МЕТОДИКА РАСЧЕТА ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА ПРИ РАЗМЕЩЕНИИ НА НЕМ ПОГРУЗОЧНОГО ГИДРОМАНИПУЛЯТОРА
Андрианов Ю.С. (МарГТУ, г.Йошкар-Ола, РФ)
Technique of calculation of bearing capacity of a transport means at accommodation on a nem of a loading hydromanipulator.
Оснащение лесовозного автопоезда навесным гидравлическим манипулятором требует корректировки грузоподъемности той единицы подвижного состава, на которой он установлен. Для сохранения расчетных нагрузок на транспортное средство и нормативных значений осевых нагрузок его грузоподъемность должна быть снижена. Характер передаваемой на автопоезд нагрузки от массы гидроманипулятора и дополнительного оборудования зависит, главным образом, от конструкции манипулятора, места его установки и размещения стрелы и грейферного захвата в транспортном положении.
На рис. 1. приведена расчетная схема при установке манипулятора на автомобиле за кабиной и размещении стрелы над ней в транспортном положении.
Грузоподъемность автомобиля должна быть равна
,
(1)
где 
-
грузоподъемность автомобиля, кН; 
и 
- реакции опорных частей коников,
кН.
Величину осевых нагрузок можно разделить на составляющие следующим образом
(2)
где 
и 
- нагрузки на переднюю ось и
заднюю ось (тележку) соответственно, кН; 
и 
- нагрузки на оси от
собственной массы снаряженного автомобиля без гидроманипулятора, от навешенного
манипулятора и от перевозимого груза, кН.
В случае, когда автомобиль не имеет гидроманипулятора, уравнение равновесия относительно передней оси (точки А) имеет вид
,
(3)
где к-
смещение центра тяжести погруженных лесоматериалов относительно задней оси
(тележки), м; L - база автомобиля, м; 
- масса
снаряженного автомобиля, т; а - расстояние от центра тяжести автомобиля
до передней оси, м.
Из этого уравнения имеем
.
(4)
Рис. 1. Схема к расчету допустимой полезной нагрузки на автомобиль
Из этого уравнения имеем
.
(4)
При наличии погрузочного механизма
,
(5)
где 
- масса опорной
части манипулятора, т; 
- масса колонны, включая сиденье
оператора погрузки, т; 
- масса гидроцилиндра
(гидроцилиндров) подъема стрелы, т; 
- масса аутригеров, т; 
- масса
грузозахватного устройства, т; 
- масса ротатора, т; 
- масса
стрелы (первой части), т; 
- масса рукояти (второй части
стрелы), т; 
-масса гидроцилиндра складывания
стрелы, т; 
-
масса упора, т; 
- расстояние от передней оси
до линии крепления гидроманипулятора, м; 
- расстояния от линии крепления
гидроманипулятора до центров масс составляющих его элементов, м.
Введем обозначение
(6)
где n- число составляющих элементов, из которых состоит гидроманипулятор.
Из уравнения (5.) с учетом (6.) получим
.
(7)
Величина снижения грузоподъемности автомобиля
.
(8)
Это выражение
справедливо при условии, что параметр к не изменяется. В противном
случае 
может
быть найдена из разности формул (4) и (7).
При расположении стрелы гидроманипулятора над кабиной в транспортном положении в соответствии со схемой рис. 1. основная часть нагрузки от навешенного на автомобиль оборудования будет восприниматься его передней осью. Поэтому необходимо сделать проверку величины нагрузки на нее по условию непревышения нормативного значения. Для этого составим уравнение сил относительно задней оси или оси крепления балансирной подвески (точка В) и найдем из него искомую величину
,
(9)
где 
- допустимая величина
осевой нагрузки, кН;
Х - параметр, определяемый из следующего выражения
.
(10)
В случае, когда условие
(9.) нарушается, необходимо пересмотреть параметры размещения груза на
автомобиле или его величину, т.е. уменьшить 
. Если и в этом случае
неравенство (9.) не выполняется, то следует пересмотреть вариант расположения
стрелы.
При
установке манипулятора за кабиной и размещении стрелы на пачке сортиментов
значение 
в
формуле (8.) определится по уравнению
.
(11)
.
При установке
манипулятора в задней части шасси автомобиля и размещении стрелы на сортиментах
из выражения (6) следует исключить последнее слагаемое 
, так как упор стрелы
отсутствует 
. Вместо него следует добавить в
(6) слагаемое
,
где 
- масса выступающей за раму
автомобиля части надрамника или специальной дополнительной рамы для крепления
гидроманипулятора, т;
- расстояние
от центра тяжести до оси крепления манипулятора,
м.
В этом случае 
.
При навешивании на автомобиль гидроманипулятора с Z-образной схемой складывания стрелы и размещения ее в поперечной плоскости в пределах габарита выражение (6) значительно упростится и примет следующий вид:
при установке за кабиной
, (12)
где 
- масса
гидроманипулятора без аутригеров, т;
при установке в задней части шасси
. (13)
Знак ± перед 
зависит от места крепления
аутригеров относительно опорной части манипулятора.
Величина снижения грузоподъемности прицепных единиц при размещении на них погрузочного оборудования определяется по аналогичной методике.
СТРУКТУРА МОДУЛЬНОЙ ЛЕСНОЙ МАШИНЫ
Ширнин Ю.А., Онучин Е.М. (МарГТУ, г.Йошкар-Ола, РФ)
In this article the structural scheme of modular forest machine is proposed and the necessity of its transformation on 2 levels is well-grounded. Also the examples of structural units with different functions are brought.
Проектирование модульных машин для лесозаготовительного производства является актуальной задачей, обусловленной структурными изменениями в отрасли, необходимостью технического переоснащения предприятий, повышения эффективности эксплуатации машин и механизмов. Применение модульных лесных машин позволяет облегчить решение многих задач организации производства в лесных предприятиях, производящих как лесосечные, так и лесохозяйственные работы, а таковыми являются согласно действующему лесному законодательству большинство арендаторов участков лесного фонда.
Разработке структуры специальных лесных машин в рамках исследования их общей компоновки посвящены работы С.Ф.Орлова, В.А.Александрова, Г.М.Анисимова, А.В.Жукова, К.Н.Баринова, Я.И.Шестакова, С.Ф.Козьмина и др. В них авторы уделяют большое внимание обоснованию параметров ходовой части, трансмиссии и рабочих органов машин с учётом их статического и динамического взаимодействия с предметом труда и внешней средой. Ряд вопросов компоновки лесных машин по блочно-модульному принципу также исследован в работах П.М.Мазуркина и Г.М.Анисимова. В указанных работах главным образом исследуется компоновка специализированных лесных машин, предназначенных для выполнения одной или нескольких операций технологического процесса и не учитывается возможность гибкой трансформации машины для более полного соответствия природно-производственным условиям.
Структура модульной лесной машины (МЛМ) является основой для разработки технического задания для проектирования отдельных модулей МЛМ, т. к. отражает их взаимное положение и взаимодействие в процессе её функционирования. Предлагаемая иерархическая структура МЛМ базируется на следующих положениях:
структурная единица МЛМ, обеспечивающая энергией выполнение операций технологического процесса, является универсальной либо для всех операций либо для отдельных групп операций и образует тягово-энергетический модуль (ТЭМ) МЛМ;
для выполнения разных операций технологического процесса МЛМ оснащается различными рабочими органами;
рабочие органы могут агрегатироваться с ТЭМ как непосредственно, так и с помощью установочного модуля (УМ) ‑ вспомогательного шасси, снабжённого универсальной энергосиловой передачей для снабжения энергией рабочих органов; в последнем случае образуется технологический модуль (ТМ) МЛМ.
Функциональный анализ операций лесосечных и лесохозяйственных работ показывает, что перекомпоновка (трансформация) технологических машин возможна и необходима на двух уровнях. Они и определяют иерархическую структуру МЛМ. Первый уровень определяется различием операций в отдельном технологическом процессе предприятия, а второй различием технологических процессов, производимых предприятием, и их сезонным характером. Для каждого уровня характерны особые цели трансформации МЛМ и условия, в которых эта трансформация выполняется. Структура МЛМ может быть представлена в виде схемы (рис. 1).
Трансформация МЛМ на первом уровне преследует следующие цели.
1) Выполнение последовательности операций технологического процесса комплексом машин на базе одного ТЭМ и нескольких ТМ.
В этом случае МЛМ в производственных условиях последовательно трансформируется для выполнения операций по ходу технологического процесса с созданием межоперационных запасов. Так при заготовке сортиментов механизированным способом на лесосеке могут быть развёрнуты ТЭМ и технологические модули для пакетирования, трелёвки сортиментов, и их погрузки. Трансформация МЛМ в этом случае происходит в следующей последовательности. Первоначально формируется МЛМ для пакетирования и трелёвки и производится перемещение сортиментов на погрузочный пункт. После создания необходимого межоперационного запаса (или завершения трелёвки с данной делянки, лесосеки) МЛМ трансформируется в машину для погрузки и производится погрузка сортиментов на подвижной состав лесовозных дорог с последующей вывозкой.
2) Достижение лучшего соответствия параметров машины параметрам технологического процесса и предмета труда.
Основные параметры технологического процесса и предмета труда в лесном комплексе зависят от множества природных факторов и носят случайный характер. При этом значения этих характеристик могут варьироваться в широких пределах. Перекомпоновка МЛМ позволяет легко сформировать машину с параметрами наиболее близкими к требуемым путём замены ТЭМ. Так для работы в насаждениях со средним объёмом хлыста 0,4 м3 и более может применятся МЛМ для трелёвки с ТЭМ большой мощности, т. к. в этом случае повышение мощности гарантирует рост производительности и снижение себестоимости выполнения операции; в тоже время в насаждениях со средним объёмом хлыста менее 0,15 м3 большая мощность ТЭМ не обеспечит роста производительности и приведёт только к удорожанию трелёвки, поэтому в данном случае более рационально использовать МЛМ с ТЭМ меньшей мощности. Перекомпоновка МЛМ может быть вызвана не только изменением параметров предмета труда, но также и изменением условий выполнения технологической операции.
Для эффективной работы такого комплекса МЛМ необходимо, чтобы перекомпоновка МЛМ на первом уровне была максимально лёгкой и быстрой, т. к. трансформацию приходится производить одному оператору МЛМ и на время трансформации МЛМ выбывает из технологического процесса. Эти требования должны быть учтены при проектировании соединительного узла ТЭМ и ТМ, конструкция которого кроме того должна обеспечить их надёжное соединение и бесперебойную передачу энергии и информации от ТЭМ к ТМ.
Целью трансформация МЛМ на втором уровне является снижение простоев элементов УМ, на котором монтируются рабочие органы. Эффективность такой перекомпоновки обусловлена сезонным характером ряда работ, выполняемых в лесном предприятии. Так на весенне-летний период на базе УМ, имеющихся на предприятии могут быть сформированы ТМ для выполнения лесохозяйственных работ (обработки почвы, посева семян, посадки сеянцев и саженцев, защиты от вредителей и пожаров и т. п.), а на осенне-зимний период на базе этих же УМ формируются ТМ для лесозаготовительных работ (обрезки сучьев, раскряжёвки, пакетирования-трелёвки, вывозки и т. п.). Такая трансформация уже невозможна в условиях лесосеки, так как предполагает достаточно большой объём разборочно-сборочных и других работ, производить которые должны квалифицированные механики в условиях специализированного механосборочного производства. Выполнение этих условий возможно в подразделениях ремонтно-обслуживающей базы лесного предприятия, а сама трансформация может совмещаться с проведением сезонных технических обслуживаний эксплуатируемой техники.
Анализ ситуации, сложившейся в лесном машиностроении нашей страны в последнее время, показывает, что наиболее рационально реализовать предложенную схему МЛМ на базе колёсного сельскохозяйственного трактора моноблочной компоновки, который в структуре МЛМ выполняет функции ТЭМ. Этот выбор обусловлен рядом как конструктивных, так и экономико-эксплуатационных преимуществ тракторов данного типа перед специальными лесными тракторами применительно к условиям малых лесных предприятий Европейской части России.
Некоторые структурные единицы МЛМ при использовании в качестве ТЭМ колёсного сельскохозяйственного трактора моноблочной компоновки представлена на рис. 2. На первом уровне трансформации возможны различные сочетания ТЭМ и ТМ, а на втором уровне меняется структура ТМ, путём добавления, удаления или замены составляющих его элементов.
 |
Предложенная структура МЛМ позволит в сжатые сроки внедрить в производство комплекс машин, обеспечивающий механизацию лесосечных и лесохозяйственных работ в лесных предприятиях. Экономический эффект применения предложенного комплекса машин основывается на снижении капитальных и эксплуатационных затрат, благодаря более полной и равномерной загрузке самого сложного и наиболее дорого элемента МЛМ – ТЭМ.
Рис.2- Составные части МЛМ
1 – ТЭМ, 2 – фронтальный ТМ с манипулятором и грейферным захватом, 3 – ТМ для пакетирования и трелёвки сортиментов, 4 – ТМ для транспортировки сортиментов, 5 – ТМ для трелёвки комбинированным способом, 6 – ТМ для продольной распиловки сортиментов, 7 – ТМ для химической обработки и тушения пожаров, 8 – ТМ для обработки почвы.