Введение к работе
Актуальность темы исследования. В настоящее время в лесном комплексе широко применяются машинные технологии лесозаготовок, среди которых важное место занимает сортиментная технология, которая более полно отвечает современным экологическим требованиям при проведении рубок ухода за лесом. В связи с этим возникла необходимость в разработке и выпуске отечественных конструкций лесных гидроманипуляторов для сортиментовозов на базе колёсных тракторов и автомобилей. Но они пока уступают в конкурентоспособности зарубежным моделям.
Рабочие процессы лесных манипуляторов характеризуются большими динамическими нагрузками, особенно в пуско-тормозных режимах, а также раскачиванием захватных устройств при наведении на пачку сортиментов и укладке груза в заданное положение. Для ограничений предельных колебаний давления рабочей жидкости применяются предохранительные клапаны, дроссели, гидравлические демпферы. Общим недостатком этих устройств является то, что ограничение колебаний давления рабочей жидкости происходит за счет ее перетекания из одной полости в другую через дроссельные отверстия , при этом гидравлическая энергия превращается в тепловую, что приводит к перегреванию жидкости и потере энергии. Наиболее эффективными являются энергосберегающие гидропневматические демпфирующие устройства , которые способны рекуперировать энергию при тормозных режимах и возвращать часть энергии обратно в систему при обратном движении. Поэтому в эпоху энергетического кризиса исследования, касающиеся разработки гидропневматических демпфирующих устройств, позволяющих понизить уровень энергопотребления в процессе выполнения работ, являются актуальными и своевременными.
Диссертация выполнена в соответствии с государственной темой ГОУ ВПО "ВГЛТА" "Разработка ресурсосберегающих технологий и обоснование параметров машин для лесовосстановления и лесоразведения в лесостепной и степной зонах РФ" (№ гос. регистрации 01201168738).
Степень разработанности темы.
Исследованиям рабочих процессов лесозаготовительных машин манипуляторного типа посвящены работы В.А. Александрова, В.Н. Андреева, К.Н. Баринова, Ю.Ю. Герасимова, И.М. Бартенева, М.В. Драпалюка, З.К. Емтыля, П.М. Мазуркина, В.Н. Винокурова, В.Ф. Полетайкина , В.И. Казакова, Ю.А. Ширнина, В.С. Сюнева, А.М. Цыпука П.И. Попикова и др. Вопросами исследования энергосберегающих рекуперативных систем приводов технологических машин занимались Л.А. Хмара, А.Т. Рыбак, В. И. Посметьев, В.Ф. Щербаков и др.
Из анализа исследований методов снижения динамической нагруженности энергоемкости и амлитуды раскачивания груза при работе лесных гидроманипуляторов следует, что прогрессивными являются энергосберегающие гидропневматические демпфирующие устройства привода механизма поворота колонны, однако их рабочие процессы и параметры исследованы в недостаточной степени, особенно, при пуско-тормозных режимах.
Цель и задачи работы. Целью работы является совершенствование рабочих процессов механизма поворота гидроманипулятора сортиментовоза путем обоснования параметров гидропневматического демпфирующего устройства.
В соответствии с целью работы предлагается решить следующие задачи:
1 Обосновать гидропневматическую схему механизма поворота манипулятора сортиментовоза с энергосберегающим демпфирующим устройством.
2 Разработать математическую модель рабочих процессов механизма поворта колонны с демпфирующим устройством для оценки эноергоемкости, колебаний давления рабочей жидкости и амплитуды раскачивания груза при пуско-тормозных режимах.
3 Получить экспериментальные зависимости динамических характеристик рабочих процессов механизма поворота колонны манипулятора с демпфирующим устройством.
4 Обосновать и оптимизировать параметры гидропневматического демпфирующего устройства, разработать опытную конструкцию механизма поворота манипулятора и определить ожидаемый экономический эффект от его применения.
Методология и методы исследования. Выполненные исследования основываются на использовании методов теоретической механики, гидродинамики, математической статистики, включали математическое и имитационное моделирование рабочих процессов механизма поворота манипулятора. Решение математической модели производилось с применением численного интегрирования на ЭВМ.
Положения, выносимые на защиту:
1 Математическая модель процесса поворота манипулятора, позволяющая учесть параметры нового гидропневматического демпфирующего устройства и оценить эффективность его работы.
2 Программы для ЭВМ и результаты компьютерного эксперимента, позволяющие исследовать влияние параметров гидропневматического демпфирующего устройства на динамические характеристики механизма поворота манипулятора.
3 Закономерности изменения динамических характеристик рабочих процессов механизма поворота колонны манипулятора, позволяющие оптимизировать параметры гидропневматического демпфирующего устройства.
4 Обоснованные параметры механизма поворота колонны манипулятора, оснащенного гидропневматическим демпфирующим устройством, позволяющим понизить динамическую нагруженность, энергоёмкость и амплитуду раскачивания груза.
Научная новизна:
1 Представлены математические модели рабочих процессов нового механизма поворота манипулятора, защищенного патентами на изобретение №2479481 и полезную модель № 125571, отличающиеся тем, что учтено влияние конструкции и параметров гидропневматического демпфирующего устройства привода колонны на динамическую нагруженность, энергоемкость и амплитуду раскачивания груза в пуско-тормозных режимах. Программа решения математической модели на ЭВМ зарегистрирована свидетельством № 2009611294.
2 Обоснованы параметры гидропневматического демпфирующего устройства привода колонны, отличающиеся рациональными значениями, рассчитанными по критериям уменьшения энергоемкости, динамической нагруженности и амплитуды раскачивания груза в рабочих режимах.
3 Выявлены закономерности изменения давления рабочей жидкости и амплитуды раскачивания груза, отличающиеся учетом параметров гидропневматического демпфирующего устройства.
4 Обоснована компоновка гидропневматического демпфирующего устройства привода колонны манипулятора, отличающаяся учетом динамических характеристик рабочих процессов манипулятора сортиментовоза.
Теоретическая и практическая значимость работы. Разработана математическая модель рабочих процессов манипулятора сортиментовоза с учётом конструкции и параметров нового гидропневматического демпфирующего устройства. Разработанные рекомендации по выбору параметров гидропневматического демпфирующего устройства привода колонны используются в ООО «СТАЛЬ-СИНТЕЗ», проектной организации ЦОКБЛесхозмаш, в учебно-опытном лесном предприятии ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» и в ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» при обучении магистров, специалистов и бакалавров лесотехнического профиля.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность научных положений обеспечивается использованием современных методов теоретических и экспериментальных исследований, хорошей сходимостью и положительными результатами лабораторных и полевых испытаниях.
Основные результаты работы доложены и обсуждены на международной конференции «Анализ и синтез сложных систем в природе и технике» (2013г.), научно-практических конференциях сотрудников ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (2007-2013 гг.), на техническом совете ЦОКБЛесхозмаш .
Публикации. Результаты исследований по теме диссертационной работы освещены в 9 научных публикациях, в том числе 3 публикации в издании центральной печати, рекомендованного ВАК Федерального агенства по образованию РФ, 1 публикация без соавторов, 1 патент на изобретение, 1 патент на полезную модель и 1 свидетельство государственной регистрации программ для ЭВМ.
Структура диссертации. Общий объём работы содержит 172 страницы, из них 152 страницы основного текста и 20 страниц приложений. Работа содержит 7 таблиц, 72 иллюстрации, список литературы включает 124 источников, в том числе 8 иностранных.
