Theoretical investigations into the dynamics of compact pneumatic frontal loaders under self-induced vibrations Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.869

ТЕОРЕТИЧН1 ДОСЛ1ДЖЕННЯ ДИНАМ1КИ МАЛОГАБАРИТНОГО ПНЕВМОКОЛ1СНОГО ФРОНТАЛЬНОГО НАВАНТАЖУВАЧА ПРИ АВТОКОЛИВАННЯХ

Л.В. Назаров, професор, д.т.н., В.П. 1стомш, доцент, к.т.н., ХНАДУ, С.1. Овсянн1ков, доцент, к.т.н., ХНУСХ,

Л.В. Разарьонов, А.1. Жинжера, 1нженери, А.В. Лещенко,

студент, ХНАДУ

Анотаця. Вир1шено систему нелттних диференщальних р1внянь руху малогабаритного фронтального навантажувача при автоколиваннях, зроблено анал1з впливу окремих параметр1в навантажувача на параметри автоколивань.

Ключов1 слова: автоколивання, динам1ка, навантажувач, частота,

ампл1туда, навантаження, демпфер.

Вступ

Вiдомi переваги малогабаритно! бущвельно-дорожньо! техшки (маневрешсть, мобшьшсть, вщносно низка вартють,

ушверсальшсть та iн.), яка випускасться в Укра!ш та багатьма закордонними фiрмами.

Однак з урахуванням особливостей, специфши роботи та конструкци при створенш високоефективно!, надшно! в експлуатаци тако! технiки, необхiднi

спецiальнi науковi дослiдження, особливо режими навантаження.

Аналiз публiкацiй

Вщом^ деякi дослiдження в цьому напрямку в Укра!ш та кра!нах СНГ [1, 2, 4]. Як вiдмiчено в робот [3], особливо характерним режимом навантаження малогабаритного фронтального навантажувача е режим його автоколивань.

В робот [3] представлена динашчна схема та рiвняння руху такого навантажувача в режимi автоколивань, запропоноваш способи !х вирiшення. Для теоретичного дослщження мехашчно! фрикцшно!

автоколивально! системи малогабаритного

навантажувача було використане програмне забезпечення MathLab 6.5, оскшьки цей пакет дозволяе виршувати диференцiальнi рiвняння з декiлькома степенями вшьносп.

Мета та постановка задачi

Метою роботи е покращення експлуатацшних показникiв

малогабаритного пневмоколiсного

фронтального навантажувача, на основi бiльш повного уявлення специфiчних динамiчних процесiв при його автоколиваннях, а також ощнки впливу цих коливань на розрахунки мщност вузлiв та елементiв машини.

Однiею з задач дано! роботи являеться дослщження впливу основних параметрiв динамiчноl системи навантажувача на характеристики автоколивального режиму навантаження.

Математична модель малогабаритного пневмоколкного фронтального навантажувача при автоколиваннях

На пiдставi наведено! в робот [3] еквiвалентно! динамiчно! схеми i вiдповiдно

до принципу Даламбера складеш

диференцiальнi рiвняння руху машини.

по координатi X

тх + Ргд - Рпд Т 0 Л Sgn ( й к Гк - х) -

- аь(Щ г - х) 3+ а ^ г - х)3 Щ - ядт (

ГЦ ^п (й к гк - х)- а1 (й к гк - х)+ ()

+ г - х)3 Щ =0;

по координaтi У

ту - mg - Рвд + + Rзд = 0 (2)

Введемо деяю спрощення з приводу кутово! швидкостi колеса й к.

При зaглибленнi ковша навантажувача в штабельований бущвельний мaтерiaл або грунт, оперaтор-мaшинiст, як правило, наперед встановлюе робочу швидюсть ходу машини, за рахунок управлшня робочим об’емом гiдромоторiв приводу. При збшьшенш навантаження на робочий орган збшьшуеться тиск в гiдросистемi приводу, кутова швидюсть обертання колiс практично не змшюеться, що переконливо

шдтверджують проведеними на полiгонi кафедри ПТСДМО ХНАДУ експериментами з навантажувачем. Анaлiз мас навантажувача, що обертаються, показуе, що вони незнaчнi по величиш.

по координaтi 0

^ - Я Ь + Гт ( Я + RзД ) + Т 0 й ^П (й к Гк- х)

• \ 3 I

к к Эд~ х Од.

- а 1,(« Г - х) + а Лй Г - х) Щ- рдГт+1 RДа-

- рва(/+ ) = 0.

У наведених рiвняннях руху навантажувача в режимi автоколивань введенi нaступнi динaмiчнi сили:

RIД i Яд - динaмiчнi вертикaльнi реaкцi! вiд навантажень вщповщно на переднi i задш колеса з урахуванням !х жорсткостей i якостей демпфiрувaння; Ргд i Рвд -

вiдповiдно горизонтальна i вертикальна динaмiчнi склaдовi зусилля на робочому устаткуванш навантажувача з урахуванням жорсткосп i демпфiрувaння грунту (бущвельного мaтерiaлу).

Вiдповiдно до еквiвaлентно! динaмiчно! схеми

Я = Я;т + Сйп ( у + ) + п йп ( у + •),

Я = Rзcm + СШз (уа 0) + П шу( а 0), рд = Рг0 + Сг х + п г х, рвд = рв0 + св й у +0( а + 1) Щ +п в й у + 0( а + 1) Щ.

Початковi умови при р^енш математичноТ моделi динамiчноТ системи навантажувача

У данш роботi розглядаеться загальний випадок навантаження машини при автоколиваннях (на всi колеса ддать реaкцi! з боку опорно! поверхш).

Для цього випадку приймаються наступи почaтковi умови:

вертикальна реaкцiя на задш колеса

Я,

ст

з

mga - Рв01

аЬ

вертикальна реакщя на переднi колеса Ят = mga - Рв0 - ЯГ,

горизонтальне зусилля перед робочим органом

рг0 = т£^ 0.

Приймаемо:

Рг0 = 33000 Н;

Рв0 = 10000 Н - вертикальне зусилля на робочий орган, що вщповщае вaзi грунту в ковшi (без шапки);

а = 0,75 м - вщстань вщ передньо! осi до центру мас навантажувача [3];

Ь = 0,4 м - вiдстaнь вщ задньо! осi до центру мас навантажувача [3];

I = 1,3 м - вщстань вщ передньо! осi до точки А [3];

т = 4100 кг - маса навантажувача;

J = 1,38 Ч104- момент шерци навантажувача; g = 9,81 м/с2 - прискорення вшьного пaдiння; Т 0 - коефiцiент зчеплення;

Гт = 0,9 м - вщстань вiд опорно! поверхнi до центру мас [3];

Г0 = 0,9 м - вщстань осi Хдо точки А [3];

Гк = 0,9 м - силовий рaдiус колеса;

й к = 2 с-1 - кутова швидкiсть колеса, що

вщповщае робочiй швидкостi ЗТМ;

а 1 = 0,109125- коефщент влaстивостi

грунту;

а 3 = 0,002825- коефщент влaстивостi

грунту;

Сшп = 500000 Н/м - жорсткiсть переднiх

шин;

Сшз = 500000 Н/м - жорстюсть зaднiх шин;

П шп = 5000 Нс/м - коефщент демпфiрувaння переднiх шин;

П шз = 5000 Нс/м - коефщент демпфiрувaння зaднiх шин;

Сг = 50000 Н/м - жорстюсть грунту

горизонтальна;

Св = 50000 Н/м - жорстюсть грунту

вертикальна;

П г = 3500 Нс/м - коефщент демпфiрувaння грунту горизонтальний;

П в = 3500 Нс/м - коефiцiент демпфiрувaння грунту вертикальний.

Метод дослiдження пневмоколiсного фронтального навантажувача при автоколиваннях

Для дослщження мехaнiчно! фрикцiйно! автоколивально! системи було вибрано програмне забезпечення MathLab 6.5.

Введеш деякi зaмiни:

Т 0к=кА^1 = й^П (й Г - х) -

-а Г - х) +а к щ Г - х)3 Щ;

х = х(1), х = х(2), у = х(3), у = х(4), 0 = х(5) ; 0 = х(6).

Автоколивальний процес зображений на рис. 1,

Рис. 1. Автоколивальний процес

де x, y , e - вщповщно перемщення по осям Х, Y, e ; x, y, e - вщповщно швидкосп по осям Х, Y , e .

З розгляду рис. 1 можна зробити висновки:

- зростання ампл^ди коливань по вшх

координатах вщносно чaсy t = 8 с,

спостерiгaeться сталий режим автоколивань;

- частота коливань по вшх координатах однакова f = 0,64 Гц, перiод коливань Т = 1,56 с.

Результати теоретичних дослщжень

I. Вплив жорсткост шин на автоколивальний процес.

Рис. 2. Вплив Сш на aмплiтyди коливань

Для ршення диференцiaльного рiвнянь використана програма в пaкетi MathLab 6.5.

3 1

I 0.5 ! о

и 1 . 1

0.4 Змщення, м

Рис. 3. Вплив Сш на швидкiсть перемщення

50

1 10

4 00 4 50 9 Жср 00 5 стксть шин, 50 0 кН/м 00 0

Рис. 4. Вплив Сш на процес встановлення стацiонарних режимiв автоколивань

Рис. 8. Вплив а i Ь на процес встановлення стацюнарних режимiв автоколивань

Жорсткстъ шин, кН/м

Рис. 5. Вплив Сш на частоту коливань

Короткий анашз графiчних залежностей п.1:

- в дiапазонi амплiтуд змiни жорсткостi шин 400 - 650 кН/м перемiщення по Y i по 0 знижуеться (рис. 2);

- швидкiсть по Y i по 0 так само знижуеться впродовж вше! дшянки, а швидкiсть по Х тшьки на дiлянцi 430-460 кН/м (рис. 3);

- при збшьшенш жорсткост шин початок сталого режиму автоколивань наступае пiзнiше, а частота коливань зменшуеться (рис. 4, 5);

II. Вплив вщсташ центру мас щодо осей колю на автоколивальний процес

I

^ 0.2 -I

.¡= 0.1 -Ё

I 0-

—♦—

0.2 0.4 0.6

Змщення, м

Рис. 9. Вплив а i Ь на частоту коливань Короткий анатз графiчних залежностей п.II:

- ампттуда перемiщень по Y i по 0 убувае, по Х дещо зростае, а швидюсть перемiщення убувае на всш дiлянцi (рис. 6, 7);

- при змщенш центру мас навантажувача ближче до передньо! осi час початку сталого режиму автоколивань зростае, а частота коливань зменшуеться (рис. 8, 9).

III. Вплив вщсташ центру мас щодо опорно! поверхш на автоколивальний процес.

~ 0.3 -

| 0.25Т 0.2 -

$ 0.15 -

£ 0.1 -

Л 0 05 0

4=)

0.8 0.9

Вдстань, м

-по У —^ по 0

1.5

0

0.2

0.6

0.8

по X

по У

по 0

0.7

0

0.8

по X

по X

по У

по 0

Рис. 6. Вплив а i Ь на ампттуди коливань

Рис 10. Вплив гт на ампттуди коливань

Рис. 11. Вплив rm на швидюсть перемщення

Рис. 12. Вплив rm на процес встановлення стацюнарних режимiв автоколивань

Короткий анатз графiчних залежностей п. III:

- вплив вщсташ центру мас до опорно! поверхш на ампттуду перемiщення i швидкiсть перемiщення по вшх координатах незначний, але при зменшенш цiе! вiдстанi час початку сталого режиму автоколивань убувае, а частота коливань навпаки зростае (рис. 10, 11, 12 i 13).

Висновки

фронтального навантажувача при повному буксуванш його рyшiïв.

Причиною таких коливань машини е наявнiсть падаючоï дiлянки (негативного опору) у нелшшнш xарактеристицi тертя ковзання колiс щодо опорноï поверxнi.

Теоретично визначенi основш

закономiрностi i параметри автоколивальних

процеав навантажувача.

Також установлений вплив окремих параметрiв малогабаритного

пневмоколiсного фронтального

навантажувача на вихвдш параметри автоколивань. Однак можливосп

використання цих залежностей досить обмеженi.

Лiтература

1. Hикyлин П.И. Теория криволинейного

движения колесного движителя. - Воронеж, 1992. - 212 с.

2. Hазаров Л.В., Истомин В.П., Разарё

нов Л.В. Особенности поворота малогабаритного погрузчика типа ПМТС 1200 // Вестник XHA,^ / Сб. науч. тр. -Харьков: XHA,^. - 2004. - Вып. 25. -С. 54 - 58.

3. Hазаров Л.В., Розенфельд КВ., Исто

мин В.П., Щербак О.В., Бережной И.В. Эквивалентная динамическая схема и уравнения движения малогабаритного фронтального погрузчика при автоколебаниях // Вестник XHA,^ / Сб. науч. тр.

- Харьков: ХШ.ДУ. - 2005. - Вып. 28. -С.32 - 34.

4. Hазаров Л.В., Кириченко И.Г., Перевоз-

ник И.А., Разарёнов Л.В. Результаты исследования погрузчиков с бортовым поворотом // Строительные и дорожные машины. - 2000. - № 10. - С. 32 - 35.

Рецензент: В.В. Hmœ, профессор, д.т.н.,

хыаду.

Встановлена автоколивальна природа зв’язних коливань малогабаритного пневмоколюного

Статья поступила в редакцию 6 мая 2007 г.