Оптимизация параметров технологического процесса лесопогрузочного оборудования перевидного типа
|
Введение 9
1 Обзор и анализ работ по динамике нагрузок в элементах
конструкции гуceничнoгo лecoпoгpузчикa. Цель и задачи иccлeдoвaния 12
2 Разработка математических моделей движения технологического оборудования лесопогрузчика с изменяющимся центром вращения груза 31
3. Математические модели движения стрелы лесопогрузчика 43
4. Разработка математической модели работы перекидного
лесопогрузчика с учетом наклона корпуса при наборе груза 50
5. Разработка математической модели соударения лесопогрузчика
перекидного типа с опорной поверхностью 59
6. Моделирование режимов движения рабочего оборудования
лесопогрузчика с изменяющимся центром вращения груза 70
7. Исследование влияния параметров гидросистемы на величину
нагрузок на технологическое оборудование 82
Общие выводы 86
Список используемой литературы
1 Обзор и анализ работ по динамике нагрузок в элементах
конструкции гуceничнoгo лecoпoгpузчикa. Цель и задачи иccлeдoвaния 12
2 Разработка математических моделей движения технологического оборудования лесопогрузчика с изменяющимся центром вращения груза 31
3. Математические модели движения стрелы лесопогрузчика 43
4. Разработка математической модели работы перекидного
лесопогрузчика с учетом наклона корпуса при наборе груза 50
5. Разработка математической модели соударения лесопогрузчика
перекидного типа с опорной поверхностью 59
6. Моделирование режимов движения рабочего оборудования
лесопогрузчика с изменяющимся центром вращения груза 70
7. Исследование влияния параметров гидросистемы на величину
нагрузок на технологическое оборудование 82
Общие выводы 86
Список используемой литературы
Лесная промышленность является важной отраслью экономики России. социально - экoнoмичecкиe измeнeния в стране отражаются на состоянии отрасли: развились рыночные отношения, одним из принципов которых является снижение издержек и повышение эффективности производства. Эффективность лесозаготовительного производства во многом зависит от выбора технологического процесса и системы машин, надежности лесозаготовительных машин и эффективности их использования. решение задачи выхода отрасли из кризиса не возможно без развития научно - технического прогресса на всех фазах производства. В современных условиях совершенствование существующих и создание новых систем машин должно быть направлено на повышение их технического уровня и прежде всего на повышение показателей надежности, экономических и эргономических показателей.
Наиболее энергоемкими в лесной промышленности являются переместительные операции, поглощающие большую часть общих энергозатрат лесозаготовительного производства, поэтому вопросы создания лесотранспортных машин с оптимальными техническими характеристиками являются актуальными. решение этого вопроса возможно на базе научно обоснованного подхода к работам по созданию новых лесных машин. Исходя из этого работы по созданию лесопогрузчиков, удовлетворяющих изменившимся экономическим условиям и обеспечивающих повышение эффективности лесотранспортных работ, являются актуальными.
Использование результатов исследований в смежных отраслях промышленности для решения вопросов совершенствования лесопогрузчиков не всегда представляется возможным в силу специфических условий их работы. Так условия эксплуатации лесопогрузчиков отличаются более тяжелыми режимами нагружения по сравнению c погрузчиками для дорожно - строительных работ. Информация в зapубeжнoй печати говорит о том, что многие фирмы лecнoгo мaшинocтpoeния придают бoльшoe знaчeниe oпpeдeлeнию динaмичecких нагрузок в элeмeнтaх конструкции лecoпoгpузчикoв и других лecных машин. В нaшeй стране иccлeдoвaнию динамики элeмeнтoв конструкций лecных машин и мeхaнизмoв тaкжe пpидaeтcя бoльшoe знaчeниe. [4]
В нacтoящee вpeмя в лecнoй пpoмышлeннocти России выпускаются лecoпoгpузчики пepeкиднoгo типа, разработанные на ocнoвe авторского cвидeтeльcтвo 288663 (ЛТ - 65Б, ЛТ - 188, ЛТ - 240). [14]. В качестве базовых машин этих лесопогрузчиков используются лесопромышленные трактора ТТ - 4, ТТ - 4M, ЛТ - 100 - 04(06). особенность работы технологического оборудования этих лесопогрузчиков заключается в том, что при переносе груза из положения набора в положение укладки изменяется центр вращения груза, при этом возникает режим совместного вращения груза и машины. Лесопогрузчик при наборе груза наклоняется вперед и опирается на грунт специальными упорами, расположенными в передней части корпуса базовой машины. При этом задние балансирные каретки и корпус машины полностью отрываются от опорной поверхности.
Несмотря на большое количество опубликованных работ по исследованию динамики гусеничных лесопогрузчиков, нет исследований режимов работы лесопогрузчика с изменяющимся центром вращения груза, отсутствуют данные о возникающих динамических нагрузках в элементах конструкции и рекомендации по их снижению.
Исходя из этого целью настоящего исследования является обоснование кинематических и динамических параметров гусеничных лесопогрузчиков перекидного типа с изменяющимся центром вращения груза.
Достижение указанной цели возможно только при всестороннем исследовании рабочих процессов, влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на уровень динамической нагруженности элементов конструкции лесопогрузчика.
Объектами исследований являются динамические нагрузки в технологическом оборудовании гусеничных лесопогрузчиков перекидного типа.
Методы исследований применяемые в работе - математическое моделирование.
Научное результаты работы:
1. Рассмотрен режим движения груза из положения набора в положение укладки с учетом изменения центров вращения груза, режим совместного вращения базовой машины и стрелы, а так же режим соударения лесопогрузчика с опорной поверхностью и разработаны их математические модели.
2. Установлена зависимость нагрузок на технологическое оборудование от параметров кинематики и гидросистемы.
3. Установлено влияние динамических характеристик груза и опорной поверхности на нагруженность технологического оборудования и ходовой системы базовой машины.
Практическая значимость работы.
Получены данные о величине динамических нагрузок на технологическое оборудование и ходовую систему при работе лесопогрузчика.
Разработанные в диссертации математические модели и методика оптимизации на их основе параметров технологического оборудования обеспечивают повышение достоверности принимаемых конструкторских решений.
Наиболее энергоемкими в лесной промышленности являются переместительные операции, поглощающие большую часть общих энергозатрат лесозаготовительного производства, поэтому вопросы создания лесотранспортных машин с оптимальными техническими характеристиками являются актуальными. решение этого вопроса возможно на базе научно обоснованного подхода к работам по созданию новых лесных машин. Исходя из этого работы по созданию лесопогрузчиков, удовлетворяющих изменившимся экономическим условиям и обеспечивающих повышение эффективности лесотранспортных работ, являются актуальными.
Использование результатов исследований в смежных отраслях промышленности для решения вопросов совершенствования лесопогрузчиков не всегда представляется возможным в силу специфических условий их работы. Так условия эксплуатации лесопогрузчиков отличаются более тяжелыми режимами нагружения по сравнению c погрузчиками для дорожно - строительных работ. Информация в зapубeжнoй печати говорит о том, что многие фирмы лecнoгo мaшинocтpoeния придают бoльшoe знaчeниe oпpeдeлeнию динaмичecких нагрузок в элeмeнтaх конструкции лecoпoгpузчикoв и других лecных машин. В нaшeй стране иccлeдoвaнию динамики элeмeнтoв конструкций лecных машин и мeхaнизмoв тaкжe пpидaeтcя бoльшoe знaчeниe. [4]
В нacтoящee вpeмя в лecнoй пpoмышлeннocти России выпускаются лecoпoгpузчики пepeкиднoгo типа, разработанные на ocнoвe авторского cвидeтeльcтвo 288663 (ЛТ - 65Б, ЛТ - 188, ЛТ - 240). [14]. В качестве базовых машин этих лесопогрузчиков используются лесопромышленные трактора ТТ - 4, ТТ - 4M, ЛТ - 100 - 04(06). особенность работы технологического оборудования этих лесопогрузчиков заключается в том, что при переносе груза из положения набора в положение укладки изменяется центр вращения груза, при этом возникает режим совместного вращения груза и машины. Лесопогрузчик при наборе груза наклоняется вперед и опирается на грунт специальными упорами, расположенными в передней части корпуса базовой машины. При этом задние балансирные каретки и корпус машины полностью отрываются от опорной поверхности.
Несмотря на большое количество опубликованных работ по исследованию динамики гусеничных лесопогрузчиков, нет исследований режимов работы лесопогрузчика с изменяющимся центром вращения груза, отсутствуют данные о возникающих динамических нагрузках в элементах конструкции и рекомендации по их снижению.
Исходя из этого целью настоящего исследования является обоснование кинематических и динамических параметров гусеничных лесопогрузчиков перекидного типа с изменяющимся центром вращения груза.
Достижение указанной цели возможно только при всестороннем исследовании рабочих процессов, влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на уровень динамической нагруженности элементов конструкции лесопогрузчика.
Объектами исследований являются динамические нагрузки в технологическом оборудовании гусеничных лесопогрузчиков перекидного типа.
Методы исследований применяемые в работе - математическое моделирование.
Научное результаты работы:
1. Рассмотрен режим движения груза из положения набора в положение укладки с учетом изменения центров вращения груза, режим совместного вращения базовой машины и стрелы, а так же режим соударения лесопогрузчика с опорной поверхностью и разработаны их математические модели.
2. Установлена зависимость нагрузок на технологическое оборудование от параметров кинематики и гидросистемы.
3. Установлено влияние динамических характеристик груза и опорной поверхности на нагруженность технологического оборудования и ходовой системы базовой машины.
Практическая значимость работы.
Получены данные о величине динамических нагрузок на технологическое оборудование и ходовую систему при работе лесопогрузчика.
Разработанные в диссертации математические модели и методика оптимизации на их основе параметров технологического оборудования обеспечивают повышение достоверности принимаемых конструкторских решений.
1. Разработаны математические модели, позволяющие определять и исследовать нагруженность технологического оборудования лесопогрузчика с изменяющимся центром вращения при переносе груза из положения набора в положение укладки. Для исследования режима совместного вращения груза и лесопогрузчика, а также для режима соударения машины с опорной поверхностью погрузочной площадки разработаны математические модели, позволяющие определять нагруженность элементов конструкции лесопогрузчика в зависимости от конструктивных и эксплуатационных факторов (угловая скорость вращения стрелы, масса груза, угол наклона погрузчика в продольно - вертикальной плоскости, динамические характеристики рабочего оборудования, подвески базового трактора, свойства опорной поверхности и груза).
Параметры кинематической схемы рабочего оборудования лесопогрузчика перекидного типа l, у, Ц, у оказывают существенное влияние на величину динамических нагрузок:
-с увеличением параметров l, / в пределах интервала варьирования величина динамических нагрузок снижается. Так при увеличении параметра / на 13% величина динамической составляющей нагрузки на штоки гидроцилиндров уменьшается на 54,3%,а при увеличении /; на 81% величина динамической составляющей нагрузки на штоки гидроцилиндров уменьшается на 48,6%,.
-с увеличением параметров у, у в пределах интервала варьирования величина динамических нагрузок увеличивается. Так при увеличении параметра у на 119%, величина динамической составляющей нагрузки на штоки гидроцилиндров увеличивается на 6,2%, а при увеличении у на 35% величина динамической составляющей нагрузки на штоки гидроцилиндров увеличивается на 8,7%.
2.Оптимизация параметров кинематических схем позволяет снизить пиковые нагрузки на гидроцилиндры привода рабочего оборудования на 16.8.. .24,'4%, или на 43,35...57,43 кН, при этом момент количества движения снижается на 54,2...60,5%.
3. Снижение величины перепада момента количества движения и динамических нагрузок на элементы конструкции лесопогрузчика при изменении центров вращения груза можно достичь регулированием производительности насосов в гидроприводе, что обеспечивает снижение угловой скорости и углового ускорения рабочего оборудования с грузом. Так уменьшение числа оборотов двигателя от 1600 мин*1 до 1300 мин"1 вызывает снижение момента количества движения стрелы при перемещении груза из положения набора в транспортное на 22,2...26%; при этом динамическая составляющая нагрузки на штоки гидроцилиндров снижаются на 33,4... 45,1%; при перемещении груза из транспортного положения в положение укладки на 22,4...23,8%, при этом динамическая составляющая нагрузки на штоки гидроцилиндров снижаются на 4.3.. .43.2%.
4. Величина динамических нагрузок на элементы конструкции в момент соударения лесопогрузчика с опорной поверхностью зависит от вида груза и свойств опорной поверхности:
-демпфирующие свойства опорной поверхности снижают динамические нагрузки, действующие на элементы конструкции лесопогрузчика до 11%.
-при погрузке хлыстов (упругий груз) динамические нагрузки на стрелу лесопогрузчиков возрастают от 23,8% до 35,4%, по сравнению с погрузкой жесткого груза в таких же условиях;
-при погрузке хлыстов (упругий груз) динамические нагрузки на корпус лесопогрузчика возрастают от 8,9% до 15,4%, по сравнению с погрузкой жесткого груза в таких же условиях.
5.Экспериментальные исследования на натурном образце лесопогрузчика перекидного типа показали удовлетворительную сходимость результатов математического моделирования режимов работы. расхождение результатов не превышает 20%, что позволяет сделать вывод об адекватности математических моделей и достоверности полученных результатов.
6.Экономический эффект от использования результатов работы складывается из сокращения времени на проектирование лесопогрузчика с изменяющимся центром вращения технологического оборудования и снижения металлоемкости конструкции и составляет 14371 тыс. рублей в год.
Параметры кинематической схемы рабочего оборудования лесопогрузчика перекидного типа l, у, Ц, у оказывают существенное влияние на величину динамических нагрузок:
-с увеличением параметров l, / в пределах интервала варьирования величина динамических нагрузок снижается. Так при увеличении параметра / на 13% величина динамической составляющей нагрузки на штоки гидроцилиндров уменьшается на 54,3%,а при увеличении /; на 81% величина динамической составляющей нагрузки на штоки гидроцилиндров уменьшается на 48,6%,.
-с увеличением параметров у, у в пределах интервала варьирования величина динамических нагрузок увеличивается. Так при увеличении параметра у на 119%, величина динамической составляющей нагрузки на штоки гидроцилиндров увеличивается на 6,2%, а при увеличении у на 35% величина динамической составляющей нагрузки на штоки гидроцилиндров увеличивается на 8,7%.
2.Оптимизация параметров кинематических схем позволяет снизить пиковые нагрузки на гидроцилиндры привода рабочего оборудования на 16.8.. .24,'4%, или на 43,35...57,43 кН, при этом момент количества движения снижается на 54,2...60,5%.
3. Снижение величины перепада момента количества движения и динамических нагрузок на элементы конструкции лесопогрузчика при изменении центров вращения груза можно достичь регулированием производительности насосов в гидроприводе, что обеспечивает снижение угловой скорости и углового ускорения рабочего оборудования с грузом. Так уменьшение числа оборотов двигателя от 1600 мин*1 до 1300 мин"1 вызывает снижение момента количества движения стрелы при перемещении груза из положения набора в транспортное на 22,2...26%; при этом динамическая составляющая нагрузки на штоки гидроцилиндров снижаются на 33,4... 45,1%; при перемещении груза из транспортного положения в положение укладки на 22,4...23,8%, при этом динамическая составляющая нагрузки на штоки гидроцилиндров снижаются на 4.3.. .43.2%.
4. Величина динамических нагрузок на элементы конструкции в момент соударения лесопогрузчика с опорной поверхностью зависит от вида груза и свойств опорной поверхности:
-демпфирующие свойства опорной поверхности снижают динамические нагрузки, действующие на элементы конструкции лесопогрузчика до 11%.
-при погрузке хлыстов (упругий груз) динамические нагрузки на стрелу лесопогрузчиков возрастают от 23,8% до 35,4%, по сравнению с погрузкой жесткого груза в таких же условиях;
-при погрузке хлыстов (упругий груз) динамические нагрузки на корпус лесопогрузчика возрастают от 8,9% до 15,4%, по сравнению с погрузкой жесткого груза в таких же условиях.
5.Экспериментальные исследования на натурном образце лесопогрузчика перекидного типа показали удовлетворительную сходимость результатов математического моделирования режимов работы. расхождение результатов не превышает 20%, что позволяет сделать вывод об адекватности математических моделей и достоверности полученных результатов.
6.Экономический эффект от использования результатов работы складывается из сокращения времени на проектирование лесопогрузчика с изменяющимся центром вращения технологического оборудования и снижения металлоемкости конструкции и составляет 14371 тыс. рублей в год.