Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,916

НАГРУЖЕННОСТЬ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ВАЛОЧНО-ПАКЕТИРУЮЩЕЙ МАШИНЫ В РЕЖИМЕ АВАРИЙНОГО ТОРМОЖЕНИЯ МАНИПУЛЯТОРА

Шоль Н.Р. 1 Александров В.А. 1 Тимохов Р.С. 1 Тимохова О.М. 1
1 ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный технический университет»
По результатам наблюдения за работой валочно-пакетирующих машин при заготовке, разборе завалов леса часто возникают режимы аварийного торможения стрелы манипулятора при подъеме или спускании горизонтально расположенного дерева, вследствие чего происходят колебания масс динамической системы значительных амплитуд. Режим аварийного торможения стрелы манипулятора при подъеме (опускании) горизонтально расположенного дерева сопровождается добавочной динамической нагрузкой на машину. Невысокие значения коэффициентов динамичности определяются большим статистическим моментом в этом случае. При этом снижение частоты вращения коленчатого вала двигателя происходит в пределах допустимых значений. Разработанная математическая модель динамической системы позволяет с погрешностью 8–10?% определить уровень воздействия на силовую установку в режимах разгона или торможения при освобождении основания деревьев от снега, на этапе разработки конструкторской документации.
валочно-пакетирующая машина
дерево
манипулятор
торможение
математическая модель
1. Александров В.А. Динамические нагрузки в лесосечных машинах. – Л.: ЛГУ, 1984. –152 с.
2. Александров В.А. Конструирование и расчет машин и оборудования для лесосечных работ и нижних складов: учебник. – 2-е изд., перераб. и доп. / В.А. Александров, Н.Р. Шоль. – СПб.: Изд-во «Лань», 2012. – 256 с : ил.
3. Александров В.А. Моделирование технологических процессов лесных машин: учебник для вузов / В.А. Александров, А.В. Александров. – СПб.: СПбГЛТА, 2009. – 297 с.
4. Васильев Г.М. Многооперационные машины для нижнескладских работ. – М.: Лесная промышленность, 1979. – 120 с.
5. Железко Б.Е. Основы теории и динамика автомобильных и тракторных двигателей. – Минск: Высшая школа, 1980. – 304 с.

При разборе завалов леса часто возникают режимы аварийного торможения стрелы манипулятора при подъеме или спускании горизонтально расположенного дерева, вследствие чего происходят колебания масс динамической системы значительных амплитуд. На рису. 1 представлена расчетная схема системы «ВПМ – предмет труда – дерево» для исследования данного режима работы.

Кинетическая энергия системы

shol01.wmf

Потенциальная энергия системы

shol02.wmf

В выражении кинетической энергии

shol03.wmf shol04.wmf

где iП – передаточное число shol05.wmf

В соответствии с уравнением Лагранжа II-го рода имеем следующую систему уравнений:

shol06.wmf

shol07.wmf (1)

shol08.wmf

Домножим уравнение (1) системы (1) на J2, уравнение (2) на J1, уравнение (2) на J3 и уравнение (3) на J2 и соответственно вычтем из первого второе.

shol09.wmf

или

shol10.wmf (2)

pic_30.tif

аб

Рис. 1. Расчетная схема динамической системы «ВПМ – предмет труда – дерево»: а – исходная; б – эквивалентная. Принятые обозначения: J1 – приведённый момент инерции кривошипно-шатунного механизма, маховика и сцепления; J2, J3 – приведенные к коленчатому валу моменты инерции соответствующего манипулятора с ЗСУ и дерева; 1, 2, 3 – обобщенные угловые координаты масс соответственно с моментами инерции J1, J2, J3; С12 – крутильная жесткость коленчатого вала, гидропередачи и манипулятора; С23 – приведенная крутильная жесткость дерева; МД – приведенный крутящий момент гидропередачи; Мспр – приведенный момент сопротивления; Р – усилие на штоке (штоках) гидроприводов подъема (опускания) стрелы; r – плечо силы Р; Gд – сила тяжести дерева

Далее

shol11.wmf

или преобразуя,

shol12.wmf (3)

Выразим из уравнения (2) (1 – 2) и shol13.wmf

shol14.wmf

shol15.wmf

Подставим значения для (2 – 3) и shol16.wmf в уравнение (3) и преобразуем

shol17.wmf

shol18.wmf

И окончательно

shol19.wmf (4)

shol20.wmf

shol21.wmf

shol22.wmf

Вводя новую переменную

shol23.wmf

получим однородное уравнение вида

shol24.wmf (5)

Его характеристическое уравнение имеет вид

shol25.wmf (6)

Решение уравнения (5) запишется как

shol26.wmf (7)

где

shol27.wmf

Пример. Принимаем исходные данные применительно к ВПМ ЛП-19А

L=5м; V=2,0м3; hТ=12м; J1=4,05кгм2; shol28.wmf shol29.wmf C12=30,7Нм; shol30.wmfJ2=0,083кгм2; shol31.wmfJ3=0,402кгм2; C23=1,825Нм;

Рассмотрим режимы работы при подъеме дерева стрелой.

1.Определяем коэффициенты дифференциального уравнения (4)

shol32.wmf

shol33.wmf

2.Найдем частоты колебаний нагрузки

shol34.wmf

k1=19,92c–1;k2=2,17c–1.

3.Определяем постоянные интегрирования С1…С4.

В соответствии с режимом работы принимаем начальные условия:

shol35.wmf shol36.wmf shol37.wmf shol38.wmf

При этих начальных условиях выражения для определения постоянных будут: С1=С3=0;

shol39.wmf shol40.wmf

Примем shol41.wmf и tp=0,15c.

Тогда shol42.wmf

shol43.wmf

C4=0,265рад.

4.Определяем максимальную динамическую нагрузку на силовую установку ВПМ:

–деформацию упругой связи С12

shol44.wmf θ1max=0,529рад;

–динамический добавочный момент, приведенный к коленчатому валу

shol45.wmf

–статический момент, приведенный к коленчатому валу

shol46.wmf

Отбираемая мощность от силовой установки на привод гидронасоса

shol47.wmf

Снижение частоты вращения коленчатого вала

shol48.wmf N:=10; t:=0,0001...N; n:=0...N;

shol49.wmf

shol50.wmf

pic_31.tif

Рис. 2. График изменения деформации упругой связи С12 при разгоне системы (shol51.wmf, tp=0,15c)

В случае аварийного торможения системы начальные условия будут

shol52.wmf shol53.wmf shol54.wmf shol55.wmf

shol56.wmf shol57.wmf

То есть

shol58.wmf

где nном – номинальная частота вращения коленчатого вала; MΣ – суммарный момент.

shol59.wmf

Здесьshol60.wmf

Режим аварийного торможения стрелы манипулятора при подъеме (опускании) горизонтально расположенного дерева сопровождается добавочной динамической нагрузкой на машину. Невысокие значения коэффициентов динамичности определяются большим статистическим моментом в этом случае. При этом снижение частоты вращения коленчатого вала двигателя происходит в пределах допустимых значений.

Разработанная математическая модель динамической системы позволяет с погрешностью 8–10 % определить уровень воздействия на силовую установку в режимах разгона или торможения при освобождении основания деревьев от снега, на этапе разработки конструкторской документации.


Библиографическая ссылка

Шоль Н.Р., Александров В.А., Тимохов Р.С., Тимохова О.М. НАГРУЖЕННОСТЬ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ВАЛОЧНО-ПАКЕТИРУЮЩЕЙ МАШИНЫ В РЕЖИМЕ АВАРИЙНОГО ТОРМОЖЕНИЯ МАНИПУЛЯТОРА // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 2-2. – С. 265-269;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=35614 (дата обращения: 07.08.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074