close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

uploaded 0E2FBB8046

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Ву Хоа Ки
Повышение
эффективности
трелевочного
трактора
и
валочно – трелевочной машины снижением динамических
нагрузок и вибронагруженности машиниста.
05.21.01 «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства».
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учѐной степени кандидата технических наук
Санкт – Петербург – 2017
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном
образовательном учреждении высшего образования «Санкт – Петербургский
государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова» (ФГБОУ ВО
СПбГЛТУ)
Научный руководитель:
Александров Валентин Александрович,
доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты:
Павлов
Александр
Иванович,
доктор
технических наук, профессор, зав. кафедрой
транспортно – технологических машин
Поволжского
государственного
технологического университета
Будевич Евгений Артурович, к.т. наук, доцент,
Ухтинский государственный технический
университет,
Ведущая организация: Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение высшего профессионального образования
Петрозаводский государственный университет: 185910, Россия, Республика
Карелия, г.Петрозаводск, пр. Ленина, 33.
Защита диссертации состоится «06» июня 2017г. в 11 часов на
заседании диссертационного совета Д 212.220.03 при ФГБОУВПО «Санкт –
Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова»
(194021, Санкт – Петербург, Институтский пер. 5, главное здание, зал заседаний).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГЛТУ и на
сайте http://spbftu.ru.
Автореферат разослан «………»………………………….2017г.
Учѐный секретарь
диссертационного Совета
Алексей Романович Бирман
Введение
Актуальность темы исследования. Лес является основной
сырьевой базой лесозаготовительной, деревообрабатывающей и целлюлозно
– бумажной промышленности.
От успешной работы на лесосеке зависят все последующие фазы
производства. В этой связи задача механизации и повышения
производительности труда на валке и трелѐвке леса наиболее актуальна.
Традиционно технический прогресс в лесной промышленности
связывают с непрерывным увеличением производительности труда. При
проектировании новых машин это достигается за счет повышения мощности
силовых установок трелевочных тракторов, валочно – трелѐвочных и валочно
– пакетирующих машин. Повышение мощности силовых установок позволяет
увеличить рейсовые нагрузки и рабочие скорости, что в свою очередь
приводит к неизбежному возрастанию периодических, ударных и других
переменных нагрузок, действующих на конструкции машин.
Предыдущими исследованиями выявлено, что максимальные
динамические нагрузки в упругих связях лесных машин происходят в пуско тормозных режимах.
Учитывая, что в течение одной смены работы трелевочного трактора
машинист включает не менее 250…300 раз муфту сцепления при
переключениях передач, а переключение передач, как известно,
осуществляется при полной остановке трактора, то исследование режимов
разгона (трогания с места) является актуальной задачей.
В связи с этим в настоящее время особое значение приобретают
теоретические методы исследований, позволяющие ещѐ в процессе
проектирования машин с достаточной для инженерных расчетов точностью
определять значения динамических сил и моментов в агрегатах базовых
машин и элементах конструкции технологического оборудования.
Одновременно, рост динамических нагрузок в упругих связях
трелевочного трактора или валочно – трелевочной машины приводит к
увеличению вибровоздействий на машиниста /оператора/ .
Вибрация разрушает организм человека, снижает остроту зрения, что
в свою очередь приводит к ошибкам в управлении машиной, нежелательным
последствиям (повышается аварийность) и снижению производительности.
Поэтому при разработке новых и модернизации серийно
выпускаемых трелевочных тракторов и валочно - трелѐвочных машин
возникает проблема согласования конструкции машины, технологий
3
производства лесозаготовительного процесса и возможностей человека –
машиниста или оператора.
Степень разработанности темы исследования.
Предыдущими исследованиями, проводимыми В.А. Александровым,
А. В. Жуковым, Г. М. Анисимовым, В.П. Горбачевым, Э. И. Гольдман, Н. Б.
Бучниковой выявлены высокие динамическая нагруженность лесосечных
машин и вибронагруженность машинистов и операторов при выполнении
технологической работы на лесозаготовках.
Выполненные в диссертации исследования по изучению режимов
разгона трелевочных тракторов и валочно – трелевочных машин позволяют
на стадии разработки рабочей документации на машины научно –
обоснованно производить выбор основных параметров, обеспечивающих
минимальные динамические нагрузки на машины и снижение
вибронагруженности машинистов до санитарных норм.
Результаты исследований целесообразно внедрять на предприятиях
по конструированию лесосечных машин, а также в учебном процессе.
Цель работы – разработать математические модели, позволяющие
на этапе проектирования трелевочного трактора и валочно – трелевочной
машины определить предстоящие в эксплуатации динамические нагрузки на
машины, вибровоздействие на машиниста и научно – обоснованно выбрать
параметры, обеспечивающие их снижение.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности.
Результаты диссертации по паспорту специальности 05.21.01
относятся к областям научного исследования: п.5 «Обоснование и
оптимизация параметров и режимов работы лесозаготовительных и
лесохозяйственных машин» и п.9 «Автоматизация управления машинами,
выбор системы учѐта лесопродукции, эргономики и безопасность условий
труда».
Из поставленной цели вытекают следующие задачи исследований:
1. Разработать математическую модель механической /динамической/
системы «трелѐвочный трактор – пачка деревьев» и исследовать процесс
разгона трактора с места.
2. Разработать математические модели динамических систем «Машинист –
трелѐвочный трактор – пачка деревьев» и «Оператор – валочно – трелевочная
машина – пачка деревьев».
3. Исследовать нагруженность трелевочного гусеничного трактора в режимах
разгона.
4
4. Исследовать вибронагруженность машиниста трелевочного трактора и
оператора валочно – трелѐвочной машины в режимах разгона.
5. Обосновать параметры упругих связей коникового зажимного устройства и
подвижной площадки манипулятора с коником с рамой рассматриваемых
машин.
6. Разработать научные рекомендации по снижению динамических нагрузок
на трелевочный трактор и ВТМ и вибровоздействий на машиниста
(оператора).
Научная новизна работы заключается в:
- разработке многофакторных математических моделей, позволяющих
исследовать и прогнозировать на этапе проектирования трелевочного
трактора и валочно – трелевочной машины их нагруженность и
вибронагруженность машинистов в режимах разгона;
- проведении комплексных исследований вибронагруженности машиниста
трелевочного трактора и оператора валочно – трелевочной машины в
режимах разгона систем при трогании с места.
Вклад в теорию и практику. Разработанные математические
модели для исследования динамической нагруженности трелевочных
тракторов и валочно – трелѐвочных машин, выполненных на их базе, а также
модели для исследования вибронагруженности машинистов и операторов,
результаты исследований дополняют теорию лесных машин и являются базой
для дальнейшего совершенствования существующих конструкций и создания
новых, а также являются составными элементами автоматизированной
системы проектирования (САПР).
Использование в практике проектирования теоретических разработок
позволяет:
- научно – обоснованно производить выбор основных параметров
трелѐвочных тракторов и валочно – трелѐвочных машин, обеспечивающих
минимальные динамические нагрузки на машину и снижение
вибронагруженности
машинистов
и
операторов
до
уровня,
регламентированного санитарными нормами СН2.2.4/2.1.8.566 – 96;
- повысить качество проектирования при сокращении его стоимости;
- сократить сроки создания и доводки лесных машин;
- повысить производительность.
Методология и методы исследования. В основу изучения динамики
трелевочного трактора и валочно – трелевочной машины, а также
вибронагруженности машинистов этих машин положены:
5
- математические модели динамических систем «трелевочный трактор –
пачка деревьев», «машинист – трелевочный трактор – пачка деревьев»,
«оператор – валочно – трелевочная машина»;
- компьютерные программы и эксперимент.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Математические модели для исследования нагруженности трелѐвочного
трактора и валочно – трелѐвочной машины в режимах разгона при трогании с
места.
2. Математические модели для исследования вибронагруженности
машинистов трелѐвочных тракторов и операторов валочно – трелѐвочных
машин в режимах разгона при трогании с места.
3. Результаты исследований динамической нагруженности рассматриваемых
машин и вибронагруженности машинистов и операторов.
4. Закономерности возникновения динамических нагрузок в упругих связях
трелевочных тракторов и валочно – трелевочных машин.
5. Рекомендации по снижению нагруженности трелевочных тракторов и
валочно – трелевочных машин и вибронагруженности машинистов
(операторов) в режимах разгона при трогании с места.
Достоверность
полученных
результатов.
Достоверность
полученных результатов, изложенных в диссертации, подтверждается
использованием обоснованных расчѐтных схем математических моделей,
основанных на фундаментальных законах физики, удовлетворительным
соответствием результатов расчѐта и экспериментального исследования.
Оценка корректности разработанных моделей производилась методом
сравнения теоретических и экспериментальных данных по максимальным и
среднеквадратичным значениям выходных параметров моделируемых
процессов, а также использованием критериев достоверности.
Экспериментальные
данные
получены
с
использованием
современных метрологически проверенных измерительных средств и
обоснованием длительности и количества опытов.
Апробация работы. Основные положения и результаты
диссертационных исследований докладывались и обсуждались на научнотехнических
конференциях
Санкт-Петербургского
государственного
лесотехнического университета (2015, 2016 и 2017г.г.), Ухтинского
государственного технического университета (2015, 2016г.г.).
Публикации. Материалы диссертации в виде статей опубликованы в
четырѐх изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования научных
6
исследований. Из всего объема опубликованных работ авторский вклад
составил 2 печатных листа.
Структура и объѐм работы. Диссертация состоит из введения, пяти
разделов, выводов и рекомендаций, списка литературы и приложения.
Общий объѐм работы составляет 230 страниц, из них 181 страница
основного текста и страницы приложений 49. Работа включает 96 рисунов, 33
таблицы и 141 наименований использованных источников.
Реализация работы. Основные результаты диссертации внедрены в
учебные
процессы
Санкт-Петербургского
государственного
лесотехнического университета и Ухтинского государственного технического
университета при чтении лекций по дисциплинам: «Математические основы
моделирования
технологических
процессов
лесных
машин»,
«Математические основы моделирования технологических процессов
лесохозяйственных машин»,
«Математическое моделирование при
проектировании лесных и деревообрабатывающих машин», выполнении
курсовых проектов и дипломных работ бакалавров по направлению
подготовки 15.03.02 «Технологические машины и оборудование»; написании
магистерских диссертаций при подготовке магистров по направлению
15.04.02 «Технологические машины и оборудование».
Содержание работы
Во введении обоснована актуальность темы диссертации,
сформулированы цель работы, задачи исследования, объекты, предмет и
методы исследований, научная новизна, вклад в теорию и практику и
основные положения, выносимые на защиту.
В первом разделе изложен обзор исследований по нагруженности
лесных машин и вибронагруженности машинистов и операторов. Анализ
результатов исследований , выполненных Александровым В. А., Жуковым А.
В., Полетайкиным В. Ф., Алябьевым В. И., Безносенко П. Д., Бурмаком П. С.,
Рахманиным Г. А., Костогрызом С. Г., Ротенбергом Р. В., Хачатуровым А. А.,
Гольдман Э. И., Горбачѐвым В. П., Ромашкиным Н. Д. и др. показал:
- В опубликованных работах, посвящѐнных динамике гусеничных
трелевочных тракторов и вибронагруженности машинистов, рассмотрены
источники возмущения динамических нагрузок и вибраций: микрорельеф
волоков, обособленные неровности, предмет труда – деревья, ветровое
воздействие, пуско – тормозные режимы
- В большинстве трудов перечисленных авторов изучение динамики лесных
машин проведено на многомассовых расчетных схемах, представляющих
собой системы сосредоточенных масс, соединѐнных между собой упругими
7
невесомыми связями и нагруженных приведѐнными силами или моментами
сил (детерминированные модели).
- Максимальные динамические нагрузки в упругих связях лесных машин
возникают в пуско – тормозных режимах. Для лесосечных машин с
манипуляторами и различных погрузчиков перекидного типа, а также
трелѐвочных тракторов дополнительно нагруженными являются режимы
установившегося движения по микропрофилю или через обособленные
неровности при технологических переездах или в процессе трелѐвки пачки по
волоку.
- Требованиям инженерного расчета отвечают двух – трѐхмассовые
расчетные схемы.
- Вибронагруженность машиниста (оператора) в режимах разгона
гусеничного трелевочного трактора или валочно – трелевочной машины не
изучалась.
- Исследованиями установлено, что при мягком сидении машиниста
трелевочного трактора можно представлять в виде одной сосредоточенной
массы.
На основании изложенного и учитывая тенденции развития лесосечных
машин в диссертации поставлены задачи исследований, приведенные на с.4
автореферата.
Второй раздел посвящѐн теоретическим исследованиям нагруженности
трелевочного трактора и валочно – трелевочной машины в процессе
транспортировки /трелевки/ пачки деревьев. В разделе разработаны математические
модели динамических систем «трелевочный трактор с манипулятором – пачка
деревьев» и «валочно – трелевочная машина – пачка деревьев». Изучен наиболее
нагруженный режим – разгон при трогании машины с места. На рис. 1 приведены
расчѐтные схемы рассматриваемых динамических систем
Принятые обозначения:
m1, m2 и m3 – соответственно приведенные массы трактора, комлевой части
пачки деревьев, находящейся на машине, коника и вершинной части,
волочащейся по волоку;
Х1, Х2 и Х3 – обобщѐнные координаты центров приведѐнных масс
соответственно m1, m2 и m3;
С12 – приведенная жѐсткость упругой связи коника с рамой трактора;
С23 – приведенная жѐсткость пачки деревьев;
Р0 – касательная сила тяги трактора;
F – сила сопротивления перемещению волочащейся части пачки;
F1 – сила сопротивления перемещению коника с комлевей частью пачки.
8
б/
а/
C12 m2
m1
C23
m3
Po
X2
X1
12
X3
C12
Po
C23
m1
m2
Po
m3
F
F1
m1
m2
X2
C12
m1
m1
m2
F
Po
m1
C12
Po
F
m2
m2
m1
X2
X1
m3
C23
12
X1
X3
C23
12
C12
F
m3
F1
F
m3
C23
12
г/
C12 m2
C23
F1
C12
X1
в/
m2
C12
m1
F
X2
F1
23
m3
F
X3
Рис.1. Расчѐтные схемы динамических систем «трелѐвочный трактор – пачка деревьев»:
а – без учѐта диссипации; б,в – с учѐтом диссипации в соединении КЗУ с рамой;
г – с учѐтом диссипации в трелюемой пачке деревьев.
Математическое описание динамических систем представлено в виде
дифференциальных уравнений четвѐртого порядка
(
)
(̉
̉ )
)
(
( ̈
̈ )
( ̇
̇ )
(
)
( )
где
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
,(
)
(
)-
Решением дифференциального уравнения (1) будет
, где - частное решение,
(
)
(
)
Исследованиями выявлено, что несмотря на установку коникового
зажимного устройства с возможностью перемещения по раме трактора, уровень
добавочной динамической нагрузки на трактор в режиме разгона при трогании с
пачкой деревьев с места высок и находится в диапазоне 886,18…19249,19Н.
Уровень добавочной динамической нагрузки зависит от скорости
трогания /разгона/ с пачкой, времени разгона, жѐсткости упругой связи,
соединяющей КЗУ с рамой машины, а также объѐма трелюемой пачки деревьев. В
зависимости от изменения перечисленных параметров коэффициент динамичности
9
нагрузки на машину находится в пределах 1,04…1,74. Невысокие значения
коэффициентов динамичности при трелѐвке пачек деревьев обьѐмом 8 – 10м3
обьясняются большой статической нагрузкой от них.
Величина перемещений КЗУ с пачкой на раме трактора кроме
перечисленных параметров, зависит также от сопротивления перемещению пачки
по поверхности волока и составляет в среднем 0,0248…0,1020м.
При этом максимальные значения перемещений происходят при
жесткостях упругой связи «C12», равных 400…600кН/м.
Установка демпфера параллельно упругой связи «C12» обеспечивает
некоторое снижение добавочной динамической нагрузки на машину.
Незначительное снижение нагрузки объясняется запаздыванием гашения первых
амплитуд колебаний, как правило самых значительных, вследствие
инерционности. С увеличением величины упруго – вязкого коэффициента β12 –
интенсивность гашения колебаний пропорционально возрастает/см. рис. 2,3/.
доб
дин
кН
t,c
Рис. 2. График изменения добавочной динамической нагрузки на трелевочный
кН
км
кН
трактор в режиме разгона /
0 94   8м 
43

400 /.
м
ч
м
доб
дин
кН
14,0
3'
13,0
2'
12,0
11,0
3
1'
10,0
9,0
8,0
2
7,0
6,0
1
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0
400
600
800
1000
1200
1400
1600

кН/м
Рис. 3. График зависимости добавочной динамической нагрузки от жѐсткости упругой связи «С12»:

′

км
2
ч
км
25
2′
ч
25


км
3 
ч
км
33
3′ 
ч
33
км
/
ч
км
43
/
ч
43
5м 
0м 
0 3 
0 3 
кН
с/
м
кН
0 34
с/
м
0 34
10
В разделе три рассматривается вибронагруженность машиниста
трелевочного трактора. Исследования проведены на математических моделях
динамических систем «Машинист – трелевочный трактор – пачка деревьев».
На рис. 4 приведены расчетные схемы систем*.
Математическое описание динамических систем в режимах разгона
представлено в виде дифференциальных уравнений второго, - четвѐртого и
шестого порядка
(
)
(
( ̈
)
̈ )
(
)
(2)
где
(
{
,
)
(
,
)
(
)
(
)
,(
)(
(
)
-(
)
)
-
}
-
{
}
,(
)(
(
)
-(
)
)
{
}
(
,(
{
)(
)
)
(
)
}
Анализ результатов исследований показывает, что процесс разгона
трелевочного рактора с неподвижным коником с места сопровождается
высоким вибрационным воздействием на машиниста, превышающим
допускаемые значения по санитарным нормам СН 2. 2. 4/ 2. 1. 8. 566 – 96 в
2,5 …4,7 раза (1,56 … 2,82м/с 2 при Сс = 5кН/м). С увеличением жѐсткости
сидения вибровоздействие возрастает.
*Дополнительно обозначено:
m0 – масса машиниста; X0 – координата массы m0; Сс – приведенная
жѐсткость спинки сидения
11
а/
б/
m0
m0
m2
Cc
m1
X0
Cc
m1
C12
X0
01
m0
m0
Cc
m1
P0
C12
m2
X1
в/
m2
C12
P0
F
г/
m0
m3
Cc
C12
m1
X2
C23
X1
X2
m2
Cc
m1
X0
Cc
m0
C12
P0
F
X3
C12
C12
m1
X0
m0
m3
F1
m0
m2
Cc
C23
m2
m1
m2
X1
P0
F
Cc
01
m1
X1
X2
Рис.4. Расчѐтные схемы динамических систем «Машинист – трелѐвочный трактор – пачка
деревьев»:
а – с учѐтом диссипации; б – без учѐта диссипации/ расчетная схема четырѐхмассовая/;
в – упрощѐнная модель; г – упрощѐнная модель/ КЗУ зафиксирован на раме/.
Вибровоздействие на машиниста трелевочного трактора с подвижным
коником в режимах разгона ниже и в зависимости от жѐсткости упругой связи
соединения коника с рамой машины находится при Сс = 5кН/м в диапазоне 1,20 …
1,41м/с2. Исследованиями установлено, что с увеличением жѐсткости упругой
связи «С12» виброперемещения машиниста на сиденье и скорость перемещения
уменьшаются. При этом виброускорения изменяются несущественно/см. рис. 6/.
 мм ̇ см/с ̈ м/с
6
1 2
3
5
4
3
2
k( t )
1
r( t )
q( t )  1
0
1
2
3
4
5
 2
 3
 4
 5
 6
Рис. 5. График изменения деформации упругой
связи «Сс» (1), скорости деформации (2)
t
и ускорения (3) /С
400
кН
м
и Сс
кН
0 /.
м
12
С увеличением жѐсткости сиденья уровень виброперемещений
снижается, в то время как виброскорость деформации увеличивается в
несколько раз, при этом уровень виброускорений практически не изменяется
и превышает допускаемый по санитарным нормам в 1,6 … 2 раза.
Максимальное динамическое воздействие на машиниста трелевочного
трактора в режимах разгона происходит при интенсивности
06 08
и
жѐсткостях упругой связи «С12» равных
400 … 600кН/м. При этом
виброперемещения машиниста на сиденье трактора составляют 4,2… 11 см.
Установка демпфера в конструкцию сиденья позволяет уменьшить
виброскорость перемещения машиниста в 2,2 раза, виброускорения в 1,14 …
1,53 раза. Виброперемещения изменяются несущественно.
Для обеспечения нормальных условий работы машинисту трелевочного
трактора время разгона трактора с пачкой деревьев с места должно быть не менее 2
… 3 секунд /
0 2 0 4 /. При этом жѐсткость упругой связи коника с рамой
трактора «С12» должна находиться в пределах 1000 … 1600кН/м.
В режимах разгона трелевочного трактора с грузом - пачкой деревьев
машинист подвержен вибрации частотой в диапазоне 7,61 … 24,85 рад/с, при
разгона без груза 7,64 … 18,31 рад/с, то есть наиболее опасной для человека.
Определяющее влияние на уровень вибровоздействия на машиниста
в режимах разгона оказывает форсирование пускового режима.
̈
м/с
4,0

0 694
м

с пачки
5м
3,0
4
3
2,0
2
1,0
1
0
400
800
1200

1600
кН/м
Рис. 6. График зависимости ускорения на сиденье машиниста от жѐсткости упругой
связи «C12»/ Сс = 5кН/м; С23 = 1000 кН/м/:


02
м
с
2


04
м
с
3


06
м
с
4


08
м
с
Раздел четыре посвящѐн исследованию вибронагруженности
машиниста /оператора/ валочно – трелевочной машины.
13
В разделе рассмотрены два варианта компоновки технологического
оборудования /манипулятора и коника/ на раме трактора – традиционной
компоновки – фиксированное положение и с возможностью перемещения.
Наблюдения за работой трелевочных тракторов и особенно валочно –
трелевочных машин показали, что используемые скорости холостого хода
(без груза) не превышают скоростного диапазона грузового хода. Происходит
это из - за большого вибровоздействия на машиниста при движении без груза
– пачки деревьев. Значительные угловые перемещения (колебания) базы
трактора происходят вследствие того, что при холостом ходе передние
каретки ходовой системы перегружены, а задние недогружены . В
этой
связи, как показали наши исследования целесообразно для использования
более высоких скоростей на холостом ходу догрузку задних кареток
производить перемещением коника с манипулятором.
На рис. 7. приведены расчетные схемы динамических систем
«Машинист - валочно – трелевочная машина»*.
а/
X0
m0
C12
Cc
P0
m2
m1
б/
m0
m0
C12
Cc
m2
m1
P0
C12
m2
01
m1
X2
X1
X0
m0
Cc
Cc
C12
m2
m1
X2
X1
в/
X0
m0
C12
Cc
m1
m0
CСм?
m2
m3
P0
Cc
C12
m1
X1
m2
X2
С
Смм
C
?
m3
F
X3
Рис.7. Расчѐтные схемы динамических систем «Оператор – валочно – трелѐвочная машина»:
а – с учѐтом диссипации; б – без учета диссипации /технологическое оборудование на
раме неподвижно/; в – технологическое оборудование установлено на раме с
возможностью перемещаться.
*Дополнительно обозначено на рис. 7, в:
m2 – приведенная масса площадки с коником и колонной манипулятора; m3 –
приведенная масса манипулятора (стрелы, рукояти) и ЗСУ; См – приведенная
жѐсткость манипулятора.
14
Математическое описание динамических систем в режимах разгона
представлено в виде дифференциальных уравнений соответственно
четвѐртого и шестого порядка
(
)
(
( ̈
)
̈ )
(
)
где
,
(
(
)
) ,(
,(
)
*(
) ,(
,(
{
(
)
-
)
-
)
-
)
+
-
}
В таблице 1 приведены вычисленные характеристики вибрационного
воздействия на оператора ВТМ в режиме разгона, а на рис.8. типовая
осциллограмма изменения характеристик во времени.
Анализ полученных данных показывает, что величина характеристик
вибрационного воздействия на оператора валочно – трелевочной машины при
технологических переездах без груза в ЗСУ и на машине также как и при
рассмотрении процессов разгона трелевочного трактора во многом
определяется ускорением разгона динамической системы, жѐсткостью
упругой связи площадки с манипулятором с рамой машины и жѐсткостью
сиденья.
Таблица.1 . Характеристики вибрационного воздействия на оператора ВТМ в
режиме разгона / Сс = 5кН/м ; С12 = 1400кН/м ; См = 2200кН/м/;
Характеристики
̇
̈
/
/
0,2
0,4
0,6
0,8
1,8
15,0
2,6
22,5
3,5
30,1
4,4
37,6
1,303
1,954
2,605
3,257
90
130
175
220
При жѐсткостях спинки сидения 10 или 15кН/м целесообразно для
снижения вибровоздействия на оператора в конструкцию соединения
площадки манипулятора с рамой машины вводить дополнительно упругий
элемент жѐсткостью меньшей 1000 … 1600кН/м.
15
При жѐсткости спинки сидения 5кН/м вводить дополнительно
упругий элемент в соединение площадки с рамой не целесообразно, так как
характеристики вибрационного воздействия на оператора практически
одинаковы, то есть не зависят от величины жѐсткости упругой связи.
Трогание (разгон) валочно – трелевочной машины без груза с места
необходимо осуществлять плавно при ускорениях разгона не более 0,4м/с 2.
Процесс разгона валочно – трелевочной машины без груза с фиксированной
площадкой технологического оборудования на машине протекает более
благоприятно с позиции динамической нагрузки на оператора (
не
превышает санитарных норм).
Уровень же виброускорения остается высоким при времени разгона
0,2 … 0,4с, то есть трогание ВТМ необходимо производить при tp = 0,6 – 0,8с.
Установка демпфера в конструкцию сидения валочно – трелевочной машины
не даѐт снижения максимальных характеристик вибровоздействия на
оператора, но обеспечивает их быстрое гашение.
Рис. 8. Графики вибронагруженности машиниста валочно – трелѐвочной машины/
C12 = 1400кН/м; Cc = 5кН/м; Cм = 2200кН/м; v/tp = 0,2м/с2/:
vn,2 – виброперемещение; vn,3 – виброскорость; vn,4 – виброускорение
16
В разделе пять изложена методика экспериментальных
исследований,
экспериментальные
исследования
и
результаты.
Экспериментальные
исследования
динамической
нагруженности
трелевочного трактора и валочно – трелевочной машины в режимах разгона
проводились в Лисинском учебно – опытном лесхозе. В качестве машин
использовался бесчокерный трелевочный трактор ТБ – 1 и валочно –
трелевочная машина, выполненная на его базе.
В процессе исследований замерялись:
динамическая нагрузка /горизонтальная составляющая/; частота
вращения коленчатого вала; вертикальная составляющая ускорения
машиниста на сидении; горизонтальная составляющая ускорения машиниста
на сидении.
На рис. 9. представлены характерные осиллограммы процесса разгона
бесчокерного трелевочного трактора и ВТМ с пачкой деревьев.
а/
торможение
б/
разгон
а – с грузом – пачкой деревьев/ V = 7м3/; б – без груза
Рис. 9. Осциллограмма процесса разгона ВТМ с места:
1 – нагрузка на машину/горизонтальная составляющая/; 2 – частота вращения
силовой установки /коленчатого вала двигателя/.
Полученные теоретическим путѐм результаты сравнивались с
экспериментальными данными.
Экспериментальные
данные
подтвердили
корректность
разработанных математических моделей динамических систем «Трелѐвочный
трактор – пачка деревьев» и «Валочно – трелевочная машина – пачка
деревьев». Расхождение теоретических результатов с экспериментальными
данными не превышает 6,0 ... 10,2 процента.
17
Наиболее тяжѐлыми режимами работы машиниста трелевочного
трактора или оператора валочно – трелевочной машины с позиций
вибронагруженности также являются пусковые при трогании машин с места.
Процессы трелѐвки пачки и торможения (остановки) машин протекают более
благоприятно. Это вызвано большими массами трелюемых пачек деревьев,
которые как бы прижимают корпуса машин к волоку и создают значительное
сопротивление их перемещению.
В результате экспериментальных исследований выявлен высокий
уровень ускорений колебательного процесса на сиденьи рассматриваемых
машин, который превышает требования по санитарным нормам СН
2.2.4/2.1.8.566 – 96 в 5 ... 6 раз. Определяющее влияние на уровень
вибровоздействия на машиниста или оператора оказывают – форсирование
пускового режима и объем трелюемой пачки деревьев.
Сопоставление данных вибровоздействия на оператора ВТМ, полученных
теоретическим путѐм и экспериментальным показывает, что расхождение
результатов на превышает 9,7 процента в сторону завышения расчетных.
Общие выводы и рекомендации
Разработанные в диссертации комплексы многоинформационных
математических моделей позволили произвести оценки нагруженности
трелевочного трактора и валочно – трелевочной машины, выполненной на его
базе, и вибронагруженности машинистов в режимах разгона при трогании с
места и сформулировать следующие выводы:
1. Процесс разгона с места бесчокерного трелевочного трактора с
пачкой деревьев при неподвижной компоновке коника на раме
сопровождается высокой динамической нагрузкой на корпус машины.
Уровень добавочной динамической нагрузки зависит от скорости
трогания /разгона/ с пачкой, времени разгона, жѐсткости упругой связи,
соединяющей К3У с рамой машины, а также объѐма трелюемой пачки
деревьев.
2. Установка демпфера параллельно упругой связи «C12»
обеспечивает некоторое снижение добавочной динамической нагрузки на
машину. Незначительное снижение нагрузки объясняется запаздыванием
гашения первых амплитуд колебаний, как правило самых значительных,
вследствие инерционности.
С увеличением величины упруго – вязкого коэффициента β12 –
интенсивность гашения колебаний пропорционально возрастает.
3. Для обеспечения нормальных условий работы машинисту
трелевочного трактора или оператору валочно – трелевочной машины время
18
разгона с пачкой деревьев с места должно быть не менее 2 … 3 секунд
(
0 2 0 4 ). При этом жѐсткость упругой связи коника или площадки
манипулятора с рамой трактора («С12») должна находиться в пределах 1000
… 1600кН/м.
4. Процесс разгона трелевочного трактора с неподвижным коником с места
сопровождается высоким вибрационным воздействием на машиниста,.
превышающим допускаемые значения по санитарным нормам СН 2.2.4/2.1.8.566 –96
в 2,5 … 4,7 раза (1,56 … 2,82м/с2 при Сс = 5кН/м). С увеличением жѐсткости сиденья
вибровоздействие возрастает
Вибронагруженность машиниста трелевочного трактора с подвижным
коником в режимах разгона значительно ниже и в зависимости от жѐсткости
упругой связи находится при Сс = 5кН/м в диапазоне 1,20 … 1,41 м/с2.
5. Исследованиями установлено, что с увеличением жѐсткости упругой
связи «С12» виброперемещения машиниста на сиденье и скорость перемещения
уменьшаются. При этом виброускорения изменяются несущественно.
С увеличением жѐсткости сиденья уровень виброперемещений снижается,
в то время как виброскорость деформации увеличивается в несколько раз. При
этом уровень виброускорений практически не изменяется и превышает
допускаемый по санитарным нормам в 1,6 … 2 раза.
6. Технологические переезды валочно – трелевочной машины без груза в
режимах трогания с места (разгона) сопровождаются высоким уровнем
вибровоздействия на оператора. Определяющее влияние на уровень
вибровоздействия оказывают ускорение разгона динамической системы, величина
жѐсткости упругой связи соединения площадки манипулятора с рамой машины и
жѐсткость сидения.
При жѐсткостях спинки сидения 10 или 15кН/м целесообразно для
снижения вибровоздействия на оператора в конструкцию соединения площадки
манипулятора с рамой машины вводить дополнительно упругий элемент
жѐсткостью меньшей 1000 … 1600кН/м.
При жѐсткости спинки сидения 5кН/м вводить дополнительно упругий
элемент в соединение площадки с рамой не целесообразно, так как характеристики
вибрационного воздействия на оператора практически одинаковы, то есть не
зависят от величины жѐсткости упругой связи.
7. Процесс разгона валочно – трелевочной машины без груза с
фиксированной площадкой технологического оборудования на машине протекает
более благоприятно с позиции динамической нагрузки на оператора (
превышает санитарных норм).
не
19
Уровень же виброускорения остается высоким при времени разгона 0,2 …
0,4с, то есть трогание ВТМ необходимо производить при tp = 0,6 – 0,8с.
8. Установка демпфера в конструкцию сидения валочно – трелевочной
машины не даѐт снижения максимальных характеристик вибровоздействия на
оператора, но обеспечивает их быстрое гашение.
9. Разработанные модели позволяют определить динамическую
нагруженность базовых машин и вибрационное воздействие на машиниста
(оператора) в режимах разгона при трогании с места. Погрешность расчетов,
полученных теоретическим путѐм не превышает 6,0 … 10,2 процентов.
10. В целях снижения динамических нагрузок на машину и
вибровоздействий на машиниста серийно выпускаемых трелѐвочных тракторов и
валочно – трелевочных машин в инструкцию по их эксплуатации необходимо
ввести дополнительное указание:
- процесс разгона с места с пачкой деревьев необходимо осуществлять
плавно на минимальной скорости с манипулятором зафиксированным на пачке
деревьев, при переездах без груза – на корпусе машины.
11. В конструкциях вновь проектируемых ВТМ для повышения скоростей
движения при холостом ходе (без груза) целесообразно устанавливать
технологическое оборудование (манипулятор, коник) с возможностью перемещения
на раме машины.
12. В связи с тем, что при неподвижном соединении манипулятора с
рамой бесчокерного трелевочного трактора или ВТМ, выполненной на его базе,
при технологических переездах, режимы разгона протекают боле
е благоприятно с позиции динамической нагрузки на оператора,
целесообразно в конструкциях машин с возможным перемещением манипулятора
с КЗУ предусмотреть фиксацию манипулятора.
13. В конструкцию сиденья машиниста трелевочного трактора установить
для гашения колебаний демпфер.
20
Список опубликованных трудов:
1. К вопросу нагруженности гусеничного трелевочного трактора в режиме
разгона. [Текст] / В.А. Александров, Ву Хоа Ки. – СПб.: Известия СПб. ГЛТУ, вып.
№ 212, 2015. – С. 85-93. – ISBN 978-5-9239-0781-0, ISSN № 2079-4304.
2. Вибронагруженность машиниста трелевочного трактора в режиме
разгона. [Текст] / В.А. Александров, Ву Хоа Ки. – СПб.: Известия СПб. ГЛТУ, вып.
№ 213, 2015. – С. 130-137. – ISBN 978-5-9239-0795-7, ISSN № 2079-4304.
3. Вибронагруженность машиниста трелевочного трактора в режиме
разгона. [Текст] / В.А. Александров, Ву Хоа Ки. – СПб.: Известия СПб. ГЛТУ, вып.
№ 215, 2015. – С. 110-119. – ISBN 978-5-9239-0859-6, ISSN № 2079-4304.
4. Вибронагруженность машиниста валочно – трелевочной машины в
режиме разгона при технологических переездах без груза. [Текст] / В.А.
Александров, Ву Хоа Ки. – СПб.: Известия СПб. ГЛТУ, вып. №219/в печати/.
Просим принять участие в работе диссертационного совета
Д 212.220.03 или прислать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с
заверенными подписями по адресу: 194021, г. Санкт – Петербург, Институтский
пер., 5, Санкт – Петербургский государственный лесотехнический университет им.
С.М. Кирова.
21
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
4
Размер файла
1 069 Кб
Теги
0e2fbb8046, uploaded
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа