НАГРУЖЕННОСТЬ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ ВАЛОЧНО-СУЧКОРЕЗНО-РАСКРЯЖЕВОЧНОЙ МАШИНЫ (ВСРМ)  В РЕЖИМЕ СТОПОРЕНИЯ ПРИ ПРОТЯЖКЕ СТВОЛА ДЕРЕВА (ТРЕХМАССОВАЯ РАСЧЕТНАЯ СХЕМА)

 

Снопок Д.Н., Шоль Н.Р. (УГТУ, г. Ухта, РФ)

 

Modes of latching at clearing a tree trunk concern to transients. Owing to small duration of process of a stop of mechanical system in its elastic communications there are raised dynamic loadings.

 

Режимы стопорения при протяжке ствола дерева относятся к переходным процессам. Вследствие малой продолжительности процесса остановки механической системы в ее упругих связях возникают повышенные динамические нагрузки.

Режимы стопорения привода рябух ВСРМ происходят в результате сплетения ветвей обрабатываемого дерева с кронами соседних деревьев. Причем стопорение может происходить не только при разгоне механической системы, но и в процессе установившегося движения. Эти режимы нагружений относятся к переходным процессам. Вследствие малой продолжительности (кратковременности) процесса остановки (стопорения) механической системы в ее упругих связях возникают повышенные динамические нагрузки.

Расчетная схема трехмассовой механической системы "ВСРМ – дерево" приведена на рисунке 1.

а)		б)
	а – исходная; б – эквивалентная Рисунок 1 – Расчетная схема

 

Принятые обозначения:

I₁ – момент инерции кривошипно-шатунного механизма, маховика с муфтой

       сцепления и шестерен гидронасоса, кг·м²;

I₂ – момент инерции вращающихся частей гидромотора и рябух,

       приведенный к коленчатому валу двигателя, кг·м²;

I₃ – момент инерции дерева, приведенный к коленчатому валу, кг·м²;

φ₁, φ₂ и φ₃ – угловые перемещения (координаты) масс соответственно с

         моментами инерции I₁, I₂ и I₃;

С₁₂ – приведенная к коленчатому валу крутильная жесткость коленчатого

         вала и привода рябух, Н·м;

С₂₃ – приведенная угловая жесткость ствола дерева, Н·м;

С₀ – приведенная угловая жесткость ветвей и сучьев обрабатываемого

        дерева, Н·м;

 – крутильный момент двигателя, отбираемый для привода

           гидронасоса, Н·м.

Кинетическая энергия системы:

.

Здесь

,          .

Потенциальная энергия системы:

.

Выполнив необходимые действия в соответствии с уравнением Лагранжа 2-го рода, получим следующую систему дифференциальных уравнений:

                                                             (1)

Умножим уравнение (1) системы(1) на I₂, а уравнение (2) на I₁ и вычитая, получим:

.              (2)

Припишем к уравнению (3.15) уравнения (2) и (3) системы (3.14), а также уравнение связи с гидроприводом [1]:

                          (3)

где  а, b, c – коэффициенты, учитывающие удельное изменение скорости             движения поршня вследствие утечек гидрожидкости и упругой ее деформации; р – давление в гидросистеме;  r –перемещение поршня-штока; i_П – передаточное число.

Решая систему уравнений (3) относительно деформации упругой связи "С₁₂", получим дифференциальное уравнение вида:

                                               (4)

где

;   ;    ;

;       ;      .

Общее решение уравнения (4) имеет вид [2]:

,

        ,        (5)

где К/Е – частное решение.

Амплитуды гармонических составляющих определяются начальными условиями. Для режима стопорения начальными условиями будут:

;          ;          ;          ,          .

Добавочный динамический момент, передаваемый на силовую установку, от колебаний механической системы в режиме стопорения определяется как:

.

Решение уравнения (3) в аналитическом виде достаточно трудоемко, поэтому его целесообразно решать на ЭВМ. На рисунке 2 приведен график зависимости динамического момента от скорости перед началом стопорения, а на рисунке 3 показан характерный график деформации, скорости и ускорения упругой связи "С₁₂" в зависимости от угловой скорости вращения рябух перед стопорением ( 1/с).

Рисунок 2 –Зависимость добавочного динамического момента от скорости перед началом стопорения

Сравнивая полученные результаты с динамической нагрузкой в режимах разгона при протяжке стволов, видим, что уровень нагрузки в режимах стопорения значительно выше [3]. В зависимости от частоты вращения рябух перед началом стопорения он колеблется в пределах 40,79 … 95,50 Н·м, что приводит к снижению частоты вращения коленчатого вала силовой установки на 118,1 … 277,3 об/мин.

а – перемещение (mах = 0,03); б – скорость (mах = 0,513); в – ускорение (mах = 8,24) Рисунок 3 – График изменения перемещения, скорости и ускорения в зависимости от угловой скорости вращения рябух перед стопорением ( 1/с)

 

Литература

1. Александров, В.А. Моделирование технологических процессов лесных машин [Текст]: учебник для вузов / В.А. Александров.– М.: Экология, 1995.– 256с.

2. Гасымов, Г.Ш. Нагруженность валочно-пакетирующих машин на постепенных и выборочных рубках леса [Текст] / Г.Ш. Гасымов, В.А. Александров.– С.-Пб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2005.– 192 с.

3. Снопок, Д.Н. Нагруженность силовой установки валочно-сучкорезно-раскряжевочной машины в режиме разгона при протяжке ствола дерева [Текст] / Д.Н. Снопок // Известия СПбГЛТА: Сборник научных трудов №13.– СПб.: СПбГЛТА, 2007.– С. 21-25.