Научный журнал

Современные наукоемкие технологии

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Шоль Н.Р. 1 Александров В.А. 1 Шакирзянов Д.И. 1 Будевич Е.А. 1

---

1 ФГБОУ ВПО «Ухтинский государственный технический университет»

Анализ работы валочно-трелевочной машины в процессе перенесения дерева поворотом манипулятора выявил значительные динамические нагружения, приводящие к предельно допускаемому для дизелей снижению частоты вращения коленчатого вала. Разработанная математическая модель позволяет определить нагруженность силовых установок валочно-трелёвочных машин в режимах перенесения дерева в горизонтальной плоскости поворотом манипулятора на стадии разработки конструкторской документации. По исходным данным применительно к ВТМ ЛП-17А и начальным условиям для режима разгона при повороте манипулятора по разработанной математической модели рассчитаны основные показатели работы силовой установки. По результатам расчета в целях ограничения нагруженности силовой установки перенесение дерева поворотом манипулятора рекомендовано осуществлять на малых скоростях, не превышающих 0,2…0,4 м/с.

Статья в формате PDF

0 KB

валочно-пакетирующая машина

дерево

манипулятор

торможение

математическая модель

1. Александров В.А. Моделирование технологических процессов лесных машин: учебник для вузов / В.А. Александров, А.В. Александров.– СПб.: СПбГЛТА, 2009. – 297 с.

2. Александров В.А. Конструирование и расчет машин и оборудования для лесосечных работ и нижних складов: учебник / В.А. Александров, Н.Р. Шоль. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Изд-во «Лань», 2012. – 256 с.

3. Александров В.А. Конструирование и расчет машин и оборудования для лесосечных работ и нижних складов: учебное пособие / В.А. Александров, Н.Р. Шоль. – Ухта: УГТУ, 2004. – 114 с.

4. Александров В.А. Основы проектирования лесозаготовительных машини оборудова-ния: учебное пособие / Н.Р. Шоль, Я.и. Шестаков, И.Н. Багаутдинов. – Йошкар-Ола: МарГТУ, 2007. – 348 с.

5. Железко Б.Е. Основы теории и динамика автомобильных и тракторных двигателей: учеб. пособие. – Минск: Выш. шк., 1980. – 303 с.

Процесс перенесения валочно-трелевочной машиной дерева поворотом манипулятора в горизонтальной плоскости сопровождается значительным динамическим нагружением. Расчётная схема для исследования данного режима приведена на рис. 1. Она представляет собой крутильную динамическую систему (двигатель машины с помощью гидросистемы приводит в движение исполнительный орган – манипулятор).

Рис. 1. Расчётная схема: а – исходная; б – эквивалентная

Принятые обозначения:

J1 – момент инерции кривошипно-шатунного механизма, маховика, сцепления и шестерён гидронасоса;

J2 – момент инерции манипулятора, захватного устройства, приведённый к коленчатому валу;

J3 – момент инерции предмета труда – дерева, приведённый к коленчатому валу;

φ1, φ2, φ3 – угловые перемещения масс соответственно с моментом инерции J1, J2, J3;

Сr – приведённая жесткость гидропередачи привода колонны манипулятора;

С12 – приведённая к коленчатому валу крутильная жесткость коленчатого вала, металлоконструкции манипулятора и гидропередачи;

С23 – приведённая крутильная жесткость дерева;

– соответственно изгибные жесткости комлевой и вершинной части дерева;

MД – крутильный момент, отбираемый от двигателя для привода гидронасоса;

MС – приведённый момент сопротивления поворота дерева;

fп – площадь поршня (поршней) привода колонны;

r – плечо усилия на штоках гидроцилиндров гидропривода колонны.

Допущения:

1) физико-механические свойства упругих связей постоянны;

2) движения масс системы описываются линейными дифференциальными уравнениями.

Кинетическая энергия системы:

где

Потенциальная энергия системы:

Тогда система дифференциальных уравнений примет вид

(1)

Домножим уравнение (1) системы (1) на J2, а уравнение (2) на J1, уравнение (2) на J3, а уравнение на J3 и вычитаем из первого второе, то есть

(2)

К полученному уравнению применяем уравнения (1), (3) системы (1):

(3)

Домножим уравнение (2) системы (1) на J3, а уравнение (3) на J2, и вычитаем из второго третье:

(4)

Из уравнения (3) выведем (φ2 – φ3) и :

Значения для (φ2 – φ3) и подставим в уравнение (4) и, преобразуя окончательно, получим

(5)

где

Введя новую переменную , получим однородное уравнение

(6)

Его характеристическое уравнение имеет вид

(7)

Решение однородного уравнения (5) будет

где

(8)

Пример.

Исходные данные примем применительно к ВТМ ЛП-17А [2, 5]:

J1 = 4,05 кг?м2; v = 1 м/с;

Примем объем пакетируемого дерева V = 2,0 м3: СД = 19651 Н; h = 12 м.

Тогда

1. Определяем коэффициенты дифференциального уравнения (6):

A = 694,061 c–2; B = 2811,27 c–4.

2. Находим частоты колебаний масс:

k1 = 26,27 c–1; k2 = 2,02 c–1.

3. Начальными условиями для режима разгона будут:

Примем

tp = 0,6 c.

4. Используя начальные условия, определяем постоянное интегрирование

С1…С2; С1 = С2 = 0;

5. Колебательная нагрузка в упругой связи С12 определяется как

или

6. При постоянных условиях получим максимальные условия (рис. 2):

7. Снижение частоты вращения коленчатого вала произойдёт на величину:

где NH – мощность отбирается от силовой установки на привод гидронасоса:

Суммарный момент, испытываемый силовой установкой вследствие динамического нагружения, будет

где

Рис. 2. Графики динамического воздействия на силовую установку ВТМ

Суммарный момент испытываемой силовой установки с учетом динамического нагружения будет

В таблице приведены результаты вычислений по снижению частоты вращения коленчатого вала при начальных условиях.

Характеристики динамического воздействия на силовую установку ВТМ в режиме перенесения дерева поворотом манипулятора в горизонтальной плоскости

Анализ результатов показывает, что нагруженность силовой установки ВТМ в процессе перенесения дерева поворотом манипулятора сопровождается значительным динамическим нагружением, приводит к предельно допускаемому для дизелей снижению частоты вращения коленчатого вала.

Выводы

1. В целях ограничения нагруженности силовой установки ВТМ перенесение дерева поворотом манипулятора необходимо осуществлять на малых скоростях, не превышающих 0,2…0,4 м/с .

2. Предложенная математическая модель позволяет определить нагруженность силовых установок валочно-трелёвочных машин в режимах перенесения дерева в горизонтальной плоскости поворотом манипулятора на стадии разработки конструкторской документации.

Библиографическая ссылка