Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследований. 9
1.1. Общие требования к лесопогрузчикам. 9
1.2. Лесопогрузчики. Назначение, классификация. Направление развития работ по созданию лесопогрузчиков . 19
1.3. Обзор исследований подъемно-транспортных машин с переменным вылетом груза. 22
Выводы по главе. Цель и задачи исследований. 39
2. Разработка математических моделей системы «Рабочее оборудование - груз»
2.1. Режим подъема груза с одновременным выдвижением секций. 42
2.1.1. Анализ кинетической энергии системы «Рабочее оборудование - груз»
2.1.2. Уравнение движения системы «Рабочее оборудование - груз» 50
2.1.3. Определение обобщенных сил, соответствующих обобщенным координатам системы
3. Математическое моделирование работы механизмов подъема и выдвижения секций стрелы
3.1. Влияние кориолисовой силы инерции на уровень нагрузок на ,. элементы конструкции поворотного лесопогрузчика
3.2. Анализ изменения кинетической энергии стрелы при одновременной работе механизмов подъема и выдвижения секций 69
3.3. Моделирование рабочих режимов системы «Рабочее оборудование груз» 71
3.3.1. Влияние параметра кинематики на усилия на штоках гидроцилиндров подъема и изменения вылета
3.3.2. Влияние параметра кинематики на усилия на штоках гидроцилиндров подъема и выдвижения секций стрелы
3.3.3. Исследование усилий на штоках гидроцилиндров подъема и выдвижения секций в зависимости от изменения линейной и угловой скоростей движения стрелы
3.3.4. Влияние расстояний между опорами на силы сопротивления перемещению подвижных секции стрелы
3.3.5. Оптимизация кинематических параметров механизма подъема стрелы 88
3.4. Разработка уравнений регрессии 91
3.4.1. Уравнение регрессии для первого этапа движения 92
3.4.2. Уравнение регрессии для второго этапа движения 101
Выводы по главе 109
4. Экспериментальные исследования движения стрелы с грузом 111
4.1 Цели и задачи исследований 111
4.2. Физическая модель поворотного лесопогрузчика 112
4.3 Разработка информационно-измерительной системы 116
4.4 Методика экспериментальных исследований и обработка результатов
4.5 Определение погрешностей измерений 130
4.6 Результаты экспериментальных исследований 133
Выводы по главе 138
5. Общие выводы и рекомендации 139
Список используемой литературы 142
Приложение А 152
- Лесопогрузчики. Назначение, классификация. Направление развития работ по созданию лесопогрузчиков
- Уравнение движения системы «Рабочее оборудование - груз»
- Анализ изменения кинетической энергии стрелы при одновременной работе механизмов подъема и выдвижения секций
- Разработка информационно-измерительной системы
Введение к работе
Актуальность темы. Переместительные операции в лесной промышленности остаются наиболее энергоемкими и трудоемкими. От надежности лесопогрузчиков зависит ритмичность выполнения лесосечных и лесотранспортных работ.
В настоящее время в лесной промышленности России на погрузке древесного сырья в виде хлыстов и деревьев с кроной применяются лесопогрузчики перекидного типа. Однако при переходе на сортиментную заготовку, а так же при снижении объемов лесозаготовок эффективность таких машин существенно снижается из-за их ограниченных технологических возможностей. В этих условиях требуются более универсальные подъемно-транспортные машины с высокими показателями надежности и эргономики, обладающие более широкими технологическими возможностями.
Одним из направлений совершенствования лесных подъемно-транспортных машин является создание и освоение серийного производства поворотных лесопогрузчиков с переменным вылетом груза, оснащенных телескопическими стрелами. Это обусловлено рядом их достоинств, таких как улучшение условий труда оператора, повышение кинематической точности технологического оборудования, универсальность и более широкими технологическими возможностями.
Одними из основных механизмов технологического оборудования поворотного лесопогрузчика с телескопической стрелой являются механизмы подъема и выдвижения секций телескопической стрелы. От обоснованности выбора параметров этих механизмов на стадии проектирования в значительной степени зависит надежность и эффективность работы машины, ее металлоемкость и энергоемкость.
Исследованиями в области динамики лесосечных и лесотранспортных машин занимались такие авторы как Полетайкин В.Ф., Александров В.А., Дорохов СП., Эпштейн Ю.П., Орлов А.Н., Якимович СБ., Герасимов Ю.Ю.,
Гривезирский Ю.В., Шелмич P.P., Емтыль З.К., Мосеев И.Г., Шимкович Д.Г., Жуков А.В., Котиков В.М., Сюнев B.C. и другие, но в проведенных исследованиях нет научно-обоснованных методов выбора параметров механизмов подъема и выдвижения секций телескопической стрелы. Использование опыта смежных отраслей промышленности не представляется возможным в силу специфики условий и режимов работы лесопогрузчиков. Следовательно, тема диссертации, направленная на разработку и обоснование параметров механизмов подъема и изменения вылеты телескопической стрелы поворотного лесопогрузчика является актуальной.
Целью работы является обоснование параметров механизма подъема и изменения вылета телескопической стрелы поворотного лесопогрузчика.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ научных исследований динамических процессов поворотных лесопогрузчиков с телескопической стрелой.
2. Разработать математические модели движения системы «Рабочее оборудование - груз».
3. Выполнить математическое моделирование работы поворотного лесопогрузчика в режиме одновременного подъема и изменения вылета стрелы.
4. Выполнить оптимизацию кинематических параметров механизма подъема стрелы.
5. Выполнить экспериментальные исследования на физической модели поворотного лесопогрузчика.
6. Разработать регрессионные модели зависимости усилий на штоках гидроцилиндров подъема стрелы от кинематических параметров.
Научная новизна.
Основные положения, выводы и практические рекомендации, содержащиеся в диссертационной работе, базируются на данных математического моделирования, экспериментальных исследований, выполненных методом физического моделирования и планирования активных полнофакторных экспериментов.
Разработаны математические модели динамической системы «Рабочее оборудование - груз», позволяющие на стадии проектирования определять уровень нагрузок в элементах конструкции механизмов подъема и перемещения секций телескопической стрелы лесопогрузчика с переменным вылетом груза с учетом влияния конструктивных и эксплуатационных факторов (скорость движения стрелы, вылет груза, угол поворота в вертикальной плоскости, вес груза).
Разработана методика оптимизации параметров кинематики механизма подъема стрелы по критерию min max усилия на штоке гидроцилиндров привода на основе метода покоординатного спуска.
Установлено влияние на уровень динамических нагрузок в элементах конструкции телескопической стрелы кориолисовых сил инерции при совместной работе механизмов подъема и перемещения секций стрелы.
Установлены зависимости нагрузок на элементы конструкции механизма изменения вылета телескопической стрелы от конструктивных и эксплуатационных факторов (грузовой момент, угол поворота стрелы в вертикальной плоскости, расстояние между опорами секций, скорость перемещения секций, угловая скорость стрелы).
Разработана информационно-измерительная система для выполнения экспериментальных исследований режимов работа лесопогрузчика с переменным вылетом груза.
Выполнен вычислительный эксперимент и разработаны регрессионные математические модели, устанавливающие зависимость усилий на штоках гидроцилиндров подъема стрелы от кинематических и эксплуатационных параметров с учетом парных взаимодействий факторов.
Практическая значимость работы.
Результаты работы являются вкладом в разработку методов проектирования поворотных лесопогрузчиков, оснащенных телескопическими устройствами, направлены на повышение их технического уровня и сокращение трудоемкости проектных работ.
Определена степень влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на величину динамических нагрузок в элементах конструкции технологического оборудования (угловой и линейной скорости движения стрелы, размеров кинематических звеньев, грузового момента, расстояний между опорами секций телескопической стрелы, вылета груза).
Разработана методика оптимизации параметров кинематики механизма подъема стрелы на основе метода покоординатного спуска. Применение данной методики позволяет снизить уровень нагруженности и металлоемкость элементов конструкции данных механизмов.
Получены данные о величине и характере действующих нагрузок в элементах конструкции механизма изменения вылета стрелы и разработаны рекомендации по выбору его параметров.
Разработанные в результате вычислительного эксперимента регрессионные модели позволяют упростить математический аппарат моделирования рабочих режимов лесопогрузчика и расчеты динамических нагрузок на элементы конструкции лесопогрузчика.
Разработанная информационно-измерительная система обеспечивает автоматизацию регистрации и обработки результатов экспериментальных исследований режимов работы лесопогрузчика на физической модели.
Реализация работы.
Результаты работы приняты ОАО «Завод Краслесмаш» для использования при проектировании лесных машин.
Результаты работы внедрены в учебный процесс Сибирского государственного технологического университета на кафедре Проектирование лесного оборудования.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались на всероссийской научно-практической конференции «Химико-лесной комплекс - проблемы и решения» (Красноярск, 2002, 2003, 2004); на научно-практической конференции СибГТУ для студентов и молодых ученых (Красноярск, 2002).
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Математические модели динамической системы «Рабочее оборудование - груз» поворотного лесопогрузчика.
2. Результаты анализа кинетической энергии системы при одновременной работе механизмов подъема и изменения вылета телескопической стрелы поворотного лесопогрузчика.
3.Результаты математического моделирования и анализа влияния конструктивных и эксплуатационных факторов, а так же кориолисовых сил инерции на динамику элементов конструкции механизмов подъема и изменения вылета телескопической стрелы поворотного лесопогрузчика.
4. Метод оптимизации параметров механизма подъема и рекомендации по выбору параметров механизма изменения вылета телескопической стрелы поворотного лесопогрузчика.
Результаты вычислительного эксперимента и регрессионные модели.
5. Результаты экспериментальных исследований режимов совместной работы механизмов подъема и изменения вылета стрелы на физической модели поворотного лесопогрузчика.
Личное участие.
Все основные научные результаты получены лично автором. Результаты совместных исследований снабжены ссылками на соответствующие источники.
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка из 111 наименований и 3 приложений. Диссертация изложена на 160 страницах и содержит 34 рисунка и 19 таблиц.
Работа выполнялась в 2002 - 2005 годах в Сибирском государственном технологическом университете на кафедре Проектирование лесного оборудования.
Лесопогрузчики. Назначение, классификация. Направление развития работ по созданию лесопогрузчиков
Перечисленными преимуществами объясняют факт широкого распространения колесных лесопогрузчиков в лесной промышленности зарубежных стран. Только в США различными фирмами выпускается около 180 моделей погрузчиков, оснащенных захватами для лесоматериалов . Грузоподъемность их составляет от 7 до 540 кН. При этом около 70 % из них на пневмоколесном ходу. Всего же за рубежом выпускается более 250 моделей погрузчиков.
Вместе с тем, гусеничные машины обладают существенным преимуществом перед колесными: эти машины создают значительно меньшее давление на грунт. Так лесопогрузчики ПЛ-2, ПЛ-3, ЛТ-65Б при движении с грузом создают удельное давление 50-80 кПа, фирмы "Катерпиллер" 117-120 кПа, фирмы "Комацу" 67-90 кПа, "ВалметКТД 1510 " 250-300 кПа, "Валмет КТД 2514 " 700 кПа .
Указанный недостаток в значительной степени затрудняет эксплуатацию колесных лесопогрузчиков в условиях лесосеки. Как уже отмечено выше, площади неблагоприятные с лесоэксплуатационной точки зрения, составляют большую часть из покрытых лесом площадей. Вследствие этого полная замена гусеничных лесопогрузчиков колесными невозможна. Поэтому создание и производство гусеничных лесопогрузчиков в нашей стране является актуальной задачей. В нашей стране наиболее широкое распространение получили лесопогрузчики гусеничные перекидного типа грузоподъемностью 25...40 кН.
Существующие лесопогрузчики оснащаются грейферными, вилочными и челюстными захватами. Наибольшее распространение получили рабочие органы в виде двухчелюстных захватов. В конструкциях перекидных лесопогрузчиков приводной, как правило, выполняется одна челюсть, на других - обе челюсти выполняются подвижными.
По типу траектории движения груза различают фронтальные, перекидные и поворотные лесопогрузчики. Каждый тип машин обладает разными технологическими возможностями, которые рассмотрены ниже.
Цикл погрузки или штабелевки древесины фронтально-вертикальными и фронтально- радиальными погрузчиками включает в себя следующие операции: захват пачки деревьев, подъем в транспортное положение, разворот погрузчика при движении задним ходом, подъезд к месту выгрузки, освобождение захвата от пачки и возврат к месту набора. Недостатком такой схемы работы является необходимость разворотов с грузом в захвате, что вызывает значительные динамические нагрузки на рабочее оборудование лесопогрузчика.
Данного недостатка лишены перекидные и поворотные погрузчики. Так, например, цикл работы перекидного лесопогрузчика состоит из следующих операций: захват пачки древесины, подъем стрелы в транспортное положение, переезд к транспортному средству, разгрузка и возврат к месту набора.
Схема работы поворотного лесопогрузчика отличается тем, что позволяет производить набор и разгрузку при различном расположении штабеля древесины и транспортного средства. Примерная схема работы поворотного лесопогрузчика приведена на рис. 1.2. К недостаткам перекидных лесопогрузчиков по сравнению с поворотными относится то, что для их работы требуется соблюдение следующих правил: 1. Штабели древесины должны быть параллельны дороге, по которой идет вывозка лесовозами. 2. Штабели должны быть однородны по породному составу и другим характеристикам древесины, так как перекидные лесопогрузчики не могут осуществлять подсортировку древесины . 3. Комли хлыстов или сортиментов должны быть выровнены. 4. Более сложные условия работы оператора, так как время работы оператору необходимо поворачивать тело на 180 . Таким образом, поворотные лесопогрузчики являются более гибкими, универсальными к технологии лесосечных работ. Это направление работ является перспективным: в нашей стране подобные машины разрабатывались на основе лесных машин с манипуляторами, оснащенных грузозахватными приспособлениями (например на базе ЛП-19В). По конструкции стрелы встречаются лесопогрузчики с постоянной длиной стрелы и с переменным вылетом груза. К последним относят, например, лесопогрузчики с телескопической стрелой. Применение телескопической стрелы обеспечивает удобные условия работы при наборе и укладке груза, значительно расширяет технологические возможности, повышает производительность машины. Наличие данных свойств делает разработку лесопогрузчика с телескопической стрелой перспективной. Лесопогрузчики являются машинами, обладающими специфичными особенностями: по принципу работы, конструкции они близки к погрузчикам для дорожно - строительных работ. В то же время свойства груза и условия работы, ставят лесопогрузчики в один ряд с другими лесосечными машинами. Поэтому работа лесопогрузчиков отличается более тяжелыми режимами работ по сравнению с строительно-дорожными машинами, так как на нагруженность и надежность лесопогрузчиков влияют динамические свойства груза, препятствия (камни, сучья, остатки деревьев), а часто и природные условия (мороз). В силу специфических особенностей условий эксплуатации, характера взаимодействия машины с предметом труда и конструктивного выполнения рабочего оборудования, использование результатов исследований лесосечных, лесотранспортных, грузоподъемных, дорожно-строительных и других машин при создании лесопогрузчиков и повышении их технического уровня не представляется возможным. В связи с этим важное значение приобретает проблема разработки теоретических основ создания и совершенствования лесопогрузчиков разных типов.
Уравнение движения системы «Рабочее оборудование - груз»
Использование в узле подвеса рабочих органов шарниров, проворачивающихся с некоторым постоянным моментом трения, не дает снижения динамических нагрузок, так как большая сила трения в шарнирах ухудшает ориентацию рабочих органов, а малая - практически не влияет на нагруженность. Для наиболее распространенных в настоящее время и перспективных погрузчиков - штабеллеров с грузовым моментом 160-200 кН м получены следующие оптимальные параметры: степень подвижности подвеса п=3 для грейферного захвата, п=2 для клещевого захвата, максимальные управляющие ориентацией моменты для грейферного захвата 20 кН, для клещевого захвата 40 кН.
Исследованию влияния работы гидропривода на динамическую нагруженность металлоконструкции гидроманипулятора посвящена работа А.Н. Орлова [22]. На основании проведенного анализа применения в гидросистемах лесных машин систем пропорционального управления установлено, что это позволит повысить эффективность функционирования лесной машины. На основании анализа влияния характеристик гидросистем с системой пропорционального управления на нагруженность конструкции гидроманипулятора установлено, что у лесной машины с системой пропорционального управления пиковые нагрузки меньше на 9-11% . При этом с увеличением таксационных показателей древостоя степень влияния возрастает. В конструкции напряжения уменьшаются на 20-40 %. Путем анализа установлено, что значение среднего ресурса зависит от расхода через гидрораспределитель с системой пропорционального управления. В результате проведения эксплуатационных испытаний ЛП-18Г установлено, что закон распределения пиковых нагрузок близок к нормальному, а амплитуды напряжений действующих в конструкции могут быть описаны законом распределения в нормальной форме. Для определения оптимальных характеристик управляющих воздействий по критерию быстродействия целесообразно использовать принцип максимума Понтрягина. В работе СБ. Якимовича [23] рассмотрена динамика шарнирно-сочлененного манипулятора на сортировке лесоматериалов. Определена зависимость коэффициента динамичности от частоты собственных колебаний и способа взятия груза - в центре тяжести или иначе. Оптимизированы технологические схемы применения манипуляторов на лесных складах.
В работе В.М. Ульянова [24] исследована работа манипуляторов ЛВ-185 и ЛВ-184. Модели выполнены на основе уравнений Лагранжа второго рода, звенья манипулятора принимались абсолютно жесткими, а шарниры упругими. Рассмотрена динамика одновременного поворота и торможения стрелы при ее опускании. Для совмещения этих операций предлагается дроссельное синхронизирующее устройство золотникового типа (регулируемый делитель потока), использование которого позволяет повысить производительность манипулятора при снижении его динамической нагруженности.
Герасимов Ю.Ю. в своей работе [25] разработал имитационную модель обоснования основных параметров системы "древостой-технология-машина". Модель построена в многоцелевой постановке проблемы -обеспечение проведения в условиях природно-производственной неопределенности механизированной рубки ухода с одновременно максимальной производительностью машины, минимальной повреждаемости древостоя, максимальной доступностью древостоя в рубку, минимумом материалоемкости изделия при требуемом грузовом моменте, обеспечением качества рубок. Показано, что в сосновых высокополнотных древостоях Северо- Запада России при проведении первых рубок ухода рекомендуется использовать ВПМ (или харвестеры ) с вылетом Юм, грузовым моментом 35 кНм при расстоянии между технологическими коридорами 20м . Для последних изрежеваний целесообразно использовать манипуляторное технологическое оборудование, имеющее при максимальном вылете 10 м грузовой момент 65 кНм. Это позволяет на 33% снизить металлоемкость манипулятора при первых изрежеваниях при неизменности остальных показателей. В диссертации показана необходимость учитывать характер работы машины (ВПМ, ВТМ, БТМ) для оптимального проектирования колонны - стрелы - рукояти.
Определению упругих характеристик выдвижной руки робота -манипулятора (телескопического звена) посвящена работа СВ. Белоликова [26]. Построена расчетная модель для определения упругих характеристик выдвижной руки робота на опорах качения, предложены схемы, позволяющие определить местные деформации неподвижной части руки. Исследовано влияние деформаций стенок звеньев, выполненных в виде труб квадратного сечения на погрешности позиционирования. Показано, что при использовании опор качения необходимо дополнительно учитывать контактную податливость, а при использовании тонкостенных профилей -местные деформации звеньев; предложены критерии пренебрежимости по отдельности каждым из перечисленных факторов. Подробно рассмотрена задача статики упругой телескопической конструкции выдвижной руки манипулятора при учете нелинейной контактной податливости подшипников качения с учетом возможного отрыва (потери контакта) в некоторых точках, сформулирована и решена пространственная задача статики для выдвижной руки, получены семейства соответствующих статических нелинейных характеристик. Определены частоты свободных колебаний выдвижной руки манипулятора при учете нелинейной упругой характеристики, построены зависимости частоты свободных колебаний от амплитуды и постоянного смещения, оценено влияние нелинейности упругих характеристик подшипниковых узлов (и отрыва) на статические ошибки позиционирования и на частоты собственных колебаний. Большое значение в настоящее время придается поиску рациональных форм поперченных сечений телескопических стрел, обеспечивающих им повышенную изгибную и крутильные жесткости при наименьшей массе.
Анализ изменения кинетической энергии стрелы при одновременной работе механизмов подъема и выдвижения секций
Полученные уравнения регрессии позволяют при проектировании определять оптимальные кинематические параметры системы. Они более удобные в расчетах, так как не такие громоздкие, как математические модели. Так же с помощью уравнений регрессии можно определять вклад каждого из исследуемых факторов в выход процесса, то есть в изменение усилия на штоке гидроцилиндра МПС, и так же, можно исследовать парное взаимодействие факторов.
Анализ результатов математического моделирования позволяет сделать следующие выводы: 1. Кориолисова сила инерции: - величина кориолисовой силы инерции при заданных кинематических параметрах лесопогрузчика ЛТ-210 ( = 0,65м, Р = 11 Г) несущественно влияет на нагруженность системы. Максимальное значение кориолисовых сил инерции, возникающее в конце второго этапа движения составляет 1,7% от грузового момента лесопогрузчика; - кориолисовы силы инерции существенно возрастают при повышении производительности гидронасоса, следовательно, при увеличении линейной и угловой скоростей движения манипулятора. Так, увеличение производительности насоса на 90%, приводит к росту линейной и угловой скоростей движения стрелы в 2 раза, что в свою очередь приводит к повышению момента кориолисовых сил инерции в 4,5 раза (1600 Н -м ); - при исследовании величины кориолисовых сил инерции в зависимости от изменения грузового момента манипулятора видно, что увеличение грузового момента со 160 до 260 кН м (на 62,5%) приводит к росту момента кориолисовых сил инерции на 1,23 -10 Н м (на 65%). максимальная нагруженность на элементы конструкции от кориолисовых сил инерции возникает при повышении линейной и угловой скоростей движения стрелы. При этом при повышении скоростей движения стрелы в два раза, максимальная величина момента кориолисовых сил инерции составит 8% от грузового момента лесопогрузчика. 2. В процессе оптимизации кинематических параметров механизма подъема стрелы были определены оптимальные значения управляемых переменных I и Р, что позволило снизить усилие на штоке гидроцилиндра МПС и, следовательно, металлоемкость конструкции. При проектировании лесопогрузчиков с грузовым моментом 210 кНм рекомендуется использовать полученные значения кинематических параметров: = 0,65м, Р = 120. 3. Исследования нагруженности механизма выдвижения секций показали, что уменьшение расстояния между опорами подвижных секций на 20% приводит к увеличению нагруженности опор на 24-56%, что в свою очередь приводит к увеличению усилий на штоках гидроцилиндров выдвижения секций на 0,23%. Увеличение расстояния между опорами секций на 20% позволяет снизить нагруженность опор на 16-38%, что приводит к снижению усилий на штоках гидроцилиндров выдвижения секций на 0,2%. 4. Регрессионные модели, полученные в результате проведенного вычислительного эксперимента на математических моделях позволяют упростить расчеты кинематических параметров лесопогрузчика, учесть влияние каждого фактора и их парные взаимодействия. 5. Исследование кинетической энергии показало, что постепенно возрастая, величина кинетической энергии достигает максимального значения в конце второго этапа движения в крайнем верхнем положении стрелы. Следовательно, данное положение стрелы является наиболее нагруженным. 4 Экспериментальные исследования движения стрелы с грузом 4.1 Цели и задачи исследований С целью проверки адекватности математических моделей и достоверности результатов математического моделирования режимов работы проведены экспериментальные исследования на физической модели поворотного лесопогрузчика. Для достижения целей экспериментальных исследований необходимо решить следующие задачи: 1. Спроектировать и установить на физическую модель делитель потока рабочей жидкости гидросистемы для обеспечения режима одновременной работы МПС и МВС. 2. Разработать информационно-измерительную систему для измерения и архивации параметров динамических процессов в телескопической стреле и гидросистеме лесопогрузчика. 3. Выполнить экспериментальные исследования. Определить влияние на величину усилия на штоках гидроцилиндров МПС и МВС следующих факторов: - массы поднимаемого груза; - линейной и угловой скоростей движения стрелы; - угла поворота стрелы. 4. Выполнить математическую обработку результатов измерений. Выполнить экстраполяцию результатов экспериментальных исследований на натурный объект. 5. Сравнить экспериментальные данные с результатами математического моделирования.
Разработка информационно-измерительной системы
Анализ полученных результатов показывает, что расхождение теоретических данных с экспериментальными составляет не более 20%. Следовательно, математические модели адекватны, а результаты моделирования режимов работы поворотного лесопогрузчика являются достоверными.
Применение современных средств регистрации и записи процессов позволяет автоматизировать сбор и первоначальную обработку экспериментальных данных, что снижает трудоемкость проведения эксперимента в полевых условиях без снижения качества исследований.
Разработанные математические модели движения системы «Рабочее оборудование - груз» адекватно отражают процессы работы лесопогрузчика с переменным вылетом груза и могут быть использованы для исследования и расчетов лесопогрузчиков с телескопической стрелой на стадии проектирования.
Экспериментальные исследования подтвердили выводы теоретических исследований о величине и характере действия динамических нагрузок на телескопическую стрелу. 1. Анализ существующих работ показал, что в лесной промышленности России наряду с лесопогрузчиками перекидного типа актуальным является задача создания и освоения лесопогрузчиков поворотных, оснащенных телескопическими стрелами. При этом несмотря на значительное количество публикаций по исследованиям лесотранспортных машин вопросы динамики нагрузок и обоснования параметров конструкции таких лесопогрузчиков не достаточно изучены. 2. Разработанные математические модели динамической системы «Рабочее оборудование - груз» позволяют на стадии проектирования определять уровень нагрузок в элементах конструкции механизмов подъема и изменения вылета стрелы с учетом влияния конструктивных и эксплуатационных факторов (линейная и угловая скорость стрелы, вылет стрелы, угол поворота в вертикальной плоскости, вес груза), а так же кориолисовых сил инерции. 3. Исследованиями установлено, что возникающие при одновременной работе механизмов подъема и изменения вылета стрелы моменты кориолисовых сил инерции не превышают 1,7% от заданного грузового момента лесопогрузчика. При этом кинетическая энергия системы монотонно возрастает вследствие увеличения моментов инерции движущихся масс и достигает максимального значения при наибольшем вылете стрелы, увеличиваясь в 7 раз по сравнению с начальным значением. 4. В результате моделирования режимов работы лесопогрузчика установлено, что параметры кинематики I и ф оказывают существенное влияние на нагруженность элементов конструкции механизма подъема стрелы. При этом с уменьшением параметра нагрузки на гидроцилиндры привода возрастают. Для лесопогрузчика с грузовым моментом 120 кНм уменьшение на 8% приводит к возрастанию нагрузок на 12,5%. 5. Анализ результатов моделирования показывает, что параметр Р (угол установки гидроцилиндра подъема стрелы) существенного влияния на наргуженность механизма подъема стрелы не оказывает: изменение угла в пределах +10 ... -20 приводит к изменениям нагрузки на штоках гидроцилиндров +9%...-6,4%. 6. Значительное влияние на уровень нагрузок в элементах конструкции механизмов подъема и изменения вылета стрелы оказывают линейная и угловая скорости движения звеньев механизмов, что связано с изменением производительности насосов гидросистемы. Так увеличение этих параметров в 2 раза приводит к повышению нагрузок на штоках гидроцилиндров от 20% до 50%. 7. Разработанная в процессе исследований методика оптимизации параметров кинематики механизма подъема стрелы по критерию min max усилий на штоках гидроцилиндров привода позволяет на стадии проектирования решать вопросы обоснования параметров указанного механизма и может быть рекомендована для использования при проектировании лесных машин. Для лесопогрузчика с грузовым моментом 210 кНм установлены оптимальные значения параметров 0,65м, р = 120 при Ф = -30. 8.Установлено влияние параметра на уровень нагрузок на штоках гидроцилиндров провода механизма изменения вылета стрелы. С увеличением на 20...23% нагрузки возрастают до 10,5%. 9. Установлено, что на уровень нагрузок в элементах конструкции телескопической стрелы и механизма изменения вылета существенное влияние оказывает расстояние между опорами секций. Так для лесопогрузчика ЛТ-210 уменьшение расстояния между опорами средней и внутренней секции на 20% приводит к увеличению нагрузок на опоры в 1,25...1,33 и 1,24...1,56 раза соответственно.
