РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НАГРУЖЕНИЙ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК ВАЛОЧНО-ПАКЕТИРУЮЩЕЙ МАШИНЫ В ПУСКОВЫХ РЕЖИМАХ И РЕЖИМАХ СТОПОРЕНИЯ
Шоль Н.Р., Травин Н.Н. (УГТУ, г. Ухта, РФ)
Process of turn trunks by the capture-cutting off device reception from below - upwards, is accompanied by less significant bursts of pressure of a liquid in a drive and the additional dynamic moments on a shaft of a rotor of the electric motor. More significant loadings on engine off feller-packaging machine accompany process of transferring trunks by turn of the manipulator in a horizontal plane.
Экспериментальные исследования проводились на стенде, подготовка которого заключалась в проведении внешнего осмотра, прогрева рабочей жидкости до рабочей температуры и проверки мест крепления датчиков.
Одновременно с прогревом стенда осуществлялось подключение измерительной и регистрирующей аппаратуры. После проверки электрических цепей производился контроль напряжений питания измерительных и регистрирующих элементов. В заключение подготовительных операций прогревался осциллограф в течение 30-40 минут и осуществлялась балансировка измерительных мостов блока преобразователей.
По окончанию подготовительных операций осуществлялось фиксирование облома в захватном устройстве ЗСУ, соответствующее начальному положению облома. При этом осуществлялась проверка работоспособности всей системы с одновременной записью пробных осциллограмм.
Процесс записи параметров механической системы с каждым исследуемым обломом (сортиментом) повторялся в соответствии с числом опытов, определенных на основании обработки пробных осциллограмм.
В начале и по окончанию каждой серии опытов производилась запись нулевых линий.
После проведения экспериментальных исследований осуществлялось взвешивание использованных обломов /сортиментов/.
На рисунках 1, 2 приведены соответственно типовые осциллограммы процесса подъема-опускания облома стрелой и поворота его захватно-срезающим устройством снизу-вверх, а в таблицах 1…3 - результаты обработки осциллограмм.
Для оценки погрешности математического моделирования необходимо сравнить результаты экспериментальных данных и теоретических, полученных применительно к натурному стенду. В связи с тем, что на стенде обломы имитировались шестиметровыми сортиментами, жесткость которых значительна, необходимо разработанные выше расчетные схемы математических моделей несколько уточнить – массы манипулятора, ЗСУ и груза объединить. В этом случае расчетная схема может быть представлена как двухмассовая.
|
|
|
1 – давление в приводе стрелы; 2 – частота вращения ротора электродвигателя; 3 – угловое перемещение стрелы. Рисунок 1 - Осциллограмма процесса подъема-опускания облома стрелой |
|
|
|
1 – угловое перемещение ЗСУ; 2 – частота вращения ротора электродвигателя; 3 – давление в приводе ЗСУ. Рисунок 2 - Подъем облома поворотом ЗСУ |
Таблица
1 - Результаты экспериментальных исследований нагруженности ВПМ при повороте
облома ЗСУ (режим-разгон; 
с-1)
|
Объем облома, V, м3 |
Давление в приводе, МПа |
Нагрузка на валу ротора, Н∙м |
КД |
Частота вращения ротора, с-1 (об/мин) |
Частота колебаний, с-1 |
||||
|
Рстат |
Рдоб |
Мстат |
|
n |
n/ |
гидрожидкости |
скорости вращения ротора |
||
|
0,20 |
1,23 |
0,73 |
10,66 |
6,93 |
1,65 |
125,6 (1200) |
4,4 (42,04) |
15,7-31,6 |
31,4-62,8 |
|
0,25 |
1,54 |
0,99 |
13,33 |
8,59 |
1,64 |
125,6 (1200) |
4,62 (44,15) |
20,7-25,2 |
41,8-62,8 |
|
0,30 |
1,85 |
1,02 |
15,99 |
8,79 |
1,55 |
125,6 (1200) |
4,94 (47,16) |
23,6-34,0 |
52,0-62,8 |
|
0,35 |
2,01 |
1,09 |
16,87 |
9,18 |
1,54 |
125,6 (12000 |
5,09 (48,64) |
25,4-36,8 |
54,6-62,8 |
Таблица 2 - Результаты экспериментальных исследований
нагруженности силовой установки ВПМ в режиме разгона при подъеме облома дерева
стрелой (
с-1; 
с)
|
Длина облома, L, м |
Объем облома, V, м3 |
Давление в приводе, МПа |
Нагрузка на валу ротора, Н∙м |
КД |
Снижение частоты вращения ротора, n/, с-1 (об/мин) |
Расхождение с теоретич., % |
||
|
Рстат |
Рmax |
Мстат |
|
|||||
|
4,0 |
0,35 |
4,6 |
6,5 |
24,6 |
10,4 |
1,42 |
32 |
11,98 |
|
0,45 |
5,0 |
7,3 |
30,8 |
11,9 |
1,39 |
54 |
11,18 |
|
|
0,60 |
6,5 |
8,6 |
43,6 |
14,6 |
1,33 |
58 |
9,70 |
|
|
4,5 |
0,35 |
4,8 |
6,6 |
26,6 |
10,0 |
1,38 |
31 |
5,07 |
|
0,45 |
5,4 |
7,8 |
33,2 |
12,0 |
1,36 |
52 |
6,62 |
|
|
0,60 |
6,8 |
8,8 |
43,8 |
12,9 |
1,29 |
57 |
4,65 |
|
|
5,0 |
0,35 |
5,2 |
7,0 |
28,9 |
10,0 |
1,35 |
32 |
4,52 |
|
0,45 |
6,2 |
8,4 |
36,0 |
12,0 |
1,33 |
56 |
6,77 |
|
|
0,60 |
7,3 |
9,8 |
46,8 |
11,8 |
1,25 |
62 |
8,00 |
|
Таблица 3 - Результаты
экспериментальных исследований нагруженности силовой установки ВПМ в режиме
разгона в процессе перенесения облома дерева поворотом манипулятора (
с-1; 
с)
|
Длина облома, L, м |
Объем облома, V, м3 |
Давление в приводе, МПа |
Нагрузка на валу ротора, Н∙м |
КД |
Снижение частоты вращения ротора, n/, с-1 (об/мин) |
||
|
Рстат |
Рmax |
Мстат |
|
||||
|
4,0 |
0,35 |
1,87 |
8,52 |
22,05 |
53,60 |
3,43 |
71 |
|
0,45 |
2,01 |
9,57 |
22,63 |
55,54 |
3,45 |
72 |
|
|
0,60 |
2,40 |
9,72 |
24,07 |
56,68 |
3,35 |
68 |
|
|
4,5 |
0,35 |
1,88 |
8,75 |
22,15 |
57,05 |
3,57 |
75 |
|
0,45 |
2,20 |
9,25 |
23,85 |
56,30 |
3,36 |
73 |
|
|
0,60 |
2,35 |
9,65 |
24,75 |
57,07 |
3,30 |
74 |
|
|
5,0 |
0,35 |
1,81 |
8,93 |
21,10 |
57,68 |
3,73 |
76 |
|
0,45 |
1,89 |
9,05 |
22,15 |
57,90 |
3,61 |
77 |
|
|
0,60 |
2,28 |
9,75 |
23,84 |
60,51 |
3,54 |
79 |
|
Ввиду того, что в качестве силовой установки стенда валочно- пакетирующей машины использовался электродвигатель, то изменение частоты вращения ротора определялось по формуле [1]
, (1)
где
-
начальная угловая скорость, рад/с; 
- угловая скорость после нагружения,
рад/с; 
-
момент сопротивления, Н∙м; 
- момент короткого замыкания,
Н∙м; 
-
время переходного процесса, с; 
- механическая постоянная времени, с.
, 
, 
, (2)
где
, 
- соответственно
приведенные к валу электродвигателя моменты от статической и динамической
нагрузки; 
-
постоянная электродвигателя; 
- магнитный поток, Вб; 
- напряжение в
цепи, В; 
-
сопротивление в цепи, Ом; 
- момент инерции двигателя, кг∙м2.
Величина
,
(3)
где
- Э.Д.С.
двигателя, В;
-
номинальная угловая скорость, рад/с.
Преобразуя (1) и учитывая, что 
, а 
, получим
. (4)
Результаты теоретических расчетов нагруженности
силовой установки в режиме разгона при подъеме облома дерева стрелой
манипулятора (
с-1;
с),
нагруженности силовой установки в режиме разгона в процессе перенесения облома
дерева поворотом манипулятора (
с-1; с) приведены в таблицах 4, 5.
Из приведенных результатов видно, что в режимах разгона при подъеме обломов стрелой манипулятора происходят значительные всплески давлений в приводе стрелы (6,5…9,8 МПа), что приводит к снижению частоты вращения ротора силовой установки на 31…62 об/мин. При этом добавочные динамические моменты на ротор электродвигателя составляют 10,0…14,6 Н∙м. Диапазон частот колебаний давления рабочей жидкости находится в пределах 16,0…32,5 с-1. Расхождение с расчетными данными по коэффициенту динамичности не превышает 4,52…12 % (см. таблицу 4).
Процесс поворота обломов ЗСУ приемом снизу-вверх, сопровождается менее значительными всплесками давлений жидкости в приводе и добавочными динамическими моментами на вал ротора электродвигателя (см. таблицу 1), однако коэффициенты динамичности в этом случае выше. Объясняется это меньшими статическими моментами на вал ротора.
Таблица 4 - Результаты теоретических расчетов
нагруженности силовой установки в режиме разгона при подъеме облома дерева стрелой
манипулятора (с-1;
с)
|
Длина Обл6ома, L, м |
Объем облома, V, м3 |
Нагрузка на валу ротора, Н∙м |
КД |
Снижение частоты вращения ротора, n/, об/мин |
|
|
Мстат |
|
||||
|
4,0 |
0,35 |
24,6 |
14,6 |
1,59 |
38 |
|
0,45 |
30,8 |
16,8 |
1,54 |
56 |
|
|
0,60 |
43,6 |
15,8 |
1,46 |
63 |
|
|
4,5 |
0,35 |
26,6 |
12,0 |
1,45 |
38 |
|
0,45 |
33,2 |
14,7 |
1,44 |
57 |
|
|
0,60 |
43,8 |
15,2 |
1,35 |
59 |
|
|
5,0 |
0,35 |
28,9 |
12,7 |
1,39 |
39 |
|
0,45 |
36,0 |
15,1 |
1,42 |
60 |
|
|
0,60 |
46,8 |
16,2 |
1,35 |
65 |
|
Таблица 5 - Результаты теоретических расчетов
нагруженности силовой установки в режиме разгона в процессе перенесения облома
дерева поворотом манипулятора (с-1; с)
|
Длина облома, L, м |
Объем облома, V, м3 |
Нагрузка на валу ротора, Н∙м |
КД |
Снижение частоты вращения ротора, n/, об/мин |
|
|
Мстат |
|
||||
|
4,0 |
0,35 |
21,8 |
54,0 |
3,48 |
80 |
|
0,45 |
22,4 |
57,9 |
3,58 |
82 |
|
|
0,60 |
23,2 |
65,4 |
3,81 |
93 |
|
|
4,5 |
0,35 |
20,6 |
57,8 |
3,80 |
82 |
|
0,45 |
21,2 |
60,4 |
3,84 |
78 |
|
|
0,60 |
24,0 |
68,0 |
3,83 |
83 |
|
|
5,0 |
0,35 |
20,9 |
58,4 |
3,79 |
87 |
|
0,45 |
21,6 |
67,2 |
4,11 |
90 |
|
|
0,60 |
22,5 |
68,4 |
4,04 |
91 |
|
Снижение частоты вращения ротора происходит в диапазоне 42,04…48,64 об/мин.
Более значительными нагрузками на силовую установку ВПМ сопровождается процесс перенесения обломов поворотом манипулятора с горизонтальной плоскости. На нагрузки определяющее влияние оказывает скорость разгона и вылет манипулятора. Высокие значения коэффициентов динамичности объясняется небольшими статическими моментами (см. таблицу 3) при значительных добавочных моментах. Снижение частоты вращения ротора электродвигателя также несколько выше по сравнению с режимами разгона при подъеме обломов стрелой и поворота их захватно-срезающим устройством. Погрешность данных теоретических расчетов по сравнению с экспериментальными (см. таблицы 3 и 5) по коэффициенту динамичности составляет 1,5…16,0 %. Значительное превышение в отдельных случаях расчетных коэффициентов динамичности над экспериментальными объясняется большими утечками гидрожидкости в гидролиниях привода механизма поворота стенда, что приводило к снижению скорости перенесения обломов и увеличению времени разгона.
Литература
1. Рыскин Ю.Е. Особенности микропрофиля трелевочных волоков и их статистические характеристики.- М.: Труды ЦНИИМЭ, № 103. - С. 148-157.