^*, характеристиками удельного сопротивления агрегата К0 и цк= 1 + АК V2 — У02 , номинальной рабочей скоростью Ун*, показателями номинального тягового режима г]тн и (рт и значениями коэффициента использования мощности двигателя £^:
^еэД = * Ко1 * *7/пну * ^¡, (1)
тщц = Шь** Ко1 * цк1 * <ркрн] * д. (2)
Относительное передаточное число трансмиссии ц при установленном динамическом радиусе ведущего колеса гд из условия допустимого буксования 5ор1 < 8Н < 5д в номинальном режиме ^ * пн определится как
■* _ ■ _ 7г*Пн*^щ 1 ¿>н -- /о\
1к]ш1 - 1трп гд] — У1- (3)
В общем случае при изменении природно-производственных условий и тягово-скоростных режимов работы, соотношения потребной мощности и массы трактора определяются из выражений [1]:
* ЛКо * V Лг,тн * я^, (4)
Лт3 = Хш* * ХКо * V Ху> * Лф . (5)
Выбор массоэнергетических параметров трактора зависит от его занятости и условий работы на разных видах обработки почвы в течение года. Если трактор предполагается использовать на родственных операциях обработки почвы одной (превалирующей) группы в составе соответствующих агрегатов, значения Л/еэ и тэ целесообразно выбирать для интервала У*рі — У^ах . этой группы и тягового режима, соответствующего г]ттах гусеничного и (ркр = 0,5 (ркрорі + Фкртах колесного тракторов. В этом случае решается проблема энергосбережения на разных технологиях почвообработки за счет создания и использования типоразмерного ряда тракторов, отличающихся указанными параметрами. Такой подход наиболее рационален при разработке системы машин для отдельных регионов и комплектовании парка тракторов крупных предприятий зернового направления.
Для небольших и средних сельскохозяйственных предприятий, в которых культивируются несколько технологий почвообработки, массоэнергетические параметры можно определить с учетом занятости трактора на этих операциях по времени Н^*:
Мэ } = ¿г 1?мН„тл*Т0 7 Ігп;л*Ті.
(6)
При известных соотношениях объемов работ по разным технологиям К0 = \ и сменной производительности агрегатов для их выполнения
^ = Уь * ^01 * Ч-кЪ £лг^еэ ] * Утн] * т1, (7)
где т£ = Тр Тш - коэффициент использования времени смены; Т0= \ Т£.
Более экономичным вариантом решения проблемы энергосбережения является создание мобильных энергосредств с управляемыми массоэнергетическими параметрами на единой элементно-агрегатной базе, обеспечивающих образование требуемого типоразмерного ряда путем комбинирования мощности и массы.
Величину шага А и общее количество типоразмеров мощностей следует выбирать с учетом
конструктивных, экономических и других соображений. При этом должно соблюдаться общее для всех типов энергомашин соотношение между основными параметрами-адаптерами, определяющее их энергонасыщенность [2]
2 — Цеэ — в*<Ркрн*Ун т
т3 . ( )
Результаты исследования и их обсуждение. В таблице 1 приведены осредненные значения массоэнергетических параметров колесных и гусеничных тракторов для каждой группы родственных технологических операций основной обработки почвы при установленных диапазонах рабочих скоростей Цпах I и длине гона ¿г = 600 — 1000 м, характерной для АПК Красноярского края.
Таблица 1
Осредненные параметры колесных и гусеничных тракторов для групп родственных операций основной обработки почвы при длине гона 1г =600-1000 м
Группа родственных операций V* V* уор1 утах , м/с Км 4к4б1 (4к4а1) 4к4б2* (4к4а2*) Гусеничный
кВт ПЦ, т ^э, кВт тэ, т Ню, кВт Щ), т
1-я группа Вспашка отвальная и глубокое рыхление К0 = 13,65 кН м, ЬК = 0,15 с2 м2 1,8 1,2 157,8 11,9- 13,2 139,2 11,9- 14,0 120,2 7,1- 7,5
1,4 133,3 117,7 101,6
(2,1) 1,2 181,4 11,8- 13,0 161,0 11,8- 13,8 164,9 8,3- 8,8
1,4 153,1 135,8 139,2
2-я группа Безотвальная комбинированная обработка и сплошная культивация К0 = 4,8 кН м, А К = 0,10 с2 м2 2,1 1,2 196,6 14,0- 15,5 172,4 ,9- ,3 со ^ 158,4 8,7- 9,2
1,4 171,3 150,3 137,8
(2,8) 1,2 254,8 13,3- 14,8 225,7 13,3- 15,6 218,8 8,8- 9,3
1,4 222,1 196,8 190,5
3-я группа Поверхностная обработка и К0 = 3,9 кН м, сев . о о А К = 0,06 с2 м2 2,8 1,2 231,2 12,1- 13,4 204,8 12,1- 14,2 191,6 7,7- 8,1
1,4 201,6 178,6 167,0
(3,8) 1,2 303,7 11,5- 12,8 268,5 11,5- 13,5 - -
1,4 264,8 233,4 -
* - на сдвоенных колесах.
Значения номинальной эксплуатационной мощности получены с учетом изменения коэффициента ^ при разной приспособляемости двигателя по крутящему моменту (Км1=1,2; Км2=1,4). Минимальные и
максимальные гп^тох значения эксплуатационной массы соответствуют <ркр и <ркр ор1.
Наименьшие значения Меэ и тэ характерны для отвальной вспашки и глубокого рыхления при Кфи = 1/8 м °. Наивысшая мощность двигателя требуется для поверхностной обработки почвы и посева по нулевой технологии на скорости У'тахз = 3,8 м с, а максимальная масса трактора - для сплошной культивации на скорости У^ахг = 2,8 м с.
Повышение рабочей скорости от У*ри до У£1аж1 приводит к опережающему росту мощности двигателя, обусловленному увеличением тэ и снижением тягового КПД ?7Т. В рассматриваемых интервалах рабочих скоростей и тяговых режимов мощность двигателя и масса трактора на одинарных (сдвоенных) колесах изменяются соответственно в 1,93 и 1,35 (1,41) раза, а гусеничных - в 1,85 и 1,31 раза. По сравнению с колесным трактором мощность двигателя и масса гусеничного трактора ниже на 17-20 и 54-60 % соответственно. Установка сдвоенных колес снижает потребную мощность в среднем на 10,5 %. Увеличение коэффициента приспособляемости Км от 1,2 до 1,4 уменьшает номинальную эксплуатационную мощность двигателя в 1,18 раза на отвальной вспашке и в 1,15 раза на безотвальной глубокой и поверхностной обработке почвы.
Приведенные данные свидетельствуют о существенном отличии оптимальных массоэнергетических параметров как колесных, так и гусеничных тракторов для наиболее эффективного выполнения родственных операций каждой группы при определенной длине гона. Изменение класса длины гона увеличивает численность оптимальных типоразмеров тракторов.
Использование на каждой длине гона и для каждой группы родственных операций своего типоразмера трактора потребует минимум 21-й типоразмер с нерегулируемыми параметрами. На практике это сделать не представляется возможным.
Для сокращения количества типоразмеров тракторов и достижения максимального соответствия их характеру внешней нагрузки необходимо регулирование основных параметров до начала выполнения технологической операции и управление некоторыми из них в процессе рабочего хода.
В таблице 2 приведены результаты расчетов оптимальных значений и интервалов регулирования эксплуатационных параметров колесных и гусеничных тракторов для операций основной обработки разных групп при длине гона 1г = 600 - 1000 м.
С учетом перспективности технологий основной обработки почвы оптимальные значения тщ + т^ Л/еэ, пн и Км для операций второй группы можно принять за базовые всех типов тракторов. Характерными признаками тракторов базовой комплектации являются балластирование при т6тах = 0,075 —
0,098 тз (без учета установки сдвоенных колес) и использование ДПМ с пн = 2100 мин-1. Интервал рабочих скоростей 2,1-2,8 м/с обеспечивается тремя передачами основного диапазона (I, II, III) при q = 1,15.
При отборе мощности через ВОМ (МОМ) и выполнении операции третьей группы ДПМ переводится на режим «Boost» путем однократного или ступенчатого повышения его мощности на 11-16% соответствующим увеличением цикловой подачи топлива на корректорной ветви регуляторной характеристики. Интервалу рабочих скоростей 2,8-3,8 м/с операций третьей группы соответствует использование также трех передач (III, IV - основного диапазона и I - повышенного) при q = 1,14. Режим «Boost» применяется также в транспортном диапазоне скоростей.
Для выполнения почвообрабатывающих операций первой группы в интервале рабочих скоростей 1,82,1 м/с используется I передача основного диапазона с регулированием мощности изменением номинального скоростного режима двигателя от nHmin до пнтах и переводом его на традиционную характеристику Ки « 1,20 . При отборе мощности через ВОМ двигатель переводится на режим ДПМ изменением Уц.
Приведенный вариант изменения массоэнергетических параметров позволяет обеспечить адаптацию трактора к технологиям основной обработки почвы с наименьшими затратами, максимально повысив его универсальность.
Таблица 2
Оптимальные значения и интервалы регулирования параметров тракторов для родственных операций основной обработки почвы на длине гона 1г = 600 - 1000 м
Тип трактора Группы родственных операций С м/с ДУ, м/с ^еэ, кВт 1Щ, т тб, т Км Щ, мин-1 iff, 1/м
4к4 одинарные колеса 1-я группа О О -0,3 0 168 205 12.3 12.3 0 0 1,2 1,2 1725 2100 ,7 ,7 81 81
2-я группа 2,45 +0,35 205 13,5 1,2 1,4 2100 71,0
3-я группа 3,30 +0,50 235 13,5 1,2 1,4 2100 54,6
4к4 сдвоенные колеса 1-я группа 1,80 2,10 -0,3 0 155 185 13.3 13.3 0 0 1,2 1,2 1750 2100 83.8 83.8
2-я группа 2,45 +0,35 185 14,3 1,0 1,4 2100 73,5
3-я группа 3,30 +0,50 215 14,3 1,0 1,4 2100 56,2
Гусеничный 1-я группа 0 0 00 т- 1, 2, -0,3 0 145 175 8,6 8,6 0 0 1,2 1,2 1750 2100 ,4 ,4 Г-“ Г-“ 99
2-я группа 2,45 +0,35 175 9,5 0,9 1,4 2100 80,3
3-я группа 3,30 +0,50 195 9,5 0,9 1,4 2100 60,7
Приведенные значения массоэнергетических параметров тракторов, интервалы и способы их регулирования можно принять за основу при адаптации тракторов к другим классам длины гона.
Выводы
1. Обоснованы модели адаптации тракторов к природно-производственным условиям, позволяющие установить взаимосвязь их массоэнергетических параметров с оптимальной производительностью агрегатов и характеристиками рабочих машин при функционировании в интервалах допустимых значений рабочей скорости и буксования движителей.
2. Определены осредненные значения массоэнергетических параметров тракторов для каждой группы родственных операций основной обработки почвы на характерной для АПК Красноярского края длине гона 1г = 600 - 1000 м.
3. Установлены базовые значения, интервалы и способы регулирования мощности и эксплуатационной массы трактора для адаптации к технологиям основной обработки почвы с наименьшими затратами.
Литература
1. Селиванов Н.И. Технологические основы адаптации тракторов. - Красноярск, 2012 - 259 с.
2. Селиванов Н.И. Эффективное использование энергонасыщенных тракторов. - Красноярск, 2008. -231 с.
--------♦-----------
УДК 630.377.4 Д.В. Черник
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ БОКОВЫХ НАГРУЗОК НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСОПОГРУЗЧИКА
В статье приведены результаты исследования влияния скорости движения, высоты препятствия, смещения центра тяжести дерева относительно продольной оси гусеничного лесопогрузчика на уровень динамических нагрузок.
В результате машинного эксперимента были найдены величины динамических нагрузок, возникающих на корпусе лесопогрузчика и технологическом оборудовании при воздействии возмущающих факторов. Приведены графики зависимости динамических нагрузок от возмущающих факторов.
Ключевые слова: гусеничный лесопогрузчик, имитационная модель, динамические нагрузки, возмущающие факторы.
D.V. Chernik
MATHEMATICAL MODELING OF LATERAL LOAD DYNAMICS ON THE LOGGER TECHNOLOGICAL EQUIPMENT
The research results of influence of movement speed, obstacle height, tree gravity center displacement relative to the caterpillar logger longitudinal axis are presented in the article.
As a result of the machine experiment the values of the dynamic loads arising on the logger case and the technological equipment at the disturbing factor influence are found. The dynamic load dependence graphs according to disturbing factors are given.
Key words: caterpillar logger, imitating model, dynamic loads, disturbing factors.
Введение. В режиме грузового хода гусеничного лесопогрузчика возникают динамические нагрузки на технологическое оборудование в боковом направлении при наезде на препятствие одним бортом машины,
