close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Research of the moving smoothness of forvarder on the wheeled tractor basis..pdf

код для вставкиСкачать
УДК 630.*377.4
АНАЛІЗ ПЛАВНОСТІ РУХУ СОРТИМЕНТОВОЗА НА БАЗІ
КОЛІСНОГО ТРАКТОРА
М.М. Борис, доцент, к.т.н., Національний лісотехнічний
університет України (м. Львів)
Анотація. Представлено результати теоретичних та експериментальних
досліджень впливу параметрів компонування та жорсткості шин на
плавність руху тракторного сортиментовоза і виконано їх аналіз.
Ключові слова: лісотранспортний засіб, дорога, математична модель,
коливання, плавність руху.
Вступ
У лісовій галузі переважної більшості країн
світу провідною є сортиментна технологія
заготівлі деревини. Для транспортування
сортиментів, поряд із автопотягами, широко
використовуються форвардери, базою яких є
колісні трактори. Такі машини, зазвичай,
мають шарнірно-зчленовану раму, на
передній частині якої розміщено тягач, а
задня служить площадкою для формування
пакета деревини. Особливістю їх є ще й те,
що всі колеса машини є тяговими.
За певних експлуатаційних умов таку
машину може замінити сортиментовоз на
базі колісного лісопромислового трактора, до
якого за допомогою тягового або тяговоопорного зв’язку приєднується причеп або
напівпричеп, на спеціальній платформі якого
закріплюється пакет деревини.
Однак правильно оцінити плавність руху
колісних машин складно через відсутність
технічно обґрунтованих норм з точки зору
надійності
закріплення
вантажу
та
сприйняття
ним
коливань.
Прийнято
вважати, що у випадку наближення
пришвидшень підресорної частини машини
до g (9,81 м/с2) вантаж потребує надійного
закріплення, а якщо його не закріплювати, то
пришвидшення не повинні перевищувати 0,6
– 0,8 g [2]. Для вантажів, більш чутливих до
інтенсивних коливань, величини допустимих
пришвидшень рекомендують брати ще
нижчими: максимальні ż˙max = 0,7 g і
середньоквадратичні σ ˙˙z = 0,3 g [3]. Відомо
також, що зменшення коливань можливе за
рахунок
вдосконалення
систем
підресорювання або зменшення швидкості
руху.
Мета і постановка задачі
Дослідження плавності руху
сортиментовоза
Застосування колісних лісопромислових
тракторів як тягачів для машин, призначених
для транспортування деревини з верхніх
складів або безпосередньо з лісосік до
нижніх складів лісових підприємств, вимагає
перевірки
й
оцінки
основних
експлуатаційних властивостей. Оскільки
такий лісотранс-портний засіб рухається
нерівностями лісових доріг та лісосік, постає
потреба в оцінці його плавності руху і
впливу на неї параметрів конструкції та
компонування [1].
Для
дослідження
плавності
руху
сортиментовоза
розроблено
його
розрахункову модель (рис. 1), яка описує
коливання лісотранспортної системи у
вертикальній поздовжній площині. На схемі
прийнято такі позначення: тТ і тП – маси
відповідно тягача і напівпричепа з пакетом
деревини; Fіk – поздовжні сили взаємодії
коліс k-тої осі і-того візка з дорогою; Fшϕі =
М ші /rді – поздовжні реакції у шинах тягових
коліс (rді – динамічний радіус колеса); Zшіk –
вертикальна реакція між дорогою і колесами;
поздовжні Fс1(2) і вертикальні Zс1(2) реакції в
елементах сідлово-зчіпного пристрою (1) та
шарнірі кріплення рами напівпричепа до осі
балансирного візка (2); аТ і bТ – відстані
відповідно від передньої і задньої осей тягача
до його центра ваги; l і lП – відстані між
віссю
сідлово-зчіпного
пристрою
та
відповідно балансирним візком і центром
ваги напівпричепа; lН і lВ – відстані
відповідно між віссю заднього моста тягача і
передньої віссю балансирного візка та між
осями візка напівпричепа; сТ – зміщення осі
сідлово-зчіпного пристрою від осі заднього
візка тягача; hТ і hП – відстані від опорної
поверхні до центрів ваги відповідно тягача і
напівпричепа; hОТ і hОП – висота між віссю
сідлово-зчіпного пристрою та центрами ваги
відповідно тягача і напівпричепа; hОВ –
висота між центром ваги напівпричепа і
віссю балансирного візка; zТ(П), xТ(П) i αТ(П) –
відповідно вертикальні, поздовжні та кутові
поздовжні переміщення мас тягача (Т) та
напівпричепа (П) машини.
Диференціальні рівняння коливної системи
(рис. 1) складено із загальноприйнятими
допущеннями [2] із застосуванням принципу
Д’Aламбера:
а) коливання у вертикальній площині
2
mТ ˙˙zТ + Z c1 − е Z ші = 0;
і− 1
2
mП ˙˙z П − Z c1 − Z с 2 − е Z ш3k = 0;
k− 1
б) коливання у горизонтальній площині
2
2
і−1
і− 1
mТ ˙˙xТ + Fc1 − е Fi + е Z шϕ і = 0;
2
mП ˙˙xП − Fc1 − Fс 2 − е F3k = 0;
k− 1
в) коливання у вертикальній поздовжній
площині (навколо поперечних осей, що
проходять через центри відповідних мас)
mТ hα Т ( ˙˙xТ + qik α Т ) − Z c1 (bТ − сТ ) − Z ш1аТ +
2
2
і− 1
і− 1
+ Z ш 2 bТ + Fc1hОТ + е Fi hТ − е Fшϕ і hТ = 0;
mП hα П ( ˙˙xП + qik α
П ) − Z c1l П + Z с 2 (l + l П ) +
2
+ е Z ш3k (l − lП ) − Fc1hОП − Fc 2 hОВ +
k− 1
2
+ е F3k hП = 0,
k−1
де qіk – висота нерівностей опорної поверхні
під колесами.
Маса тягача розглядається як тверде тіло і
включає в себе жорстко пов’язані з нею маси
кабіни, водія, пасажирів, двигуна і трансмісії.
Маса пакета деревини розглядається як
абсолютно жорстке тіло. Сили, що входять у
рівняння, визначалися за відповідними
вираженнями [4].
Отримані рівняння дають змогу моделювати
на ПК процеси руху лісотранспортного
засобу, які є характерними для реальних
умов його експлуатації. За цих умов повністю
відображається
характер
взаємозв’язків
транспортних ланок та їх вплив на параметри
руху.
Рис. 1. Розрахункова схема коливань сортиментовоза
а
б
в
г
Рис. 2. Залежність середньоквадратичних пришвидшень (а, в – вертикальних; б, г – поздовжніх
кутових) напівпричепа від величини його бази (а, б) і жорсткості шин (в, г):
– у місці
кріплення осі балансирного візка;
– в центрі ваги напівпричепа з пакетом деревини;
– у шворневому з’єднанні сідлово-зчіпного пристрою
Розрахунки
параметрів
коливань
сортиментовоза у вертикальній поздовжній
площині під час руху дорогою зі змінним
мікропрофілем
проводилися
на
ПК.
Плавність
руху
машини
оцінювалася
величиною
середньоквадратичних
вертикальних
і
кутових пришвидшень у таких точках тягача
і напівпричепа: у шворневому з’єднанні
напівпричепа з сідлово-зчіпним пристроєм, у
центрі ваги напівпричепа з пакетом деревини
та в місці кріплення осі балансирного візка з
рамою напівпричепа.
На підставі отриманих даних побудовано
графічні залежності середньоквадратичних
пришвидшень мас напівпричепа від зміни
його бази і жорсткості шин за різних
швидкостей руху (рис. 2).
Із поданих графічних залежностей (рис. 2, а,
б) видно, що зміна бази напівпричепа
(відстані між шворнем сідлово-зчіпного
пристрою і віссю балансирного візка) з 4,5 до
6,5 м не призводить до значної зміни його
вертикальних пришвидшень. Найбільші
вертикальні пришвидшення спостерігаються
над візком напівпричепа. На відміну від
вертикальних
пришвидшень,
кутові
пришвидшення зі збільшенням бази у тих
самих межах істотно зменшуються. Це
зменшення становить 32,5 і 29,1 % для
швидкостей руху сортиментовоза відповідно
15 і 20 км/год.
Аналізуючи залежності (рис. 2, в, г), видно,
що зменшення жорсткості шин напівпричепа
(вона змінювалася в інтервалі 500-800 кН/м)
призводить до істотного зменшення як
середньоквадратичних
вертикальних
пришвидшень над віссю балансирного візка і
в центрі ваги напівпричепа, так і кутових
пришвидшень. Це зменшення для вертикальних
пришвидшень
над
віссю
балансирного візка напівпричепа становить
33,4 і 35,3 %, а для кутових пришвидшень –
28,6 і 24,4 % за швидкостей руху
сортиментовоза відповідно 15 і 20 км/год.
Вертикальні пришвидшення над шворнем
платформи
напівпричепа
за
зміни жорсткості його шин у досліджуваних
межах змінюються неістотно.
Для підтвердження адекватності розробленої
математичної
моделі
реальному
лісотранспортному засобу та з метою
виявлення впливу параметрів компонування і
підресорювання на плавність його руху
проведено експериментальні дослідження.
Об’єктом
дослідження
було
обрано
сортиментовоз,
який
складався
із
лісопромислового колісного трактора Т-157
із сідловим пристроєм, та переоснащеного
двохосьового напівпричепа 2ПТС-887 з
балансирним візком. На рис. 3 подано схему
досліджуваного сортиментовоза, на якій
вказано місця встановлення давачів для
заміру відповідних величин.
Давачі кріпилися до вузлів і агрегатів
машини, а їх розміщення не впливало на рух
машини й не обмежувало дій оператора.
Доцільність розміщення давачів у цих місцях
машини зумовлена вибором параметрів
дослідження, доступністю для встановлення
та перевірки стану під час замірів,
надійністю кріплення та унеможливленням
їх пошкодження у процесі проведення
експериментальних досліджень.
Рис.
3. Схема сортиментовоза на базі
лісопромислового колісного трактора Т157 із двохосьовим напівпричепом з
місцями встановлення давачів: ДВП,
ДПП, ДЧО і ДЧ – давачі відповідно
вертикальних
та
поздовжніх
пришвидшень,
частоти
обертання
п’ятого колеса і часу
Величини вертикальних пришвидшень у
відповідних точках тягача і напівпричепа
фіксувалися
за
допомогою
потенціометричних давачів МП-95, величини
швидкостей – за допомогою давачів ДУСУ1-30 АС. Під час досліджень змінювалися
тиск у шинах напівпричепа і база
сортиментовоза шляхом переміщення місця
кріплення балансирного візка до рами
напівпричепа. Результати реєструвалися
осцилографом
К-12-22.
Осцилограми
оброблялися
методом
ординат
із
застосуванням
для
подальшого
їх
опрацювання середовища Еxcel. Порівняння
результатів експериментальних і аналітичних
досліджень засвідчили близькість їх значень.
Висновок
Результати експериментальних досліджень
плавності руху сортиментовоза показали, що
найбільші
вертикальні
пришвидшення
спостерігаються над віссю балансирного
візка напівпричепа, а зменшення жорсткості
шин напівпричепа на 47,5 % призводить до
зменшення
пришвидшень
над
віссю
балансирного візка на 30 %. У процесі
виконаних досліджень виявлено, що у разі
збільшення жорсткості шин з 0,6 до 1,0
МН/м зростають пришвидшення на сидінні
та рамі над передньою віссю на 9 – 58 %.
Тому параметри шин повинні узгоджуватися
як з ергономічними, так і з екологічними
вимогами [5].
Для сортиментовоза на базі трактора Т-157 з
двохосьовим
напівпричепом
2ПТС-887
раціональними
значеннями
загального
компонування є такі: зміщення сідловозчіпного пристрою від задньої осі до центра
ваги тягача на відстань 0 – 40 см і
встановлення бази напівпричепа у межах 5,0
– 5,5 м, що дасть змогу розподіляти
навантаження між тягачем і напівпричепом у
відношенні 1:2,5–3,5; жорсткість шин – 600 –
800 кН/м. Таке поєднання параметрів
дозволить підвищити швидкість руху
машини із умови забезпечення потрібної
плавності руху в 1,3 рази.
Таким
чином,
отримані
результати
експериментальних
і
теоретичних
досліджень засвідчили, що головним засобом
покращення плавності руху сортиментовоза є
зменшення жорсткості шин напівпричепа.
Виходячи з вище вказаного, можна
стверджувати, що з точки зору надійності
кріплення
вантажів
допустимими
величинами вертикальних пришвидшень над
віссю балансирного візка є 0,39 – 0,45 g, які є
вищими за рекомендованих [3].
Література
1. Библюк Н.И. Основы динамики колесных
лесотранспортных машин. – Львов,
1989. – 208 с. – Деп. в УкрНИИНТИ
15.01.91, № 126 – Ук 91.
2. Ротенберг Р.В. Подвеска автомобиля. – М.:
Машиностроение, 1972. – 392 с.
3. Яценко Н.Н., Прутчиков О.К. Плавность
хода грузовых автомобилей. – М.:
Машиностроение, 1969. – 220 с.
4. Библюк Н.І., Борис М.М., Герис М.І.,
Кіцул
А.Я.
Вплив
параметрів
компонування та жорсткості шин на
плавність
руху
лісотранспортної
машини // Вісник ХДТУСГ: Збірн.
наук.-техн. праць. – Харків: ХДТУСГ. –
2004.
–
Вип.
23.
–
С. 348 – 354.
5. Міклеш М., Данко Б., Библюк Н.І.,
Стиранівський О.А., Борис М.М. Вплив
плавності
ходу
трелювально-
транспортних машин на їх технікоекономічні показники // Науковий
вісник: Лісовий комплекс напередодні
ХХІ
століття:
освіта,
наука,
виробництво: Зб. наук.-техн. пр. – Львів:
УкрДЛТУ. – 1999. – Вип. 9.6. –
С. 71 – 76.
Рецензент: В.І. Клименко, професор, к.т.н.,
ХНАДУ.
Стаття надійшла до редакції 18 вересня
2008 р.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
1 390 Кб
Теги
moving, tractor, wheeler, research, smoothness, basic, pdf, forvarder
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа