Введение к работе
Актуальность темы. Общий объём перевозок в сельском хозяйстве России превышает 4 млрд т самых разнообразных грузов. В общих затратах труда на производство сельскохозяйственной продукции погрузочно-разгрузочные и транспортные работы составляют 40-45%. На внутрихозяйственных перевозках доля тракторного транспорта составляет 44% (в Норвегии – 94%, Германии – 70%, Венгрии – 77%).
В гражданском строительстве доля погрузочных и транспортных работ составляет 30…35 % его стоимости и до 50% трудовых затрат.
В технологическом цикле погрузчика транспортная составляющая занимает 60…80% времени. Большая часть движения погрузчика осуществляется по криволинейной траектории с постоянными радиусами и скоростями, что соответствует определению стационарного движения. Время движения погрузчика в рабочем цикле при рационально организованных схемах работы пропорционально радиусу поворота.
Большой объём погрузочно-разгрузочных работ в сельском хозяйстве и промышленности выполняется с помощью фронтальных колесных погрузчиков, стогометателей и других машин на тракторной или специализированной базе с «ломающейся» рамой.
Отличительной особенностью таких машин является существенное перераспределение вертикальных нагрузок на опорные колеса при складывании. Вертикальные нагрузки на колеса во многом определяют формирование тяговых усилий, которые, в свою очередь, влияют на минимальный радиус поворота, буксование колёс, мощность трения в контакте колёс с грунтом, следовательно, и на эффективность работы машины.
Таким образом, задача повышения эффективности колёсного фронтального погрузчика путём улучшения его поворотливости представляет несомненный научный и практический интерес.
Исследование этой проблемы велось в порядке выполнения НИР ЧГАУ и НИОКР ГСКБ ЧТЗ.
Цель работы – повышение эффективности колёсного фронтального погрузчика с шарнирно-сочленённой рамой путём улучшения поворотливости за счёт изменения его схемы и параметров.
Задачи исследования:
– изучить влияние вертикальной консольно приложенной нагрузки на кинематические связи, наложенные на фронтальный погрузчик с шарнирно-сочленённой рамой в криволинейном движении, при различных его конструктивных схемах и параметрах;
– разработать математическую модель стационарного поворота шарнирно-сочленённой машины с консольно приложенной вертикальной нагрузкой и экспериментально проверить её адекватность происходящим при повороте процессам;
– изучить изменение характеристик криволинейного движения погрузчика в зависимости от его схемы, параметров, величины груза в ковше и грунта;
– оценить влияние конструктивной схемы и параметров погрузчика на его эффективность.
Объект исследования – процесс стационарного поворота фронтального погрузчика с шарнирно-сочленённой рамой и гидростатической трансмиссией.
Предмет исследования – характеристики процесса стационарного поворота фронтального колесного погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой и гидростатической трансмиссией, нагруженного консольной вертикальной силой.
Методы исследования. Исследования проведены с использованием методов теоретической механики, теории тракторов и автомобилей, вычислительной математики и математической статистики.
Научная новизна
– установлены кинематические связи, наложенные на колесный фронтальный погрузчик с шарнирно-сочлененной рамой в криволинейном движении, нагруженный консольной вертикальной силой и записаны их уравнения;
– разработана математическая модель стационарного поворота колесного фронтального погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой с учетом особенностей силового и кинематического взаимодействия колес с грунтом при консольной вертикальной нагрузке; разработана программа ее численной реализации в пакете MathCAD;
– установлены закономерности изменения характеристик криволинейного движения колесного фронтального погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой в зависимости от его схемы, параметров, массы груза в ковше и грунта (радиусы поворота, силовые факторы в контакте колес с грунтом, буксование, скольжение, мощность трения).
Практическая ценность работы
– разработанная модель движения фронтального колёсного погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой в режиме стационарного поворота и программа ее численной реализации позволяют на ранней стадии проектирования обоснованно выбирать его конструктивную схему и основные параметры, исходя из заданных требований и условий эксплуатации;
– разработанные практические рекомендации позволяют усовершенствовать колесный погрузчик ПК-5, а также семейство сельскохозяйственных и дорожно-строительных машин на единой модульной базе и другие колесные машины, разрабатываемые ООО «ЧТЗ-Уралтрак».
Реализация работы. Разработанная методика расчёта характеристик поворота использовалась ГСКБ ЧТЗ при проектировании колёсных машин:
– погрузчика ПК-5 (опытный образец);
– виброкатка ВК-24 (товарная продукция);
– компактора БКК-1 (товарная продукция).
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены:
– в ЧГАУ на научно-технических конференциях (2004, 2006, 2007, 2008 гг.);
– на научно-технической конференции «Актуальные проблемы автомобильного, железнодорожного, трубопроводного транспорта в Уральском регионе», г. Пермь (2005 г.);
– в ЮУрГУ на научно-технических конференциях (2007, 2008 гг.);
В полном объёме диссертационная работа заслушана и обсуждена на расширенном заседании кафедр «Тракторы и автомобили», «Эксплуатация машинно-тракторного парка», «ТМ и ТММ» ЧГАУ (2008 г.) и НТС ООО «ГСКБ ЧТЗ» (2008 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в шести научных работах.
Структура и объём работы. Диссертационная работа изложена на 128 страницах основного текста, включая 66 рисунков, 46 таблиц; состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы (152 наименования) и 12 приложений.
Похожие диссертации на Повышение эффективности колесного фронтального погрузчика с шарнирно-сочлененной рамой путем улучшения его поворотливости
