Обоснование параметров механизма складывания колесных лесных тракторов с целью повышения их маневренности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, кандидат наук Као Хюи Жап

• Као Хюи Жап
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Као Хюи Жап

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Контруктивные особенности колесных лесных тракторов

1.2. Анализ работ по исследованию устойчивости направления движения и управляемости тракторов и машинно-тракторных агрегатов

1.3. Анализ исследования жесткостных и демпфирующих свойств рулевого управления колесных транспортных средств

1.4. Выводы по главе

2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОЛЕСНОГО ЛЕСНОГО ТРАКТОРА С ВОЛОКОМ В РЕЖИМЕ ПОВОРОТА

2.1. Эквивалентная динамическая схема

2.2. Дифференциальные уравнения движения лесного трактора

2.3. Особенности исследования математической модели на ЭВМ

2.4. Выводы по главе

3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ КОЛЕСНОГО ЛЕСНОГО ТРАКТОРА

3.1. Математическая модель

3.2. Выводы по главе

4. МЕТОДИКА, АППАРАТУРА, ОБЪЕКТ И УСЛОВИЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ ИСПЫТАНИИ УСТОЙЧИВОСТИ ДВИЖЕНИЯ И МАНЕВРЕННОСТИ КОЛЕСНОГО ЛЕСНОГО ТРАКТОРА

4.1. Задачи исследовательских испытаний и измеряемые параметры

4.2. Электроизмерительная аппаратура

4.3. Тарировка измерительных схем

4.4. Объект исследований

4.6. Условия проведения испытаний и осциллографирование процессов

4.7. Обработка экспериментальных данных и оценка погрешностей измерений

4.8. Выводы по главе

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЖЕСТКОСТНЫХ И ДЕМПФИРУЮЩИХ СВОЙСТВ ГИДРОПРИВОДА МЕХАНИЗМА СКЛАДЫВАНИЯ КОЛЕСНЫХ ЛЕСНЫХ ТРАКТОРОВ

5.1. Задачи, методика и объект исследования

5.2. Измеряемые параметры и применяемая аппаратура

5.3. Обработка экспериментальных данных и оценка погрешности измерений

5.4. Результаты экспериментальных исследований

5.5. Выводы по главе

6. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

6.1. Проверка адекватности математической модели

6.2. Результаты теоретических исследований

6.3. Влияние режимов эксплуатации колесного лесного трактора на динамические качества гидропривода механизма складывания

6.4. Обоснование рациональных конструктивных параметров и режимов эксплуатации колесного лесного трактора

6.5. Выводы по главе

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование параметров механизма складывания колесных лесных тракторов с целью повышения их маневренности»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Одним из основных путей повышения производительности труда в лесной промышленности является широкое применение на лесозаготовках специальных лесных машин на колесной базе, имеющих целый ряд преимуществ по сравнению с гусеничными. Установлено, что с их использованием может разрабатываться около половины эксплуатационного лесного фонда, применение колесных тракторов на трелевке леса позволяет добиться роста производительноста труда в 1,5 - 2 раза [41]. Создание и доводка нового трелевочного трактора должны быть непрерывно связаны с разработкой научных основ его эффективного применения.

Исследованиями, проводимыми на протяжении ряда лет ЦНИИМЭ, ЛТА имени С.М. Кирова, БТИ им. С.М. Кирова и другими коллективами было установлено, что реализация потенциальных скоростных свойств колесных лесных тракторов, обуславливающих их высокую производительность, сдерживается значительным уровнем колебаний, возбуждаемых микронеровностями волока. В процессе эксплуатации элементы системы «колесный лесной трактор - пачка древесины» совершают колебания в продольно-верткальной, поперечно-вертикальной и горизонтальной плоскостях.

В силу своих конструктивных особенностей, а именно наличия гидравлического механизма складывания, являющегося единственной «жесткой» связью между полурамами трактора, колесный лесной трактор склонен к вилянию при движении по прямолинейным или близким к ним участкам пути. Несмотря на более высокую маневренность машин с шарнирной рамой, именно для такого способа поворота характерно запаздывание реакции машины на управляющее воздействие оператора. Все это создает дополнительные нагрузки на оператора, вынужденного затрачивать значительную часть энергии на стабилизацию движения, что приводит к его быстрому утомлению и, как следствие этого, к снижению скорости движения и производительности машины. Кроме того, виляние звеньев трактора

увеличивает затраты энергии, вследствие удлинения проходимого им пути, повышает износ шин и создает дополнительные динамические нагрузки на элементы системы. В связи с этим появляется настоятельная необходимость в проведении исследований, направленных на снижение указанных выше негативных явлений.

По прогнозам, выполненным в ряде научных организаций [31, 68], доля транспортных работ, осуществляемых колесными лесными тракторами, в ближайшие годы будет непрерывно повышаться, причем часть транспортных операций (прямая вывозка деревьев на расстояния 8-10 км в полуподвешенном или полупогруженном состоянии, вывозка сортиментов и т.д.) переместится на магистральные волока и дороги с улучшенным состоянием, что приведет к повышению скорости движения данных машин, а значит и к обострению вопросов, связанных с повышением нагрузки на оператора и проблемой безопасности движения. Решение этих вопросов в значительной степени зависит от улучшения таких важных эксплуатационных свойств колесного лесного трактора как устойчивость его движения и маневренность.

Поэтому актуальность задачи формирования области проектных решений колесного лесного трактора с учетом особенностей его эксплуатации, позволяющей повысить транспортные скорости, а значит и производительность путем обеспечения стабилизации направления движения и повышения маневренности вполне очевидна. В ранее проводимых исследованиях динамики колесных лесных тракторов вопросы маневренности колесной лесного трактора на базе шарнирно-сочлененного трактора с пачковым захватом не рассматривались.

Степень разработанности темы исследования. К настоящему времени накоплены значительная теоретическая и экспериментальная база по исследованию динамических процессов, происходящих при взаимодействии колесного лесного трактора с предметом труда и волоком. Однако анализ работ предшественников показал, что вопросам взаимодействия колесного лесного трактора с пачкой древесины и волоком в режиме поворота уделяется

недостаточно внимания. Разработанные математические модели не учитывают также важные свойства объекта исследования, как упруго-демпфирующие характеристики шин в продольном, поперечном направлениях и на скручивание, упруго-демпфирующие свойства механизма складывания и трелюемой пачки древесины, нелинейных характер работы элементов системы и связи их между собой и т.д. Кроме того, исседование маневренности колесных лесных тракторов невозможно без анализа динамических процессов, происходящих в гидроприводе их рулевого управления, которым никто из предшественников до настоящего времени не занимался.

Цель работы - повышение эксплуатационных свойств колесного лесного трактора путем обоснования конструктивных параметров и режимов эксплуатации, влияющих на его маневренность.

Задачи исследования.

1. Обоснование расчетной динамической схемы, разработка и исследование на ЭВМ математической модели взаимодействия колесного лесного трактора с пачкой древесины и волоком в режиме поворота.

2. Обоснование расчетной динамической схемы, разработка и исследование на ЭВМ математической модели рулевого управления колесного лесного трактора.

3. Разработка методики экспериментальных исследований устойчивости движения и маневренности колесной лесного трактора при воздействии пачки древесины и неровностей волока.

4. Разработка методики и проведение экспериментальных исследований жесткостных и демпфирующих свойств гидропривода механизма складывания шарнирно-сочлененных лесных тракторов.

5. Исследование влияния режимов эксплуатации колесного лесного трактора на динамические качества гидропривода механизма складывания.

6. Оценка влияния конструктивных параметров и условий эксплуатации колесного лесного трактора на устойчивость его движения и маневренность, а

также разработка рекомендаций по ее повышению.

Объект исследования. Механизм складывания колесных лесных тракторов.

Предмет исследования. Динамические процессы, происходящие в гидроприводе механизм складывания колесного лесного трактора и в точках контакта его с древесиной и волоком.

Методология и методы исследования. На стадии теоретических исследований применялись методы математического моделирования, и численного решения дифференциальных уравлений. При проведении экспериментальных исследований - методы статистической обработки опытных данных.

Научная новизна работы. Разработанные и исследованные математические модели взаимодействия колесного лесного трактора с пачкой древесины и волоком, а также динамических процессов, происходящих в гидросистеме его рулевого управления углубляют общую теорию взаимодействия лесных машин с волоком и позволяют проводить обоснованный выбор конструктивных параметров и режимов эксплуатации по критерию повышения их маневренности.

Теоретическая значимость работы:

- разработанная математическая модель взаимодействия колесного лесного трактора с волоком в режиме поворота развивает общую теорию взаимодействия лесных машин с предметом труда и волоком;

- разработанная математическая модель динамики рулевого управления колесного лесного трактора, имея прямую и обратную связь с математической моделью взаимодействия трактора с волоком дает возможность качественного подхода к исследованию маневренности лесных тракторов;

- разработанная методика оценки жесткостных и демпфирующих свойств гидропривода механизма складывания лесных тракторов и полученные численные значения их величин дают возможность уточнения исследуемых

математических моделей и их численого решения.

Практическая значимость работы:

- Результаты исследования позволяют проводить обоснованный выбор рациональных конструктивных параметров и режимов эксплуатации колесного лесного трактора по критерию повышения его маневренности, топливной экономичности и снижению нагрузок на оператора.

- Результаты исследования упруго-демпфирующих свойств гидропривода механизма складывания лесных тракторов дают возможность обоснованого выбора конструктивных параметров механизма складывания с целью повышения устойчивости движения и маневренности, и также более точной настройки разработанных математических моделей.

Реализация работы. Работа выполнена на кафедре технологии материалов, конструкций и сооружений из древесины и является составной частью научно-исследовательских работы «Повышение технического уровня и эксплуатационной эффективности машин для заготовки леса», выполненной в рамках хозяйственного договора № 01.10/2016 ООО «Лестрак» с ООО «Тракторы и спецмашины».

На защиту выносятся следующие основные научные положения:

1. Математическая модель взаимодействия колесного лесного трактора с волоком в режиме поворота.

2. Математическая модель рулевого управления колесного лесного трактора.

3. Методика экспериментальных исследований устойчивости движения и маневренности колесного лесного трактора при воздействии пачки древесины и неровностей волока.

4. Методика экспериментальных исследований жесткостных и демпфирующих свойств гидропривода механизма складывания.

5. Конструктивные параметры и режимы эксплуатации колесного лесного трактора, обоснованные по критерию повышения его устойчивости движения и маневренности.

Достоверность выводов и результатов исследований обеспечена применением лицензионного программного обеспечения на всех стадиях выполнения работы, удовлетворительной сходимостью полученных теоретических и экспериментальных исследований и, в известных случаях, сведениями независимых источников.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались и обсуждались на XXVIII международном научно-практической конференции «Перспективы развития науки и образования» (Москва, 30 апреля 2018 г.); XXIX международном научно-практической конференции «Перспективы развития науки и образования» (Москва, 31 мая 2018 г.); международной научно-практической конференции «Проблемы механики современных машин» (Москва, 31 июня 2018 г.)

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 7 работах, включая 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 основных глав, общих выводов и рекомендаций, библиографического списка из 77 наименований, 1 приложения. Общий объем текста без приложений - 157 машинописных страниц. Основной текста работы содержит 65 рисунков и 4 таблицы.

Личный вклад автора - состоит в формулировании цели и задачи исследования на основании анализа литературных источников по проблематике исследований, разработке и реализации математических моделей на стадии теоретических исследований, разработки методики и проведения экспериментальных исследований, обработке опытных данных и анализе их результатов, формулировании общих выводов и рекомендаций по результатам проведенных исследований.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

Диссертация соответствует следующим пунктам паспорта специальности 05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства:

2. Теория и методы воздействия техники и технологий на лесную среду в процессе заготовки древесного сырья и лесовыращивания.

5. Обоснование и оптимизация параметров и режимов работы лесозаготовительных и лесохозяйственных машин.

13. Разработка и совершенствование методов, средств испытаний, контроля и управления качеством работы машин и оборудования.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Контруктивные особенности колесных лесных тракторов

В настоящее время основная масса древесины в мире заготавливается при помощи двух технологий: хлыстовой и сортиментной. Несмотря на очевидные преимущества сортиментной технологии, значительный объем древесины заготавливается по хлыстовой технологии.

До середины ХХ-ого века в мировой практике на трелевке леса применялась конная тяга и сельскохозяйственная техника. Впервые специализированный трелевочный трактор КТ-12 был создан в Советском Союзе (1947 г.). В дальнейшем Российские производители создали гамму гусеничных трелевочных тракторов, таких как ТДТ-40, ТДТ-55, ТЛТ-100, ТДТ-75, ТТ-4, ТТ-5 и их модификации. Колесные трелевочные тракторы производились мелкими сериями различными организациями на базе узлов тракторов сельскохозяйственного назначения. Прорывом в данном направлении можно считать создание семейства перспективных колесных лесопромышленных тракторов ОАО «Онежский тракторный завод».

В настоящее время во всем мире подавляющее большинство лесозаготовок ведется колесными тракторами, что объясняется следующими их преимуществами по сравнению с гусеничными [33]:

- большими рабочей и транспортной скоростями движения;

- существенно меньшим повреждающим воздействием на грунт и корневые системы лесонасаждений;

- значительно меньшей металлоемкостью;

- возможностью передислокации с одного участка лесозаготовок на другой без применения специальной техники.

В машиностроении под техническим уровнем продукции понимается относительная характеристика ее качества, основанная на сопоставлении

значений показателей, характеризующих техническое совершенство оцениваемой продукции, с базовыми значениями соответствующих показателей (ГОСТ 15467-85 «Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения»).

Рассмотрим технический уровень применяемых в настоящее время на лесозаготовках Российских и зарубежных, колесных лесных тракторов [33].

Производством колесной лесной техники занимаются около десятка зарубежных фирм. Колесные лесные тракторы выпускаются различных тяговых классов массой 7-17 т. Условно всю гамму выпускаемой продукции можно разбить на три класса а) легкий - 6-10 т; б) средний - 10-14 т, в) тяжелый - свыше 14 т [4].

Рис. 1.1. Распределение колесных лесных тракторов по типоразмерам

Из графика (рис. 1.1) видно, что большинство тракторов (40%) относится к среднему классу, легких - около 29% и тяжелых - 31%.

По установленному технологическому оборудованию все колесные лесные тракторы разделяются на чокерные и бесчокерные (с пачковым захватом, либо с манипулятором и коником), причем большинство тракторов (60%) — бесчокерные.

Бесчокерные машины, оснащенные пачковыми захватами, имеют большую массу и металлоемкость по сравнению с чокерными. Они менее универсальны, так как предполагают использование их в паре с

валочно-пакетирующей машиной. Однако бесчокерные машины более производительны, так как время нетранспортных операций сведено к минимуму.

Широкий диапазон масс лесных тракторов предопределяет и широкий диапазон мощностей устанавливаемых двигателей. Зависимости мощностей двигателей от массы для чокерных и бесчокерных машин приведены на рис. 1.2. Видно, что с повышением тягового класса повышаются и мощности двигателей. Разброс мощностей двигателей по классам машин достаточно велик: для легкого - от 60 до 110 кВт, для среднего - от 100 до 119 кВт, для тяжелого - от 123 до 184 кВт.

Статистическая зависимость мощности двигателя от массы трактора выражается корреляционным уравнением вида:

N = N + гн/м ^ (М - М), (1.1)

где N - математическое ожидание мощности двигателя; т^/М - коэффициент корреляции между мощностью двигателя и массой трактора; <JN , ам -

среднеквадратичные отклонения соответственно мощности и массы трактора; М -математическое ожидание массы трактора; М - текущее значение массы.

Следует заметить, что если коэффициент корреляции близок к нулю, то это означает, что зависимости между исследуемыми параметрами нет. Если же он равен единице, то существует строго детерминированная зависимость.

Как показывают результаты исследований для чокерных лесных тракторов:

N = 100,1 кВт, гШм = 0,85, aN = 25,67, ём = 2,71, М = 10,3 т.

Подставляя вышеприведенные значения и делая необходимые преобразования, получим зависимость мощности от массы для чокерных лесных тракторов:

N = 8,14М + 16,2 (1.2)

Рис. 1.2. Графики зависимостей мощности лесных тракторов от их массы: а - чокерные тракторы; б - бесчокерные тракторы

Для бесчокерных лесных тракторов параметры уравнения (1.1) следующие:

N = 114,8 кВт, гШм = 0,85, = 24,81, ам = 2,58, М = 12,9 т.

тогда зависимость мощности двигателя бесчокерных лесных тракторов от их массы принимает вид:

N = 8,23М + 8,4 (1.3)

Более полное и корректное сравнение технического уровня колесных лесных тракторов может дать показатель удельной мощности, представляющий собой отношение мощности двигателя к массе машины. Графики зависимости удельной мощности двигателя от массы трактора приведены на рис. 1.3.

Корреляционные уравнения этих зависимостей имеют вид, аналогичный уравнению (1.1).

6 8 10 12 14 16 18 М, т

Рис. 1.3. Графики зависимостей удельной мощности лесных тракторов от их

массы:

а - чокерный трактор; б - бесчокерный трактор Для чокерных лесных тракторов получены следующие параметры корреляционного уравнения (1.1):

N.. = 9,9 кВт/т, пг м = -0,29, ^ = 1,48.

уд

Чд/М

Для бесчокерных лесных тракторов:

N Уд = 8,9 кВт/т, Ч/м = 0,14, ^ = 0,95.

В окончательном виде корреляционные зависимости удельной мощности от массы выглядят следующим образом: Для чокерных лесных тракторов:

N уд = -0,16М + 11,46 (1.4)

Для бесчокерных лесных тракторов:

Муд = -0,05М + 9,57. (1.5)

Анализ графиков показывает, что колесные лесные тракторы фирмы Ranger обладают преимуществом как по абсолютной, так и по удельной мощностям в среднем и тяжелом классах. Тракторы фирм Timberjack и Caterpillar находятся примерно на одинаковом уровне и уступают машинам Ranger на 5-10%.

Из графиков также видно, что Российская машина МЛ-56 на базе трактора К-703М имеет более высокие значения мощностей: абсолютную - на 18%, и удельную - на 20% выше, чем у зарубежных аналогов. С нашей точки зрения, это не является преимуществом, поскольку реализация столь высокой мощности в условиях лесосеки не представляется возможной, а для скоростей 25-30 км/ч такой ее запас просто нецелесообразен. Поэтому у данной машины есть резерв по увеличению эффективности за счет приведения уровня мощности к оптимальному. Это позволит существенно снизить эксплуатационные затраты, в первую очередь, за счет уменьшения расхода топлива на единицу продукции.

База и колея являются важными конструктивными параметрами, определяющими массово-габаритные показатели лесных тракторов. Зависимости базы и колеи от массы тракторов приведены на рис. 1.4. Анализ графиков показывает, что база и колея тракторов имеют строгие корреляционные зависимости от массы машины, выраженные уравнениями вида (1.1).

Для исследуемых машин были получены следующие статистические параметры базы:

B = 3250 мм, Гв/м = 0,85, âB = 364, âM = 2,95, M = 12 т,

Тогда зависимость базы колесных лесных тракторов от их массы примет

вид:

В = 104,8М + 2000. (1.6)

Рис. 1.4. Графики зависимостей базы (а) и колеи (б) колесных лесных тракторов от их массы Для колеи исследуемых машин статистические параметры составляют:

К = 2220 мм, Гк/м = 0,76, ак = 1,34, аи = 2,97, М = 12,1 т, Тогда:

К = 34,45М + 1800. (1.7)

Строгая зависимость базы и колеи от массы объясняется тем, что с увеличением массы увеличиваются и габариты машины. В то же время значения клиренса мало зависят от массы, так как для обеспечения оптимальной проходимости он не может быть ниже определенной величины (500 - 700 мм).

Если сравнивать исследуемые тракторы по таким техническим

характеристикам, как база и колея, то можно отметить, что в легком классе лучшие показатели имеет словацкий LKT-81, несколько худшие - Timberjack 240С. В среднем классе лучше выглядят трелевочные тракторы фирмы Ranger, а несколько уступают им тракторы фирмы Timberjack. В тяжелом классе наилучшие показатели у фирмы Caterpillar, наихудшие - у тракторов фирмы Ranger. Российский колесный лесной трактор тяжелого класса ТЛК-4-01 обладает такой же базой, как и Caterpillar, при несколько большей колее. То есть по этим показателям он вполне конкурентоспособен с лучшими зарубежными аналогами.

Давление лесного трактора на грунт является важным показателем при работе техники в лесу и представляет собой отношение массы трактора к площади опорной поверхности (пятну контакта колес). Чем меньше давление, тем меньше повреждений наносится лесным экосистемам. Уровень давления нормируется отечественными стандартами (лесоводственными требованиями), и его величина составляет 50 кПа.

В данных исследованиях при расчете давлений на грунт использовалась скандинавская методика, которая предполагает, что колесо лесного трактора погружается в грунт на глубину 70 - 100 мм, в зависимости от несущей способности опорной поверхности. Это допущение достаточно условно, однако при таком подходе все машины ставятся в равные условия. Зная глубину колеи, ширину и диаметр колеса, можно вычислить пятно контакта колеса с опорной поверхностью.

На рис. 1.5 приведены графики зависимостей давления на грунт от массы колесного лесного трактора. Все машины разделены на чокерные и бесчокерные, однако последние примерно при таких же габаритах имеют большую массу, так как оснащены аркой и пачковым захватом.

Анализ рис. 1.5 показывает, что корреляционные зависимости давления на грунт от массы трактора целесообразно искать в виде уравнений (1.1).

Полученные статистические данные имеют вид:

6 8 10 12 14 16 18 С,т Рис. 1.5. Графики зависимостей давлений на грунт чокерных (а) и бесчокерных

(б) лесных тракторов от их массы Для чокерных лесных тракторов:

Р = 70 кПа, ^ = 0,41, аР = 14,6, М = 10,3 т. Для бесчокерных лесных тракторов:

Р = 74,5 кПа, ^ = 0,43, ар = 10,9, М = 12,9 т.

Тогда окончательный вид уравнений регрессии: Для чокерных лесных тракторов:

Р = 2,24М + 46,5 (1.8)

Для бесчокерных лесных тракторов:

Р = 1.77М + 51.8 (1.9)

Среди чокерных машин наименьший уровень давления у Timberjack (59 -69 кПа, в зависимости от весового класса). Несколько проигрывают ему тракторы Caterpillar в среднем и тяжелом классах (72 - 92 кПа). А в легком классе худшие показатели давления у тракторов Martimex (59 - 86 кПа). Среди бесчокерных тракторов лучшие показатели давления у машин Ranger и Timberjack (56 - 78 кПа), a Caterpillar несколько уступает им (82 - 106 кПа), что объясняется меньшей размерностью его колес.

У бесчокерных тракторов, несмотря на большую массу, давления по сравнению с чокерными выросли незначительно. Это объясняется тем, что на них, как правило, ставят колеса с большими шириной и диаметром.

Если сравнивать лесные тракторы по величине давления на грунт, то на фоне зарубежных тракторов Российские производители выглядят более чем хорошо. Это можно объяснить большей размерностью колес, которые устанавливаются на Российские тракторы. Так, на тракторах ТЛК-4-01 и МЛ-56 установлены шины размерностью 33L-32 (радиусом 968 и шириной 838 мм), в то время как на зарубежных машинах подобного класса устанавливаются шины 30,5L-32 (радиусом 838 и шириной 787 мм). Данные шины являются стандартным оборудованием. На зарубежных тракторах возможна установка больших шин, но только по желанию заказчика и за отдельную плату.

Двигатели колесных лесных тракторов имеют мощность 60 - 184 кВт. Ряд фирм используют двигатели собственного производства, как например Caterpillar, ряд фирм отдают предпочтение таким известным производителям, как Cummins и Deutz. Cummins - самый распространенный из применяемых двигателей. Двигатели этой фирмы установлены на тракторах марок Timberjack, Ranger и Tree Farmer, на 24 из 38 рассматриваемых машин, что составляет 63% от общего количества импортных машин.

Двигатели на лесных тракторах независимо от марки, 4- и 6-цилиндровые дизельные с турбонаддувом, в основном - среднеоборотные (номинальное число оборотов двигателя - 2200 - 2500). Коэффициент запаса (К3) двигателей зарубежных тракторов находится в пределах 1,2 - 1,52. В последнее время на

двигателях Caterpillar и Cummins стали применять системы промежуточного охлаждения наддувочного воздуха (intercooler), которые позволяют повысить литровую мощность и крутящий момент двигателя. По коэффициенту запаса лучшие показатели у тракторов Caterpillar моделей 515 и 525В (коэффициент запаса 1,52 и 1,5 соответственно), трактора фирмы Timberjack немного уступают Caterpillar и имеют коэффициент запаса крутящего момента 1,28 - 1,43. Более высокий коэффициент запаса позволяет либо сократить количество передач, либо при том же количестве передач уменьшить количество переключений при выполнении трактором рабочих операций. На Российских тракторах применяются 6- и 8-цилиндровые дизельные двигатели с турбонаддувом. Это среднеоборотные двигатели с номинальной частотой вращения 1900 - 2200 и небольшим коэффициентом запаса, равным 1,1 - 1,2.

Трансмиссии, применяемые на колесных лесных тракторах, в основном гидромеханические (ГМТ), состоящие из гидротрансформатора и коробки передач с переключением на ходу (Powershift). Механические трансмиссии встречаются только на легких зарубежных тракторах, таких как Timberjack 240С, LKT-81 и LKT-81A. На Российских тракторах механическая трансмиссия используется на МТ-126 (на базе трактора Беларусь). На тракторах с гидромеханической трансмиссией количество передач находится в пределах 3 - 6. Наименьшим количеством передач обладают тракторы с наибольшей удельной мощностью или высоким коэффициентом запаса крутящего момента двигателя. Так, тракторы фирмы Ranger, обладающие большой удельной мощностью, имеют три передачи, а тракторы фирмы Caterpillar, имеющие самый большой коэффициент запаса, оснащены 4-ступенчатой КПП. Тракторы фирмы Timberjack, в силу невысоких мощности и коэффициента запаса, имеют шесть передач.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Као Хюи Жап, 2019 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. A.C. №1772035, МКИ В 62D 53/02. Шарнирно-сочлененное транспортное средство /А.М. Кочнев, Г.М Анисимов, Н.Л. Синицын (СССР). 4с.

2. А.С. 11344899 МКИ В 60Р 3/40. Муфта мгновенного сброса усилия/ О. М. Ведерников, А. М. Кочнев (СССР). 3с.

3. Александров В. А. Динамические нагрузки в лесосечных машинах. -Л.: Изд-во ЛГУ, 1984. -152с.

4. Анисимов Г. М., Кочнев А. М. Основные направления повышения эксплуатационной эффективности гусеничных трелевочных тракторов. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007. - 456 с.

5. Анисимов Г. М., Осмаков С. А. Исследование поворотливости шарнирно-сочлененной колесной лесного трактора//Машины и орудия для механизации лесозаготовок и лесного хозяйства: Межвуз, сб. научн. трудов ЛТА. -Л.: ЛТА, 1982. -Вып.11. -С. 73-78.

6. Архангельский В. Н., Невров В. Ф. Исследование управляющего воздействия водителя на рулевую систему фронтального погрузчика при транспортном пробеге//Труды ВНИИ Стройдормаш. -М., 1976. -Том 72. -С. 71-74.

7. Аракельянц С.М. Исследование гидравлической системы управления поворотом шарнирной машины // Труды ВНИИ стройдормаш. 1981. Т. 92. С. 56-63.

8. Атаманов Ю. Е., Сазонов И. С. К вопросу устойчивости движения полноприводного трактора//Автотракторостроение. Теория и конструирование мобильных машин: Республ. межвед. сборник. -Минск, 1982. -Вып. 17. -С. 44-47.

9. Брянский Ю.А Исследование процесса поворота колесных тягачей с неповоротными колесами: Автореф. дис. Канд. техн. наук. М.: МАДИ, 1972. 13 с.

10. Брянский Ю.А. Управляемость большегрузных автомобилей. М.: Машиностроение, 1983. 176 с.

11. Верхов Ю.И. Теоретические основы проектирования лесных погрузочно-транспортных машин. -Красноярск: Изд-во Краен. ун-та, 1984. -268с.

12. Гастев Б.Г., Мельников В.И. Основы динамики лесовозного подвижного состава. -М.: Лесная промышленность, 1967. -220с.

13. Гинцбург Л.Л., Трикоз А.А. Испытания шарнирно-сочлененной машины на курсовую устойчивость//Труды НАМИ. М., 1971. Вып. 129. С. 48-55.

14. Горячкин В.П. Теория массы и скоростей сельскохозяйственных машин и орудий//Собр.соч.в 3-х томах. -М.: Колос, 1965. -Т.1. -С.431-465.

15. Грушевский В. А. Метод определения жесткости гидропривода// Тракторы и сельхозмашины. -1977. -№3. -С. 23.

16. Гуськов В.В., Войтиков А.В. О влиянии ряда факторов на курсовую устойчивость колесного трактора, работающего на склоне// Тракторы и сельхозмашины. -1981. -№2. -C.11-13.

17. Гячев Л.В. Устойчивость движения сельскохозяйственных машин и агрегатов. М.: Машиностроение, 1981. 206с.

18. Дарчиашвили Э. Г. Исследование влияния характеристик рулевого управления на управляемость автомобиля: Автореферат дис....канд. техн. наук. -Тбилиси: ГПИ, 1982. -23с.

19. Динамика системы дорога-шина-автомобиль-водитель // А.А. Хачатуров, В.Л. Афанасьев, В.С. Васильев и др.; Под ред. А.А. Хачатурова. М.: Машиностроение, 1976. 535с.

20. Дубина В.В. Тяговая динамика и устойчивость прямолинейного движения К-700 в пахотном агрегате: Автореферат дис....канд. техн. наук. Л. Пушкин: ПСХИ, 1973. 23с.

21. Егоров Л. И. Об устойчивости прямолинейного движения гусеничного трактора//Труды ЦНИИМЭ. -Химки, 1971. -Вып. 121. -С. 83-92.

22. Жуков А. В., Кадолко Л. И. Основы проектирования специальных лесных машин с учетом их колебаний. -Минск: Изд-во наука и техника, 1978. -264с.

23. Жуков А.В., Леонович И.И. Колебания лесотранспортных машин. Минск: Изд-во БГУ, 1973. 240с.

24. Зайчик М. И., Орлов С. Ф., Гольдберг A. M., Анисимов Г.М. и др. Проектирование и расчет специальных лесных машин. М: Лесн. пром-сть, 1976. 208 с.

25. Испытания селькохозяйственных тракторов / А. Т. Коробейников, В.С. Лихачев, В. М. Шолохов. М. : Машиностроение, 1985. - 240 с.

26. Казанцев Г. М. и др. Исследование динамических нагрузок в системе рулевого управления трактора Т-157//Тракторы и сельхозмашины .-1974. -№9. -С. 5-7.

27. Калиновский Н. Ф. и др. К выбору оптимальных параметров системы рулевого управления с гидравлическим следящим приводом Т-150К//Тракторы и сельхозмашины. -1974. -№10. -С. 9-11.

28. Као Хюи Жап, Кочнев А.М. Математическая модель рулевого управления колесного трелевочного трактора // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2018. Вып. 224. С. 211-222. DOI: 10.21266/2079-4304.2018.224.211 -222

29. Као Хюи Жап, Кочнев А.М., Нгуен Лонг Лам. Математическая модель взаимодействия колесного трелевочного трактора с волоком в режиме поворота // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. 2019. Вып. 226. С. 90-98. DOI: 10.21266/2079-4304.2019.226.90-98

30. Као Х.Ж., Кочнев А.М. Обоснование способа поворота шарнирно-сочлененных машин // Universum: Технические науки: электрон. научн. журн. 2018. № 7(52). С. 17-25. URL: http://7universum.com/ru/tech/ archive/item/6158

31. Као Хюи Жап, Кочнев А.М. Совершенствование методов оценки эффективности лесосечных машин-путь совершенствования их конкурентоспособности. С. 183-188. Проблемы механики современных машин -Сборник материалов международных научно-практических конференций (июнь

2018). / [Ред. Коротких А.А.]. - Москва: Центр научного развития «Большая книга», 2018 - 276 с.

32. Колесников К.С. Автоколебания управляемых колес автомобиля.- М.: ГИТТЛ, 1955. -238с.

33. Кочнев А. М. Теория движения колесных трелевочных систем: СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2007, 612 с.

34. Кочнев А.М., Као Хюи Жап. Показатели технического уровня колесных трелевочных тракторов, С. 237-242. П27 Перспективы развития науки и образования: сборник научных трудов по материалам XXVIII международной научно-практической конференции, 30 апреля 2018 г./Под общ. ред. А.В. Туголукова - Москва: ИП Туголуков А.В., 2018 - 253 с.

35. Кочнев А.М., Као Хюи Жап. Пути повышения экологической совместимости колесных трелевочных тракторов с волоком. С. 425-429. П27 Перспективы развития науки и образования: сборник научных трудов по материалам XXIX международной научно-практической конференции, 30 мая 2018 г./Под общ. ред. А.В. Туголукова - Москва: ИП Туголуков А.В., 2018 - 615 с.

36. Кочнев А. М., Довжик В. Л., Масник С. В., Носенко С. В. Анализ современных конструктивных решений трелевочных тракторов// Обоснование технических решений и параметров лесосечных машин: Межвуз. сбр. научн. тр./ ЛТА. СПб., 2003. С. 105-118.

37. Кочнев А. М. Рабочие режимы отечественных колесных трелевочных тракторов. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. 520 с.

38. Кочнев А.М., Юшков А.Н., Сивков Е.Н. Конструктивные особенности и рабочие режимы машин для сортиментной заготовки леса. СПб. - Изд-во : СПбГЛТУ, 2013. - 456 с.

39. Кочнев A. M, Анисимов Г.М. Влияние режимов эксплуатации колесного трелевочного трактора на динамические нагрузки в гидроприводе механизма складывания//Эксплуатация лесовозного подвижного состава. Сборник научн. трудов. Свердловск, 1990.

40. Кочнев А. М., Памфилов Д. В. Комплекс аппаратуры для исследования курсовой устойчивости колесных сочлененных машин. - Информационный листок Брянского ЦНТИ, № 31- 87.

41. Коробов В. В. Основые направления развития технологии и техники в лесозаготовительной отрасли//Лесная промышленноость, 1996. -№5. С. 13-14.

42. Кравец В. Ф. Исследование управляемости и устойчивости автомобиля относительно траектории: Автореферат дис....канд. техн. наук. -М.: МАМИ, 1975. -35с.

43. Крупский И. В. Исследование влияния гидропривода рулевого управления трактора «Кировец» на показатели работы сельскохозяйственных агрегатов: Автореферат дис....канд. техн. наук. -Рязань, РСХИ, 1979. -24с.

44. Лубяной Н.Н. Обоснование путей совершенствования управляемости колесных тракторов с гидрообъемным рулевым управлением: Дис....канд. техн. наук. М.: МИИСХ, 1984. 207с.

45. Лурье А. Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов. -Л.: Колос, 1970. -376с.

46. Малиновский Е. Ю. К исследованию устойчивости движения многошарнирной колесной машины//Труды ВНИИ Стройдормаш. -М. ,1972. -Том 58. -С. 51-65.

47. Малиновский Е. Ю., Гайцгори М. М. Динамика самоходных машин с шарнирно-сочлененной рамой. -М. Машиностроение, 1974. -176с.

48. Малиновский Е. Ю., Зарецкий Л. Б., Беренгард Ю. Г. и др. Расчет и проектирование строителыных и дорожных машин на ЭВМ/ Под ред. Е.Ю. Малиновского. М.: Машиностроение, 1980. 216 с.

49. Маргвелашвили О. В. Курсовая устойчивость трактора. -Тбилиси: Мацниереба, 1984. -83с.

50. Маршак С. Ф. Некоторые оценки управляемости машин с различными схемами поворота//Труды ВНИИ Стройдормаш. -М., 1976. -Том 72. -С. 56-62.

51. Митропольский А. К. Техника статистических вычислений. М.: Наука, 1971. - 576 с.

52. Муравьев А. В. Анализ поворотливости гусеничных машин при различных способах транспортировки деревьев//Изв. вузов. Лесной журнал. -Архангельск, 1967. -№2. -С. 69-74.

53. Насекин И. Н. Обоснование параметров рулевого управления колесных тракторов тяговых классов 0,6...1,4: Автореферат дис....канд. техн. наук. -М.: МИИСХ, 1983. -16с.

54. Обидин В.Я., Червяков Е.Н. Динамика объемного гидропривода рулевого управления колесной самоходной машины // Труды НАТИ 1979. Вып 265. с. 22-27.

55. Оценка режимов работы и нагруженности гидросистемы рулевого управления грактора ТКЛ-1: Отчет о НИР / Северо-Западный филиал НАТИ. Д. 11/90-2186, № ГР 01910031618. Вырица, 1990. 183 с.

56. Поляк А. Я., Русанов В.А., Садовников А.Н., Ильченко И.Р. Комбинированная система управления на тракторе Т-150К//Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. -1981. №11. -С.31-34.

57. Провоторов Ю. И. Устойчивость направления движения колесного трелевочного трактора с шарнирно-сочлененной рамой//Труды ЦНИИМЭ. -Химки, 1974. -Вып. 141. -С. 144-149.

58. Проектирование специальных лесных машин/М. И. Зайчик, С. Ф. Орлов, А. М. Гольдберг, Г. М. Анисимов и др.; Под. ред. М. И. Зайчика. -М.: Лесная промышленность, 1976. -208с.

59. Работа автомобильной шины//Под ред. В. И. Кнороза. -М.: Транспорт, 1976. -238с.

60. Рославцев А. В., Кальченко Б. И., Авдеев В. М. Исследование устойчивости движения и управляемости трактора Т-150К//Тракторы и сельхозмашины. -1986. №12. -С. 30-31.

61. Рыскин Ю. В., Провоторов Ю. И. Экспериментальное определение упругих и демпфирующий характеристик крупногабаритных шин низкого давления//Труды ЦНИИМЭ. -Химки, 1971. -Вып. 121. -С. 93-97.

62. Симанович В. А. Исследование свободных колебаний деревьев при различных конструкциях подвеса//Механизация лесоразработок и транспорт леса: Республ. межвед. сборник. -Минск, 1984. -Вып.14. -С. 115-118.

63. Смирнов Г.А. Теория движения колесных машин. М.: Машиностроение, 1981. 271с.

64. Солодовников А. И., Спиваковский А. М. Основы теории и методы спектральной обработки информации.-Л.: Изд-во ЛГУ, 1986.-272с.

65.Тасев Х. Б. Методика определения параметров поворотливости колесной трелевочной шарнирно-сочлененной системы с учетом свойств волока и пачки леса: Автореферат дис....канд. техн. наук. - Л.: ЛТА, 1985. -20с.

66. Тимофеев А. И . Теоретические основы управления мобильными сельскохозяйственными машинами//Доклады МИИСП. -М., 1971. -Том 6, Вып.1. -С. 11-20.

67. Тимошенко В.Я. К вопросу устойчивости трактора Т-150К на вспашке торфяников//Труды БСХА. -Горки, 1979. -Вып. 62. -С. 12-15.

68. Типизация природно-производственных условий лесозаготовительных районов. Химки: ЦНИИМЭ, 1986. 25 с.

69. Тракторные поезда/ П. П. Артемьев, Ю. Е. Атаманов, Н. В. Богдан и др.; Под ред. В. В. Гуськова. -М.: Машиностроение, 1982. -183с.

70. Тракторные поезда// П. П. Артемьев, Ю. Е. Атаманов, Н. В. Богдан и др.; Под ред. В. В. Гуськова. -М.: Машиностроение, 1982. -183с.

71. Фортунков Д. Р. Характеристики жесткости рулевого управления автомобиля «Волга»//Автомобильная промышленность. -1965. - №1. -С. 21.

72. Чайковский И. П. Влияние усилителя рулевого управления на стабилизацию управляемых колес//Автомобильная промышленность. -1971. -№4. -С. 27-29.

73. Чернов Г. Я. К вопросу об управляемости тракторов с шарнир-но-сочлененной рамой//Труды БСХА. -Горки, 1976. -Вып. 9. -С. 142-145.

74. Шапиро Е. М. Исследование системы управления поворотом колесного шарнирно-сочленеиного трактора класса 3 тонны: Дис.... канд. техн. наук. -Харьков: ХПИ, 1972. -116с.

75. Шарапановский Б. М. и др. Исследование гидравлической системы управления поворотом трактора «Кировец»//Тракторы и сельхозмашины. -1984. -№3. -С. 13-14.

76. Школьникова С. Б. Исследование гидравлического усилителя рулевого управления как автоматического стабилизатора устойчивости движения направляющих колес трактора: Автореферат дис....канд. техн. наук. -Челябинск: ЧИМЭСХ, 1971. -22с.

77. Яценко Н. Н. Форсированные полигонные испытания грузовых автомобилей. -2-е изд. -М.: Машиностроение, 1984. -328с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

АКТ

выполненных исследовательских испытаний устойчивости направления движения и управляемости колесного лесного трактора ТКЛ-4-01

Мы, нижеподписавшиеся, Научный руководитель темы «Повышение технического уровня и эксплуатационной эффективности машин для заготовки леса» (Договор НИР № 01.10.2016) Кочнев A.M., Главный механик ООО «Тракторы и спецмашины» Вешенский А.Г. и механик-водитель ООО «Тракторы и спецмашины» Королев И.А. состовили настоящий АКТ о том, что в период с 01 июля по 31 июля 2017 г. аспирантом СПбГЛТУ имени С.М. Кирова Као Хюи Жап проведены исследовательсние испытания устойчивости направления движения и управляемости колесного лесного трактора ТКЛ-4-01 в п. Лисино-Корпус Ленинградской области.

В процессе испытаний, в соответствии с разработаной аспирантом Као Хюи Жап программой - методикой экспериментальных исседований, были осуществлены измерения и регистрация параметров, характеризующих устойчивость направления движения, а также управляемость колесного лесного трактора ТКЛ-4-01.

Полученные результаты предназначены для совершенствования технического уровня и эксплуатационной эффективности машин для заготовки леса в рамках договора НИР № 01.10.2016 с ООО «Тракторы и спецмашины» и использования их в диссертационной работе аспиранта Као Хюи Жап.

.Г. Вешенский

A.M. Кочнев

1" _____И.А. Королев