оценка ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ лесной погрузочно-транспортной машины

 

Клоков Д.В., Ермалицкий А.А.

(УО "БГТУ", г. Минск, Республика Беларусь)

 

The rating of loading modes is given and key parameters of leading system of forwarder are proved.

 

Известно, что применение форвардеров в сравнении с наиболее распространенными в Беларуси трелевочными тракторами при проведении сплошных и несплошных рубок главного пользования дает снижение себестоимости заготовки древесины до 15%. В достижении этого показателя при использовании данных машин немаловажную роль играет энергоемкость процесса подвозки древесины. В связи с этим необходимость оценки энергетических параметров лесных погрузочно-транспортных машин является актуальной задачей.

Рассмотрим, как может быть решена данная задача на примере форвардера МЛПТ-354. В результате проведенных исследований нагруженности его трансмиссии были получены зависимости изменения крутящих моментов на передней и задней полуосях машин с колесной формулой 4К4 и 6К6 при различных эксплуатационных условиях и режимах движения.

При исследовании процесса трогания машины как снаряженной, так и с пачкой сортиментов задавался различный темп включения муфты сцепления, варьировался объем перевозимой пачки сортиментов и параметры двигателя.

Зависимость коэффициента динамичности трансмиссии К_д погрузочно - транспортной машины с колесной формулой 4К4 (а) и 6К6 (б) от разных темпов включения муфты сцепления при установке различных двигателей приведена на рис. 1., из которого видно, что у машины 4К4 с установкой двигателя Д-245 коэффициент динамичности трансмиссии К_д уменьшается на 21…35% по сравнению с машиной с двигателем Д-243.

 

Рисунок 1- Зависимость коэффициента динамичности трансмиссии Кд погрузочно-транспортной машины с колесной формулой 4К4 (а) и 6К6 (б) от разных темпов включения муфты сцепления при установке различных двигателей

 

Необходимо иметь обоснованное представление о режимах работы двигателя, в том числе и его загрузке крутящим моментом, для прогнозирования эксплуатационных свойств, расчета и испытания узлов, механизмов и систем. Измерителем этого показателя является коэффициент загрузки двигателя крутящим моментом К_з [2], который определяют по формуле

К_з=М_с/М_ен,

где М_с – математическое ожидание длительно действующего момента сопротивления, кН×м; М_ен – номинальный крутящий момент двигателя при расчетной мощности.

 

Таблица 1 - Коэффициент загрузки двигателя погрузочно-транспортной машины 4К4 и 6К6

Исследования эксплуатационных режимов при работе погрузочно-транспортной машины в различных производственных условиях и, в частности, данные табл. 1 позволяют выбрать наиболее приемлемый двигатель. Установлено, что с увеличением энергонасыщенности машины коэффициент загрузки двигателя на основных рабочих передачах уменьшается.

Для выявления максимальной нагруженности трансмиссии при работе погрузочно-транспортной машины в тяжелых режимах эксплуатации были поставлены опыты с переездом неровностей (рис. 2).

Переезд пороговой неровности (Н_п=0,6 м, L_п=0,38 м) на скорости 2,5 км/ч показал, что значение максимального М_кр на задней полуоси достигает 20 кН·м в момент наезда на неровность колесами технологического модуля, в то время как на передней полуоси момент, соответственно не превышает 10 кН·м.

В момент съезда с неровности, как передними, так и задними колесами за счет толкающей силы возникают моменты, соответственно на передней полуоси М_кр=10 кН·м и на задней полуоси М_кр=15 кН·м.

Таким образом, размах изменения моментов по амплитуде относительно нулевой линии, при переезде неровностей в виде пней составляет при груженом сортиментовозе: передняя полуось ±10 кН·м; задняя полуось ±20 кН·м. Коэффициенты динамичности в этом случае составляют: К_дм1=3,2…3,5, К_дм2=3,4…3,7.

Для того чтобы получить представление о нагруженности трансмиссии форвардера в реальной эксплуатации, исследования проводились на типичных производственных волоках с типизированным микропрофилем [1]. При движении машины по такому волоку характер динамических нагрузок в значительной мере усложняется, когда на полученных зависимостях наблюдается периодичность процессов или происходит наложение частот колебаний возмущающего воздействия и при движении колебания крутящего момента носят случайный характер.

Рисунок 2 - График изменения крутящих моментов на полуосях груженной машины 4К4 при переезде пороговой неровности на первой передаче с включенным приводом заднего моста (скорость движения u=2,5 км/ч): 1- передняя полуось; 2- задняя полуось

 

Анализ результатов по нагруженности трансмиссии при установившемся движении показал, что крутящие моменты на обоих полуосях при движении груженого и снаряженного сортиментовоза с различными скоростями имеют схожий характер изменения. Причем на передней полуоси при установившемся движении максимальные значения М_кр изменяются в пределах 4...5,2 кН·м и превышают развиваемые моменты на задней полуоси, которые изменяются в пределах 2,5...4,9 кН·м. Средние значения при этом составляют соответственно: передняя полуось m_пер=2,7 кН·м, задняя - 1,58 кН·м.

При отключении привода заднего моста на всех режимах нагруженность передней полуоси значительно возрастает, m_пер=3,4 кН·м при диапазоне изменения экстремумов 0,9...6,7 кН·м. Причем, различие в максимальных значениях М_кр переднего моста груженого и снаряженного составляет 2 кН·м.

Изменение М_кр на обоих полуосях с изменением как скорости движения, так и объема перевозимого груза приобретает иной характер. Наблюдается увеличение диапазона частот распределения М_кр с увеличением скорости движения и наоборот, снижение частоты изменения М_кр с увеличением массы перевозимого груза.

Полученные данные показывают, что в тяжелых условиях эксплуатации включение привода заднего моста значительно снижает нагруженность всей трансмиссии машины.

Анализ нагруженности трансмиссии машины показал, что значения крутящих моментов на передней полуоси превышали развиваемые моменты на задней полуоси на 40...80%, при всех режимах движения. При отключении привода заднего моста нагруженность передней полуоси возрастала в 1,5...2 раза.

Погрузочно-транспортная машина, представляет вероятностную динамическую систему с несколькими стационарными процессами на входе и выходе. Параметры выходных процессов и их количество определяются в каждом конкретном случае конкретной постановкой задачи исследования и при определении параметров шин необходимо рассматривать предложенную математическую модель колебаний погрузочно-транспортной машины в комплексе [1]. Для оценки параметров в качестве выходного процесса будем использовать величину нагруженности трансмиссии машины по коэффициенту динамичности К_дин.

В задачу определения оптимальных параметров входило: расчет оптимальных крутильных жесткостей шин  и коэффициентов неупругого сопротивления  при условии минимизации целевой функции и соблюдении условий ограничения.

Используя целевую функцию в виде: F=K_дин = f(,) = ®min.

Условия ограничений:

Определялись при заданных и управляемых оптимизируемых параметрах системы функция F, или коэффициент динамичности К_дин.

Для проведения расчетов определялись необходимые параметры, входящие в выражения целевой функции и ограничений. Расчеты проводились при следующих условиях: скорость движения принималась в пределах 3,6…10,8 км/ч; объем рейсовой нагрузки максимален – 6 м³; перераспределение вертикальной нагрузки между передним и задним мостом стремится к 1; поверхность движения - пасечный волок.

Анализом полученных результатов установлено, что область оптимальных параметров определяется следующими интервалами: жесткость шин с=640…700 кН/м, коэффициент неупругого сопротивления k=60…75 кН×с/м.

Реализация рекомендуемых оптимальных параметров позволяет снизить величину средних квадратичных значений крутящих моментов в трансмиссии на 12…15 %, а следовательно, и нагруженность машины в целом.

 

Литература

1. Клоков Д.В. Обоснование параметров и оценка динамических показателей лесной колесной погрузочно-транспортной машины: Автореф. дис. … канд. техн. наук. – Мн., 2001. – 21 с.

2. Анисимов Г.М. Условия эксплуатации и нагруженность трансмиссии трелевочного трактора. - М.: Лесн. пром-сть, 1975. - 168с.