автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование параметров механизмов подъема и изменения вылета телескопической стрелы поворотного лесопогрузчика

На правах рукописи

Колесников Павел Геннадьевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЗМОВ ПОДЪЕМА И ИЗМЕНЕНИЯ ВЫЛЕТА ТЕЛЕСКОПИЧЕСКОЙ СТРЕЛЫ ПОВОРОТНОГО ЛЕСОПОГРУЗЧИКА

05.21.01- Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск 2005

Работа выполнена на кафедре «Проектирование лесного оборудования» Сибирского государственного технологического университета

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Полетайкин Владимир Федорович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, доцент Холопов Владимир Николаевич

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Гуслицер Игорь Исаакович

Ведущая организация - ОАО «Завод Краслесмаш»

Защита диссертации состоится «17» июня 2005 г. в /О на заседании диссертационного Совета Д.212.253.04 при Сибирском государственном технологическом университете по адресу 660049. Красноярск, проспект Мира 82.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского государственного технологического университета

Автореферат разослан

2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Мелешко А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы, Переместительные операции в лесной промышленности остаются наиболее энергоемкими и трудоемкими. От надежности лесопогрузчиков зависит ритмичность выполнения лесосечных и лесотранспортных работ.

В настоящее время в лесной промышленности России на похрузке древесного сырья в виде хлыстов и деревьев с кроной применяются лесопогрузчики перекидного типа. Однако при переходе на сортиментную заготовку, а так же при снижении объемов лесозаготовок эффективность таких машин существенно снижается из-за их ограниченных технологических возможностей. В этих условиях требуются более универсальные подъемно-транспортные машины с высокими показателями надежности и эргономики, обладающие более широкими технологическими возможностями.

Одним из направлений совершенствования лесных подъемно-транспортных машин является создание и освоение серийного производства поворотных лесопогрузчиков с переменным вылетом груза, оснащенных телескопическими стрелами. Это обусловлено рядом их достоинств, таких как улучшение условий труда оператора, повышение кинематической точности технологического оборудования, универсальностью и более широкими технологическими возможностями.

Одними из основных механизмов технологического оборудования поворотного лесопогрузчика с телескопической стрелой являются механизмы подъема и выдвижения секций телескопической стрелы От обоснованности выбора параметров этих механизмов на стадии проектирования в значительной степени зависит надежность и эффективность работы машины, ее металлоемкость и энергоемкость.

До настоящего времени нет научно-обоснованных методов выбора параметров указанных механизмов Использование опыта смежных отраслей промышленности не представляется возможным в силу специфики условий и режимов работы лесопогрузчиков. Следовательно, тема диссертации, направленная на разработку и обоснование параметров механизмов подъема и изменения вылеты телескопической стрелы поворотного лесопогрузчика является актуальной.

Целью работы является обоснование параметров механизмов подъема и изменения вылета телескопической стрелы поворотного лесопогрузчика

Задачи исследования Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ работ по исследованиям динамики поворотных лесопогрузчиков с телескопической стрелой.

2 Разработать математические модели движения системы «Рабочее оборудование - груз»

3. Выполнить математическое моделирование работы поворотного лесопогрузчика в режиме одновременного подъема и изменения вылета стрелы.

4 Разработать методику оптимизации кинематических параметров механизма подъема стрелы и рекомендации по выбору параметров механизма изменения вылета стрелы

5 Выполнить экспериментальные исследования на физической модели поворотного лесопогрузчика

6 Разработать регрессионные модели зависимости усилий на штоках гидронилиндров подъема стрелы от кинематических параметров

Научная новизна

Основные положения, выводы и практические рекомендации, содержащиеся в диссертационной работе базируются на данных математического моделирования, экспериментальных исследований, выполненных методом физического моделирования и планирования активных полнофакторных экспериментов

Разработаны математические модели динамической системы «Рабочее оборудование - груз», позволяющие на стадии проектирования определять уровень нагрузок в элементах конструкции механизмов подъема и перемещения секций телескопической стрелы лесопогрузчика с переменным вылетом груза с учетом влияния конструктивных и эксплуатационных факторов (скорость движения стрелы, вылет груза, угол поворота в вертикальной плоскости, вес груза)

Разработана методика оптимизации параметров кинематики механизма подъема стрелы по критерию mm max усилия на штоке гидроцилиндров привода на основе метода покоординатного спуска

Установлено влияние на уровень динамических нагрузок в элементах конструкции телескопической стрелы кориолисовых сил инерции при совместной работе механизмов подъема и перемещения секций стрелы

Установлены зависимости нагрузок на элементы конструкции механизма изменения вылета телескопической стрелы от конструктивных и эксплуатационных факторов (грузовой момент, угол поворота стрелы в вертикальной плоскости, расстояние между опорами секций, скорость перемещения секций, угловая скорость стрелы)

Разработана информационно-измерительная система для выполнения экспериментальных исследований режимов работы лесопогрузчика с переменным вылетом груза

Выполнен вычислительный эксперимент и разработаны регрессионные математические модели, устанавливающие зависимость усилий на штоках гидроцилиндров подъема стрелы от кинематических и эксплуатационных параметров с учетом парных взаимодействий факторов Практическая значимость работы

Результаты работы являются вкладом в разработку методов проектирования поворотных лесопогрузчиков, оснащенных

телескопическими устройствами, направлены на повышение их технического уровня и сокращение трудоемкости проектных работ

Определена степень влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на величину динамических нагрузок в элементах конструкции технологического оборудования (угловой и линейной скорости движения стрелы, размеров кинематических звеньев, грузовою момента, расстояний между опорами секций телескопической стрелы, вылета груза)

Разработана методика оптимизации параметров кинематики механизма подъема стрелы на основе метода покоординатного спуска Применение данной методики позволяет снизить уровень нагруженности и металлоемкость элементов конструкции данных механизмов

Получены данные о величине и характере действующих нагрузок в элементах конструкции механизма изменения вылета стрелы и разработаны рекомендации по выбору его параметров

Разработанные в результате вычислительного эксперимента регрессионные модели позволяют упростить математический аппарат моделирования рабочих режимов лесопогрузчика и расчеты динамических нагрузок на элементы конструкции лесопогрузчика

Разработанная информационно-измерительная система обеспечивает автоматизацию регистрации и обработки результатов экспериментальных исследований режимов работы лесопогрузчика на физической модели

Реализация работы

Результаты работы приняты ОАО «Завод Краслесмага» для использования при проектировании лесных машин

Результаты работы внедрены в учебный процесс Сибирского государственного технологического университета на кафедре «Проектирование лесного оборудования»

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на всероссийской научно-практической конференции «Химико -лесной комплекс - проблемы и решения» (Красноярск, 2002, 2003 2004). на научно-практической конференции СибГТУ для студентов и молодых ученых (Красноярск, 2002)

Публикации

По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ

Основные положения, выносимые на защиту

1 Математические модели динамической системы «Рабочее оборудование - груз» поворотного лесопогрузчика

2 Результаты анализа кинетической энергии системы при одновременной работе механизмов подъема и изменения вылета телескопической стрелы поворотного лесопогрузчика

3 Результаты математического моделирования и анализа влияния конструктивных и эксплуатационных факторов, а так же кориолисовых сил инерции на динамику элементов конструкции механизмов подъема и изменения вылета телескопической стрелы поворотного лесопогрузчика

4. Методика оптимизации параметров механизма подъема и рекомендации по выбору параметров механизма изменения вылета телескопической стрелы поворотного лесопогрузчика.

Результаты вычислительного эксперимента и регрессионные модели.

5. Результаты экспериментальных исследований режимов совместной работы механизмов подъема и изменения вылета стрелы на физической модели поворотного лесопогрузчика.

Личное участие.

Все основные научные результаты получены лично автором. Результаты совместных исследований снабжены ссылками на соответствующие источники.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка из 111 наименований и 3 приложений. Диссертация изложена на 160 страницах и содержит 34 рисунка и 19 таблиц.

Работа выполнялась в 2002 - 2005 годах в Сибирском государственном технологическом университете на кафедре «Проектирование лесного оборудования».

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследований.

Во введении дается обоснование актуальности темы, сформулированы цель и задачи исследований.

В первой главе изложен обзор конструкций лесопогрузчиков, исследований динамики лесных машин, оснащенных телескопическими устройствами.

Преобладающей технологией лесозаготовок в России остается технология заготовки хлыстов и деревьев с кроной.

Однако все большее распространение получает технология заготовки древесного сырья в виде сортиментов. По этой технологии заготавливается не менее 20% древесины и эти объемы в будущем будут возрастать. Следует отметить, что применяемые в настоящее время лесопогрузчики перекидного типа при переходе на сортиментную заготовку становятся не эффективными. Поэтому вопрос создания и освоения новых типов лесопогрузчиков является актуальным.

В главе приведен краткий аналитический обзор работ, посвященный исследованиям в области динамики лесосечных и лесотранспортных машин следующих авторов: Полетайкина В.Ф., Александрова В.А., Дорохова СП., Энштейна Ю.П., Башковой Н.В., Бушакова С.А., Давыдова СВ., Каршева Г.В., Витулина Я.С., Виноградова Б.Г., Орлова А Н., Якимовича СБ., Герасимова Ю.Ю., Ульянова В.М., Белоликова СВ., Гривезирского Ю.В., Соломатиной Л.А., Шелмича PP., Емтыля З.К., Мосеева И.Г., Шимковича Д.Г., Жукова А.В., Котикова В.М., Сюнева B.C. и других.

Рассмотрено влияние конструктивных и эксплуатационных факторов (скорость движения машины, высота преодолеваемых препятствий при выполнении технологических операций и так далее) на динамику элементов конструкции лесных машин.

На основании анализа применяемых в настоящее время методов расчета и проектирования лесных подъемно-транспортных машин, а так же краткого обзора работ, посвященных данному вопросу можно сделать следующие выводы:

1. Условия работы и предмет труда лесопогрузчиков специфичны, при их разработке не могут быть применены результаты исследований грузоподъемных машин смежных отраслей промышленности.

2. Несмотря на наличие ряда работ по исследованиям машин с телескопическими устройствами отсутствуют работы по обоснованию параметров механизмов изменения вылета к подъема стрелы поворотных лесопогрузчиков с телескопическими стрелами.

Исходя из актуальности создания лесопогрузчиков с переменным вылетом груза, целью работы является обоснование параметров механизмов подъема и изменения вылета телескопической стрелы поворотного лесопогрузчика.

В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи исследований:

1 Разработать математические модели системы «Рабочее

оборудование - груз».

2. Выполнить математическое моделирование работы поворотного лесопогрузчика в режиме одновременного подъема и изменения вылета стрелы, оптимизацию параметров механизма подъема стрелы, разработать рекомендации по обоснованию параметров механизма изменения вылета.

3. Выполнить экспериментальные исследования на физической модели поворотного лесопогрузчика

4. Выполнить вычислительный эксперимент и разработать регрессионные модели зависимости усилий на штоках гидроцилиндров подъема стрелы от кинематических параметров.

2._Разработка математических моделей системы «Рабочее

оборудование - груз».

Режимы работы технологическою оборудования поворотного лесопогрузчика с телескопической стрелой характеризуются значительными динамическими нагрузками.

В процессе погрузки древесины с целью сокращения технологического цикла используют одновременное выдвижение секций и поворот технологического оборудования в продольно вертикальной плоскости. Этот режим является наиболее характерным для работы лесопогрузчика рассматриваемого типа, поэтому при обосновании параметров механизмов изменения вылета и подъема стрелы он принимается за основной.

При разработке математических моделей в качестве исходных данных приняты технические характеристики лесопогрузчика ЛТ 210 с грузовым моментом 210 кНч, разработанною на кафедре Проектирование лесного оборудования Сибирского государственного технологического университета На рисунке 1 представлена расчетная схема технологического оборудования рассматриваемого лесопогрузчика

Рисунок 1 Расчетная схема динамической системы «Рабочее оборудование - груз» На рисунке 1

1 - опорно - поворотное устройство, 2 - наружная секция, 3 средняя секция, 4 - внутренняя секция 5 гидроцилиндр поворота стрелы, 6,7 гидроцилиндры механизма выдвижения секции, 8 - механизм поворота колонны

На расчетной схеме приняты следующие обозначения О), Ш], С2, ш? силы тяжести и массы наружной, средней и внутренней секций стрелы, вр, Шр, 03, тз, йц,, тгр - силы тяжести и массы ротатора, захвата и груза, приведенные в точку С - точку подвеса ротатора к стреле, сила тяжести и масса механизма изменения вычета приведенные к центру массы средней секции, Оц1, тцьСтц2, тщ - силы тяжести и массы гидроцилиндров привода механизма изменения вылета, - усилия на

штоках гидроцилиндров привода механизма изменения вылета, Р усилие на

штоке гидроцилиндра подъема стрелы; Ь - размер стрелы при втянутых секциях; Б - ход телескопического устройства стрелы; ср - угол поворота стрелы в плоскости ХК2; ф - угловая скорость вращения стрелы (скорость

переносного движения); § скорость поступательного (относительного) движения секций.

Разработка математических моделей осуществлялась с использованием уравнений Ла1ранжа второго рода, в соответствии с числом С1епеней свободы системы (к = 2).

'ЗТ^

дф

д(р г

П)

Здесь Т - кинетическая энергия системы.

Процесс движения стрелы был разбит на два этапа вследствие того, что при окончании работы первого гидроцилиндра выдвижения секций и начале работы второго изменялось количество движущихся масс. Кинетическая энергия на первом этапе движения: 2

Т1 +тц2^2 + (т2 + гпдУ^ + т3^5 + тд/, + (т3 + тр +тгрУ2]+

+ [гац2 (? 2Б + 0,25Б2)+ (т2 + ш0)(/48 + 0,2552)+ т3 (/58 + 0,2552)+ (2) + тц1(о,5^8 + 0,0625в2)+(т3 +тр ип1р)(ь5 + 0,25й2)]} +

+ у(т2 +т3 +0,5тц1 + тц2 +ш0 +тр +т3 +тгр)

Кинетическая энергия на втором этапе движения:

Т2 = ^-[т^з +(т2 +т0>24 + тц2£2 +т3£25 +(т3 +тр + т1Д2]+

+ ^-(тц1(о, 5^ + 0,0625Б2)+(т2 + т0)(?4Б +0,2552)+

+ т1(2 ^ 2Б + 0,56255Б2)+ ш3(2^53 + (т3 +тр+тгр^2'13 + $7)\ +

+ у(т3+0,5тц2+тр+т3+т гр)

Так как переносное движение в рассматриваемом режиме является вращательным (вращение стрелы относительно оси К), при поступательном относительном движении масс элементов конструкции стрелы возникает кориолисово ускорение и кориолисова сила инерции ("\Уси Рс) и моменты этих сил.

Момент кориолисовых сил инерции на первом этапе: Ма =2ф S-[0,5m4l(/1+0.25S)+(m0+m2X^4+0,5S)+mIl2(f2+0)5S) +

+ m3(/5+0,5S)+(mp fm3+mip)(L + 0J5S)] (4)

Момент от кориолисовых сил инерции на втором этапе: МС2 =2ф S-[0,5m42(^+0,75S)+m3(^+S)+(m1,+m3+mq,XL + S)j (5)

Для определения обобщенных сил был использован принцип возможных перемещений системы в направлении возрастания обобщенных координат S и ср, ДБ и Дер.

Дифференцируя выражения кинетической энергии в соответствии с уравнениями Лагранжа, получим систему дифференциальных уравнений второго порядка.

В качестве критерия эффективности системы на первом и втором этапах движения масс принято усилие на штоках гидроцилиндров механизма подъема стрелы и механизма выдвижения секций (Р1, Р2 и Рщ, Рщ, соответственно). Это обусловлено тем, что данный критерий достаточно полно отображает состояние системы (уровень динамических нагрузок), имеет четкий физический смысл, что соответствует требованиям к выбору критериев эффективности.

Разрешая полученные дифференциальные уравнения относительно усилия на штоках гидроцилиндров соответствующего механизма, получим математические модели движения системы.

Магематическая модель на первом этапе движения системы «Рабочее оборудование - груз» (0 < AS < 0,5S) получена в следующем виде:

р, = (cp.[m,¿3 +0,5£jS + 0,0625S2)+(m2 +т.0^24 + ¿4S + 0,25S2)+

+ тц2 [i \ + \,5Í 2S + 0,5625S2)+ m3 (i \ + 2£5S + S2 )+ (m3 + mp + m^x

x(L2 +2LS + S2)]+{[GI(1(/1+0,25S)+G1/3 +G0(£4 + 0,5S) + + G2(¿4 + 0,5S)+ G42 (£2 + 0,5S)+ G3(¿3 + 0,5S)+ (Gp + G3 + Gip)x (6)

x (L + 0,5S)]cos ф + (G4j +G0 +G42)^7 siii9 + (G1 +G2 + G3y6sm<p} + + 2ф S ■ [0,5т ц1 {i, + 0,25S) + ( EQq + ш2 + тц2

+ m з (£ 5 + 0,5S) + (mp + m з + ш ^ )(L + 0,5S)]) /1 sin p

pm =S-(m2+m3+0,5m4l+m0+m42+mp+m3+mrp)-^-[mu2^2+0,5s)+

+ (m2 +m0)(£4 +0,5s)+m3(^5 +0,5s)+mm(0,5/j +0,125s)+ + (m3+mp+mrp)(L + 0,5S)] + [(0,5Gul + G0 + G 2 + Gij2 + G 3 + + Gp+G3+Gn))sin9 + RE/k+RD/kl

Математическая модель на втором этапе движения системы (0,58<Л8<8) получена в следующем виде:

Р2 =(ф-[ш х1\ +тц1^ + 0,5^2 Б + 0,062582)+ (т2 + + /'48 + 0,2582)+

+ 1,5/28 + 0,562582)+т3(^ + 2£5Б + 82)+ (т3 + тр + )>

+ {ГСЖ +0,255)+0^3 + С0(£4 + 0,58) + + 02{£А + 0,5Б)+ Од2(£ 2 + 0,755)+ эС3(£5 + Б)+ (вр + 03 + в^х х(Ь + Б)]собф}-(Оц1 + О0 + Сц2К7 зтф-(01 + С3)£6 этф ( + 2ф Б• [0,5тц2(а2 + 0,758)+ т3(>5 +Б)+(тр +га3 + т1р)(Ь + 8)])/1ятр

Рц2 - §-(т3 +0,5тп2 +тр +т3 + тгр)--^[тц1(о,5^ +0,1258)+ (т2 +т0)х

х(е4 +0,58)+тд2(1,5£2 +1,1258)+2т3((?5 + э)+ + 2(т3 +тр +тгрХь ^5)] + [(0>5Сц2 + С3 +Ср +С3 + С1р)зтФ + + Кв/к+ЯА/к]

Необходимые условия функционирования системы:

РтК12=^8 + ау2Р2+КР2^-, (8)

7Г(12 Р ЛР

№=^Ф+а*Р1 + Ки"л» (9)

5 = Ш- Лц - Ш-(КнТ1ц + КцТ1н )Р - ^ • 1Р, (10)

60/п 1н 1к 60/п ^ н Ц '«•' /п А

£ -Я+К2 -2Ксо8 + ^

ф=—у-—-7-ч-, (И)

£ зт^ф + ф!)

у,л2 ксоб2(ф + ф])-(1-к2) сое (ф + Фх)+ к

ят

Чф + фО

(12)

В формулах (8. .12):

с15, ё2~ диаметры поршней гидроцилиндров соответственно механизма подъема и изменения вылета стрелы, С?ш, Г)Н2 -производительность привода механизма подъема и изменения вылета стрелы; Рх, Р2 давление рабочей жидкости в гидроприводе механизма подъема и изменения вылета стрелы; К(], К(2 - коэффициенты, учитывающие изменение подачи рабочей жидкости; КР1, КР2- коэффициенты податливости (жесткости) рабочей жидкосги и элементов гидросистем; а^, ау2- коэффициенты утечек рабочей жидкости в гидросистемах, скорость

штока гидроцилиндра, ср - угловая скорость движения стрелы, ср - угловое

/

ускорение стрелы, К = —, Уг=ср/, gн объемная постоянная насоса п -О

число оборотов вала насоса в минуту, т|н - общий КПД насоса, Т1ц общий КПД гидроцилиндров, Кн, Кц, Ку - коэффициенты пропорциональности, /п- площадь поршней гидроцилиндров, И, С - кинематические размеры механизма подъема стрелы

3 Математическое моделирование работы механизмов подъема и изменения вылета стрелы

В главе 3 выполнено моделирование режима одновременной работы механизмов подъема и изменения вылета стрелы в результате которого установлено влияние на динамику элементов конструкции механизмов кориолисовых сил инерции и основных эксплуатационных и конструктивных факторов (Чала поворота вылета, угловой и линейной скоростей движения стрелы, грузового момента параметров конструкции стрелы) Установлен характер изменения кинетической энергии системы

Анализ полученных результатов показал, что момент кориолисовой силы инерции достигает максимального значения в конце второго этапа движения стрелы При этом его величина не превышает 1 7% от грузового момента лесопогрузчика

Величина кинетической энергии является показателем динамической нагруженности системы В процессе движения стрелы при одновременной работе механизмов подъема и изменения вылета телескопический стрелы, количество движущихся масс меняется следовательно, меняется и величина кинетической энергии системы Кроме этого изменяется величина угловой скорости стрелы что так же оказывает влияние на величину кинетической энергии

2 5 104 ,-1-1-1-р----1-1-1

1этал движения 2этап движения '

Т Дж '

Ф

Рисунок 2 - Зависимость кинетической энергии системы на первом (11) и втором (12) этапах движения от угла поворота стрелы

Из рисунка 2 следует, что кинетическая энергия системы достигает максимального значения в конце второго этапа движения

Результаты моделирования режимов работы лесопогрузчика при варьировании конструктивных и эксплуатационных факторов представлены на рисунках (3 6)

2 6 106 Р1 н

1 4 ю6 ¿2 Ш8 -1 10б 1 8 10б I 6 ю6 1 4 10® 1 2 Н>' 1 10б 8 105 б 105

4 10 30 20 10 о К) зо ТО ТТ. 50 60 "

а

в

Рисунок 3 - Зависимость усилия на штоках гидроцилиндров подъема (а) и изменения вылета (в) стрелы от параметров кинематики £,(р (0,6м < I < 0,75м, 30° < ср < 60%Р =• 111° = const)

Анализ кривых, представленных на рисунке 3 показывает, что уменьшение величины параметра ( на 0,05м (8%) приводит к увеличению нагрузок Р] и Рг на 12,5% и снижению нагрузок Рщ на 1,25%,

Рцз на 7,4%

Увеличение параметра t на 0,15м (23%) приводит к снижению устий Р и Р2

<Р°

а

в

Рисунок 4 - Зависимость усилия на штоках гидроцилиндров подъема (а) и изменения вылета (в) от парамегра кинематики р

(9Г <(3<12Г,-30° <ф<60\-£=0,65м = const)

Анализ кривых (рисунок 4а) показывает, что на участке движения - 30° < ф < —10" увеличение параметра ft на 10° (10%), относительно прошшпа, приводит к увеличению усилия Р] на 9% Уменьшение параметра р на 20° (18%) позволяет снизить уситае Р] на 6,4% На втором этапе

движения увеличение параметра р на 10° (] 0%), позволяет снизить усилие Р2 на 4,5% Уменьшение параметра /? на 20° (18%) повышает усилие Р] на 13,2%

Из анализа результатов, показанных на рисунке 4в следует, что изменение параметра р в пределах +10° -20° существенного влияния на величину усилия не оказывает

45 10® |--1-1-1--1-г -I--1-1--г-1

Р1 Н , I Р2 Н

1 аггап движения 2этап движения

ш' | -| е ~ /

1 о |---—1-----1 Рц2 Н

Рц н 1этап движения I 2этап дгмжения Л®'

» ° | I

2 Л4

Рисунок 5 - Зависимость усилия на штоках гидроцилиндров подъема (а) и изменения вылета (в) при варьировании линейной и угловой скоростей движения стрелы ((3 - 11Г - сош^-ЗО" < ср < 60° I 0,65м = сог^,

0,032<• Я<0,134 м/с, 0,049<ср<0,206 м/с2)

Данные, представленные на рисунке 5, свидетельствуют о том, что угловая и линейная скорость движения оказывает значительное влияние на

величину нагрузок на штоках гидроцилиндров привода Так, увеличение линейной и угловой скоростей движения стрелы в 2 раза, повышает нагрузки Р1 на 42%, Р2 на 50%, Рцт и Рщ на 20% Снижение линейной и угловой скоростей движения стрелы в 2 раза позволяет снизить нагрузки Р1 на 34%, Р? на 40%, РЦ1 и Рщ на 6%

На основе математических моделей (6), (7) была разработана методика оптимизации кинематических параметров И и (5 механизма подъема стрелы по критерию шш тах усилия на штоке гидроцилиндров привода В основу методики был принят метод покоординатного спуска факторов Пределы варьирования переменных были приняты в соответствии с характеристиками лесопогрузчика ЛТ-210 и составили 0,60 <1 < 0,75м, -30° <^><60°, 9 Г < ¡3 < 121° Шаги дискретизации факторов М - 0,1м, А(р - Г, Ар = Г

В результате моделирования были получены оптимальные кинематические параметры механизма для прототипа

Рисунок 6 - Зависимость нагрузок на опоры секций от расстояния между опорами

На рисунке 6 Ы-длина средней секции. Ь2-длина внутренней секции, Ьср с - расстояние между опорами средней секции, ЬБИ С - расстояние между опорами внутренней секции

Анализ результатов, представленных на рисунке 6 показывает, что наиболее нагруженной является опора Яё средней секции телескопической стрелы, динамика изменения нагруженности опор от расстояния между опорными катками подвижных секций показывает, что уменьшение расстояния между опорами на 20% приводит к увеличению нагрузок Яе - на 33%, Яс! на 25%, Яа - на 56%, ЯЬ-на 24,2%

Г

к н

60

4 Экспериментальные исследования движения стрелы с грузом В качестве объекта экспериментальных исследований была использована физическая модель поворотного лесопогрузчика с телескопической стрелой, оснащенная информационно-измерительной системой, блок-схема которой показанна на рисунке 7 В качестве параметров натурного образца использованы параметры поворотного лесопогрузчика с телескопической стрелой ЛТ 210

В процессе проведения экспериментов измерялись величины линейное и угловое ускорения звеньев технологического оборудования лесопогрузчика, давление в нагнетательных трубопроводах гидроцилиндров привода механизмов подъема и изменения вылета стрелы, углы поворота стрелы, частота вращения коленчатого вала двигателя, вес поднимаемого груза

J 5

Рисунок 7 - Блок-схема информационно-измерительной системы На рисунке 7 Нтр гидронасос трактора Т-16, Ндп1, Ндш - гидронасосы делителя потока, Р гидрораспределитель, Цвс!, Цвс? - гидроцилиндры выдвижения средней и наружной секции соответственно, -

гидроцилиндр подъема стрелы, МШ, МП2 - преобразователи давления МГТ-22516, Б - бак масляный

Основой системы является персональный компьютер Pentium III с тактовой частотой 550 МГц. Компонентами информационно-измерительной системы являются плата аналогоцифрового преобразования L-154, виброизмерительный прибор VM-20, датчик KD-39 для измерения ускорения, преобразователи давления МП-22516, датчик углового перемещения стрелы. Для обеспечения режима одновременной работы механизмов подъема и изменения вылета стрелы в гидросистему был включен делитель потока

При работе физической модели с преобразователей давления МП1 и МП2 снималось напряжение, которое поступало на плату аналогово-цифрового преобразователя L-154. Далее, сигнат в виде цифрового кода записывался на жесткий диск компьютера.

Сигнал, генерируемый датчиком KD-39, первоначально поступал на виброизмерительный прибор VM-20, используемый в качестве усилителя Далее, сигнал поступал на плату аналогово-цифрового преобразователя и записывался на жесткий диск компьютера.

Датчик углового перемещения стрелы непосредственно соединялся с платой АЦП L-154 и далее, в виде цифрового кода записывался на жесткий диск компьютера .

Экспериментальные данные, были получены в виде числового массива, представляющего собой ряд столбцов, где каждому столбцу соответствовал определенный канал записи. Для экстраполяции данных на натурный объект числовой массив переносился в математический пакет MathCad, в виде матрицы числовых значений, которая обрабатывалась в соответствии с алгоритмами перехода от кодированных к действительным значениям

По результатам экспериментальных исследований можно сделать следующие выводы.

1. Расхождение теоретических и экспериментальных данных не превышает 20%. Следовательно, разработанные математические модели движения системы «Рабочее оборудование - груз» адекватно отражают процессы работы лесопогрузчика с переменным вылетом груза и могут быть использованы для исследования и расчетов лесопогрузчиков с телескопической стрелой на стадии проектирования.

2. Экспериментальные исследования подтвердили выводы теоретических исследований о величине и характере действия динамических нагрузок на элементы конструкции лесопогрузчика.

Для упрощения использования математических моделей был использован метод имитационного моделирования, проводимый в соответствии с матрицами планирования. Для этого применялся математический аппарат планирования многофакторного эксперимента и полученные ранее математические модели движения системы «Рабочее оборудование - груз»

Регрессионные модели, полученные в результате проведенного вычислительного эксперимента на математических моделях позволяют упростить расчеты кинематических параметров лесопогрузчика, определить степень влияния каждого фактора и их парных взаимодействий.

Уравнение регрессии для первого этапа движения: VI = -7.653604 • 105 - 6.300134 ■ 105 - хг +1.135554 ■ 10б -х2 +

+ 5.797113 -105 -х3 - 1.151592 105 -х12 - 4 470489 • 105 ■ х13 + (13)

+ 5.598604 • 104 ■ х23

Уравнение регрессии для второго этапа движения: У2 = 1.769998 • 10й -1.48762• 106 ■ х, +3.327765 • 105 • х2 +

+ 8.850234 ■ 105 • х3 -1.924332 • 105 • х12 - 8.144459 • 105 • х13 + (14)

+ 6.756298 104 х23

Общие выводы и рекомендации

1. Анализ существующих работ показал, что в лесной промышленности России наряду с лесопогрузчиками перекидного типа актуальным является задача создания и освоения лесопогрузчиков поворотных, оснащенных телескопическими стрелами. При этом несмотря на значительное количество публикаций по исследованиям лесотранспортных машин вопросы динамики нагрузок и обоснования параметров конструкции таких лесопогрузчиков не достаточно изучены.

2 Разработанные математические модели динамической системы «Рабочее оборудование - груз» позволяют на стадии проектирования определять уровень нагрузок в элементах конструкции механизмов подъема и изменения вылета стрелы с учетом влияния конструктивных и эксплуатационных факторов (линейная и угловая скорость стрелы, вылет стрелы, угол поворота в вертикальной плоскости, вес груза), а гак же кориолисовых сил инерции.

3. Исследованиями установлено, что возникающие при одновременной работе механизмов подъема и изменения вылета стрелы моменты кориолисовых сил инерции не превышают 1,7% от заданного грузового момента лесопогрузчика. При этом кинетическая энергия системы монотонно возрастает вследствие увеличения моментов инерции движущихся масс и достигает максимального значения при наибольшем вылете стрелы, увеличиваясь в 7 раз по сравнению с начальным значением

4 В результате моделирования режимов работы лесопогрузчика установлено, что параметры кинематики оказывают существенное

влияние на нагруженность элементов конструкции механизма подьема стрелы. При этом с уменьшением параметра нагрузки на гидроцилиндры

привода возрастают. Для лесопогрузчика с грузовым моментом 210 кНм уменьшение t на 8% приводит к возрастанию нагрузок на 12,5%

5. Анализ результатов моделирования показывает, что параметр р (угол установки гидроцилиндра подъема стрелы) существенного влияния на наргуженность механизма подъема стрелы не оказывает изменение угла в пределах +10°... -20° приводит к изменениям нагрузки на штоках гидроцилиндров +9%.. -6,4%.

6. Значительное влияние на уровень нагрузок в элементах конструкции механизмов подъема и изменения вылета стрелы оказывают линейная и угловая скорости движения звеньев механизмов, что связано с изменением производительности насосов гидросистемы. Так увеличение этих параметров в 2 раза приводит к повышению нагрузок на штоках гидроцилиндров от 20% до 50%.

7 Разработанная в процессе исследований методика оптимизации параметров кинематики механизма подъема стрелы по критерию min max усилий на штоках гидроцилиндров привода позволяет на стадии проектирования решать вопросы обоснования параметров указанного механизма и может быть рекомендована для использования при проектировании лесных машин Для лесопогрузчика с грузовым моментом 210 кНм установлены оптимальные значения параметров i = 0,65м, ß - 120°

при ср = -30°.

8.Установлено влияние параметра i на уровень нагрузок на штоках гидроцилиндров провода механизма изменения вылета стрелы. С увеличением / на 20.. 23% нагрузки возрастают до 10,5%

9. Установлено, что на уровень нагрузок в элементах конструкции телескопической стрелы и механизма изменения вылета существенное влияние оказывает расстояние между опорами секций. Так для лесопогрузчика ЛТ-210 уменьшение расстояния между опорами средней и внутренней секции на 20% приводит к увеличению нагрузок на опоры в 1,25... 1,33 и 1,24.. 1,56 раза, соответственно

10 Экспериментальные исследования на физической модели поворотного лесопогрузчика показали удовлетворительную сходимость результатов математического и физического моделирования режимов работы. Расхождение результатов составляет не более 20%, что позволяет сделать вывод об адекватности математических моделей и достоверности полученных результатов.

11. Разработанные регрессионные модели позволяют упростить математический аппарат при расчете динамических нагрузок на элементы конструкции механизма подъема стрелы с учетом парных взаимодействий факторов

12 Экономический эффект от использования результатов работы складывается из сокращения времени на проектирование поворотного лесопогрузчика и снижения металлоемкости конструкции и составляет 42000 рублей на одну машину

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах

1 Колесников П Г, Коршун В Н «Графическая база данных конструкций ножей измельчителей» Химико-лесной комплекс - проблемы и решения Научно-практическая конференция Сборник статей студентов и молодых ученых Т 1 Красноярск, СибГТУ, 2001 г стр 210-211

2 Полетайкин В Ф , Колесников П Г Авдеева Е В «Исследование закономерностей формирования нагрузочных режимов в динамических системах «внешняя среда-лесотранспортная машина»» Научный отчет по теме 1 5 01 № гос регистрации 01200205752 Рукопись Красноярск СибГТУ, 2002г, 35 стр

3 Полетайкин В Ф , Колесников П Г Авдеева Е В «Проблема обеспечения надежности лесопогрузчиков с учетом динамики элементов систем» Научный отчет по теме 92/12 № гос регистрации 01200103647 Рукопись Красноярск, СибПУ, 2002г , 30 стр

4 Колесников П Г Полетайкин В Ф «Моделирование нагр>зок на элементы системы «Технологическое оборудование - гр>з» телескопического манипулятора» Лесной и химический комплексы проблемы и решения Всероссийская ПИК 24-25 апреля 2003 г Сборник статей 12 Красноярск СибГТУ, 2003г с 20-25

5 Колесников П Г «Моделирование рабочих режимов поворотного лесопогрузчика» Лесной и химический комплексы - проблемы и решения НИК Сборник статей студентов и аспирантов Т1 Красноярск СибГТУ 2003г с 123-126

6 Колесников III Ширкин Д В , Полетайкин В Ф «Совершенствование кинематики перекидного лесопогрузчика» Химико-лесной комплекс проблемы и решения 11 май 2002 г , с 207-208

7 Колесников П Г , Полетайкин В Ф «Анализ кинетической энергии системы «Рабочее оборудование груз» лесошлрузчика с переменным вылетом груза» Вестник СибГТУ - Красноярск СибГТУ, 2004 -№1 50 с

8 Колесников П Г, Почетайкин В Ф «Математические моде ш движения системы «Рабочее оборудование - груз» поворотного лесопогрузчика с переменным вылетом груза» Вестник СибГГУ Красноярск СибГТУ, 2004-№1 50 с

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу 660049, г Красноярск, проспект Мира 82, ученому секретарю диссертационного совета

Подписано в печать 04 05 05 Сдано в производство 05 05 05 Формат 60x84 1\16 Бумага типографская Печать офсетная Усл печ л 1,25 Тираж 100 экз Изд №224 Заказ №1224 Лицензия ИД №06543 16 01 04

Редакционно-издательский центр СибТ ТУ

660049, г Красноярск, пр Мира, 82, типография СибГТУ

05, /7 - ûïtf

415

Введение

1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследований.

1.1. Общие требования к лесопогрузчикам.

1.2. Лесопогрузчики. Назначение, классификация. Направление ^ развития работ по созданию лесопогрузчиков.

1.3. Обзор исследований подъемно-транспортных машин с переменным вылетом груза.

3.2. Анализ изменения кинетической энергии стрелы при одновременной работе механизмов подъема и выдвижения секций

Выводы по главе. Цель и задачи исследований.

2. Разработка математических моделей системы «Рабочее ^ оборудование - груз»

2.1. Режим подъема груза с одновременным выдвижением секций.

2.1.1. Анализ кинетической энергии системы «Рабочее оборудование - ^ груз»

2.1.2. Уравнение движения системы «Рабочее оборудование - груз»

2.1.3. Определение обобщенных сил, соответствующих обобщенным ^ координатам системы

3. Математическое моделирование работы механизмов подъема и ^ выдвижения секций стрелы

3.1. Влияние кориолисовой силы инерции на уровень нагрузок на ^ элементы конструкции поворотного лесопогрузчика

3.3. Моделирование рабочих режимов системы «Рабочее оборудование- ^ груз»

3.3.1. Влияние параметра кинематики £ на усилия на штоках гидроцилиндров подъема и изменения вылета стрелы Pi, Р2, Рщ, Рцг

3.3.2. Влияние параметра кинематики р на усилия на штоках гидроцилиндров подъема и выдвижения секций стрелы (Pj=f(P,cp), pUi=fm<p))

3.3.3. Исследование усилий на штоках гидроцилиндров подъема и выдвижения секций в зависимости от изменения линейной и угловой 80 скоростей движения стрелы

3.3.4. Влияние расстояний между опорами на силы сопротивления перемещению подвижных секции стрелы

3.3.5. Оптимизация кинематических параметров механизма подъема QQ стрелы

3.4. Разработка уравнений регрессии

3.4.1. Уравнение регрессии для первого этапа движения

3.4.2. Уравнение регрессии для второго этапа движения 101 Выводы по главе

4. Экспериментальные исследования движения стрелы с грузом 111 4.1 Цели и задачи исследований 111 4.2. Физическая модель поворотного лесопогрузчика

4.3 Разработка информационно-измерительной системы

4.4 Методика экспериментальных исследований и обработка результатов

4.5 Определение погрешностей измерений

4.6 Результаты экспериментальных исследований 133 Выводы по главе

Актуальность темы. Переместительные операции в лесной промышленности остаются наиболее энергоемкими и трудоемкими. От надежности лесопогрузчиков зависит ритмичность выполнения лесосечных и лесотранспортных работ.

В настоящее время в лесной промышленности России на погрузке древесного сырья в виде хлыстов и деревьев с кроной применяются лесопогрузчики перекидного типа. Однако при переходе на сортиментную заготовку, а так же при снижении объемов лесозаготовок эффективность таких машин существенно снижается из-за их ограниченных технологических возможностей. В этих условиях требуются более универсальные подъемно-транспортные машины с высокими показателями надежности и эргономики, обладающие более широкими технологическими возможностями.

Одним из направлений совершенствования лесных подъемно-транспортных машин является создание и освоение серийного производства поворотных лесопогрузчиков с переменным вылетом груза, оснащенных телескопическими стрелами. Это обусловлено рядом их достоинств, таких как улучшение условий труда оператора, повышение кинематической точности технологического оборудования, универсальность и более широкими технологическими возможностями.

Одними из основных механизмов технологического оборудования поворотного лесопогрузчика с телескопической стрелой являются механизмы подъема и выдвижения секций телескопической стрелы. От обоснованности выбора параметров этих механизмов на стадии проектирования в значительной степени зависит надежность и эффективность работы машины, ее металлоемкость и энергоемкость.

Исследованиями в области динамики лесосечных и лесотранспортных машин занимались такие авторы как Полетайкин В.Ф., Александров В.А., Дорохов С.П., Эпштейн Ю.П., Орлов А.Н., Якимович С.Б., Герасимов Ю.Ю.,

Гривезирский Ю.В., Шелмич P.P., Емтыль З.К., Мосеев И.Г., Шимкович Д.Г., Жуков А.В., Котиков В.М., Сюнев B.C. и другие, но в проведенных исследованиях нет научно-обоснованных методов выбора параметров механизмов подъема и выдвижения секций телескопической стрелы. Использование опыта смежных отраслей промышленности не представляется возможным в силу специфики условий и режимов работы лесопогрузчиков. Следовательно, тема диссертации, направленная на разработку и обоснование параметров механизмов подъема и изменения вылеты телескопической стрелы поворотного лесопогрузчика является актуальной.

Целью работы является обоснование параметров механизма подъема и изменения вылета телескопической стрелы поворотного лесопогрузчика.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ научных исследований динамических процессов поворотных лесопогрузчиков с телескопической стрелой.

2. Разработать математические модели движения системы «Рабочее оборудование - груз».

3. Выполнить математическое моделирование работы поворотного лесопогрузчика в режиме одновременного подъема и изменения вылета стрелы.

4. Выполнить оптимизацию кинематических параметров механизма подъема стрелы.

5. Выполнить экспериментальные исследования на физической модели поворотного лесопогрузчика.

6. Разработать регрессионные модели зависимости усилий на штоках гидроцилиндров подъема стрелы от кинематических параметров.

Научная новизна.

Основные положения, выводы и практические рекомендации, содержащиеся в диссертационной работе, базируются на данных математического моделирования, экспериментальных исследований, выполненных методом физического моделирования и планирования активных полнофакторных экспериментов.

Разработаны математические модели динамической системы «Рабочее оборудование - груз», позволяющие на стадии проектирования определять уровень нагрузок в элементах конструкции механизмов подъема и перемещения секций телескопической стрелы лесопогрузчика с переменным вылетом груза с учетом влияния конструктивных и эксплуатационных факторов (скорость движения стрелы, вылет груза, угол поворота в вертикальной плоскости, вес груза).

Разработана методика оптимизации параметров кинематики механизма подъема стрелы по критерию min шах усилия на штоке гидроцилиндров привода на основе метода покоординатного спуска.

Установлено влияние на уровень динамических нагрузок в элементах конструкции телескопической стрелы кориолисовых сил инерции при совместной работе механизмов подъема и перемещения секций стрелы.

Установлены зависимости нагрузок на элементы конструкции механизма изменения вылета телескопической стрелы от конструктивных и эксплуатационных факторов (грузовой момент, угол поворота стрелы в вертикальной плоскости, расстояние между опорами секций, скорость перемещения секций, угловая скорость стрелы).

Разработана информационно-измерительная система для выполнения экспериментальных исследований режимов работа лесопогрузчика с переменным вылетом груза.

Выполнен вычислительный эксперимент и разработаны регрессионные математические модели, устанавливающие зависимость усилий на штоках гидроцилиндров подъема стрелы от кинематических и эксплуатационных параметров с учетом парных взаимодействий факторов.

Практическая значимость работы.

Результаты работы являются вкладом в разработку методов проектирования поворотных лесопогрузчиков, оснащенных телескопическими устройствами, направлены на повышение их технического уровня и сокращение трудоемкости проектных работ.

Определена степень влияния конструктивных и эксплуатационных факторов на величину динамических нагрузок в элементах конструкции технологического оборудования (угловой и линейной скорости движения стрелы, размеров кинематических звеньев, грузового момента, расстояний между опорами секций телескопической стрелы, вылета груза).

Разработана методика оптимизации параметров кинематики механизма подъема стрелы на основе метода покоординатного спуска. Применение данной методики позволяет снизить уровень нагруженности и металлоемкость элементов конструкции данных механизмов.

Получены данные о величине и характере действующих нагрузок в элементах конструкции механизма изменения вылета стрелы и разработаны рекомендации по выбору его параметров.

Разработанные в результате вычислительного эксперимента регрессионные модели позволяют упростить математический аппарат моделирования рабочих режимов лесопогрузчика и расчеты динамических нагрузок на элементы конструкции лесопогрузчика.

Разработанная информационно-измерительная система обеспечивает автоматизацию регистрации и обработки результатов экспериментальных исследований режимов работы лесопогрузчика на физической модели.

Реализация работы.

Результаты работы приняты ОАО «Завод Краслесмаш» для использования при проектировании лесных машин.

Результаты работы внедрены в учебный процесс Сибирского государственного технологического университета на кафедре Проектирование лесного оборудования.

Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались на всероссийской научно-практической конференции «Химико-лесной комплекс - проблемы и решения» (Красноярск, 2002, 2003, 2004); на научно-практической конференции СибГТУ для студентов и молодых ученых (Красноярск, 2002).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Математические модели динамической системы «Рабочее оборудование - груз» поворотного лесопогрузчика.

2. Результаты анализа кинетической энергии системы при одновременной работе механизмов подъема и изменения вылета телескопической стрелы поворотного лесопогрузчика.

3.Результаты математического моделирования и анализа влияния конструктивных и эксплуатационных факторов, а так же кориолисовых сил инерции на динамику элементов конструкции механизмов подъема и изменения вылета телескопической стрелы поворотного лесопогрузчика.

4. Метод оптимизации параметров механизма подъема и рекомендации по выбору параметров механизма изменения вылета телескопической стрелы поворотного лесопогрузчика.

Результаты вычислительного эксперимента и регрессионные модели.

5. Результаты экспериментальных исследований режимов совместной работы механизмов подъема и изменения вылета стрелы на физической модели поворотного лесопогрузчика.

Личное участие.

Все основные научные результаты получены лично автором. Результаты совместных исследований снабжены ссылками на соответствующие источники.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка из 111 наименований и 3 приложений. Диссертация изложена на 160 страницах и содержит 34 рисунка и 19 таблиц.

5. Общие выводы и рекомендации

1. Анализ существующих работ показал, что в лесной промышленности России наряду с лесопогрузчиками перекидного типа актуальным является задача создания и освоения лесопогрузчиков поворотных, оснащенных телескопическими стрелами. При этом несмотря на значительное количество публикаций по исследованиям лесотранспортных машин вопросы динамики нагрузок и обоснования параметров конструкции таких лесопогрузчиков не достаточно изучены.

2. Разработанные математические модели динамической системы «Рабочее оборудование - груз» позволяют на стадии проектирования определять уровень нагрузок в элементах конструкции механизмов подъема и изменения вылета стрелы с учетом влияния конструктивных и эксплуатационных факторов (линейная и угловая скорость стрелы, вылет стрелы, угол поворота в вертикальной плоскости, вес груза), а так же кориолисовых сил инерции.

3. Исследованиями установлено, что возникающие при одновременной работе механизмов подъема и изменения вылета стрелы моменты кориолисовых сил инерции не превышают 1,7% от заданного грузового момента лесопогрузчика. При этом кинетическая энергия системы монотонно возрастает вследствие увеличения моментов инерции движущихся масс и достигает максимального значения при наибольшем вылете стрелы, увеличиваясь в 7 раз по сравнению с начальным значением.

4. В результате моделирования режимов работы лесопогрузчика установлено, что параметры кинематики I и ф оказывают существенное влияние на нагруженность элементов конструкции механизма подъема стрелы. При этом с уменьшением параметра i нагрузки на гидроцилиндры привода возрастают. Для лесопогрузчика с грузовым моментом 120 кНм уменьшение I на 8% приводит к возрастанию нагрузок на 12,5%.

5. Анализ результатов моделирования показывает, что параметр Р (угол установки гидроцилиндра подъема стрелы) существенного влияния на

139 наргуженность механизма подъема стрелы не оказывает: изменение угла в пределах +10°. -20° приводит к изменениям нагрузки на штоках гидроцилиндров +9%.-6,4%.

6. Значительное влияние на уровень нагрузок в элементах конструкции механизмов подъема и изменения вылета стрелы оказывают линейная и угловая скорости движения звеньев механизмов, что связано с изменением производительности насосов гидросистемы. Так увеличение этих параметров в 2 раза приводит к повышению нагрузок на штоках гидроцилиндров от 20% до 50%.

7. Разработанная в процессе исследований методика оптимизации параметров кинематики механизма подъема стрелы по критерию min шах усилий на штоках гидроцилиндров привода позволяет на стадии проектирования решать вопросы обоснования параметров указанного механизма и может быть рекомендована для использования при проектировании лесных машин. Для лесопогрузчика с грузовым моментом 210 кНм установлены оптимальные значения параметров £ = 0,65м, р = 120° при ф = -30°.

8.Установлено влияние параметра I на уровень нагрузок на штоках гидроцилиндров провода механизма изменения вылета стрелы. С увеличением £ на 20.23% нагрузки возрастают до 10,5%.

9. Установлено, что на уровень нагрузок в элементах конструкции телескопической стрелы и механизма изменения вылета существенное влияние оказывает расстояние между опорами секций. Так для лесопогрузчика J1T-210 уменьшение расстояния между опорами средней и внутренней секции на 20% приводит к увеличению нагрузок на опоры в 1,25. 1,33 и 1,24. 1,56 раза соответственно.

10. Экспериментальные исследования на физической модели поворотного лесопогрузчика показали удовлетворительную сходимость результатов математического и физического моделирования режимов работы. Расхождение результатов составляет не более 20%, что позволяет сделать вывод об

140 адекватности математических моделей и достоверности полученных результатов.

11. Разработанные регрессионные модели позволяют упростить математический аппарат при расчете динамических нагрузок на элементы конструкции механизма подъема стрелы с учетом парных взаимодействий факторов.

12. Экономический эффект от использования результатов работы складывается из сокращения времени на проектирование поворотного лесопогрузчика и снижения металлоемкости конструкции и составляет 42000 рублей на одну машину.

1. Антонов А.В. Механизм управления в лесном комплексе. "Лесная промышленность" № 1 1997г.

2. Гребенкин С.И. Проблемы и задачи лесного машиностроения. "Лесная промышленность" № 3 1998г.

3. Баранцев А.С. Сравнительная экологическая оценка отечественной и зарубежной техники. "Лесная промышленность" № 4. 1995г

4. Большаков Б.М. Виногоров Г.К. В поиске оптимальных решений. "Лесная промышленность" № 4 .1996г.

5. Большаков Б.М. Некоторые аспекты сортиментной технологии. "Лесная промышленность" № 1 .1997г.

6. Большаков Б.М. Направления развития техники и технологии лесозаготовительного производства. "Лесная промышленность" № 3 1998г.

7. Полетайкин В.Ф. Проектирование лесных машин. Моделирование рабочих режимов тракторных лесопогрузчиков. Красноярск: КГТА, 1996. 248с.

8. Акимов В.В. Наши лесные машины "Лесная промышленность" № 4.1995г

9. Анисимов С.Е. Манипуляторное оборудование машин для рубок ухода. "Лесная промышленность" № 3 1998г.

10. Дорохов С.П. Оптимизация по минимуму времени траектории переноса груза-хлыста телескопическим манипулятором в раскряжевочной установке . Механизация работ на лесных рейдах и складах . Сборник трудов ЦНИИлесосплава. М: Лесная промышленность . 1986г.

11. Александров В.А. Динамические нагрузки в лесосечных машинах . Л: Издательство ЛГУ 1984 г.

12. Александров В.А. Научные основы динамики рабочих процессов и прогнозирование нагруженности лесосечных машин с манипулятором Автореф. дисс . д.т.н. Л.,ЛТА, 1983.- 34с.

13. Эпштейн Ю.П. Динамика пакетирования дерева . Интенсификация лесозаготовительного и лесохозяйственного производства на основеперспективных машин . Межвузовский сборник научных трудов. JI: JITA 1987г.

14. Фам Хонг Куанг . Динамические нагрузки строительных самоходных гидравлических кранов с телескопической стрелой. Автореферат дисс . к.т.н. М: 1994 г.

15. Дваранаускас Э.А. Обоснование параметров телескопического манипулятора и его применение на рубках ухода в средневозрастных насаждениях. Дисс . к.т.н. Рига : 1986 г.

16. Башкова Н.В. Исследование местной нагруженности телескопических стрел строительных кранов . Дисс . . к.т.н. М : 1978 г.

17. Бушаков С. А. Динамические нагрузки в шарнирах гидроманипуляторов лесных машин и их снижение . Дисс . . к.т.н. JI : 1984 г.

18. Давыдов С.В. Обоснование вылета манипулятора валочно-трелевочной машины . Автореферат дисс. . к.т.н. М: 1988 г.

19. Витулин Я.С. Синтез силовых гидроцилиндров строительных кранов. Дисс . . к.т.н. Тула 1996 г.

20. Каршев Г.В. Обоснование параметров манипуляторов лесных машин по металлоемкости и быстродействию . Дисс . . к.т.н. Спб : 1994г.

21. Виногоров Б.Г. Исследование влияния технологических лесоскладских работ на параметры рабочих органов погрузчиков- штабеллеров . Дисс . к.т.н. Химки 1982 г.

22. Орлов А.Н. Повышение эффективности работы технологическогооборудования лесных машин с гидроманипулятором . Дисс . к.т.н. Спб1993г.

23. Якимович С.Б. Исследование и разработка параметров и технологических схем применения манипуляторов на сортировке круглых лесоматериалов . Дисс. . к.т.н. М 1985 г.

24. Ульянов В.М. Совершенствование системы гидропривода лесопогрузочного манипулятора . Дисс. к.т.н. Химки 1993г.

25. Герасимов Ю.Ю. Повышение качества и надежности манипуляторов лесных машин . Автореферат . д.т.н. Воронеж 1995г.

26. Белоликов С.В. Разработка методов определения упругих характеристик манипуляторов промышленных роботов . Дисс . к.т.н. JI 1982г.

27. Гривезирский Ю.В. Влияние формы сечений , геометрических параметров и факторов местного нагружения на напряженное состояние телескопических стрел строительных кранов . Дисс . . к.т.н. М 1987 г.

28. Соломатина JI.A. Динамика телескопической стрелы при повороте платформы стреловых самоходных кранов . М : Тр. ВНИИстройдормаш. Вып 111 . 1988г.

29. Шелмич P.P. Динамические нагрузки и устойчивость автокрана на упругом основании. "Строительные и дорожные машины " 1996. № 4

30. Емтыль З.К. Совершенствование кинематики, динамики и конструкции лесопромышленных манипуляторов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктор технических наук по специальности 05.21.01. Воронеж 2001 г., 35с.

31. Мосеев И.Г. Повышение эффективности лесосечных машин с реечными механизмами поворота снижением нагруженности силовых установок. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. С-Петербург 2001 г., 19 с.

32. Бать М.И., Джанелидзе Г.Ю., Кельзон А.С. Теоретическая механика в примерах и задачах, т.Н, Динамика, М.: Наука, 1968, 624 с.

33. Полетайкин В.Ф. Моделирование рабочих режимов гусеничных лесопогрузчиков, монография.

34. Полетайкин В.Ф., Авдеева Е.В. Погрузочные режимы, учебное пособие, 2001.

35. Полетайкин В.Ф. Проектирование лесопогрузчиков, учебное пособие.

36. Канунник И.А., Килина М.И. Основы механики роботов. Динамика промышленных роботов, раздел И, Красноярск, СТИ, 1990.-64 с.

37. Канунник И.А., Килина М.И. Основы механики роботов. Структура и кинематика промышленных роботов и манипуляторов, раздел I, Красноярск, СТИ, 1990.-64 с.

38. Мосеев И.Г. Повышение эффективности лесосечных машин с реечным механизмом поворота снижением нагруженности силовых установок. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук, СП, С-ПГЛТА 200119 с.

39. Муратов B.C., Ильин В.Ф., Поддубный В.Ф. Динамические нагрузки гидроцилиндра лесопогрузчика и регулировка предохранительной аппаратуры. // ЦНИИМЭ. Химки, 1980.-Ы 14-122.

40. Яблонский А.А. Курс теоретической механики, часть II. Динамика. -М.: Высшая школа, 1966,411с.

41. Лозовой В.А. Теоретические и экспериментальные исследования взаимодействия хлыстов с лесными машинами. Автореферат дисс. на соискание ученой степени к.т.н. МЛТИ, 1982. -18с.

42. Лозовой В.А. Расчеты лесозаготовительного оборудования с учетом колебаний. Учебное пособие для студентов специальностей 260100, 170400 и слушателей ФПКП.- Красноярск: СибГТУ, 1999.- 140с.

43. Ткачено М.Е. Общее лесоводство -М.: Гослесбумиздат.-1955599с.

44. Лесотаксационный справочник. Б.И. Грошев, С.Г. Синицын, П.И. Мороз, И.П. Сеперович.- М.: Лесная промышленность, 1980.- 288с.

45. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя: В 3-х т. Т.1-5-е изд., перераб. и доп.-М.: Машиностроение, 1979.-728с.

46. Минченко М.Е. Любельский Г.Г. Трелевочный трактор ТТ-4М М: Лесная промышленность; 1987 240 с.

47. Рыскин Ю.Е. Особенности микропрофиля трелевочных волоков и их статистические характеристики. Тр. ЦНИИМЭ- Химки, Вопросы создания колесных трелевочных тягачей, 1970 с. 148-157.

48. Рафалес-Ламарка Э.Э. Николаев В.Г. Некоторые методы планирования и математического анализа биологических экспериментов. Киев: Наукова думка, 1971 120с.

49. Брауде В.И. Вероятностные методы расчета грузоподъемныхмашин. JI., Машиностроение, 1978. 232с.

50. Бендат Дж., Пирсол А. Применения корреляционного и спектрального анализа Пер. с англ. -М.: Мир, 1983.-312с.

51. Анисимов Г.М. Условия эксплуатации и нагруженность трансмиссии трелевочного трактора. М.: Лесная промышленность, 1975.-165с.

52. Шаповалов Л.А. Моделирование в задачах механики элементов конструкций. М.: Машиностроение 1990г. 286с.

53. Хантли Г. Анализ размерностей. Пер. с англ. М: Мир 1970 г. 175 с.

54. Клайн С. Подобие и приближенные методы. Пер. с англ. М: Мир 1968 г. 302 с.

55. Гухман А.А. Введение в теорию подобия М: Высшая школа 1973 г.295 с.

56. Варданян Г.С. Основы теории подобия и анализа размерностей, уч. пособие М: МИСИ им. Куйбышева 1977г. 121 с.

57. Лурье А. Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов. Л: Колос. 1981г.

58. Сукач М.К., Диктерук М.Г. Система автоматизированной обработки данных исследований рабочих процессов машин Строительные и дорожные машины 1998 № 11-12

59. Использование усилительной тензометрической аппаратуры при испытании лесохозяйственных машин. Методические указания ЛенНИИЛХ , ЛенНИИЛХ, 1976г.

60. Скокан А.И., Грифф М.И, Каран Е.Д. Планирование экспериментальных исследований в дорожном и строительном машиностроении. Обзор. М., ЦНИИТЭстроймаш, 1974г.

61. Брагин А.А. Семенюк А.Л. Основы метрологического обеспечения аналогово-цифровых преобразователей электроических сигналов.М: Изд-во стандартов, 1989 г. -164 с.

62. Маркочев В.М. Современные методы измерения деформаций инапряжений. М: Машиностроение, 1990 г. 44с.

63. Автоматизация проектирования строительно-дорожных машин Под. ред. Малиновского А.Ю. М: ВНИИстройдормаш 1983 г. 103 с.

64. Волков Д.П. Николаев С.М. Надежность строительных машин и оборудования. Учеб. пособие М: Высшая школа 1979 г. 400 с.

65. Гутников B.C. Фильтрация измерительных сигналов Л: Энергоатомиздат 1998 г. 190 с.

66. Кармалита В.А. Лобанов В.Э. Точность результатов автоматизированного эксперимента. М: Машиностроение 1991 г. 204 с.

67. Судаков Р.С. Испытания технических систем . Выбор объемов и продолжительности. М: Машиностроение 1988 г. 230 с.

68. Автоматизация эксперимента в динамике машин. Отв. ред. Добрынин С.А. М: Наука 1987 г. 143 с.

69. Методическое и программное обеспечение автоматизированного эксперимента в динамике машин. Отв. ред. Добрынин С.А. М: Наука 1989 г. 292 с.

70. Максимов В.П. Измерение, обработка и анализ быстропеременных процессов в машинах М: Машиностроение 1987 г. 207 с.

71. Сухарев И.П. Экспериментальные исследования деформаций и прочности. М: Машиностроение 1991 г. 212 с.

72. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара Л: Политехника 1990 г. 271 с.

73. Светлицкий В.А. Случайные колебания механических систем М: Машиностроение 1991 г. 318 с.

74. Шорр Б.Ф. Мельникова Г.В. Расчет конструкций методом прямого математического моделирования. М: Машиностроение 1988 г. 159 с.

75. Яловой Н.С. Оптимизация конструкций и показателей качества машин М: Изд- во стандартов 1988г.287с.

76. Атопов В.И. Моделирование контактных напряжений М: Машиностроение 1988 г. 270 с.

77. Расчеты машиностроительных конструкций методом конечных элементов . Справочник Под. ред. Мяченкова В.И. М: Машиностроение 1989 г. 520 с.

78. Автономов В.Н Создание современной техники : Основы теории и практики. М: Машиностроение 1991 г. 303 с.

79. Антипенко B.C. Модели и методы оптимизации параметроических рядов машин. М: Машиностроение 1990 г. 175 с.

80. Боничук Н.В. Динамика конструкций . Анализ и оптиммизация . М: Наука 1989 г. 259 с.

81. Арасланов A.M. Расчет элементов конструкций заданной надежности при случайных воздействиях. М: Машиностроение 1987 г. 126 с.

82. Горский Б.Е. Динамическое совершенствование механических систем. Киев: Техника 1987 г. 200 с.

83. Антонюк Е.Я. Динамика механизмов переменной структуры . Киев: Наукова думка 1988 г. 181 с.

84. Павлов П.А. Основы инженерных расчетов элементов машин на усталость и длительную прочность. JI: Машиностроение 1988 г. 251 с.

85. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. T.l М: Мир 1983 г. 311 с.

86. Проектирование датчиков для измерения механических величин. Под. ред. Осадчего Е.П. М: Машиностроение 1979 г. 480 с.

87. Тензометрия в машиностроении. Справочное пособие . под ред. Макарова Р.А. М: Машиностроение 1975 г. 237 с.

88. Уик Г.К. Тензометрия аппаратов высокого давления JI: Машиностроение 1974 г. 192 с.

89. Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений Отв. ред. Касаткин Б.С. Киев: Наукова думка 1981 г. 583 с.

90. Цветков Э.И. Методические погрешности статистических измерений JI: Энергоатомиздат 1984 г. 144 с.

91. Асатурян В.И. Теория планирования эксперимента Учеб. пособиедля ВУЗов. М: Радио и связь 1983 г. 248 с.

92. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М: Наука 1971 г. 233 с.

93. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М: Высшая школа 1998 г. 576с.

94. Горский В.Г. Планирование промышленного эксперимента (модели динамики). М: Металлургия 1978 г. 112 с.

95. Орлов А.Г. Методы расчета в количественном спектральном анализе. JI: Недра 1986 г. 215 с.

96. Поиск зависимости и оценка погрешности . Отв. ред. Пинснер И.Щ. М: Наука 1985 г. 148 с.

97. Грачев Ю.П. Математические методы планирования экспериментов. М: Пищевая промышленность 1989 г. 199 с.

98. Гришин В.К. Математическая обработка и интерпретация физического эксперимента М: Изд. МГУ 1988 г. 318 с.

99. Джонсон Н. Лион Ф. Статистика и планирование Эксперимента в технике и науке. Пер. с англ. М: Наука 1976 г. 736 с.

100. Новицкий П.В. Оценка погрешностей результатов измерений. Л: Энергоатомиздат 1985 г. 248 с.

101. Электрические измерения неэлектрических величин. Под ред. Новицкого П.В. Л: Энергия 1975 г. 576 с.

102. Александров В.А. Моделирование взаимодействия лесных машин с предметом труда и внешней средой. Л: Изд. ЛТА 1987 г. 86 с.

103. Верхов Ю.И. Теоретические основы проектирования лесных погрузочно-транспортных машин Красноярск: Изд. КГУ 1984 г. 228 с.

104. Полищук А.П. Эксплуатационные показатели деревьев и древостоев лесного фонда СССР. Химки: ЦНИИТЭИлеспром 1969 г. 64 с.

105. Бусленко Н.П. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем. М: Наука 1977 г. 215 с.

106. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М: Наука 1978 г.467 с.

107. Реклейтис Г. Рейвидран АП. Рексделл К. Оптимизация в технике. М: Мир 1986 г. 323 с.

108. Редькин А.К Основы моделирования и оптимизации процессов лесозаготовок. М: Лесная промышленность 1988 г. 289 с.

109. Лукьянов B.C. Решение задач в машиностроении методами имитационного моделирования. Волгоград: Изд. ВГУ 1989 г. 96 с.

110. Тихонов А.Н. Математическое моделирование технологических процессов и метод обратных задач в машиностроении. М: Машиностроение 1990 г. 262 с.

111. Климов Д.М. Руденко В.М. Методы компьютерной алгебры в задачах механики. М: Наука 1989 г. 213 с.

112. Волков Д.П. Николаев С.Н. Повышение качества строительных машин . М: Стройиздат 1984 г. 169 с.

113. Панкратов С.А. Ряхин В.А. Основы расчета и проектирования металлоконструкций строительно-дорожных машин М: Машиностроение 1967 г. 344 с.

114. Хазов Б.Ф. Надежность строительно-дорожных машин. М: машиностроение 1979 г. 192 с.

115. Варава В.И. Расчет и конструирование упругих систем транспортных машин. М: Лесная промышленность 1975 г. 144 с.

116. Полетайкин В.Ф. Проектирование лесных машин. Динамика элементов конструкции гусеничных лесопогрузчиков: Учебное пособие для тудентов специальностей 1704, 1711 и аспирантов специальности 052101 всех форм обучения.-Красноярск: КГТА, 1997.-248 с.

117. Керов И.П. Использование математической статистики при переработке информации о строительных и дорожных машинах. ЦНИИТЭстроймаш, серия 1.

118. Плис А.И., Сливина Н.А. MathCad 2000. Математический практикум для экономистов и инженеров: Учеб. пособие.-М.: Финансы и статистика, 2000.-656 е.: ил.

119. Тарг М.Т. Краткий курс теоретической механики.- М.: 1964 г., 480е.: ил.

120. Беркович Ф.М., Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование и гидравлические схемы строительных, дорожных машин. Каталог справочник. М., ЦНИИТЭстроймаш, 1971.

121. Крайзмер Л.П. Кибернетика: Учеб. пособие для студ. с.-х. вузов по экон. спец. 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Агропромиздат, 1985. -255 с.