Введение к работе
Актуальность темы. Лесная промышленность является одной из главных отраслей Российской Федерации. Значение лесной промышленности велико и определяется, прежде всего, наличием огромных лесных ресурсов.
В настоящее время большинство специальных лесных машин выпускаются на базе серийных лесопромышленных тракторов. Наряду с положительными сторонами (унификация, удешевление производства и др.) это имеет и отрицательные последствия (усложнение конструкции, увеличение конструктивной массы). При проектировании лесных машин требуется доработка базовых тракторов, так как изменяются режимы нагружения элементов конструкции ходовой системы корпуса машины и подвески корпуса. Поэтому вопросы обоснования основных параметров базовых тракторов при проектировании специальных лесных машин являются актуальными. Создание и совершенствование новых машин должно быть направлено на повышение показателей надежности, эргономичности, экологии, экономики и технической эстетики, так как по этим показателям отечественные лесные машины отстают от зарубежных аналогов.
Погрузочно-разгрузочные операции в лесной промышленности являются наиболее трудоемкими. Гусеничные лесопогрузчики перекидного типа широко применяются в лесной промышленности России на погрузке древесного сырья в виде хлыстов и деревьев с кроной. Эти машины отличаются простотой конструкции, высокой производительностью. От надежности работы лесопогрузчиков зависит ритмичность работы лесовозного транспорта и последующих фаз производства лесозаготовительных предприятий. С учетом этого при проектировании лесопогрузчиков следует уделять значительное внимание расчетам, учитывающим динамические нагрузки на элементы конструкции, так как работа машин в лесной промышленности отличается тяжелыми режимами, условия эксплуатации характеризуются низкими температурами и сложным рельефом, предметы труда обладают упругими характеристиками. Все это в комплексе предъявляет повышенные требования к разработке динамических моделей лесопогрузчиков, учитывающих большое количество конструктивных и эксплуатационных факторов с целью повышения точности проводимых исследований и расчетов.
В настоящее время в России выпускаются лесопогрузчики перекидного типа, разработанные на основе авторского свидетельства 288663 (ЛТ-65Б, ЛТ -188, ЛТ-240). В качестве базовых машин этих лесопогрузчиков используются лесопромышленные тракторы ТТ-4М, ТЛТ-100-04(06), которые разрабатывались для работы в режиме трелевки хлыстов и деревьев в полупогруженном положении. При работе в таком режиме основная нагрузка от силы тяжести пакета деревьев передается на трелевочный щит, заднюю часть корпуса и ходовой системы. На переднюю подвеску корпуса и ее упругие элементы в процессе трелевки деревьев приходится значительно меньшая часть нагрузки. При использовании трелевочных тракторов в качестве базы для лесопогрузчиков перекидного типа изменяются режимы работы элементов
конструкции корпуса машины, ходовой системы, подвески корпуса, упругих элементов подвески. Изменяется распределение нагрузок между элементами ходовой системы, характер внешних нагрузок действующих на машину, обусловленный упругими колебаниями хлыстов и рабочего оборудования, возникающими в процессе движения лесопогрузчика в грузовом режиме. Ранее рядом авторов были выполнены исследования динамики внешних сил и элементов конструкции гусеничных лесопогрузчиков на базе лесопромышленных тракторов. Однако в конструкцию лесопромышленных тракторов и технологического оборудования лесопогрузчиков перекидного типа на их базе были внесены значительные изменения, что привело к изменениям их динамических характеристик (масс, жесткостей упругих элементов и др.), увеличена грузоподъемность с 35 кН до 42 кН. Исходя из этого вопросы повышения показателей надежности путем научного обоснования расчетных нагрузок на технологическое оборудование и подвеску корпуса, а так же параметров упругих элементов подвески лесопогрузчиков на основе математического моделирования основных эксплуатационных режимов, анализа результатов моделирования и экспериментальных исследований, являются актуальными.
Следует отметить, что в последние годы в производстве гусеничных тракторов ужесточаются технические требования к исполнению ходовых систем. Это связано, прежде всего, не только с внутренней конкуренцией, но и с хорошими предложениями со стороны зарубежных производителей. Главные из них: повышение показателей надежности при работе в тяжелых условиях эксплуатации, например, на грунтах с высокой влажностью с большим содержанием песка с кварцевыми включениями (более 35%) при знакопеременных температурах внешней среды. Повышение надежности ходовой системы обеспечивает повышение экономических показателей лесопогрузчиков.
Работы по совершенствованию конструкции и технологии изготовления комплектующих и деталей для гусеничных лесопогрузчиков ведутся на всех основных заводах-изготовителях ходовых систем гусеничных промышленных тракторов отечественного производства.
Цель работы. Повышение технического уровня гусеничных лесопогрузчиков перекидного типа грузоподъемностью 40...42 кН на базе лесопромышленных тракторов путем обоснования расчетных нагрузок на технологическое оборудование, подвеску корпуса и жесткости упругих элементов передней подвески корпуса базовой машины на основе математического моделирования и анализа эксплуатационных режимов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать расчетные динамические схемы и математические модели системы "базовая машина - рабочее оборудование - груз" для исследования и анализа эксплуатационных режимов гусеничных лесопогрузчиков перекидного
типа класса 40...42 кН на базе лесопромышленных тракторов с полужесткой подвеской корпуса.
2. Выполнить математическое моделирование эксплуатационных режимов
лесопогрузчика с определением динамических нагрузок на технологическое
оборудование и переднюю подвеску корпуса, установить влияние на уровень
нагрузок скорости движения машины с грузом, высоты преодолеваемых
препятствий, положения стрелы с грузом, вида груза, обосновать значения
расчетных нагрузок на технологическое оборудование, подвеску корпуса,
жесткость упругих элементов подвески корпуса лесопогрузчиков
грузоподъемностью 40...42 кН на базе лесопромышленных тракторов.
3. Выполнить экспериментальные исследования для проверки
адекватности математических моделей и достоверности результатов
математического моделирования.
Объекты исследований. Лесопогрузчики перекидного типа класса 40..42 кН на базе лесопромышленных тракторов с полужесткой подвеской корпуса.
Предмет исследований. Эксплуатационные режимы и динамические нагрузки на технологическое оборудование и подвеску корпуса базовой машины.
Методы исследований. В процессе исследования использованы методы математического моделирования, натурного эксперимента, математического планирования экспериментальных исследований, теория вероятностей и математической статистики, методы тензометрирования с применением информационно-измерительной системы.
Научная новизна результатов работы заключается в следующем:
разработаны расчетные схемы и математические модели, выполнены исследования эксплуатационных режимов гусеничных лесопогрузчиков перекидного типа класса 40...42 кН на базе лесопромышленных тракторов с полужесткой подвеской корпуса, с целью обоснования расчетных нагрузок на технологическое оборудование и подвеску корпуса трактора при проектировании лесопогрузчиков;
на основе результатов математического моделирования определена зависимость нагрузок на технологическое оборудование и подвеску корпуса лесопогрузчика от конструктивных и эксплуатационных факторов (скорости движения лесопогрузчика, высоты преодолеваемых препятствий, положения технологического оборудования при движении с грузом, вида груза).
Практическая значимость работы.
Обоснованы расчетные нагрузки на технологическое оборудование, переднюю подвеску корпуса, а так же параметры упругих элементов подвески лесопогрузчика грузоподъемностью 40...42 кН на базе лесопромышленных тракторов.
Результаты исследований обеспечивают повышение точности проектно -конструкторских расчетов, на стадии проектирования, надежности и
эффективности работы гусеничных лесопогрузчиков перекидного типа грузоподъемностью 40...42 кН.
Положения, выносимые на защиту:
1. Расчетная схема гусеничного лесопогрузчика перекидного типа на
базе лесопромышленного трактора с полужесткой подвеской корпуса.
2. Математические модели системы "базовая машина - рабочее
оборудование - груз" для анализа эксплуатационных режимов, обоснования
расчетных нагрузок на технологическое оборудование и подвеску корпуса и
параметров упругих элементов передней подвески корпуса лесопогрузчика
перекидного типа класса 40...42 кН на базе лесопромышленного трактора.
-
Результаты моделирования рабочих режимов, значения нагрузок на технологическое оборудование и переднюю подвеску корпуса лесопогрузчика класса 40-42 кН на базе лесопромышленных тракторов и их зависимости от скорости движения, высоты препятствия, вида груза, положения технологического оборудования при движении с грузом.
-
Результаты обоснования расчетных нагрузок на технологическое оборудование и переднюю подвеску корпуса лесопогрузчика класса 40...42 кН и параметров упругих элементов подвески корпуса базового трактора.
5. Результаты экспериментальных исследований, подтверждающие
адекватность математических моделей и достоверность результатов
моделирования рабочих режимов гусеничных лесопогрузчиков перекидного
типа.
Достоверность результатов основывается на достаточном объеме теоретических и экспериментальных исследований с применением методов математического моделирования, теории планирования факторных экспериментов и статистической обработки результатов экспериментальных исследований с использованием ЭВМ.
Личное участие автора в получении результатов заключается в разработке основных положений, определяющих новизну и практическую значимость, в определении целей и задач работы. Разработана математическая модель динамической системы "Базовая машина - рабочее оборудование -груз". Автором разработана методика экспериментальных исследований, информационно-измерительная система, произведена обработка данных, анализ и обобщение результатов исследований. Все основные научные результаты работы получены лично автором, результаты совместных исследований снабжены ссылками на соответствующие источники.
Реализация результатов работы.
Результаты работы используются в учебном процессе Сибирского государственного технологического университета при подготовке специалистов специальностей 190207.65 - Машины и оборудование природообустройства и защиты окружающей среды, 150405.65 - Машины и оборудование лесного комплекса; при подготовке бакалавров по направлениям 190100 - Наземные транспортно - технологические машины и комплексы и 151000 Технологические машины и оборудование в курсах "Проектирование машин и
оборудования садово-паркового и ландшафтного строительства" и "Проектирование специальных лесных машин", а так же ООО "Стандарт", г. Красноярск, ул. Красной Звезды, 1 при модернизации гусеничных лесопогрузчиков перекидного типа на базе лесопромышленных тракторов.
Апробация результатов диссертации. Результаты исследований и разработок докладывались и одобрены на Всероссийских научно-практических конференциях «Химико-лесной комплекс - проблемы и решения» в 2009 -2013 гг., и на 5 Международной (заочной) научно-практической конференции молодых ученых, посвященной 60-летию КрасГАУ, которая проходила 26-28 апреля 2012 года, на семинарах кафедры «Технологий и машин природообустройства» СибГТУ.
Публикации.
По результатам исследований опубликовано 13 научных работ, в том числе патент на полезную модель и четыре статьи - в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура диссертации, ее объем.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографии из 114 наименований и 4 приложений. Основное содержание изложено на 159 страницах машинописного текста, содержит 58 таблиц и 44 рисунков.
Работа выполнялась в 2009 - 2013 годах в Сибирском государственном технологическом университете на кафедре «Технологий и машин природообустройства», в рамках госбюджетной научно - исследовательской работы, проводимой по заданию Министерства образования и науки РФ по теме "Исследование динамики биоразнообразия, структуры и воспроизводства экосистем в условиях Сибири. Моделирование динамических процессов и оптимизация параметров машин и оборудования рационального природопользования". Номер государственной регистрации НИР: 0120161871. Коды темы по ГРНТИ: 66.01.94, 66.19.17.
