Повышение эффективности валочно-пакетирующих машин снижением динамической нагруженности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, кандидат технических наук Чураков, Алексей Александрович

• Чураков, Алексей Александрович
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Чураков, Алексей Александрович

Введение

1. Состояние вопроса и основные задачи исследований

1.1. Основные проблемы в механизации лесосечных работ

1.2. Анализ конструктивных особенностей механизмов поворота

1.3. Обзор отечественных и зарубежных валочно-пакетирующих машин

1.4. Обзор исследований нагруженности механизмов поворота технологического оборудования грузоподъемных машин

1.5 Актуальность выбранной темы и задачи исследований

2. Теоретические исследования динамики процесса перенесения вертикально расположенного дерева поворотом

3. Результаты теоретических исследований нагруженности валочно-пакетирующих машин в процессе перенесения вертикально расположенного дерева

3.1. Результаты теоретических исследований нагруженности валочно-пакетирующей машины с реечным механизмом поворота

3.2. Результаты теоретических исследований нагруженности валочно-пакетирующей машины с поворотной платформой 54 ^Экспериментальные исследования валочно-пакетирующих машин в процессе перенесения вертикально расположенного предмета труда - дерева

4.1 Общие вопросы и методика исследований

4.2 Проведение экспериментальных исследований

4.3 Результаты экспериментальных исследований динамики пуско-тормозных режимов и режима реверсирования при работе валочно-пакетирующих машин

4.4. Экспериментальное определение общей жесткости элементов манипулятора стенда в горизонтальной плоскости 105 5. Оценка корректности математических моделей валочно-пакетирующих машин

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности валочно-пакетирующих машин снижением динамической нагруженности»

Применение машинных методов ведения лесозаготовительных работ, с целью повышения производительности, экологичности и безопасности, предъявляет особые требования, как к надёжности используемых машин, так и к степени их воздействия на окружающую среду.

Одним из способов машинной заготовки древесины является хлыстовая технология с использованием валочно-пакетирующих машин. Однако существующие образцы подобных машин отечественного производства отличаются невысокой надёжностью, что частично может быть объяснено тем, что при проектировании были использованы методы расчётов по максимальной статической нагрузке с использованием коэффициентов запаса, значения которых принимались не всегда достаточно обоснованными. Использование подобных методов проектирования увеличивает время доводки опытного образца до серийной машины, неоправданно высокие коэффициенты запаса приводят к увеличению массы металлоконструкции, что не только не способствует повышению надёжности, но и увеличивает динамические нагрузки на технологическое оборудование.

Учитывая то, что в настоящее время разрабатываются новые методы и технологии ведения лесосечных работ с широким использованием машин, использующих в своем рабочем цикле операции выполняемые валочно-пакетирующими машинами, а также создаются образцы лесозаготовительной техники обеспечивающие возможность работы, как в режиме валочно-трелёвочной, так и в режиме валочно-пакетирующей машины, вопросы дальнейшего исследования динамики валочно-пакетирующих машин продолжают оставаться актуальными.

В работе валочно- пакетирующих машин операция перенесения вертикально расположенного дерева поворотом платформы или манипулятора с позиции нагруженности является одной из основных и малоизученных. Поэтому исследование данного режима является актуальным.

Так как по конструкции узла поворота манипулятора, в плоскости параллельной опорной поверхности, машины могут быть разделены на два основных типа: с поворотной платформой и с поворотной колонной, то исследования необходимо проводить в двух направлениях.

Исходя из вышеизложенного целью настоящей работы является разработка математических моделей валочно-пакетирующих машин в режимах перенесения вертикально расположенного дерева поворотом манипулятора или платформы, позволяющих на этапе разработки конструкторской документации обоснованно выбирать совокупности параметров, обеспечивающих снижение динамических нагрузок.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать динамические модели валочно-пакетирующих машин в режимах перенесения срезанных деревьев поворотом манипулятора или платформы;

- провести исследование на разработанных моделях взаимодействия валочно-пакетирующих машин с предметом труда - деревьями;

- оценить адекватность полученных результатов путём сравнения теоретических и экспериментальных данных;

- разработать рекомендации по снижению динамической нагруженности валочно-пакетирующих машин.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Общий объём работы

Заключение диссертации по теме «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства», Чураков, Алексей Александрович

Выводы и рекомендации.

Разработанные в диссертации математические модели и программы исследований на ЭВМ в среде MatcCAD 5.0 PLUS, позволили решить задачу изучения динамической нагруженности валочно-пакетирующих машин с манипуляторами и получить следующие результаты:

1. Несмотря на большое число опубликованных работ, посвященных динамике лесосечных машин, до настоящего времени продолжает оставаться малоизученной технологическая операция -перемещение срезанного дерева в вертикальном положении поворотом манипулятора или платформы

2. При перенесении вертикально расположенного дерева поворотом манипулятора или платформы происходит наложение двух гармонических затухающих колебаний нагрузки с различными частотами. Высокочастотные колебания составляют: для валоч-но-пакетирующей машины с поворотной колонной 13.6 - 13.8 1/с, низкочастотные 1.93 - 3.33 1/с; для машины с поворотной платформой высокочастотные около 30 1/с, низкочастотные 2.3 - 3.1 1/с. Причем затухание высокочастотных колебаний происходит быстрее низкочастотных, в среднем, в 20 раз.

3. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлен высокий уровень динамических нагрузок на манипулятор и машину в целом. Добавочные динамические моменты в упругих связях валочно-пакетирующих машин достигают: при перенесении дерева поворотом манипулятора 6.5*104 Нм, при перенесении поворотом платформы 7*104 Нм.

4. Анализ данных исследований показывает, что динамические нагрузки в упругих связях валочно-пакетирующих машин в основком зависят от скорости перенесения груза, времени протекания пуско-тормозных режимов, а также от вылета и жесткости манипулятора.

5. В процессе исследований выявлено, что время нарастания нагрузки от статической до максимальной составляет 0.15 . 0.25 с.

6. Экспериментальными исследованиями установлен диапазон изменения времени протекания пуско-тормозных режимов. Для серийных ВПМ типа ЛП-19А, ЛП-19Б он составляет:

- время торможения платформы 0.15 . 0.25с;

- время разгона платформы 0.25 . 0.35с.

7. Полученные при математическом моделировании аналитические зависимости позволяют установить связь:

- между параметрами конструкции манипулятора, базы и гидропривода;

- ме>кду величиной и характером изменения динамической нагрузки.

8. При исследовании процесса перенесения вертикально расположенного дерева поворотом платформы или манипулятора была установлена удовлетворительная сходимость расчетных пиковых нагрузок с экспериментальными /погрешность 5 .8% в сторону завышения расчетных данных/.Таким образом, принятые допущения, при математическом моделировании, значительных ошибок в результаты исследований не вносят.

9. Выбор основных параметров валочно-пакетирующих машин следует производить по наиболее тяжелому режиму - торможение масс системы в процессе перемещения дерева в вертикальном положении. Необходимо также принимать во внимание режимы реверсирования, которые не являются основными, но в эксплуатации часто используются. Экспериментальными исследованиями, проводимыми на валочно-пакетирующей машине ЛП-19Б,

133 выявлено, что в режимах реверсирования динамические нагрузки достигают высоких значений.

10. Разработанная методика экспериментальных исследований и примененная аппаратура обеспечивают получение с достаточной точностью динамических характеристик системы «валочно-пакетирующая машина с манипулятором - предмет труда - дерево». С некоторым корректированием и дополнением разработанная методика может быть рекомендована для экспериментальных исследований в производственных условиях.

11. Для снижения пиковых нагрузок в упругих связях валочно-пакетирующих машин необходимо:

- увеличение времени разгона и торможения до 0.6 секунд;

- снижение приведенной жесткости манипулятора валочно-пакетирующей машины с поворотной колонной путем введения дополнительных упругих элементов /снижение приведенной крутильной жесткости манипулятора валочно-пакетирующей машины с поворотной платформой недопустимо в виду возможности возникновения резонансных явлений/;

- увеличение угловой скорости перенесения дерева в вертикальном положении, без значительного возрастания пиковых давлений, допустимо на 15 . 20%.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Чураков, Алексей Александрович, 1999 год

1. Александров В.А. Динамические нагрузки в лесосечных машинах. П.: ЛГУ, 1984.-152 с.

2. Александров В.А. Научные основы динамики рабочих процессов и прогнозирование нагруженности лесосечных машин с манипуляторами: Дис. на соиск. учен. степ. д.т.н.-ЛТА,1982. 247 с.

3. Александров В.А. Исследование динамики гидроманипулятора безчокерного трактора типа ТБ-1: Дис. на соиск. учен. степ. к.т.н.-ЛТА. 1971.-151с.

4. Александров В.А., Третьяков В.Н. Исследование динамики гидроманипулятора валочно-пакетирующей машины. В кн.: Научные труды ЛТА, № 150. Л., ЛТА, 1972, с.80-85.

5. Александров В.А. Аналитическое и экспериментальное исследование процесса подъема груза-дерева стрелой гидроманипулятора. В кн.: Научные труды ЛТА, № 147, Л., ЛТА, с.68-73.

6. Александров В.А., Осмаков С.А. Исследование динамики взаимодействия манипулятора валочно-пакетирующей машины с пакетируемым деревом при повороте. В кн.: Межвуз. сб., вып. У 1., Л., ЛТА, 1977. с. 21-24.

7. Александров В.А. Моделирование технологических процессов лесных машин:Учебник для вузов. -М. Экология, 1995. 256с.

8. Алферьев Н.П. Исследование процесса переноса круглых лесоматериалов и хлыстов манипуляторами на лесных складах. Дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Химки, 1979. - 191с.

9. Анучин Н.П. Определение объемов хлыстов и сортиментов. М.: Лесн. пром-ть. 1985. - 185 с.

10. Артамонов Ю.Г. Вопросы исследования и совершенствования тракторной трелевки, исключающие применение ручного труда: Автореф. на соиск. учен. степ, к.т.н. Л.: ЛТА. 1970. -16 с.

11. Баринов К.Н., Александров В.А. Проектирование лесопромышленного оборудования. Л.: ЛГУ, 1988, - 240 с.

12. Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели систем. М.Машиностроение, 1974. - 435с.

13. Безносенко П.Д. Исследование динамических нагрузок на механизм поворота и стреловой гидроманипулятор машины ЛП-2. Экспресс-информация. М., ВНИПИЭИЛеспром, 1973, 6 с.

14. Бидерман П.Д. Прикладная теория мешанических колебаний. М. Высш. Школа, 1972. - 416с.

15. Бурмак П.С. Исследование устойчивости валочно-пакетирующих машин против опрокидования. Дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Химки, 1974 - 148с.

16. Валочно-пакетирующая машина ЛП-19. Кругов В.С., Барман М.А., Ермольев В.П., Королев В.Е. Попов Б.В. М. Лесн. Пром-сть, 1982. -288с.

17. Виногоров Г.К. Лесосечные работы. Ы.: Лесная промышленность, 1981, -272с.

18. Виноградов Г.К. к методике обоснования расчетных деревьев при решении эксплуатационных задач // Труды ЦНИИМЭ. Химки: ЦНИИМЭ. -1971. - № 2. - с.39- 44.

19. Волков Д.П. Динамические нагрузки в универсальных экскаваторах -кранах. М.: Машгиз. 1958. -268с.

20. Верхов Ю.И. Определение жесткости гидросистем лесопогрузчиков. Лесоэкспл. И лесосплав, 1976. - №24 - с4-5.

21. Гамынин Н.С. Гидравлический привод систем управления. М. машиностроение, 1972. - 376с.

22. Гийон М. Исследование и расчет гидравлических систем. -М.: Машиностроение. 1964. 388с.

23. Герасимов Ю.Ю. Повышение качества и надежности манипуляторов лесных машин. Автореф. дис. д-ра техн. наук. 05.21.01/Воронежская гос. лесотехн. акад. Воронеж, 1993. - 33с.

24. Демаков В.М. Повышение производительности передвижных рубильных установок снижением динамических нагрузок: Автореф. на соиск. учен. степ. к.т.н. Л.: ЛТА. 1990. -19 с.

25. Динамика крупных машин / Под ред. Соколовского В.И., Казака С.А., Кирпичникова Б.М. и др. М.: Машиностроение 1969. - 511с.

26. Дмитриев A.A., Чобиток В.А., Тельмнов A.B. Теория и расчет нелинейных систем подрессоривания гусеничных машин. М.: Машиностроение. 1976. - 203 с.

27. Ермольев В.П. Динамика стрелового манипулятора с жестким захватом дерева // Труды ЦНИИМЭ. Химки: ЦНИИМЭ, - 1971. -№120. с. 138-165.

28. Жуков A.B., Кадолко Л.И. Основы проектирования специальных лесных машин с учетом их колебаний. М.: Наука и техника. 1978. -263 с.

29. Жуков A.B. Проектирование лесопромышленного оборудования. -Минск: Высшая школа. 1990. 312 с.

30. Жуков A.B., Леонович И.И. Колебания лесотранспортных машин. -Минск: БГУ, 1973. 239 с.

31. Каршев Г.В. Обоснование параметоров манипуляторов лесных машин по металлоемкости и быстродействию. Дисс. на соиск. учен, степ. канд. техн. наук052101/ЛТА им. С.М.Кирова., 1989. 206с.

32. Киркин С.Ф. Анилиз условий работы разобщающих устройств при отделении деревьев от пакетов различными способами // Труды ЦНИИМЭ. Химки: ЦНИИМЭ. - 1968. - № 91. с. 164-174.

33. Коротяев A.B. О положении центра тяжести стволов с кроной и хлыстов, заготавливаемых в лесах Европейского севера СССР // Лесной журнал. Архангельск. -1959. - № 2. - с. 104-110.

34. Кочегаров В.Г., Михайлов Л.М. К вопросу взаимодействия дерева со стрелой гидроманипулятора трактора ТБ-1 // Материалы НТК ЛИФ.- Л.: ЛТА,-1971. с.8-11.

35. Кочегаров В.Г. Теоретические исследования техологии лесосечных работ: Дис. на соиск. учен. степ. д.т.н. Л.: Л ТА. 1973. - 416 с.

36. Кушляев В.Ф. Исследование некоторых вопросов процесса работы ВПМ с гидроманипулятором: Автореф. на соиск. учен. степ, к.т.н. -М.: ЦНИИМЭ ЛТА. 1972. - 20 с.

37. Кушляев В.Ф. Лесозаготовительные машины манипуляторного типа. М.: Лесн. пром-ть 1981. - 248 с.

38. Кушляев В.Ф. К вопросу исследования колебаний срезанного дерева // Труды ЦНИИМЭ. Химки: ЦНИИМЭ. - 1971. - № 120. с.94-102.

39. Кушляев В.Ф. О моделировании процесса взаимодействия валочно-пакетирующей машины ЛП-2 с деревом. В кн.: Труды ЦНИИМЭ, № 120, Химки, 1971, с. 116-125.

40. Кушляев В.Ф. Моделирование дерева как механической системы //Лесная пром-ть. М.: Лесн. пром-ть. - 1970. - № 11. - с.29-30.

41. Кушляев В.Ф. Исследование кинематики и динамики дерева при бесповальном способе рубки в молодняке // Труды ЦНИИМЭ. Химки: ЦНИИМЭ. - 1979. - № 101. - с.25-34.

42. Ле Тан Куинь Прогнозирование нагруженности лесосечных машин с манипуляторами в условиях лесозаготовок Вьетнама. Дисс. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. 05.21.01/ ЛТА им. С.М. Кирова., 1989. -206с.

43. Баранцев A.C. Сравнительная экологическая оценка отечественной и зарубежной техники. М.: ж-л « Лесная промышленность», №3 1995. -C20-21

44. Большаков A.C. Средощадящая технология на базе валочно-трассирующей машины. . М.: ж-л « Лесная промышленность», №5 1995.-C25-27

45. Лямин И.В. Исследование процесса пакетирования деревьев гидроманипулятором нового типа на рубках промежуточного пользования: Автореф. на соиск. учен. степ, к.т.н. Л. ЛТА, 1973. - 20 с.

46. Машины и оборудование лесозаготовок: Справочник/ Е.И. Миронов, Д.Б. Рохленко, Л.Н. Беловзоров, Л.С. Матвеенко, Ю.М. Кулагин М.: Лесн. Пром-сть, 1990. - 440с.

47. Максимов Л.П.Повышение технико-экономических показателей валочно-пакетирующих машин за счет более эффективного использования мощности силовых установок в технологическом цикле. Автореф. на соиск. учен. степ. к.т.н. -Химки 1985. - 20 с

48. Можаев Д.В. Плюшкин С.Н. Механизация лесозаготово за рубежом. М.: Лесн. Пром-сть, 1988. - 296с.

49. Мушта В.Ф. Исследование силового воздействия навесного погрузочного устройства гидроманипуляторного типа на шасси тягача седельного лесовозного автопоезда: Автореф. на соиск. учен. степ. к.т.н.-Л.: ЛТА, 1971.-25 с.

50. Нехай С.М. Проектирование гидроприводов прессов. М.: Киев Машгиз. 1963. - 159с.

51. Орлов С.Ф. Теория и применение агрегатных машин на лесозаготовках М.: Гослесбумиздат. 1963. - 271 с.

52. Орлов С.Ф., Помогаев С.А., Жуков A.B., Александров В.А. Проектирование специальных лесных машин Л.: ЛТА, 1979. - 220 с.

53. Пациньский З.М. Исследование процесса пакетирования деревьев во время их повала: Автореф. на соиск. учен. степ, к.т.н. Л.: ЛТА, 1972. - 18 с.

54. Панин И.А. Определение динамических нагрузок в гидроприводе вращательного действия в период переходных процессов. Науч. Тр./ ЦНИИСа 1974 вып.91,- с.22-36

55. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний. М.: Наука, 1971.-240с.

56. ПолищукА.П. Валка леса. М.: Лесн. пром-ть. 1972. - 175 с.

57. Полищук А.П. Эксплуатационные показатели деревьев и древостоев лесного фонда СССР. Химки: ЦНИИМЭ. 1968. - 59 с.

58. Помогаев С.А., Соломатников Б.И. Основы общей динамики валки и пакетирования леса // Лесной журнал. Архангельск, - 1976. - №2. -с.39-44.

59. Помогаев С.А. К вопросу управления валки леса // Лесной журнал. -1976.-№ 3.-с.41-44.

60. Рахманин Г.А. Исследование кинематики и динамики навесных шарнирно-сочлененных устройств (манипуляторов) для погрузки и штабелевки лесоматериалов: Автореф. на соиск. учен. степ, к.т.н. -М.: МЛТИ. 1970.-20 с.

61. Рахманин Г.А. Исследование динамики погрузочного устройства манипуляторного типа с гидравлическим приводом //Труды ЦНИИМЭ. -Химки: ЦНИИМЭ.-1968.-Вып. 91. -с. 88-89.

62. Старков Г.И. Исследование динамики процесса повала деревьев валочными машинами при пилении без подпила: Дис. . канд. техн. наук./ ЛТА им. С.М. Кирова. М. 1966. - 190с.

63. Сюнев B.C. Динамические нагрузки опорных элементов лесных колесных подборочно транспортных машин и их снижение, Дис. . канд. техн. наук. 05.06.02./ЛТА им. С.М. Кирова. - Л., 1984. -216с.

64. Тайсман Д.М. Гедз Н.И. Применение тензометрии в лесной промышленности. М.: Лесн. Пром-сть,1965 - 86с.

65. Третьяков В. И. Повышение эффективности лесопосадочных агрегатов снижением динамической нагруженности: Автореф. на соиск. учен. степ, к.т.н. СПб.: ЛТА, 1992. - 20 с.

66. Третьяков Н.В., Горский П.В., Самойлович Г.Г. Справочник таксатора. М.: Лесн. пром-ть. 1965. - 459 с.

67. Тюрин А.В., Науменко И.М. и др. Лесная вспомогательная книжка. -М.; Л.: Гослесбумиздат. 1956. - 531 с.

68. Федоров В.В. Исследование процесса сбора и трелевки пачек деревьев (хлыстов) тракторами, оборудованными манипуляторами, в условиях Северо-Западной зоны СССР: Автореф. на соиск. учен, степ, к.т.н. Л.: ЛТА. 1973. - 20 с.

69. Хаймович Е.М. Гидроприводы и гидроавтоматика станков. М.: Машгиз. 1959. - 555с.

70. Хохлов В.А. Гидравлические усилители мощности. М.: Изд-во АН СССР, 1963.-104с.

71. Чернцов В.А. Разработка методики расчета и обоснование основных параметров агрегата для формирования плотов береговой сплотки. Дис. на. соиск. учен. степ, к.т.н. ЛТА. 1982. - 342с.

72. Электортензометры сопротивления Б.А. Глаговский, И.Д. Пивен. -Л. Энергия, 1972. -88с.141

73. Яблонский А.А. Норейко O.K. Курс теории колебаний. М.: Высшая Школа, 1961