книги из ГПНТБ / Жуков А.В. Колебания лесотранспортных машин

Движение машин, работающих «а лесосеке, происходит в крайне сложных дорожных условиях. Наличие пней, завалов и т. п. предъявляет повышенные требования к конструкции под­ вески. Машина, работающая в лесу, должна быть маневренной, обладать повышенной прочностью, высокопроизводительной и надежной в эксплуатации.

При эксплуатации машин на заготовке леса необходимо ис­ ходить из лесохозяйственных требований по скорейшему возоб­ новлению и выращиванию леса. Технологический процесс, а так­ же конструкция машин, механизмов и оборудования должны проектироваться с учетам максимального сохранения имеюще­ гося под пологом леса подроста как при выборочной, так и при сплошной рубке.

В настоящее время в СССР лесозаготовки ведутся только в лесах, сформировавшихся путем естественного возобновления. Древостой в таких лесах по породам, размерам и расположению деревьев на площади зависят от условий произрастания. Объем

ударные силы. Поэтому в целях безопасности машины, работаю­ щие на лесосеке, должны иметь соответствующее ограждение, а валочно-трелевочные машины с повалом дерева на себя — соот­ ветствующие приемные приспособления достаточной прочности и

леса вывозится автопоездами по обычным грунтовым дорогам. Лесовозные автомобильные дороги строятся часто на огра­ ниченный срок с использованием наиболее дешевых дорожностроительных материалов. Лесозаготовительные предприятия не всегда обеспечивают удовлетворительный уход за дорогами. Неудовлетворительные дорожные условия снижают полезную нагрузку и скорость движения автопоезда, увеличивают расход топлива и степень износа подвижного состава, а также в значи­

тельной маре определяют проходимость транспортных средств. М и к р о р е л ь е ф лесовозных дорог может иметь различ­ ный характер. Высота и длина неровностей, глубина впадин из­ меняются в больших пределах. Характер чередования неровно­

стей также не постоянный.

объективным критерием оценки ровности покрытий является ве­

табл. 3.

Геометрические параметры проходимости автомобилей и ав­ топоездов (дорожные просветы, радиус продольной проходимо­ сти, углы свеса) определяются глубиной колеи, высотой пней, виадин и буправ. Проходимость автомобиля и других машин зависит также от характера оцепления колес с дорогой и удель­ ного давления шин на дорогу. За счет сцепления колес с доро­ гой преодолевается повышенное сопротивление движению на мягких или топких местах, на крутых подъемах по скользкой

дороге. Машины, работающие в условиях горного рельефа, где уклоны пути могут доходить до 80—100%, должны иметь хоро­ шую продольную и особенно поперечную устойчивость при дви­ жении.

общего назначения. Это работы Е. А. Чудакова, Я- И. Бронш­ тейна, Р. В. Ротенберга, Я. М. Певзнера, И. Г. Пархиловекого, Д. В. Гельфгата, А. А. Силаева, Я- X. Закина, Н. Н. Яценко и других. Из зарубежных наиболее известны работы Е. Лера, Е. Маркуарда, Е. Ведемейера, М. Мичке, Д. Паркеа. В них дает­ ся анализ влияния различных пара-метров автомобиля на плав­

исследования Н. А. Гайдара, Б. В. Билыка, Е. И. Лаха, 3. С. Цофина, Н. И. Библюка [9—14] и другие. Разработке динами­ ческих моделей продольно-угловых, вертикальных и поперечноугловых колебаний автомобиля и автопоезда посвящены иссле­ дования М. Мичке, Р. В. Ротенберга, Б. Г. Гастева, И. Г. Пар­

вает связи между колебаниями передней и задней частей авто­ мобиля.

тизаторы заменяются соответствующими упругими и демпфиру­ ющими элементами.

Лесовозный автопоезд, включающий автомобиль и прицепроспусік, имеет дополнительный связующий элемент в виде па­ кета хлыстов, обладающий упругими и демпфирующими свойст­

хлыстов заменен тремя дискретными массами, приведенными к центру тяжести пакета и к точкам подвеса автомобиля .и прице-

бательная схема лесовозного автопоезда может быть упрощена. Одним из таких упрощений является допущение о независимо­

рых — воздействие от микронеровностей пути. Широкое разви­ тие получил метод идеализации дорожного микропрофиля, при котором он представляется в взде единичных или периодических неровностей правильной геометрической .формы. Данный метод, разработанный, обоснованный и примененный в исследованиях Р. В. Ротенберга, Б. Г. Гастева, Д. В. Гельфгата, М. М. Щуки­ на [5, 19, 22", 23] и других, позволяет количественно и качест­ венно производить анализ колебательного процесса. Однако предельные значения исследуемых параметров, полученные этим методом, не отображают полностью истинного характера коле­

вильно оценить колебания ее можно исходя из теории случай­

[5, 11, 26—29] и других указывают на перспективность приме­ нения статистического метода при расчетах параметров лесотранспортных машин.

Применение электронно-счетных машин позволило значи­ тельно .повысить точность расчетов путем усложнения динамиче­ ской модели системы, учета несимметричности колебаний, нели­ нейности подвески и т. д. [4, 30—32].

и других указывают на достаточную точность результатов, полу­ ченных с помощью АВМ.

С помощью аналоговой машины МН-7 В. Я- Хлуд [34] нро-

и статистическая обработка результатов производятся на циф­

ментов автопоездов во взаимосвязи с параметрами их рессорно­ го подвешивания.

Существенное место в комплексе исследований по ле'сотран-

применимы к тракторам общего назначения, в том числе сель­ скохозяйственным. Однако ввиду специфики конструкции и осо­ бенностей условий эксплуатации эти методы исследований не могут быть полностью применимы при изучении трелевочных машин.

Вопросам колебаний трелевочных машин посвящены иссле­ дования С. Г. Костогрыза, Г. М. Анисимова, Ю. Л. Ковалева [26, 29, 36] и некоторые другие. В работе [26], їв частности, рас­ смотрены колебания трелевочного трактора ТДТ-55, а именно: взаимовлияние тяговой динамики, плавности хода трактора и качества системы подреосоривания, а также колебаний момента

на базе колесных тракторов в связи с высокими рабочими ско­

линеаризованных уравнений. В результате доказана приемле­ мость принятой методики.

Как отмечалось ранее, при исследованиях динамики лесотранапортных машин намечается 'тенденция расширения приме­ нения методов статистической динамики. Это можно сказать о работах А. А. Силаева, И. Г. Пархиловского, Б. Г. Гастева, В. Б.

готовках. Автор разработал теоретический метод, позволяющий исследовать напруженность элементов трансмиссии по входным возмущениям любого характера — единичным, периодическим или случайным. В результате исследований рекомендованы ис­

режим нагружеяия деталей силовой передачи трактора на тре­ левке леса более сложный, чем, например, на сельскохозяйствен­ ных работах. В качестве расчетного момента автор предлагает

трактора ТДТ-60 [36]. Автор получил простые выражения для определения суммарных нагрузок и коэффициентов динамично­ сти и кривые зависимости нагрузок от типа пути, скоростного режима работы трактора, размеров и характеристики препятст­ вий, конструкции и параметров подвески. Учтена также верти­ кальная жесткость пороговых препятствий в виде пней и другие факторы.

Определение коэффициентов сопротивления движению, по­ терь скорости хода и других показателей позволило всесторонне оценить конструкцию трактора ТДТ-60 с точки зрения его коле­ баний. Важными являются рекомендации по изменению конст­

и Ю. И. Митер'вва [40], исследовавших устойчивость колесного трелевочного трактора при его движении с полуподвешенным пакетом хлыстов по неровному пути. Установлено, что особенно опасно для трактора резонансное раскачивание груза. Дается

методика определения безопасных значений высоты микронеровностей и окорости движения трактора.

Следует признать, что нет достаточно глубоких (работ по изучению динамической устойчивости машин, имеющих значи­ тельный вылет рабочих органов (челюстных погрузчиков, трак­ торов для бесчокерной трелевки леса, автопоездов, оборудован­

развиваются значительные ударные усилия, нагружающие эле­ менты машин.»

ют колебания, которые во многом определяют их динамическую нагруженность. В работе С. Ф. Орлова и А. А. Дебердеева [41] рассматривается случай падения дерева на упругую опору. Ока­ зывается, наличие рессор у транспортных систем, воспринимаю­ щих удар, дает возможность на 30—40% снизить величину им­ пульса ударных сил. Исследованию у д а р н ы х н а г р у з о к , воспринимаемых валочно-трелевочными и другими машинами, посвящены также работы [2, 42—44]. Однако вопрос об улуч­ шении конструкции машин, воспринимающих удар падающего дерева, требует дальнейшего изучения.

Анализируя исследования, посвященные колебаниям лесо­ транспортных машин, можно сделать следующие выводы.

1. Теория колебаний автопоездов общего назначения не мо­ жет быть полностью приемлема для расчета колебаний лесовоз­ ного автомобильного подвижного состава. Динамическая модель лесовозного автопоезда имеет дополнительное число степеней свободы вследствие наличия упругого'длинномерного груза, ко­ торый связывает единицы подвижного состава.

2. Отсутствует единый метод расчета, который учитывал бы взаимосвязь вертикальной, продольной и тяговой динамики ма­ шин. Слабо изучены вопросы влияния на колебания автопоездов движущих сил и внешних сопротивлений, а также влияния колебаний на (прочность и долговечность ходовой части машин, трансмиссии и режимы работы двигателя.

3.В литературе отсутствуют конкретные данные по влиянию горизонтальных составляющих реакций, возникающих в резуль­ тате наезда колеса на неровности пути, на колебания транспорт­ ных систем.

4.Плавность хода лесных транспортных машин ниже, чем машин общего назначения аналогичной конструкции, например автомобиля-тжгач а.

5. Требуют дополнительного исследования вопросы влияния отдельных параметров (гибкость перевозимых деревьев, распо­ ложение коника по длине автомобиля, параметры подвески ав­ томобиля и роспуска) на плавность хода тягача в системе лесо­ возного автопоезда, а также вопросы взаимодействия звеньев автопоезда, влияния запаздывания воздействия .от пути на дина­ мику систем подрессорив а/ния звеньев.

6. При расчетах нагруженное™ рам лесовозных автомоби­ лей и тракторов следует учитывать особенности их эксплуатации и конструкции (в частности, влияние перевозимого на шасси автомобиля прицепа-роспуска, шарнирность рам тракторов

ипр.).

7.Недостаточно изучены вопросы устойчивости лесотранспортных и лесозаготовительных машин, особенно машин, имею­ щих значительный вылет рабочих органов (челюстные погруз­ чики, тракторы для бесчокерной трелевки и другие).

8.Требует дальнейшего серьезного изучения проблема ко­ лебаний агрегатных машин, применяемых на лесозаготовках, в частности машин, воспринимающих удар дерева, и машин, со­ провождающих деревья при повале.

4

Виды колебаний машин. Выбор расчетных схем

Операции по заготовке леса включают перемещение отдель­ ных хлыстов, пакетов хлыстов или деревьев. Характер этого пе­ ремещения при валке, погрузке или транспортировке различен. Однако во всех случаях ввиду гибкости хлыстов, наличия внеш­ них возмущающих сил эти операции сопровождаются колеба­ ниями масс динамических систем.

Значительное влияние на характер /колебаний упруго соеди­ ненных масс оказывают особенности операций, производимых с деревьями, в процессе которых они через рабочие органы взаи­ модействуют с заготовительной, погрузочной или транспортной машиной, с их механизмами я узлами. Например, при повале дерева на машину характер перемещения его при падении будет зависеть не только от его колебательных параметров и внешни?

шине. При трелевке леса это, например, перемещение стволов в полупогруженном и полуподвешенном состоянии, при валке — повал на одну или две опоры, при транспортировке — переме­ щение хлыстов на тягаче и прицепе или только на машине, при-

чем как поперек, так и вдоль продольной оси машины. Приме­ няются также более сложные виды перемещений стволов. На­ пример, применяемое при бесчокерной трелевке перемещение деревьев, подвешенных за один конец, с одновременной их по­ груз/кой «а трактор и т. д.

На рис. 13 показаны наиболее употребимые в практике лесозаготовок схемы перемещения хлыстов при различном раз­ мещении их на машине и расчетные схемы колебаний лесотранс­ портных машин.

При разработке расчетных схем приняты следующие основ­ ные допущения: 1) массы системы соединены упругими элемен­ тами (рессоры, шины, деревья и т. д.), имеющими линейные характеристики; 2) неподрессоренные массы лесотранспортных систем (оси, колеса) не учтены; 3) распределенная масса паке­ та хлыстов заменяется тремя дискретными массами. Эти допу­ щения приемлемы для большинства типов лесотранспортных ма­

роспуска, независимо от числа осей заменена условной подвес­

можем считать не связанными с вертикальными и продольноугловыми [3, 19].

перемещений прицепа-роспуска значительно повышает точность расчетов. Тогда рассматриваемая система в поперечной верти­ кальной плоскости имеет две степени свободы: поперечное от­

исследовании колебаний большинства типов существующих лесовозных автомобильных поездов и транспортных систем дру­ гих типов.

дольной плоскости описываются двумя дифференциальными уравнениями (а не тремя, как для варианта I ) , поскольку пере­ мещение 2 3 равно нулю. В поперечной плоскости колебания опи­ сываются одним уравнением, содержащим обобщенную коорди­ нату -[.

заключается в том, что подвешенный за один конец пакет хлыс­ тов имеет дополнительную степень свободы (координата р ), совершая колебания относительно точки подвеса О и одновре­ менно вдоль оси крена системы (подобие двойного маятника). Сравнение поперечной устойчивости обоих вариантов машин указывает на существенное различие реакций системы на одина­ ковое воздействие от пути.

При поперечных кренах системы (вариант III) заметного закручивания подвешенного пакета за счет свободного раскачи­

рами. Характер колебаний хлыстов в этом случае значительно отличается от характера колебаний при расположении их вдоль продольной оси машины при значительном свисании переднего и заднего концов пакета в сравнении с расстоянием между опорами.

Данные системы следует отличать от систем с размещением деревьев на опорах, значительно отдаленных друг от друга, как, например, на лесовозном автопоезде (вариант I ) .

При рассмотрении колебаний системы в продольной верти­ кальной плоскости подвеску без особого ущерба для точности