Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

LOADING POWERPLANT FELLING AND SKIDDING MACHINE WHEN TRANSFERRING TREE ROTATION-ROTH THE MANIPULATOR IN THE HORIZONTAL PLANE

Shol N.R. 1 Aleksandrov V.A. 1 Shakirzyanov D.I. 1 Budevich E.A. 1
1 Ukhta State Technical University
Analysis of felling and skidding machine in the process of transferring of a tree rotation manipulator revealed significant dynamic loading leading to the maximum allowable for diesel engines to reduce the frequency of rotation of the crankshaft. The developed mathematical model allows to determine the load of the power plant Feller-skidders in the modes of transferring of a tree in a horizontal plane by rotation of the manipulator at the stage of developing design documentation. On initial data with respect to VTM LP-17A and initial conditions for deceleration when turning the rocker on the developed mathematical models are capable of basic indicators of work of the power plant. According to the calculation in order to limit load-sions of the power plant transferring the tree by rotating the manipulator is recommended instituted at low speeds, turns 0,2...0,4 m/s.
feller buncher
a tree
a manipulator
braking
mathematical model

Процесс перенесения валочно-трелевочной машиной дерева поворотом манипулятора в горизонтальной плоскости сопровождается значительным динамическим нагружением. Расчётная схема для исследования данного режима приведена на рис. 1. Она представляет собой крутильную динамическую систему (двигатель машины с помощью гидросистемы приводит в движение исполнительный орган – манипулятор).

pic_61.tif

Рис. 1. Расчётная схема: а – исходная; б – эквивалентная

Принятые обозначения:

J1 – момент инерции кривошипно-шатунного механизма, маховика, сцепления и шестерён гидронасоса;

J2 – момент инерции манипулятора, захватного устройства, приведённый к коленчатому валу;

J3 – момент инерции предмета труда – дерева, приведённый к коленчатому валу;

φ1, φ2, φ3 – угловые перемещения масс соответственно с моментом инерции J1, J2, J3;

Сr – приведённая жесткость гидропередачи привода колонны манипулятора;

С12 – приведённая к коленчатому валу крутильная жесткость коленчатого вала, металлоконструкции манипулятора и гидропередачи;

С23 – приведённая крутильная жесткость дерева;

shol01.wmf shol02.wmf – соответственно изгибные жесткости комлевой и вершинной части дерева;

MД – крутильный момент, отбираемый от двигателя для привода гидронасоса;

MС – приведённый момент сопротивления поворота дерева;

fп – площадь поршня (поршней) привода колонны;

r – плечо усилия на штоках гидроцилиндров гидропривода колонны.

Допущения:

1) физико-механические свойства упругих связей постоянны;

2) движения масс системы описываются линейными дифференциальными уравнениями.

Кинетическая энергия системы:

shol03.wmf

где shol04.wmf shol05.wmf shol06.wmf

Потенциальная энергия системы:

shol07.wmf

Тогда система дифференциальных уравнений примет вид

shol08.wmf

shol09.wmf (1)

shol10.wmf

Домножим уравнение (1) системы (1) на J2, а уравнение (2) на J1, уравнение (2) на J3, а уравнение на J3 и вычитаем из первого второе, то есть

shol11.wmf (2)

К полученному уравнению применяем уравнения (1), (3) системы (1):

shol12.wmf

shol13.wmf (3)

shol14.wmf

Домножим уравнение (2) системы (1) на J3, а уравнение (3) на J2, и вычитаем из второго третье:

shol15.wmf

shol16.wmf (4)

shol17.wmf shol18.wmf shol19.wmf

Из уравнения (3) выведем (φ2 – φ3) и shol20.wmf:

shol21.wmf

Значения для (φ2 – φ3) и shol22.wmf подставим в уравнение (4) и, преобразуя окончательно, получим

shol23.wmf

shol24.wmf

shol25.wmf

shol26.wmf (5)

где

shol27.wmf

shol28.wmf

Введя новую переменную shol29.wmf, получим однородное уравнение

shol30.wmf (6)

Его характеристическое уравнение имеет вид

shol31.wmf (7)

Решение однородного уравнения (5) будет

shol32.wmf

где

shol33.wmf (8)

Пример.

Исходные данные примем применительно к ВТМ ЛП-17А [2, 5]:

J1 = 4,05 кг?м2; v = 1 м/с;

shol34.wmf

shol35.wmf

shol36.wmf

shol37.wmf

shol38.wmf

shol39.wmf

Примем объем пакетируемого дерева V = 2,0 м3: СД = 19651 Н; h = 12 м.

Тогда

shol40.wmf

shol41.wmf

shol42.wmf

shol43.wmf

1. Определяем коэффициенты дифференциального уравнения (6):

A = 694,061 c–2; B = 2811,27 c–4.

2. Находим частоты колебаний масс:

shol44.wmf

k1 = 26,27 c–1; k2 = 2,02 c–1.

3. Начальными условиями для режима разгона будут:

shol45.wmf shol46.wmf shol47.wmf shol48.wmf

Примем

shol49.wmf tp = 0,6 c.

4. Используя начальные условия, определяем постоянное интегрирование

С1…С2; С1 = С2 = 0; shol50.wmf shol51.wmf

5. Колебательная нагрузка в упругой связи С12 определяется как

shol52.wmf

или

shol53.wmf

6. При постоянных условиях получим максимальные условия shol54.wmf (рис. 2):

shol55.wmf

shol56.wmf

shol57.wmf

7. Снижение частоты вращения коленчатого вала произойдёт на величину:

shol58.wmf

где NH – мощность отбирается от силовой установки на привод гидронасоса:

shol59.wmf

Суммарный момент, испытываемый силовой установкой вследствие динамического нагружения, будет

shol60.wmf

где

shol61.wmf

shol62.wmf

pic_62.tif

Рис. 2. Графики динамического воздействия на силовую установку ВТМ

Суммарный момент испытываемой силовой установки с учетом динамического нагружения будет

shol63.wmf

В таблице приведены результаты вычислений по снижению частоты вращения коленчатого вала при начальных условиях.

Характеристики динамического воздействия на силовую установку ВТМ в режиме перенесения дерева поворотом манипулятора в горизонтальной плоскости

Характеристики

shol64.wmf рад/с

104,66

125,6

157,0

shol65.wmf Н?м

10,176

12,211

15,263

n′, об/мин

210,43

245,44

294,64

1,163

1,195

1,244

Анализ результатов показывает, что нагруженность силовой установки ВТМ в процессе перенесения дерева поворотом манипулятора сопровождается значительным динамическим нагружением, приводит к предельно допускаемому для дизелей снижению частоты вращения коленчатого вала.

Выводы

1. В целях ограничения нагруженности силовой установки ВТМ перенесение дерева поворотом манипулятора необходимо осуществлять на малых скоростях, не превышающих 0,2…0,4 м/с shol66.wmf.

2. Предложенная математическая модель позволяет определить нагруженность силовых установок валочно-трелёвочных машин в режимах перенесения дерева в горизонтальной плоскости поворотом манипулятора на стадии разработки конструкторской документации.