Введение к работе
с? ?~3"?S
Актуальность. Более SO % лесокультурвого фонда страны представляют нерзскорчеванные вырубки, на которых при создании лесных культур широко иаіользуются лесохозяйственные поч-Еообрабатываюшие агрегаты (ЛПА). При движении на вырубках ЛПА испытывают воздействие нагрузоіц как от встреч рабочих органов лесных почвообрабатывающих орудий с препятствиями, так и от воздействия ходовых частей тракторов с неровностями поверхности на лесньк объектах. Вследствие этого, ЛПА фушащонируют с недостаточной прошводительностыо, обладают шекой надежностью, имеют повышенный расход топлива и не обеспечивают требуемого качества механизированных работ.
Основными механизмами ЛПА, интенсивно подвергающимися знакопеременным циклическим нагрузкам, являются подвеска ходовой части и навесной механизм трактора, а также предохранитель рабочих органов почвообрабатывающего орудия. В тоже время такие топливосберегаюшие механизмы (ТМ) способны хорошо аккумулировать энергию потерь и возвращать ее для последующего полезного использования, а также за счет демпфирования снижать до безопасных значений вредные нагрузки на конструкцию ЛПА при их работе на вырубках. Тем самым комплексно решается проблема повышения основных показателей эффективности ЛПА: гфоюводйгельности, надежности, топливной экономичности, качества обработки почвы, условий труда оператора и др.
Однако проблеме создания эффективных ТМ ЛПА в настоящее время не уделяется должного внимания, в частности, все еще отсутствуют как удовлетворительные теоретические разработки, так и технические решения. Это вызвано сложностью решаемых задач по обоснованию рабочих и конструктивных параметров ТМ, учитывающих особенности выполняемых технологических операций при лесовосстановлении на вырубках.
Диссертационная работа выполнена в рамках НИР Воронежской государственной лесотехнической академии (ВГЛТА) по хозяйственному договору "Обоснование конструкции гидравлического предохранителя для лесного дискового культиватора" № 0120.0506471 от 24,11.04 г. и по научному направлению кафедры производства, ремонта и эксплуатации машин ВГЛТА "Совершенствование материалов, технологий производства, ремонта и эксплуатации машин (2006... 2010гг.)".
Цель работы. Повышение эффективности легохотяйственных агрегатов на вырубках путем совершенствования конструкции и параметров ходовой части и навесного механизма трактора, а также предохранительного механизма почвообрабатывающего орудия.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является лесс-хозяйственный агрегат в составе гусеничного трактора ДТ-75М и лесного дискового культиватора с гидравлическим предохранителем, а предметом исследования - ходовая часть, навесной механизм и предохранитель культиватора этого агрегата.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнялись на основе математических моделей и компьютерного моделирования с использованием методов теоретической механики, дифференциальных и интегральных исчислений. Экспериментальная проверка основных теоретических положений проводилась на экспериментальных образцах ЛПА в лабораторных и полевых условиях. Для регистрации исследуемых параметров использовался электротензометри-ческий метод, а обработка результатов определялась при компьютерной поддержке методами математической статистики.
РОС. НЛІЧ,Н>НД,")!-.1>Ї:ГІ
БНБ.ІИіНЬЧЛ
С.-Петег<1; m J
ОЭ 2wb*< feff&j
Научная новизна.
Предложены конструкции ТМ с обоснованными рабочими и конструктивными параметрами ходовой части, навесного механизма и предохранителя ЛПА с лесным дисковым культиватором (патент РФ № 2269050 и положительное решение на патент по заявке № 2005124070/12(027100)), отличающиеся повышенными топливной экономичностью, гфоизводительностью, надежностью и качеством обработки почвы.
Разработана совокупность взаимосвязанных математических моделей, отличающихся возможностью определения и оптимизации рабочих и конструктивных параметров ТМ ходовой части, навесного механизма и предохранителя ЛПА.
Разработана программа для ЭВМ (свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2006613263), отличающаяся возможностью компьютерного имитационного моделирования работы ТМ ходовой части, навесного механизма и предохранителя, с учетом параметров и особенностей рельефаповерхности движения ЛПА и препятствий на вырубке при уходе за лесными культурами.
Получены результаты компьютерных экспериментов по оптимизации параметров ТМ ходовой часта, навесного механизма и предохранителя ЛПА с лесным дисковым культиватором, отличающиеся возможностью исследования влияния этих параметров и условий работы агрегата на его динамические характеристики.
Получены адекватные теоретическим результаты экспериментов на стенде и сравнительной производственной проверки на вырубках серийного и опытного ЛПА, отличающиеся возможностью определения зависимостей изменения их эксплуатационных показателей от скорости движения агрегата, плотности препятствий на вырубке и их высоты.
Научные положения, выносимые на защиту:
-Новые конструкции ТМ ходовой части, навесного механизма, предохранителя с обоснованными параметрами для ЛПА по уходу за лесными культурами на вырубках, позволяющие повысить топливную экономичность, производительность, надежность и качество обработки почвы.
Совокупность математических моделей механической и гидравлической подсистем агрегата, базовых элементов ТМ ходовой части, навесного механизма и предохранителя, взаимодействия гусеничного движителя агрегатируемого трактора с почвой на лесных объектах, позволяющих выполнить имитационное компьютерное моделирование и исследовать эффективность функционирования каждого из предложенных механизмов и ЛПА в целом.
Программа для ЭВМ и результаты компьютерных экспериментов, отличающихся возможностью исследовать влияние параметров и условий функционирования ТМ ходовой части, навесного механизма и предохранителя на динамические характеристики ЛПА.
Модели оптимизации на основе компьютерных экспериментов рабочих и конструктивных параметров ТМ ходовой части, навесного механизма и предохранителя, отличающихся возможностью обеспечения повышения эффективности работы ЛПА.
Результаты экспериментальных исследований и производственной проверки опытного образца и аналогичного серийного ЛПА, отличающиеся достаточно хорошим совпадением с теоретическими расчетами рабочих и конструктивных параметров, а также эффективностью разработанных ТМ в реальных условиях эксплуатации.
Достоверность научных положений обеспечена применением современных методов теории
и эксперимента, оборудования, большим обьелнст результатов компьютернЕК и стендоЕых зште-ріагентов, хорошей сходимостью жспгрзменталънЕГС и теоргпгеескнх данных, пологгзтгепыгыми ргзультахатш Лаборэтсрнс-полгвых згхпернменгоз и опытЕо-проазводстЕгЕных илтшанш.
Зеачеане иолученньк результатов для теории. Установленные закономерности, представленные в математических моделях, позволили проводить численные расчеты и аналитические исследования параметров функционирования ІМ ходовой части, навесного механизма и предохранителя ЛПА с лесным дисковым культиватором. Эти результаты развивают теоретические основы расчета ТМ и позволяют сократить сроки проектирования ЛПА с зффекгавным гид-рофшпзрованньш навесным оборудованием.
Значение полученных результатов для практики. Разработанные конструкции ТМ ходовой части, навесного механизма и предохранителя ЛПА, предназначенного для ухода за лесными культурами на вырубках, позволяют уменьшить расход топлива, повысить производительность, надежность и коэффициент технического использования при более высоком качестве обработки почвы. Основные результаты работы в виде опытных образцов внедрены в производство в Семи-лукском и Новоусманском лесхозах Воронежской области.
Реализация работы. Полученные результаты исследования подтвердили заложенные при обосновании высокие технико-экономические показатели функционирования опытных образцов ТМ ЛПА, которые прошли опьггао-производсгвенную проверку и были внедрены в производство. Результаты исследования внедрены в учебный процесс в ВГЛТА и могут быть рекомендованы научным работникам, конструкторам и аспирантам, занимающимся исследованиями, разработкой и внедрением энергосберегшоших технологий в транспортных средствах и технических системах.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на научных семинарах и научных конференциях ВГЛТА (2003 ... 2006 гг.), Международных и Всероссийских межвузовских научно-практических конференциях (Оренбургский государственный университет, 2005 г.; Воронежский государственный технический университет, 2005 г.; Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2006 г.).
Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации. Автором раз
работана совокупность взаимосвязанных математических моделей механической и гидравличе
ской подсистем агрегата, базовых элементов ТМ ходовой части, навесного механизма и предо
хранителя, взаимодействия гусеничного движителя агрегатируемого трактора с почвой на лесных
объектах; получены и проанализированы результаты компьютерного эксперимента по оптимиза
ции параметров ТМ; получены и проанализированы результаты экспериментов на стенде и срав
нительной опытно-производственной проверки на вырубках серийного и опытного ЛПА.
j Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 21 печатной работе, в том
числе 4 работы единолично и 3 - из перечня изданий, рекомендованных ВАК. Получены патент на изобретение, поло>хительное решение на патент и свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, общих выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы составляет 184 страницы, из них 157 основного текста и 27 страниц приложений. Работа включает 73 рисунка, 7 таблиц и 181 наименование использованных источников.
