нагрузочные режимы трансмиссии форвардера

 

Клоков Д.В., Супин В.В. (БГТУ, МТЗ, г. Минск. РБ)

 

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

 

При проектировании лесных машин стремятся к созданию такой ее конструкции, которая имела бы минимальную массу, максимальный КПД и производительность соответствующую заданной при работе в реальных условиях эксплуатации. В этом случае необходимо решить проблему оптимизации системы, которая для лесных машин является многопараметрической с учетом целого ряда ограничений.

Получение максимального КПД возможно в основном благодаря применению рациональной принципиальной схемы лесной машины и ее конструкции, которые отвечают принятым технологических процессам их функционирования при соответствующих видах рубок с учетом лесохозяйственных и экологических требований лесозаготовительного производства. Минимизацию же массы и оптимизацию технико-эксплуатационных показателей осуществляют конструктивными и технологическими мероприятиями с одновременным совершенствованием методов расчетов.

Известно, что любой расчет связан с созданием эквивалентной схемы рассматриваемого элемента или агрегата конструкции, с оценкой и заданием нагрузок, действующих на них. Под нагрузками в данном случае следует понимать не только силовые нагрузки (и их производные) на шасси базовой машины и технологическое оборудование, но и другие оценочные величины, такие как виброускорения, звуковое давление, которые являются функциями времени. Изменение во времени оценочных величин при движении машины в реальных условиях определяет эксплуатационный нагрузочный режим.

При эксплуатации лесных машин действующие нагрузки имеют различный характер изменения, который зависит как от внешних факторов (почвенно-грунтовые, дорожные и климатические условия, параметры и показатели произрастающего древостоя), так и от конструктивных особенностей самой машины.

Наглядное представление об эксплуатационном нагрузочном режиме можно получить по его временной реализации, которую определяют различными способами моделирования, измерений, записи и воспроизведения.

В качестве примера ниже приведены некоторые результаты этой работы.

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 рис. 1 видно, что у машины 4К4 с установкой двигателя Д-245 коэффициент динамичности трансмиссии КД уменьшается 21…35% по сравнению с машиной с двигателем Д-243.

а)	б)

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.

Исследования эксплуатационных режимов при работе погрузочно-транспортной машины в различных производственных условиях и, в частности, полученные данные 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 значения 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 ±10к Н·м; задняя полуось ±20 кН·м. Коэффициенты динамичности в этом случае составляют: К_ДМ1=3,2-3,5, К_ДМ2=3,4-3,7.

 

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

 

Для того чтобы получить представление о нагруженности трансмиссии в реальной эксплуатации, исследования проводились на типичных производственных волоках с типизированными 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.

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.

Характер изменения М_кр на обоих полуосях с изменением как скорости движения, так и объема перевозимого груза изменяется. 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 позволит 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.