Введение к работе
Актуальность темы. На существующем этапе развития экономики Российской Федерации на первый план встает проблема модернизации отечественного машиностроения. Без существенного прорыва в этой области Россия может окончательно стать сырьевым придатком не только развитых постиндустриальных, но и развивающихся стран. Необходимо на самом современном уровне решать вопросы проектирования, производства и эффективной эксплуатации различного вида продукции машиностроения, в том числе машин и оборудования лесного комплекса.
При переходе к рыночной экономике большинство из действующих стандартов, определяющих требования к надежности, производительности и другим показателям эффективности лесозаготовительных и лесохозяйственных машин, были отменены. Остались действующими лишь стандарты, определяющие требования к показателям безопасности и эргономики. Поэтому и проектирование лесных машин должно производиться не только с учетом требований рынка, но и в обязательном порядке с учетом требований вышеуказанных стандартов. Важнейшими из них являются стандарты по безопасности, регламентирующие поведение защитных устройств кабин операторов при опрокидывании колесных лесных тракторов и падении на них тяжелых предметов (вершин деревьев, сучьев, хлыстов и др.). По имеющимся данным, большинство защитных устройств кабин отечественных колесных лесозаготовительных тракторов, проходивших стендовые испытания, не в полной мере отвечают требованием стандартов. Очевидно, что сложившаяся ситуация требует скорейшего решения.
Существующие же в настоящее время методы расчета не позволяют даже качественно оценить на стадиях проектирования и доводки соответствие требуемых параметров безопасности защитных устройств оператора их нормативным значениям. Не разработаны методики, учитывающие пластические деформации защитных устройств, наличие возможных дефектов изготовления, случайный характер действующих нагрузок.
Учитывая, что вопросам модернизации отечественного машиностроения, в том числе и лесного, уделяется самое серьезное внимание, а также то, что при создании лесных машин необходимо обеспечить во время их эксплуатации безопасные условия труда оператора, а соответствующие методы оценки качества защитных устройств на стадии проектирования и доводки еще не разработаны, тема диссертационной работы является актуальной.
Цель работы. Повышение безопасности труда оператора трелевочного трактора путем оценки качества защитных устройств кабин при проектировании и доводке.
Научная новизна работы. Разработана и исследована математическая модель оценки напряженно-деформированного состояния защитного устройства кабины колесного трелевочного трактора при боковом нагружении с учетом пластического деформирования, позволяющая определить величину энергии, поглощенной защитным устройством и оценить ее соответствие требованиям стандартов по безопасности труда операторов.
Предложена методика оценки напряженно-деформированного состояния защитного устройства кабины колесного трелевочного трактора при боковом нагружении с учетом влияния возможных технологических дефектов, позволяющая определить величину предельного размера дефекта и предельной нагрузки.
Проведены экспериментальные исследования макетных образцов защитных устройств колесного трелевочного трактора. Результаты экспериментов подтверждают адекватность математической модели.
Значимость для теории и практики. Расчет энергопоглощающих свойств защитного каркаса трелевочного трактора, выполненный по предложенной модели, позволяет на стадии проектирования с минимальной затратой времени оценить качество разрабатываемого защитного устройства с целью обеспечения безопасных условий труда оператора при эксплуатации создаваемой машины в будущем.
Результаты исследования позволяют дать количественную оценку соответствия требуемых параметров безопасности устройств защиты оператора их нормативным значениям.
Основные положения, выносимые на защиту:
обоснование исходной информации и расчетной схемы защитного устройства кабины колесного трелевочного трактора;
математическая модель оценки величины поглощаемой энергии за счет упруго-пластических деформаций при боковом нагружении защитных устройств;
методика оценки влияния возможных технологических дефектов на прочность защитных устройств оператора;
методика и результаты экспериментальных исследований энергопоглощающих свойств защитного устройства;
выводы и рекомендации по оценке качества защитных устройств.
Обоснованность и достоверность результатов исследований Достоверность результатов работы подтверждается выбором и соответствующим применением методов исследований, данными экспериментальных испытаний и положительным опытом внедрения разработок в практическую деятельность.
Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на международной конференции «Водные и лесные ресурсы России: проблемы и перспективы использования, социальная значимость» (Пенза, 2009); на II и III Всероссийских конференциях «Безопасность критичных инфраструктур и территорий» (Екатеринбург, 2008, 2009), на XIII Международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 2009), на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 2010), на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (Вологда, 2011), на международной научно-технической конференции, посвященной 60-летию лесоинженерного факультета ПетрГУ «Опыт лесопользования в условиях Северо-Запада РФ и Фенноскандии» (Петрозаводск, 2011) на научных семинарах кафедры технологии металлов и ремонта лесоинженерного факультета ПетрГУ (2008-2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных трудов.
Реализация работы. Основные результаты используются на ОАО «Онежский тракторный завод», в учебном процессе кафедры технологии металлов и ремонта Петрозаводского государственного университета.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы 125 страниц, 40 рисунков, 7 таблиц. Список использованных источников включает 92 наименования.
