Нагруженность силовых установок валочно-трелевочных и валочно-пакетирующих машин в режимах разгона и стопорения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, кандидат технических наук Мурычев, Борис Валентинович

• Мурычев, Борис Валентинович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мурычев, Борис Валентинович

Введение.

1. Состояние проблемы, задачи исследований.

1.1. Методы определения динамических нагрузок в грузоподъемных машинах.

1.2. Обзор исследований динамики грузоподъемных лесных машин.

1.3. Оценка нагруженности силовых установок валочно-трелевочных и валочно-пакетирующих машин в режимах разгона и стопорения.

1.4. Выводы. Задачи исследований.

2. Теоретические исследования нагруженности силовых установок валочно-трелевочных и валочно-пакетирующих машин в режимах пакетирования деревьев.

2.1. Режим работы - разгон при подъеме дерева стрелой манипулятора с одновременным силовым поворотом ЗСУ.

2.2. Результаты исследований динамики валочно-трелевочных и валочно-пакетирующих машин в режимах разгона при подъеме деревьев стрелой манипулятора с одновременным силовым поворотом ЗСУ.

2.3. Режим работы - разгон при подъеме дерева стрелой манипулятора с одновременным подтягиванием его рукоятью.

2.4. Результаты исследований динамики валочно-пакетирующих машин в режимах разгона при подъеме деревьев стрелой манипулятора с одновременным подтягиванием рукоятью.

2.5. Выводы.

3. Динамика валочно-трелевочных и валочно-пакетирующих машин в режимах стопорения.

3.1. Режим стопорения при перемещении дерева рукоятью манипулятора.

3.2. Режим работы - стопорение при перемещении дерева рукоятью манипулятора (приведение масс к оси поворота рукояти).

3.3. Режим стопорения при подъеме (опускании) "зависшего" дерева стрелой манипулятора.

3.4. Стопорение при повороте платформы вал очно-пакетирующей машины.

3.5. Выводы.

4. Экспериментальные исследования.

4.1. Методика проведения лабораторных экспериментальных исследований динамики валочно-трелевочных и валочно-па-кетирующих машин.

4.2. Оснащение объекта исследований измерительной и регистрирующей аппаратурой.

4.3. Экспериментальные исследования нагруженности силовых установок ВТ и ВПМ в пусковых режимах и режимах стопорения.

4.4. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Нагруженность силовых установок валочно-трелевочных и валочно-пакетирующих машин в режимах разгона и стопорения»

Технический прогресс в лесозаготовительной отрасли обычно связывают с дальнейшим повышением производительности лесосечных машин. Так как у современных лесосечных машин до 60-70 % времени смены уходит на работу технологического оборудования, то естественно повышение производительности может быть достигнуто за счет изменения (конечно повышения) скоростей перемещения элементов технологического оборудования и форсирования пуско-тормозных режимов его работы. В то же время теоретическими и экспериментальными исследованиями было выявлено, что именно пуско-тормозные режимы сопровождаются большими динамическими нагрузками в упругих связях серийно выпускаемых лесосечных машин. Причем установлено, что в отдельных случаях динамические нагрузки в несколько раз превышают силу тяжести пакетируемых деревьев.

Лесосечные машины по роду выполняемых технологических операций подобны грузоподъемным машинам (кранам, экскаваторам), однако их работа сопряжена с более значительными динамическими нагрузками вследствие особенностей предмета труда - деревьев - упругих тел с распределенной массой и развитой кроной, обладающей большой парусностью. В то же время при сопоставлении основных параметров кранов, экскаваторов и лесных машин можно отметить, что если скорости подъема груза у них отличаются незначительно, то переходные режимы у кранов и экскаваторов более длительны. Это приводит к снижению ускорений (замедлений) груза при разгоне и торможении в среднем в 3-5 раз. Угловые скорости у лесосечных машин при переносе дерева поворотом манипулятора сопоставимы с угловыми скоростями поворота платформы кранов и экскаваторов. Однако, интенсивность пуско-тормозных режимов у лесосечных машин значительно выше. Вследствие больших ускорений уровень добавочных динамических нагрузок в лесосечных машинах при взаимодействии с деревьями составляют в среднем 0,25-0,50 статической нагрузки, тогда как в грузоподъемных машинах общепринято считать даже уровень 0,25-0,30 очень высоким.

Если влияние пуско-тормозных режимов на динамические нагрузки в упругих связях технологического оборудования изучено всесторонне, то динамической нагруженности силовых установок лесосечных машин к настоящему времени уделялось недостаточное внимание. Объясняется это в некоторой мере тем, что в процессе предыдущих исследований лесосечных машин было выявлено значительное недоиспользование мощности силовых установок при работе манипуляторного технологического оборудования, а так же и то, что силовая установка воспринимает через привод нагрузки от работы технологического оборудования лишь в режимах разгона, которые протекают более благоприятно по сравнению с тормозными при которых она отсоединена от него. В то же время следует заметить, что нагруженность силовых установок лесосечных машин в режимах стопорения, которые так же относятся к переходным процессам, не изучалась вообще.

Таким образом, дальнейшие исследования динамики лесосечных машин продолжают оставаться актуальными.

Цель работы - разработка математических моделей, позволяющих на этапе проектирования валочно-трелевочных и валочно-пакетирующих машин осуществлять научно обоснованный выбор параметров привода и технологического оборудования, обеспечивающих рациональную загрузку двигателя при минимальных динамических нагрузках. В соответствии с целями исследований в диссертационной работе разработаны и предложены следующие научные положения, которые выносятся на защиту:

1. Математические модели механических систем валочно-трелевочных и валочно-пакетирующих машин " силовая установка - манипулятор -предмет труда - дерево", " силовая установка - платформа с манипулятором - предмет труда - дерево".

2. Результаты исследований динамики валочно-трелевочных и валочно-пакетирующих машин в режимах разгона при одновременном выполнении нескольких технологических операций и стопорения.

3. Выявленные закономерности динамической нагруженности силовых установок валочно-трелевочных и валочно-пакетирующих машин.

4. Методика расчета и выбора параметров привода и металлоконструкций манипуляторов лесосечных машин.

5. Рекомендации по снижению динамических нагрузок на силовые установки валочно-трелевочных и валочно-пакетирующих машин.

Заключение диссертации по теме «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства», Мурычев, Борис Валентинович

5. Общие выводы и рекомендации.

1. Изучению динамики лесосечных машин посвящено значительное число опубликованных работ, в то же время нагруженность силовых установок лесосечных машин с манипуляторами изучена недостаточно.

2. В результате исследований установлен высокий уровень добавочных динамических моментов на силовую установку валочно-пакетирующей машины в режимах стопорения в процессе перемещения груза - дерева рукоятью, стрелой манипулятора или поворотом платформы, который достигает при минимальных угловых скоростях перед началом стопорения 40. 50 % от номинального момента, развиваемого двигателем. С увеличением скоростей перемещений элементов манипулятора или платформы ВПМ перед началом стопорения масс или уменьшением времени стопорения (торможения) добавочные динамические моменты на силовую установку возрастают до значений, близких к номинальному моменту (620 Нм у дизеля А-01 М и 630 Нм у дизеля А-03 МЛ) или, даже, превышают его.

3. Режимы стопорения у валочно-трелевочных машин характеризуются менее значительными динамическими нагрузками на силовую установку. В наиболее неблагоприятных случаях (время стопорения - 0,25 с) добавочные динамические моменты не превышают 21,79.35,56 Нм (6,3. .10,4 % от номинального момента).

4. При пакетировании деревьев больших объемов (2,0. 3,0 м"), когда двигатель загружен максимальным статическим моментом сопротивления, нарастание момента в приводе до максимального значения в процессе стопорения происходит таким образом, что начальная скорость привода не успевает существенно измениться. В этих случаях в качестве начальных условий значения угловой скорости необходимо принимать равными номинальной скорости.

5. Снижения динамических нагрузок на силовые установки валочно-пакетирующих машин в режимах стопорения можно достичь введением в конструкцию захватно-срезающих устройств дополнительных упругих элементов, а также установкой муфт с упругими элементами между силовой установкой и валом гидронасоса.

6. Уровень динамических нагрузок (добавочных динамических моментов) на силовые установки серийно выпускаемых валочно-трелевочных и валочно-пакетирующих машин в режимах разгона значительно ниже по сравнению с уровнем в режимах стопорения (соответственно

1,6.2,5 и 10Д. 13,8 % от номинальных моментов), однако они сопровождаются значительным снижением частоты вращения коленчатых валов двигателей (на 47,6. 108,75 об/мин и на 115,1 .269,5 об/мин соответственно). Тем не менее имеется реальная возможность на перспективных машинах форсирования пусковых режимов.

7. Одним из направлений повышения эффективности многооперационных лесосечных машин является совмещение выполнения нескольких технологических операций. При одновременном выполнении нескольких технологических операций возрастает не только производительность машины за счет сокращения цикла обработки дерева, но и загрузка силовой установки, что способствует снижению расхода топлива (двигатель работает в зоне минимального расхода).

8. Исследования загрузки силовых установок отечественных валочно-трелевочных и валочно-пакетирующих машин показали, что совмещение выполнения таких технологических операций как подъем дерева стрелой с перемещением рукоятью (ВТ и ВПМ), подъем дерева стрелой с поворотом его ЗСУ (ВПМ) возможно на вылетах манипулятора не превышающих 5 м, когда отбираемая мощность от силовых установок приближается к номинальной. На вылетах же свыше 5м мощности силовых установок ВПМ недостаточно (при совмещении операций: подъем дерева стрелой с поворотом ЗСУ отбираемая мощность составляет 37,22. 118,33 кВт, подъема стрелой и подтягиванием дерева рукоятью отбираемая мощность соответственно 46,79. 109,71 кВт)*. При этом результирующие добавочные динамические моменты на силовую установку находятся соответственно в диапазоне 40,97. 52,17 Нм и 62,74.86,14 Нм, что составляет 6,6.8,3 и 10,1. 13,8 % от номинального момента, развиваемого двигателем.

9. Механические системы вал очно-трелевочных и валочно-пакетирующих машин характеризуются высокой степенью затухания колебаний. Амплитуды колебаний динамических моментов в приводе имеют существенные значения в течение 0,5. .0,6 с и полностью затухают по истечению 0,8. 1,0 с, что указывает на отсутствие необходимости установки специальных демпфирующих устройств в конструкции технологического оборудования и приводе.

10.В результате экспериментальных исследований на натурном стенде с электрогидравлическим приводом технологического оборудования получены данные, указывающие на идентичность протекания динамических процессов в упругих связях с теми, когда в качестве силовой установки используется двигатель внутреннего сгорания. Наблюдающийся при этом более высокий уровень добавочных динамических моментов и коэффициентов динамичности нагрузки на ротор электродвигателя связан с тем, что при эксперименте вместо деревьев использовались сортименты, обладающие большей изгибной жесткостью.

И.Разработанные в диссертации теоретические основы динамики лесосечных машин, построенные на использовании математического моделирования и экспериментальных данных, позволяют получать на стадии разработки конструкторской документации данные о нагруженно-сти силовых установок и осуществлять научно-обоснованный выбор На перспективных ВПМ ЛП-19Б предусматривается использование двигателей с номинальной мощностью 125 ± 25 кВт.

165 совокупностей параметров, обеспечивающих снижения динамических нагрузок. Погрешность математического моделирования во всех случаях не превышает 7,0. 10,7 %.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мурычев, Борис Валентинович, 2000 год

1. Волков Д. П. Динамические нагрузки в универсальных экскаваторах -кранах. - М.: Машгиз, 1958. - 266 с.

2. Волков Д. П. Динамика и прочность одноковшовых экскаваторов. М.: Машиностроение, 1965. -463 с.

3. Волков Д. П., Черкасов В. А. Динамика и прочность многоковшовых экскаваторов и отвалообразователей. М.: Машиностроение, 1969. -405 с.

4. Комаров М. С. Динамика грузоподъемных машин. М.: Машгиз, 1962. -267 с.

5. Панкратов С. А. Конструкция и основы расчета главных узлов экскаваторов и кранов. М.: Машгиз, 1962. - 539 с.

6. Казак С. А. Динамика мостовых кранов. М.: Машиностроение, 1968.- 322 с.

7. Казак С. А. Усилия и нагрузки в действующих машинах. Краны и экскаваторы. Свердловск,: Машгиз, 1960. - 167 с.

8. Голубенцев А. Н. Динамика переходных процессов в машинах со многими массами. М.: Машгиз, 1959. - 162 с.

9. Гохберг М. М. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин. Л.: Машиностроение, 1974. - 326 с.

10. Брауде В. И. Надежность портальных и плавучих кранов. Л.: Машиностроение, 1967. - 153 с.

11. Брауде В. И. Вероятностные методы расчета грузоподъемных машин.- Л.: Машиностроение, 1978. 230 с.

12. Брауде В. И., Тер-Мхитаров М. С. Системные методы расчета грузоподъемных машин. Л.: Машиностроение, 1985.-181 с.

13. Богуславский П. Е. Теоретическое и экспериментальное исследование динамических коэффициентов для крановых мостов. В кн.: Труды ВНИИПТМаш, к. 1. -М.: Машгиз, 1949.

14. Григорьев Н. И. Нагрузки кранов. М.: Машиностроение, 1964. - 166 с.

15. Гайдамака В. Ф. Новые пусковые и тормозные устройства грузоподъемных машин. Харьков,: "Вища школа", 1975. 102с.

16. Кучеренко В. Ф. Прочность и долговечность технологического подъемно-транспортного оборудования металлургических заводов. М.: "Металлургия", 1982.- 160 с.

17. Лобов Н. А. Динамика грузоподъемных кранов. М.: " Машиностроение", 1987,- 160 с.

18. Невзоров Л. А., Зарецкий А. А., Волин Л. М. и др. Башенные краны. -М.:" Машиностроение", 1979,- 292 с.

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

20. Александров В. А. Моделирование технологических процессов лесных машин. М.: Экология, 1995. - 256 с.

21. Алябьев В. И. Оптимизация производственных процессов на лесозаготовках. М.: "Лесная промышленность", 1977. - 232 с.

22. Жуков А. В., Кодолко Л. И. Основы проектирования специальных лесных машин с учетом их колебаний. Минск: Наука и техника, 1988. -264 с.

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

24. Полетайкин В. Ф. Повышение технического уровня гусеничных лесопогрузчиков на основе анализа динамики их рабочего оборудования. Автореферат дисс. на соискание ученой степени д. т. н. М.: МЛТИ, 1989.-41 с.

25. Безносенко П. Д. Исследование процесса поворота срезанного дерева валочно-пакетирующей машиной в технологическом режиме. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к.т.н. Воронеж: ВЛТИ, 1974.-24 с.

26. Бурмак П. С. Исследование устойчивости валочно-пакетирующих машин против опрокидывания. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. Л.: ЛТА, 1976. - 19 с.

27. Рахманин Г. А. Исследование динамики погрузочного устройства ма-нипуляторного типа с гидравлическим приводом. Вопросы механизации лесозаготовок. Труды ЦНИИМЭ № 84. Химки, 1968. - с. 88 - 89.

28. Кушляев В. Ф. Лесозаготовительные машины манипуляторного типа. -М.: "Лесная промышленность", 1981.-248'с.

29. Верхов Ю. И. Теоретические основы проектирования лесных погру-зочно-транспортных машин. Красноярск,: Изд-во Красноярского Университета, 1984. - 228 с.

30. Шимкович Д. Г. Теоретические основы многокритериальной оптимизации параметров при проектировании грузоподъемных механизмов рычажного типа для лесозаготовительных машин. Автореферат дисс. на соискание ученой степени д. т. н. М.: МГУЛ, 1977. 38 с.

31. Кушляев В. Ф. Исследование некоторых вопросов процесса работы валочно-пакетирующих машин с гидроманипулятором. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. М.: МЛТИ, 1972. - 19 с.

32. Кушляев В. Ф., Орлов С. Ф., Рубцов В. М. Исследования процесса взаимодействия валочно-трелевочной машины манипуляторного типа с деревом. В кн. Машинная валка и трелевка леса. Химки: Труды ЦНИИМЭ, 1977, с.101 - 108.

33. Пацыньски 3. Исследование процесса пакетирования деревьев во время их повала. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. Л.: ЛТА, 1972.- 18 с.

34. Демаков В. М. Повышение эффективности передвижных рубительных установок снижением динамических нагрузок. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. С.Пб.: ЛТА, 1994. 22 с.

35. Лащинский В. П. Повышение эффективности лесосечных машин с манипуляторами совершенствованием гидроприводов. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н.-Химки,: ЦНИИМЭ, 1986. 20 с.

36. Милютиков В. Ю. Повышение быстродействия и снижение динамической нагруженности манипуляторов лесных машин. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. Л.: ЛТА, 1985. 19 с.

37. Орлов А.Н. Повышение эффективности работы технологического оборудования лесной машины с гидроманипулятором. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. С-Пб.: ЛТА, 1993. 17 с.

38. Ле Тан Куинь. Прогнозирование нагруженности лесосечных машин с манипуляторами в условиях лесозаготовок Вьетнама. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. Л.: ЛТА, 1989. 20 с.

39. Горбачев В. П. Вибронагруженность машиниста лесосечной машины с манипулятором в процессе формирования пачки деревьев (хлыстов). Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. Л.: ЛТА, 1983. -20 с.

40. Семенов Г.И. Анализ режимов работы валочно-трелевочных машин на базе трактора ТТ-4 с целью снижения нагрузок на ходовую систему. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. Химки,: ЦНИИМЭ, 1983. 17 с.

41. Лю И. Снижение динамических нагрузок на валочно-трелевочную машину валкой деревьев на пачку. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. С-Пб.: ЛТА, 1994. 19 с.

42. Третьяков В. И. Повышение эффективности лесопосадочных агрегатов снижением динамической нагруженности. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. С-Пб.: ЛТА, 1992. 19 с.

43. Дваранаускас Э. А. Обоснование параметров трелевочного телескопического манипулятора и его применение на рубках ухода в средневозрастных насаждениях. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. Минск.: БТИ, 1988. 19 с.

44. Каршев Г. В. Обоснование параметров манипуляторов лесных машин по металлоемкости и быстродействию. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. С-Пб.: ЛТА, 1994. 20 с.

45. Асмоловский М. К. Выбор и обоснование динамических параметров узкозахватной валочной машины. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. Минск.: БТИ, 1993. 22 с.

46. Галимов В. М. Динамика пневмоколесного грейферного лесопогрузчика. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. М.: МЛТИ, 1986.- 18 с.

47. Костюкевич В. М. Повышение надежности манипуляторов лесных машин путем обеспечения безотказности и долговечности опорно-поворотных устройств. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. С-Пб.: ЛТА, 1995. 19 с.

48. Емтыль 3. К. Повышение технического уровня гидравлических манипуляторов и лесохозяйственных машин. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. Воронеж,: ВГЛТА, 1997. 20 с.

49. Пупышев А. П. Повышение надежности и снижение материалоемкости гидроманипуляторов лесозаготовительных машин. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. С-Пб.: ЛТА, 1992. 17 с.

50. Бушаков С. А. Динамические нагрузки в шарнирах гидроманипуляторов лесных машин и их снижение. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. Л.: ЛТА, 1984. 20 с.

51. Александрова В. Б. Повышение эффективности лесосечных машин снижением динамических нагрузок и вибронагруженности операторов. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. С-Пб.: ЛТА, 1998.- 19 с.

52. Кралин В. С. Статистическая оптимизация манипуляторов лесозаготовительных машин по критерию материалоемкости. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. Л.: ЛТА, 1982. 18 с.

53. Старков Г. И. Исследование динамики процессов повала деревьев ва-лочными машинами при пилении без подпила. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. Л.: ЛТА, 1967. 17 с.

54. Лямин И. В. Исследование процесса пакетирования деревьев гидроманипулятором нового типа на рубках промежуточного пользования. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. Л.: ЛТА, 1973. -20 с.

55. Рубцов В.М. Исследование процесса взаимодействия вал очно-трелевочной машины манипуляторного типа с деревом при его валке и пакетировании. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. Л.: ЛТА, 1979. 19 с.

56. Троязыков В. М. Управляемая валка деревьев манипуляторной машиной с валочно-корректирующим устройством для несплошных рубок. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. Л.: ЛТА, 1983. -20 с.

57. Питеев В. Г. Совершенствование машин манипуляторного типа для сортиментной заготовки древесины. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. Воронеж,: ВГЛТА, 1995. 23 с.

58. Холодов А. М. Основы динамики землеройно-транспортных машин. М.: "Машиностроение", 1968. 156 с.

59. Болтинский В. Н. Теория, конструкция и расчет тракторных и автомобильных двигателей. М.: Сельхозиздат, 1962.

60. Багиров Д. Д. Влияние неустановившейся нагрузки на показатели двигателя экскаватора. Научно-технический реферативный сборник НИИ-Информстройдоркоммунмаш. М.: "Строительные и дорожные машины". Вып. №1, 1965.

61. Чураков А. А. Повышение эффективности вал очно-пакетирующих машин снижением динамической нагруженности. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к. т. н. С-Пб.: ЛТА, 1999. 19 с.

62. Александров В. А., Лэ Суан Тху. К вопросу создания машин для несплошных рубок и рубок ухода за лесом. В кн.: Повышение эффективности работы машин лесозаготовительной промышленности и лесного хозяйства. С-Пб.: ЛТА, 1997, с. 170 181.

63. Орлов С. Ф., Помогаев С. А., Жуков А. В., Александров В. А. Проектирование специальных лесных машин. Л.: ЛТА, 1975. 219 с.

64. Попык К.Г. Динамика автомобильных и тракторных двигателей. М.: "Высшая школа", 1970. 328 с.