Повышение эксплуатационных свойств колесных трелевочных тракторов путем снижения их галопирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, кандидат технических наук Садовский, Дмитрий Сергеевич

• Садовский, Дмитрий Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат технических наук Садовский, Дмитрий Сергеевич

Введение.

1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Конструктивные особенности и параметры перспективных колесных трелевочных тракторов.

1.2. Особенности динамики колесных трелевочных систем.

1.3. Анализ работ по исследованию галопирования колесных тракторов схемы 4к4.

1.4. Задачи исследования.

2. Математическая модель для исследования колебаний системы «колесный трелевочный трактор - пачка древесины - волок» в режиме галопирования.

2.1. Выбор оценочных показателей.

2.2. Эквивалентная динамическая схема колебательной системы «колесный трелевочный трактор - пачка древесины - волок».

2.3. Дифференциальные уравнения взаимодействия системы «колесный трелевочный трактор - пачка древесины - волок» с опорной поверхностью в режиме галопирования.

2.4. Моделирование внешних возмущающих воздействий со стороны опорной поверхности на систему «колесный трелевочный трактор - пачка древесины - волок».

3. Математическая модель для исследования колебаний маховых масс системы «двигатель - трансмиссия -колесный движитель» трелевочного трактора в режиме галопирования.

3.1. Обоснование эквивалентной динамической схемы системы «двигатель - трансмиссия - колесный движитель».

3.2. Дифференциальные уравнения колебаний маховых масс системы «двигатель - трансмиссия - колесный движитель».

3.3. Уравнения неголономных связей систем «колесный трелевочный трактор - пачка древесины - волок» и «двигатель - трансмиссия - колесный движитель».

3.4. Особенности исследования разработанной математической модели на ЭВМ.

4. Методика, аппаратура, объект и условия исследовательских испытаний склонности колесной трелевочной системы к галопированию.

4.1. Цели и задачи исследовательских испытаний.

4.2. Объект исследовательских испытаний, измеряемые величины и электроизмерительная аппаратура, применяемая при испытаниях.

4.3. Программа и методика проведения исследовательских испытаний склонности колесной трелевочной системы к галопированию.

4.4. Выбор испытательной трассы, условия проведения испытаний и осциллографирования процессов.

4.5. Обработка результатов исследовательских испытаний и оценка погрешности измерений

5. Результаты экспериментальных и теоретических исследований склонности колесной трелевочной системы к галопированию.

5.1. Анализ значимости факторов, влияющих на склонность колесной трелевочной системы к галопированию.

5.2. Результаты экспериментальных исследований склонности колесной трелевочной системы к галопированию.

5.3. Проверка адекватности математической модели.

5.4. Результаты теоретических исследований склонности колесной трелевочной системы к галопированию.

6. Оптимизация конструктивных параметров и режимов эксплуатации колесной трелевочной системы по критерию наименьшей склонности к галопированию.

6.1. Выбор критерия оптимизации.

6.2. Постановка задачи оптимизации.

6.3. Результаты оптимизации конструктивных параметров КТС.

6.4 Основные пути реализации оптимальных конструктивных параметров.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эксплуатационных свойств колесных трелевочных тракторов путем снижения их галопирования»

В перспективных технологических схемах лесозаготовок повышенное внимание уделяется проблеме первичного транспорта леса. В некоторых технологических процессах предусматривается. полный отказ от строительства дорожных усов и веток и использование на прямой вывозке машин первичного транспорта леса большой мощности [1]. Уже применяются на заготовках леса технологии, предусматривающие вывозку заготовленной древесины трелевочным трактором на расстояние 1,5 .2 км и более. В ГСКБ ОАО ОТЗ по трелевочным и лесохозяйственным тракторам созданы и выпускаются малыми партиями перспективные лесопромышленные тракторы -трелевочные и сортиментовозы, способные с большой эффективностью производить трелевку на значительные расстояния.

Основной базой машин для первичного транспорта леса в существующих и перспективных технологических процессах лесозаготовок являются трелевочный трактор и сортиментовоз, технический уровень которых во многом определяет их эксплуатационную эффективность.

Технический прогресс на первичном транспорте леса связан с увеличением производительности труда при снижении энергетических затрат на выполняемую работу.

Повышение транспортных скоростей является одним из путей повышения эксплуатационной эффективности трелевочных тракторов. Но повышение транспортных скоростей влечет за собой переход трактора в режим работы, называемый термином «галопирование», для которого характерно возрастание амплитуды низкочастотных вертикальных и продольно-угловых колебаний остова трактора. Галопирование оказывает негативное влияние как на оператора значения вертикальных и продольных ускорений на рабочем месте оператора становятся недопустимо высокими, так и на трансмиссию трактора - коэффициент динамичности в полуосях достигает значительных величин, а кроме того, значительным динамическим нагрузкам подвергается технологическое оборудование и трактор в целом. Вышеперечисленные негативные последствия галопирования, а в первую очередь - воздействие на оператора, заставляет снижать скорость движения и тем самым приводит к недоиспользованию производительности машин для первичного транспорта древесины.

Поэтому задача исследования галопирования колесных лесопромышленных тракторов с целью оптимизации их параметров по критерию наименьшей склонности к галопированию является актуальной.

Обзор ранее проведенных исследований галопирования колесных тракторов схемы 4к4 показал, что не все вопросы, связанные с проблемой вибронагруженности трактора на различных режимах (в том числе и в режиме холостого хода) нашли свое решение. В частности, до настоящего времени не установлены причины возникновения галопирования колесного трактора схемы 4к4 с гидромеханической трансмиссией, возникающего при отсутствии тяговой нагрузки при движении по дороге с низким коэффициентом сопротивления движению.

Целью работы является снижение склонности колесных трелевочных тракторов (КТТ) к галопированию путем оптимизации их конструктивных параметров и режимов эксплуатации.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Математическая модель совместных колебаний остова КТТ и крутильных колебаний маховых масс трансмиссии с учетом неголономных связей колес трактора с опорной поверхностью;

2. Метод снижения галопирования КТТ путем уменьшения коэффициента кинематического рассогласования его ведущих мостов; 7

3. Оптимальные конструктивные параметры и параметры дополнительных устройств, обоснованные по критерию наименьшей склонности колесной трелевочной системы (КТС) к галопированию.

Заключение диссертации по теме «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства», Садовский, Дмитрий Сергеевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Анализ существующих исследований, посвященных галопированию тракторов схемы 4к4 выявил отсутствие опубликованных научно-исследовательских работ применительно к колесным лесопромышленным тракторам.

2. При исследовании галопирования колесных тракторов сельскохозяйственного назначения не учитывается кинематическое рассогласование ведущих мостов трактора и вызванное этим перераспределение крутящих моментов в трансмиссии, что в сочетании с нелинейной характеристикой зависимости касательной силы тяги от буксования движителей может являться причиной возникновения автоколебаний остова трактора, то есть - галопирования.

3. Теоретические исследования показали целесообразность введения универсального безразмерного показателя склонности КТТ к галопированию |jp, пригодного для оценки склонности к галопированию самоходных машин различного назначения и непосредственно характеризующего процесс галопирования.

4. Оценку склонности КТС к галопированию рекомендуется проводить с использованием математической модели совместных колебаний остова трактора и крутильных колебаний маховых масс трансмиссии с учетом неголономных связей в точке контакта колес с опорной поверхностью.

5. Адекватность разработанной математической модели подтверждена результатами проведенных исследовательских испытаний. Значения критерия Стьюдента находились в пределах 1,8+2,6 , критерия Романовского - в пределах 1,1+1,4.

6. Теоретически и экспериментально уточнены необходимые и достаточные условия возникновения галопирования. Необходимым условием является кинематическое рассогласование ведущих мостов трактора. Достаточное условие: низшая частота крутильных колебаний межосевого привода трансмиссии превышает собственную частоту продольно-угловых колебаний остова трактора.

7. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено значительное влияние на склонность КТС к галопированию следующих ее параметров:

- коэффициента распределения вертикальной нагрузки по ведущим мостам трактора: при изменении Кн от 1,46 до 1,58 показатель рр увеличивается с -0,03 до 0,11; высоты расположения шарнира продольно-угловых колебаний пачкового захвата над продольной осью, проходящей через центр масс трактора: при снижении h4 от 1.85 до 1.25 показатель рр увеличивается с -0,12 до-0,06; коэффициента крутильной жесткости межосевого привода: при снижении Ст от 86 до 35 кНм/рад показатель рр увеличивается от -0,12 до-0,05;

- коэффициентов радиальной жесткости шин переднего и заднего ведущих мостов.

8. Снизить склонность КТС к галопированию рекомендуется путем применения следующих обоснованных оптимальных конструктивных параметров:

- коэффициент распределения нагрузки по ведущим мостам трактора: Кн=1,58;

- высота расположения шарнира продольно-угловых колебаний пачкового захвата над продольной осью, проходящей через центр масс трактора: h4=1,25 м;

- крутильная жесткость межосевого привода: Ст=35 кНм/рад.

9. Теоретически установлено, что для снижения склонности КТС к галопированию целесообразна установка в трансмиссии трактора двух упругих муфт на участках «раздаточная коробка - главная передача» переднего и заднего ведущих мостов с жесткостью, соответственно СМ1 =9 кНм/рад; СМ2=Ю кНм/рад, а также применение дополнительного устройства, обеспечивающего автоматическое регулирование давлений воздуха в шинах переднего и заднего ведущих мостов в зависимости от величины их кинематического рассогласования.

10. Реализация предложенных оптимальных значений конструктивных параметров, а также применение на тракторе дополнительного устройства, обеспечивающего автоматическое регулирование давлений воздуха в шинах переднего и заднего ведущих мостов в зависимости от величины их кинематического рассогласования позволит значительно снизить склонность КТС к галопированию во всем возможном диапазоне изменения массы трелюемой пачки девесины, что приведет к снижению:

- уровня колебаний на рабочем месте оператора на 44,6%,

- динамических нагрузок в трансмиссии и технологическом оборудовании на 28,3-39,7%,

- динамического давления колес на почву на 47,8% и уменьшения вероятности срыва грунта вследствие кинематического рассогласования ведущих мостов.

11. Внедрение рекомендуемых оптимальных конструктивных параметров КТТ позволит повысить его технологическую производительность на 14,8% и снизить удельный технологический расход топлива на 11,9%.

12. Математическая модель совместных колебаний остова колесного трелевочного трактора и крутильных колебаний трансмиссии с учетом неголономных связей в точке контакта колес с опорной поверхностью внедрены в Учреждении «Головное специализированное конструкторское бюро по трелевочным и лесохозяйственным тракторам ОТЗ».

161

Ожидаемый экономический эффект, обусловленный сокращением расчетных, исследовательских и опытно-конструкторских работ составляет 90000 рублей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Садовский, Дмитрий Сергеевич, 2002 год

1. Барановский В.А., Некрасов P.M. Системы машин для лесозаготовок. М.: Лесная промышленность, 1977. 246 с.

2. Шеховцев Д.И. Анализ основных параметров колесных трелевочных тракторов по сравнительным испытаниям //Проблемы исследования базовых лесопромышленных тракторов: Сб. науч. тр. ЦНИИМЭ. Химки, 1977. С. 63-75.

3. Шитов В.Н. К вопросу обоснования областей применения и основных параметров колесных трелевочных тягачей //Труды ЦНИИМЭ. Химки, 1970. Вып. 103. С. 79-103.

4. Добрынин Ю.А. Исследование вертикальной динамики колесного трактора в условиях рубок промежуточного пользования: Дис. .канд. техн. наук. Л.:ЛТА, 1973. 205 с.

5. Филькевич И.В. Исследование продольного взаимодействия пакета с тягачом в трелевочной системе: Дис. . канд. техн. наук. Л.: ЛТА, 1975. 256 с.

6. Жуков А.В., Рыскин Ю.В. и др. Экспериментальные исследования плавности хода колесного трелевочного трактора //Механизация лесоразработок и транспорт леса: Республ. межвуз. сб. Минск, 1979. Вып. 9. С. 124-130.

7. Жуков А.В., Леонович И.И. Колебания лесотранспортных машин. Минск: Изд-во БГУ, 1973. 240 с.

8. Кочнев A.M. Повышение эксплуатационных свойств колесных трелевочных тракторов путем обоснования их основных параметров: Дис. .д-ра техн. наук. СПб.: ЛТА, 1995. 424 с.

9. Малиновский Е.Ю., Гайцгори М.М. Динамика самоходных машин с шарнирно-сочлененной рамой. М.: Машиностроение, 1974. 176 с.

10. Ротенберг Р.В. Подвеска автомобиля. М.: Машиностроение, 1972. 382 с.

11. Смирнов С.А. Теория движения колесных машин. М.: Машиностроение, 1990. 352 е.: ил.

12. Тракторы: Теория /В.В. Гуськов, Н.Н. Велев, Ю.Е. Атаманов и др. под общ. ред. В.В. Гуськова. М.: Машиностроение, 1988. 376 с.

13. Тарасюк В.Б. Повышение тягово-динамических и эргономических показателей тракторов схемы 4x4 с колесами одинакового размера путем устранения их склонности к галопированию: Дис. .канд. техн. наук. М.: МАМИ, 1986. 191 с.

14. Кутьков Г.М. Тяговая динамика тракторов. М.: Машиностроение, 1980. 215 с.

15. Кутьков Г.М., Кожуханцев А.Н. Расчетная схема вертикальных колебаний остова трактора с учетом колебаний в системе подрессоривания и силовом приводе. /Яракторы и сельхозмашины. №12, 1980. С. 6-9.

16. Кутьков Г.М. и др. Исследования влияния колебаний трансмиссии на колебания остова гусеничного трактора кл.3-4. /Тракторы и сельхозмашины, №10,1983. С.6-7.

17. Щетинин Ю.С. Пути снижения нагруженности колесного трактора от колебаний в условиях реализации максимальных тяговых усилий: Автореф. дис.канд. техн. наук. /МАМИ. М., 1987. 24 с.

18. Ерин А. А. Улучшение эксплуатационных показателей тракторов схемы 4x4 с колесами одинакового размера путем уменьшения галопирования на транспортных работах: Автореф. дис.канд. техн. наук. /СИМСХ. Саратов, 1991. 24 с.

19. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний. М.: Наука, 1980. 272 с.

20. Жуков А.В., Кадолко Л.И. Основы проектирования специальных лесных машин с учетом их колебаний. Минск: Наука и техника, 1978. 264 с.

21. Жуков А.В., Черняховский И.Ш., Рудницкий П.В. Исследование вертикальной динамики Т-157 с помощью ЭВМ.// Изв. вузов. Лесной журнал. Архангельск, 1973, №1. С.42-45.

22. Теодорчик К.Ф. Автоколебательные системы. М.: Гостехиздат, 1952.384 с.

23. Харкевич А.А. Автоколебания. М.: Гостехиздат, 1953. 170 с.

24. Кацыгин В.В., Горин Г.С. Тангенциальные эластичности движителей трактора 4x4 при взаимодействии с почвой. //Тракторы и сельхозмашины, №10, 1980. С. 15-17.

25. Кнороз Б.Н., Кленников Б.В. Шины и колеса. М.: Машиностроение, 1975. 194 с.

26. Платонов В.Ф. Оценка проходимости полноприводных автомобилей//Автомобильная промышленность, №3,1980. С. 10-13.

27. Ульянов Н.А. Колесные движители строительных и дорожных машин. М.: Машиностроение, 1982. 279 с.

28. Шупляков С.М. Колебания и нагруженность трансмиссии автомобиля. М.: Транспорт, 1974. 328 с.

29. Кочнев A.M. Обоснование параметров колесной трелевочной системы с целью повышения устойчивости заданного направления движения: Дис. .канд. техн. наук. Л.: ЛТА, 1987. 276 с.

30. Бочаров Н.Ф., Гусев В.И. и др. Транспортные средства на высокоэластичных движителях. М.: Машиностроение, 1974. 208 с.

31. Петрушов В.А. и др. Сопротивление качению автомобилей и автопоездов. М.: Машиностроение, 1975. 225 с.

32. Тимошенко С.П., Янг Д.Х., Уивер У. Колебания в инженерном деле. М.: Машиностроение, 1985.472 с.

33. Памфилов Д.В. Повышение боковой динамической устойчивости и плавности хода колесной трелевочной системы: Дис. .канд. техн. наук. Л.: ЛТА, 1985.140 с.

34. Буков В.И. Обоснование параметров колесного лесопромышленного трактора с целью виброзащиты оператора: Дис.канд. техн. наук. Л.: ЛТА, 1989.103 с.

35. Варава В.И., Помогаев С.А., Добрынин Ю.А. Установление компоновки и параметров амортизации лесного колесного тягача //Машины и орудия для механизации лесозаготовок и лесного хозяйства: Межвуз. сб. науч. тр. ЛТА. Л.:ЛТА, 1972. Вып. 1С. 18-24.

36. Провоторов Ю.И. Исследование устойчивости колесного трелевочного трактора с пачкой хлыстов: Автореф. дис. .канд. техн. наук. Минск: БТИ, 1975. 22 с.

37. Бочаров Н.Ф., Семенов В.М. и др. К динамике подвеса пакета хлыстов лесовозных колесных машин. //Изв. вузов. Машиностроение. М., 1976, №5. С. 119-121.

38. Семенов В.М. и др. Оценка нагруженности элементов технологического оборудования ЛТ-157 на неустановившихся режимах движения //Механизация лесоразработок и транспорт леса: Республ. межвед. сб. Минск, 1983. Вып. 13.

39. Гастев Б.Г., Мельников В.И. Основы динамики лесовозного подвижного состава. М.: Лесная промышленность, 1987. 220 с.

40. Верхов Ю.И. Теоретические основы проектирования лесных погрузочно-транспортных машин. Красноярск: Изд-во Красноярского ун-та, 1984. 268 с.

41. Билык Б.В., Перетятко Б.Т. К вопросу о выборе расчетной схемы пакета хлыстов при исследовании вертикальных колебаний трелевочных тракторов //Изв. вузов. Лесной журнал. Архангельск, 1975, №5. С.40-46.

42. Симанович В.А. Исследование свободных колебаний деревьев при различных конструкциях подвеса //Механизация лесозаготовок и транспорт леса: Республ. межвед. сб. Минск. 1984. Вып.14. С. 115-118.

43. Орлов С.Ф. Теория и применение агрегатных машин на лесозаготовках. М.: Гослесбумиздат, 1963. 272 с.

44. Александров В.А. Динамические нагрузки в лесосечных машинах. Л.: Изд-во ЛГУ, 1984. 152 с.

45. Динамика системы «дорога-шина-автомобиль-водитель» /А.А.Хачатуров, В.Л. Афанасьев, B.C. Васильев и др.; Под ред. А.А. Хачатурова. М.: Машиностроение, 1976. 535 с.

46. Тракторные поезда /П.П. Артемьев, Ю.Е. Атаманов, Н.В. Богдан и др.; Под ред. В.В. Гуськова. М.: Машиностроение, 1982. 183с.

47. Колебания землеройно-транспортных машин: Обзорная информация /М.М. Гайцгори, Е.Ю. Малиновский. М.: ЦНИИТЭ-строймаш, 1970. 67 с.

48. Работа автомобильной шины /Под ред. В.И. Кнороза. М.: Транспорт, 1976. 238 с.

49. Колебания автомобиля. Испытания и исследования /Я.М. Певзнер, Г.Г. Гридасов и др.; Под ред. Я.М. Певзнера. М.: Машиностроение, 1979.

50. Агейкин Я.С. Проходимость автомобилей. М.: Машиностроение, 1981. 234 с.

51. Mattews J. and Talamo J.D.C. Ride comfort for tractor operators //Jornal of Agricultural Engineering Research. 1965. v. 10, №2. P. 18-24.

52. Гоберман Л.А. Прикладная механика колесных машин. М.: Машиностроение, 1974. 308 с.

53. Рыскин Ю.Е. Исследование вопросов плавности хода лесного колесного тягача: Дис. .канд. техн. наук. Л.: ЛТА, 1974. 179 с.

54. Сергеев В.П. Обоснование основных параметров гидромеханической трансмиссии лесопромышленных тракторов: Автореф. дис.канд. техн. наук. Л.: ЛТА, 1990. 19 с.

55. Анисимов Г.М., Осмаков С.А. Исследование поворотливости шарнирно-сочлененной колесной трелевочной системы //Машины и орудия для механизации лесозаготовок и лесного хозяйства: Межвуз. сб. науч. тр. ЛТА. Л.: ЛТА, 1982. Вып.11. С.73-78.

56. Неймарк Ю.И., Фуфаев Н.А. Динамика неголономных систем. М.: Наука, 1967. 520 с.

57. Рыскин Ю.И., Провоторов Ю.И. Экспериментальное определение упругих и демпфирующих характеристик крупногабаритных шин низкого давления//Труды ЦНИИМЭ. 1971. Вып.121. С.93-97.

58. Левин М.А., Фуфаев Н.А. Теория качения деформируемого колеса. М.: Наука, 1989. 272 с.

59. Солтус А.П., Малов С.С. Исследование составляющих момента сопротивления повороту.

60. Дебаремдикер А.Д., Бородин Ю.П. Определение жесткости упругого сопротивления шины в окружном направлении //Автомобильная промышленность, 1970, №1. С.24-25.

61. Анисимов Г.М. Условия эксплуатации и нагруженность трансмиссии трелевочного трактора. М.: Лесная промышленность, 1975. 168 с.

62. Анилович В.Я. Исследование динамической нагрузок в трансмиссии трактора Т-75 при разгоне //Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1963, №3. С. 1-4.

63. Барский И.Б., Колодий Ю.К., Юй Жун-Хуа. Максимальные нагрузки в трансмиссии колесного трактора //Тракторы и сельхозмашины. 1965, №4. С.6-9.

64. Горяшко П.М. Исследование динамических нагрузок в трансмиссии при разгоне трактора //Тракторы и сельхозмашины. 1964, №2. С. 13-15.

65. Громов Д. И. Исследование нагрузок, возникающих в трансмиссии трактора при трогании с места //Тракторы и сельхозмашины, 1963, №2. С.8-10.

66. Colby М.К. Torsional vibration a close history. SAE Preprints, s.a. №737, p.4.

67. Gones Paul G. Torsional vibrations in drive lines. SAE Preprints, s.a. №428. 7 p. 111-115.

68. Цитович И.С., Альгин В.Б. Динамика автомобиля. Мн.: Наука и техника, 1981. 91 е., ил.

69. Обоснование оптимальных передаточных чисел в трансмиссии колесного трелевочного трактора ТЛК-4.01: Отчет о НИР/СПбГЛТА: руководитель Кочнев A.M. СПб, 2001.184 с.

70. Варава В.И. Моделирование технологических процессов лесохозяйственных машин: Учебное пособие. Л.: ЛТА, 1992. 173 с.169

71. Савицкий В.Ю. и др. К вопросу о ширине волоков //Лесная промышленность, 1989, №8.

72. Тракторы. Проектирование, конструирование и расчет. Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов /И.П. Ксеневич, В.В. Гуськов, Н.Ф. Бочаров и др.; под общ ред. И.П. Ксеневича. М.: Машиностроение, 1991. 544 с.: ил.

73. Беккер М.Г. Введение в теорию системы местность-машина. М.: Машиностроение, 1973. 519 с.

74. Гуськов В.В. Тракторы Ч. II. Теория. Минск: Вышэйшая школа, 1977.384 с.

75. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. М.: Наука, 1971. 576 с.

76. Коробейников А.Т. и др. Испытания сельскохозяйственных тракторов. М.: Машиностроение, 1985. 240 е., ил.

77. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментальных исследований и обработка опытных данных. М.: Колос, 1967. 160 с.

78. Лурье А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов. Л.: Колос, 1970. 376 с.

79. Кудрявцев Е.И. Основы автоматизации проектирования машин. М.: Машиностроение, 1993. 336 с.170