автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование параметров упругих элементов подвески корпуса гусеничного лесопогрузчика перекидного типа

На правах рукописи

Плесовских Геннадий Николаевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДВЕСКИ КОРПУСА ГУСЕНИЧНОГО ЛЕСОПОГРУЗЧИКА ПЕРЕКИДНОГО ТИПА

Специальность 05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного

хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

12 ДЕК 2013

005543960

Красноярск - 2013

005543960

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Лесная промышленность является одной из главных отраслей Российской Федерации. Значение лесной промышленности велико и определяется, прежде всего, наличием огромных лесных ресурсов.

В настоящее время большинство специальных лесных машин выпускаются на базе серийных лесопромышленных тракторов. Наряду с положительными сторонами (унификация, удешевление производства и др.) это имеет и отрицательные последствия (усложнение конструкции, увеличение конструктивной массы). При проектировании лесных машин требуется доработка базовых тракторов, так как изменяются режимы нагружения элементов конструкции ходовой системы корпуса машины и подвески корпуса. Поэтому вопросы обоснования основных параметров базовых тракторов при проектировании специальных лесных машин являются актуальными. Создание и совершенствование новых машин должно быть направлено на повышение показателей надежности, эргономичности, экологии, экономики и технической эстетики, так как по этим показателям отечественные лесные машины отстают от зарубежных аналогов.

Погрузочно-разгрузочные операции в лесной промышленности являются наиболее трудоемкими. Гусеничные лесопогрузчики перекидного типа широко применяются в лесной промышленности России на погрузке древесного сырья в виде хлыстов и деревьев с кроной. Эти машины отличаются простотой конструкции, высокой производительностью. От надежности работы лесопогрузчиков зависит ритмичность работы лесовозного транспорта и последующих фаз производства лесозаготовительных предприятий. С учетом этого при проектировании лесопогрузчиков следует уделять значительное внимание расчетам, учитывающим динамические нагрузки, на элементы конструкции, так как работа машин в лесной промышленности отличается тяжелыми режимами, условия эксплуатации характеризуются низкими температурами и сложным рельефом, предметы труда обладают упругими характеристиками. Все это в комплексе предъявляет повышенные требования к разработке динамических моделей лесопогрузчиков, учитывающих большое количество конструктивных и эксплуатационных факторов с целью повышения точности проводимых исследований и расчетов.

В настоящее время в России выпускаются лесопогрузчики перекидного типа, разработанные на основе авторского свидетельства 288663 (ЛТ-65Б, ЛТ -188, ЛТ-240). В качестве базовых машин этих лесопогрузчиков используются лесопромышленные тракторы ТТ-4М, ТЛТ-100-04(06), которые разрабатывались для работы в режиме трелевки хлыстов и деревьев в полупогруженном положении. При работе в таком режиме основная нагрузка от силы тяжести пакета деревьев передается на трелевочный щит, заднюю часть корпуса и ходовой системы. На переднюю подвеску корпуса и ее упругие элементы в процессе трелевки деревьев приходится значительно меньшая часть нагрузки. При использовании трелевочных тракторов в качестве базы для лесопогрузчиков перекидного типа изменяются режимы работы элементов

оборудования садово-паркового и ландшафтного строительства" и "Проектирование специальных лесных машин", а так же ООО "Стандарт", г. Красноярск, ул. Красной Звезды, 1 при модернизации гусеничных лесопогрузчиков перекидного типа на базе лесопромышленных тракторов.

Апробация результатов диссертации. Результаты исследований и разработок докладывались и одобрены на Всероссийских научно-практических конференциях «Химико-лесной комплекс - проблемы и решения» в 2009 -2013 гг., и на 5 Международной (заочной) научно-практической конференции молодых ученых, посвященной 60-летию КрасГАУ, которая проходила 2628 апреля 2012 года, на семинарах кафедры «Технологий и машин природообустройства» СибГТУ.

Публикации.

По результатам исследований опубликовано 13 научных работ, в том числе патент на полезную модель и четыре статьи - в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура диссертации, ее объем.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографии из 114 наименований и 4 приложений. Основное содержание изложено на 159 страницах машинописного текста, содержит 58 таблиц и 44 рисунков.

Работа выполнялась в 2009 - 2013 годах в Сибирском государственном технологическом университете на кафедре «Технологий и машин природообустройства», в рамках госбюджетной научно - исследовательской работы, проводимой по заданию Министерства образования и науки РФ по теме "Исследование динамики биоразнообразия, структуры и воспроизводства экосистем в условиях Сибири. Моделирование динамических процессов и оптимизация параметров машин и оборудования рационального природопользования". Номер государственной регистрации НИР: 0120161871. Коды темы по ГРНТИ: 66.01.94, 66.19.17.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальности темы диссертации, сформулированы ее цель, научная новизна, выносимые на защиту положения, научная и практическая значимость, личный вклад автора.

В первой главе проведен обзор конструкций ходовых систем гусеничных тракторов. Проведен анализ исследований в области динамики лесопогрузчиков перекидного типа, выполненный в работах В.Ф. Полетайкина, В.И. Алябьева, В.А. Давиденко, П.Н. Ивашкевича, М.М. Померанцева, В.Ф. Ильина, Ю.М. Федорова, В.П. Мельникова, JI.A. Гобермана, В.А. Лозового, Ю.И. Верхова, С.Ю. Гуськова, В.И. Хомичук, Нгуен Ван Лой., B.C. Шелухина, М.В. Ляшенко, Е.Е. Клубничкина, Ф.П. Головашкина и др. Сделан обзор конструкций подвесок корпуса лесопогрузчиков, установлена область их применения. Установлено, что несмотря на значительное количество работ по исследованию динамики лесопогрузчика перекидного типа нет опубликованных работ по обоснованию расчетных нагрузок на

Шаги варьирования факторов:

ДЦр = 0,05 м/с; Ahmax ~ 0,05 м; ДЛ1 = 0,15 м.

Интервал изменения скорости движения лесопогрузчика принят в соответствии с эксплуатационной документацией на базовый трактор ТТ-4М. Интервал изменения высоты преодолеваемых препятствий принят по данным ЦНИИМЭ.

Шаг интегрирования уравнений по времени равнялся 0,01 сек (At = 0,01). Начальные условия: при t = 0.

• • 4 »

У2=У2=У4=У4=Уб=1Уб=У,=У,=0 ^

На рисунке 3 представлена блок - схема алгоритма моделирования рабочих режимов лесопогрузчика с учетом влияния эксплуатационных факторов (Vmp,hmax,Al) на величину динамических нагрузок на технологическое оборудование и подвеску корпуса. Уравнения решались с помощью блока Given.. .Odesolve (метод Рунге-Кутга). нячяпп

Моделирование режимов грузового хода лесопогрузчика в среде Mathcad выполнено в соответствии со следующим алгоритмом (рисунок 3):

- ввод правых частей дифференциальных уравнений (3);

- ввод числовых значений параметров уравнений (в соответствии с эксплуатационной документацией на базовый трактор ТТ-4М);

- ввод системы дифференциальных уравнений с начальными значениями параметров (при начальных условиях) (1, 2);

- решение систем уравнений при варьировании факторов;

- поиск точек экстремумов функций;

- вывод результатов моделирования (таблицы 1 - 4).

На рисунке 4 показан фрагмент результатов моделирования режима Рисунок 3 - Блок-схема алгоритма движения лесопогрузчика с гибким моделирования рабочих режимов грузом. На рисунке показаны лесопогрузчика графики перемещений центров приведения масс:

17 кН

С3 = 2300 —; Н = 0,08 м м

Следовательно, ЕГ1лоп = 2300 ■ 0,08 = 184000Н

Значения нагрузок Ям, возникающих в рассмотренных режимах движения, выборка значений Ям при различных сочетаниях Утр, Ьтах, А1 и требуемая жесткость упругих элементов приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Значения Ям и коэффициентов жесткости подвески корпуса лесопогрузчика

А1, м Утр, м/с Ьщах> м Як, Н кН с3,— м ДС3 М

3,25 0,7 0,35 238458 2980,7 680/29,6

0,9 0,25 225257 2815,7 515,7/22,4

ЗД 0,7 0,35 238354 2979,43 679,73/29,55

0,9 0,25 224103 2801,29 501,29/21,79

2,95 0,7 0,35 238660 2983,25 683,25/29,71

0,9 0,25 223501 2793,75 493,75/21,5

2,8 0,7 0,35 237824 2972,80 672,80/29,25

0,9 0,25 223011 2787,64 487,64/21,2

2,65 0,7 0,35 236236 2952,95 652,95/28,39

0,9 0,25 222937 2786,71 486,71/21,16

Из данных таблицы 4 следует, что с учетом рассмотренных режимов движения, коэффициент жесткости упругих элементов подвески корпуса базового трактора ТТ-4М при использовании его в качестве базы лесопогрузчика перекидного типа должен быть увеличен на 29 - 30 % и составлять не менее 2985кНУм при сохранении рабочего хода рессоры Н = 0,08 м. Расчетная нагрузка на переднюю подвеску корпуса составляет не менее 240 кН.

В четвертой главе представлены экспериментальные исследования нагрузок на технологическое оборудование и переднюю подвеску корпуса лесопогрузчика. Разработаны цели и задачи экспериментальных исследований. Разработана информационно - измерительная система и методика проведения экспериментов.

Серия опытов выполнена в соответствии с матрицей планирования - для полнофакторного эксперимента 23.

Измерение нагрузок на элементы конструкции лесопогрузчика в процессе движения с грузом при различных положениях стрелы производилось методом тензометрирования.

Данные, полученные в результате экспериментальных исследований, представляют собой числовой массив, состоящий из ряда столбцов. Каждый столбец соответствует определенному каналу записи. Полученные данные, после обработки в программе РошегОгарЬ, копировались в математический пакет МаЙгСас! в виде матрицы числовых значений. Каждый столбец матрицы умножался на необходимый тарировочный коэффициент и на жесткость упругого элемента подвески С3. В результате обработки данных получено уравнение регрессии, позволяющее определять значения динамических нагрузок на упругие элементы подвески корпуса лесопогрузчика класса 4042 кН при переезде препятствия в режиме грузового хода при разных положениях стрелы, определять вклад каждого из исследуемых факторов в выход процесса, включая парные взаимодействия факторов:

= Ь0 + Ь,*, + Ьгхг + Ъъхъ + Ьпхп + Ьихп + 623х23

(6)

Проведена проверка значимости коэффициентов по критерию Стьюдента и адекватности моделей по критерию Фишера.

На рисунках 9 и 10 показаны кривые изменения динамических нагрузок на технологическое оборудование и упругие элементы подвески корпуса лесопогрузчика при движении через препятствие с гибким грузом, полученные в результате теоретических (1) и экспериментальных исследований (2).

Аналогичные результаты получены при других положениях стрелы с грузом (при варьировании А1). Следовательно, математические модели рабочих режимов гусеничных лесопогрузчиков перекидного типа адекватны, а результаты моделирования движения лесопогрузчика через препятствие в режиме грузового хода являются достоверными.

250000

200000

0.5 0,55 0,6 0.65 0,7 0,75 0.35 0.9 Утр, м/с

Рисунок 9 — Динамические нагрузки на упругие элементы подвески корпуса при движении лесопогрузчика с гибким грузом (А1=3,1 м; 11шах=0,25 м)

0.5 0,55 0,6 0.65 0.7 0.75 0,35 0,9 Утр, м/с

Рисунок 10 - Динамические нагрузки на технологическое оборудование при движении лесопогрузчика с гибким грузом (А1=3,1 м; Ьтах=0,25 м)

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ:

1. В результате проведенной работы сделан обзор подвесок корпуса лесопогрузчиков, установлена область применения лесопогрузчиков. Проведен обзор исследований динамики элементов конструкции лесопогрузчиков перекидного типа и ходовых систем тракторов. Доказано, несмотря на значительное число работ по исследованию динамики лесопогрузчика перекидного типа нет опубликованных работ по обоснованию расчетных нагрузок на технологическое оборудование и упругие элементы подвески корпуса лесопогрузчика класса 40-42 кН на базе гусеничного лесопромышленного трактора ТТ-4М и выбору параметров упругих элементов передней подвески на стадии проектирования.

2. Разработаны расчетные схемы и математические модели лесопогрузчика "базовая машина - рабочее оборудование - груз" с целью повышения технического уровня гусеничных лесопогрузчиков перекидного типа грузоподъемностью 40...42 кН на базе лесопромышленных тракторов путем обоснования расчетных нагрузок на технологическое оборудование, подвеску корпуса и жесткости упругих элементов передней подвески корпуса базовой машины на основе математического моделирования и анализа эксплуатационных режимов.

3. Разработанные математические модели лесопогрузчика перекидного типа на базе гусеничного трактора, позволяют выполнить исследования динамики рабочих режимов с учетом влияния на уровень нагрузок на элементы конструкции эксплуатационных и конструктивных факторов. На величину динамических нагрузок на технологическое оборудование и подвеску корпуса лесопогрузчика оказывают следующие факторы: подрессоренные массы груза и технологического оборудования (т1,т21т3), вылет груза (Ла), вид груза (упругий или жесткий С\, т1), размещение груза относительно опор корпуса, расстояние между опорами (А), скорость движения машины (Ц„р), размеры преодолеваемых препятствий (1,1гтах), условия движения

(<Pcn.fl

4. В процессе моделирования рабочих режимов лесопогрузчика класса

40...42 кН установлено что:

- при увеличении скорости движения от 0,5 м/с до 0,9 м/с нагрузки на технологическое оборудование возрастают на 16 - 18 % при движении с гибким грузом и на 23 - 24 % - при движении с жестким грузом. При движении с гибким грузом нагрузки на 6 - 12 % превышают нагрузки, возникающие при

движении с жестким грузом;

- при увеличении высоты препятствий от 0,15 м до 0,35 м (в -,33 раза) нагрузки на технологическое оборудование при движении с гибким грузом возрастают на 8 -10 %, при движении с жестким грузом на 6 - 8 %;

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Полетайкин, В.Ф. Динамические нагрузки на элементы конструкции гусеничных лесопогрузчиков при детерминированных внешних возмущениях / В. Ф. Полетайкин, Г.Н. Плесовских // Системы. Методы. Технологии. - 2013. -№ 1. - С. 47-52 (из перечня ВАК).

2. Полетайкин, В.Ф. К вопросу обоснования параметров упругих элементов подвески корпуса лесопогрузчика на базе гусеничного / В.Ф. Полетайкин, Г.Н. Плесовских // Хвойные бореальной зоны. - 2010. - № 3. - С. 359-365 (из перечня ВАК).

3. Плесовских, Г.Н. Расчетная схема лесопогрузчика перекидного типа / Г.Н. Плесовских, В.Ф. Полетайкин И Тракторы и сельхозмашины. - 2013. -№ 5. - С.22-23. (из перечня ВАК).

4. Полетайкин, В.Ф. Плесовских, Г.Н. Патент на полезную модель. Челюстной тракторный погрузчик. Заявка 2013119112 от 24.04.2013 положительное решение от 29.05.2013.

5. Плесовских, Г.Н. Обоснование расчетной схемы лесопогрузчика перекидного типа и определение расчетных нагрузок на упругие элементы подвески корпуса на базе лесопромышленного трактора / Г.Н. Плесовских,

B. Ф. Полетайкин // Отраслевые аспекты технических наук. — 2012. - № 12. -

C. 88-90.

6. Плесовских, Г.Н. Обоснование расчетных нагрузок на упругие элементы подвески корпуса лесопогрузчика перекидного типа на базе гусеничного трактора / Г.Н. Плесовских, В.Ф. Полетайкин // Отраслевые аспекты технических наук. — 2012. - № 12. - С. 60-62.

7. Плесовских, Г.Н. Особенности работы подвески лесопогрузчиков перекидного типа на базе трелевочных тракторов / Г.Н. Плесовских // Молодые ученые в решении актуальных проблем науки. - СибГТУ. - 2010. - № 1. -С. 100-102.

8. Полетайкин, В.Ф. К вопросу обоснования параметров упругих элементов подвески корпуса лесопогрузчика на базе гусеничного / В.Ф. Полетайкин, Г.Н. Плесовских // Лесной и химический комплексы -проблемы и решения. - СибГТУ. - 2009. - № 2. - С. 70-73.

9. Плесовских, Г.Н. Обоснования параметров упругих элементов подвески корпуса лесопогрузчика перекидного типа на базе гусеничного трактора ТТ-4М класса 40-42 кН / Г.Н. Плесовских // Молодые ученые в решении актуальных проблем науки.-СибГТУ.-2012.-№ 1.-С. 129-133.

10. Полетайкин, В.Ф. Особенности работы подвески лесопогрузчиков перекидного типа на базе трелевочных тракторов / В.Ф. Полетайкин, Г.Н. Плесовских // Инновационные тенденции развития российской науки. -КрасГАУ. - 2012. - № 5. - С. 83-85.

11. Полетайкин, В.Ф. Обоснования параметров упругих элементов подвески корпуса лесопогрузчика перекидного типа на базе гусеничного трактора ТТ-4М класса 40-42 кН / В.Ф. Полетайкин, Г.Н. Плесовских //

Инновационные тенденции развития российской науки. - КрасГАУ. — 2012. — №5.-С. 85-88.

12. Плесовских, Г.Н. Математические модели движения лесопогрузчика / Г.Н. Плесовских, В.Ф. Полетайкин // Тракторы и сельхозмашины. - 2013. -№11.- С.24-26. (из перечня ВАК).

13. Полетайкин, В.Ф. Анализ нагрузочных режимов и обоснование параметров упругих элементов подвески корпуса лесопогрузчика перекидного типа на базе гусеничного трактора ТТ-4М класса 40-42 кН / В.Ф. Полетайкин, Г.Н. Плесовских // Молодые ученые в решении актуальных проблем науки. -СибГТУ. - 2013. -№ 1.-С. 145-150.

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

Изд. №9/10. Заказ № 1911. Подписано в печать 19.11.2013 г. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1,0. Изд. № 9/10. Заказ № 1911. Редакционно-издательский центр СибГТУ 660049, г. Красноярск, пр. Мира, д. 82. т: 8(391)227-69-90

ФГБОУ ВПО "СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ

УНИВЕРСИТЕТ"

На правах рукописи

0420145356?

Плесовских Геннадий Николаевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ УПРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОДВЕСКИ КОРПУСА ГУСЕНИЧНОГО ЛЕСОПОГРУЗЧИКА ПЕРЕКИДНОГО ТИПА

05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, Полетайкин Владимир Федорович

Красноярск 2013

Оглавление

Введение..............................................................................................4

1 Обзор и анализ работ по динамике гусеничного лесопогрузчика перекидного типа. Цели и задачи исследования...................................................11

1.1 Лесопогрузчики перекидного типа в системах лесных машин................11

1.2 Обзор применяемых подвесок лесных машин............................................20

1.3 Обзор исследований динамики элементов конструкции лесопогрузчиков перекидного типа и ходовых систем тракторов.......................................................25

2 Разработка математических моделей движения лесопогрузчика.................39

2.1 Обоснование расчетной схемы лесопогрузчика перекидного типа на базе лесопромышленного трактора....................................................................39

2.2 Уравнения движения динамической системы «базовая машина-рабочее оборудование-гибкий груз»..........................................................................48

2.3 Уравнения движения динамической системы «базовая машина- рабочее оборудование- жесткий груз»........................................................................50

2.4 Внешние возмущающие воздействия на динамическую систему "базовая машина - рабочее оборудование -груз"............................................................51

Выводы по главе...............................................................................60

3 Моделирование рабочих режимов лесопогрузчика перекидного типа на базе гусеничного трактора с полужесткой подвеской корпуса....................................62

3.1 Алгоритм моделирования рабочих режимов лесопогрузчика при движении с гибким и жестким грузом.............................................................62

3.2 Результаты моделирования режимов движения лесопогрузчика.............69

3.3 Анализ результатов моделирования рабочих режимов лесопогрузчика...86

3.3.1 Технологическое оборудование..................................................................86

3.3.2 Передняя подвеска корпуса лесопогрузчика.............................................91

Выводы по главе....................................................................................................97

4 Экспериментальные исследования нагрузок на технологическое оборудование и переднюю подвеску корпуса лесопогрузчика................................99

4.1 Цели и задачи исследований..........................................................................99

4.2 Разработка информационно - измерительной системы и методики проведения экспериментов...........................................................................................99

4.3 Определение погрешностей измерений......................................................108

4.3.1 Относительная ошибка измерений платы аналогово-цифрового преобразователя L-154............................................................................................108

4.3.2 Относительная ошибка измерений тензорезисторов..............................110

4.3.3 Относительная ошибка измерений преобразователя давлений МП-22516.............................................................................................................................111

4.4 Экспериментальные исследования режимов движения лесопогрузчика. Математическая обработка экспериментов..............................................................111

4.4.1 Планирование экспериментальных исследований..................................111

4.4.2 Экспериментальные исследования нагрузок на подвеску корпуса.......117

4.4.3 Разработка уравнений регрессии..............................................................122

4.4.4 Проверка адекватности модели по критерию Фишера...........................124

4.4.5 Экспериментальные исследования нагрузок на технологическое оборудование...............................................................................................................130

Выводы по главе..................................................................................................133

Общие выводы и рекомендации........................................................................134

Список использованных источников.................................................................137

Приложение А.....................................................................................................148

Приложение Б......................................................................................................150

Приложение В - Акт внедрения результатов исследований ООО

"Стандарт"....................................................................................................................158

Приложение Г - Акт внедрения результатов исследований в учебный процессе СибГТУ........................................................................................................159

Введение

Актуальность темы. Лесная промышленность является одной из главных отраслей Российской Федерации. Значение лесной промышленности велико и определяется, прежде всего, наличием огромных лесных ресурсов.

В настоящее время большинство специальных лесных машин выпускаются на базе серийных лесопромышленных тракторов. Наряду с положительными сторонами (унификация, удешевление производства и др.) это имеет и отрицательные последствия (усложнение конструкции, увеличение конструктивной массы). При проектировании лесных машин требуется доработка базовых тракторов, так как изменяются режимы нагружения элементов конструкции ходовой системы корпуса машины и подвески корпуса. Поэтому вопросы обоснования основных параметров базовых тракторов при проектировании специальных лесных машин являются актуальными. Создание и совершенствование новых машин должно быть направлено на повышение показателей надежности, эргономичности, экологии, экономики и технической эстетики, так как по этим показателям отечественные лесные машины отстают от зарубежных аналогов.

Погрузочно-разгрузочные операции в лесной промышленности являются наиболее трудоемкими. Гусеничные лесопогрузчики перекидного типа широко применяются в лесной промышленности России на погрузке древесного сырья в виде хлыстов и деревьев с кроной. Эти машины отличаются простотой конструкции, высокой производительностью. От надежности работы лесопогрузчиков зависит ритмичность работы лесовозного транспорта и последующих фаз производства лесозаготовительных предприятий. С учетом этого при проектировании лесопогрузчиков следует уделять значительное внимание расчетам, учитывающим динамические нагрузки на элементы конструкции, так как работа машин в лесной промышленности отличается тяжелыми режимами, условия эксплуатации характеризуются низкими температурами и сложным рельефом, предметы труда обладают упругими

характеристиками. Все это в комплексе предъявляет повышенные требования к разработке динамических моделей лесопогрузчиков, учитывающих большое количество конструктивных и эксплуатационных факторов с целью повышения точности проводимых исследований и расчетов.

В настоящее время в России выпускаются лесопогрузчики перекидного типа, разработанные на основе авторского свидетельства 288663 (ЛТ-65Б, ЛТ-188, ЛТ-240). В качестве базовых машин этих лесопогрузчиков используются лесопромышленные тракторы ТТ-4М, ТЛТ-100-04(06), которые разрабатывались для работы в режиме трелевки хлыстов и деревьев в полупогруженном положении. При работе в таком режиме основная нагрузка от силы тяжести пакета деревьев передается на трелевочный щит, заднюю часть корпуса и ходовой системы. На переднюю подвеску корпуса и ее упругие элементы в процессе трелевки деревьев приходится значительно меньшая часть нагрузки. При использовании трелевочных тракторов в качестве базы для лесопогрузчиков перекидного типа изменяются режимы работы элементов конструкции корпуса машины, ходовой системы, подвески корпуса, упругих элементов подвески. Изменяется распределение нагрузок между элементами ходовой системы, характер внешних нагрузок действующих на машину, обусловленный упругими колебаниями хлыстов и рабочего оборудования, возникающими в процессе движения лесопогрузчика в грузовом режиме. Ранее рядом авторов были выполнены исследования динамики внешних сил и элементов конструкции гусеничных лесопогрузчиков на базе лесопромышленных тракторов. Однако в конструкцию лесопромышленных тракторов и технологического оборудования лесопогрузчиков перекидного типа на их базе были внесены значительные изменения, что привело к изменениям их динамических характеристик (масс, жесткостей упругих элементов и др.), увеличена грузоподъемность с 35 кН до 42 кН. Исходя из этого вопросы повышения показателей надежности путем научного обоснования расчетных нагрузок на технологическое оборудование и подвеску корпуса, а так же параметров упругих элементов подвески лесопогрузчиков на основе математического моделирования основных

эксплуатационных режимов, анализа результатов моделирования и экспериментальных исследований, являются актуальными.

Следует отметить, что в последние годы в производстве гусеничных тракторов ужесточаются технические требования к исполнению ходовых систем. Это связано, прежде всего, не только с внутренней конкуренцией, но и с хорошими предложениями со стороны зарубежных производителей. Главные из них: повышение показателей надежности при работе в тяжелых условиях эксплуатации, например, на грунтах с высокой влажностью с большим содержанием песка с кварцевыми включениями (более 35%) при знакопеременных температурах внешней среды. Повышение надежности ходовой системы обеспечивает повышение экономических показателей лесопогрузчиков.

Работы по совершенствованию конструкции и технологии изготовления комплектующих и деталей для 1усеничных лесопогрузчиков ведутся на всех основных заводах-изготовителях ходовых систем гусеничных промышленных тракторов отечественного производства.

Цель работы. Повышение технического уровня гусеничных лесопогрузчиков перекидного типа грузоподъемностью 40...42 кН на базе лесопромышленных тракторов путем обоснования расчетных нагрузок на технологическое оборудование, подвеску корпуса и жесткости упругих элементов передней подвески корпуса базовой машины на основе математического моделирования и анализа эксплуатационных режимов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать расчетные динамические схемы и математические модели системы "базовая машина - рабочее оборудование - груз" для исследования и анализа эксплуатационных режимов гусеничных лесопогрузчиков перекидного типа класса 40...42 кН на базе лесопромышленных тракторов с полужесткой подвеской корпуса.

2. Выполнить математическое моделирование эксплуатационных режимов лесопогрузчика с определением динамических нагрузок на технологическое оборудование и переднюю подвеску корпуса, установить влияние на уровень

нагрузок скорости движения машины с грузом, высоты преодолеваемых препятствий, положения стрелы с грузом, вида груза, обосновать значения расчетных нагрузок на технологическое оборудование, подвеску корпуса, жесткость упругих элементов подвески корпуса лесопогрузчиков грузоподъемностью 40...42 кН на базе лесопромышленных тракторов.

3. Выполнить экспериментальные исследования для проверки адекватности математических моделей и достоверности результатов математического моделирования.

Объекты исследований. Лесопогрузчики перекидного типа класса 40..42 кН на базе лесопромышленных тракторов с полужесткой подвеской корпуса.

Предмет исследований. Эксплуатационные режимы и динамические нагрузки на технологическое оборудование и подвеску корпуса базовой машины.

Методы исследований. В процессе исследования использованы методы математического моделирования, натурного эксперимента, математического планирования экспериментальных исследований, теория вероятностей и математической статистики, методы тензометрирования с применением информационно-измерительной системы.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

- разработаны расчетные схемы и математические модели, выполнены исследования эксплуатационных режимов гусеничных лесопогрузчиков перекидного типа класса 40...42 кН на базе лесопромышленных тракторов с полужесткой подвеской корпуса, с целью обоснования расчетных нагрузок на технологическое оборудование и подвеску корпуса трактора при проектировании лесопогрузчиков;

- на основе результатов математического моделирования определена зависимость нагрузок на технологическое оборудование и подвеску корпуса лесопогрузчика от конструктивных и эксплуатационных факторов (скорости движения лесопогрузчика, высоты преодолеваемых препятствий, положения технологического оборудования при движении с грузом, вида груза).

Практическая значимость работы.

Обоснованы расчетные нагрузки на технологическое оборудование, переднюю подвеску корпуса, а так же параметры упругих элементов подвески лесопогрузчика грузоподъемностью 40...42 кН на базе лесопромышленных тракторов.

Результаты исследований обеспечивают повышение точности проектно -конструкторских расчетов, на стадии проектирования, надежности и эффективности работы гусеничных лесопогрузчиков перекидного типа грузоподъемностью 40...42 кН.

Положения, выносимые на защиту:

1. Расчетная схема гусеничного лесопогрузчика перекидного типа на базе лесопромышленного трактора с полужесткой подвеской корпуса.

2. Математические модели системы "базовая машина - рабочее оборудование - груз" для анализа эксплуатационных режимов, обоснования расчетных нагрузок на технологическое оборудование и подвеску корпуса и параметров упругих элементов передней подвески корпуса лесопогрузчика перекидного типа класса 40...42 кН на базе лесопромышленного трактора.

3. Результаты моделирования рабочих режимов, значения нагрузок на технологическое оборудование и переднюю подвеску корпуса лесопогрузчика класса 40-42 кН на базе лесопромышленных тракторов и их зависимости от скорости движения, высоты препятствия, вида груза, положения технологического оборудования при движении с грузом.

4. Результаты обоснования расчетных нагрузок на технологическое оборудование и переднюю подвеску корпуса лесопогрузчика класса 40...42 кН и параметров упругих элементов подвески корпуса базового трактора.

5. Результаты экспериментальных исследований, подтверждающие адекватность математических моделей и достоверность результатов моделирования рабочих режимов гусеничных лесопогрузчиков перекидного типа.

Достоверность результатов основывается на достаточном объеме теоретических и экспериментальных исследований с применением методов

математического моделирования, теории планирования факторных экспериментов и статистической обработки результатов экспериментальных исследований с использованием ЭВМ.

Личное участие автора в получении результатов заключается в разработке основных положений, определяющих новизну и практическую значимость, в определении целей и задач работы. Разработана математическая модель динамической системы "Базовая машина - рабочее оборудование - груз". Автором разработана методика экспериментальных исследований, информационно-измерительная система, произведена обработка данных, анализ и обобщение результатов исследований. Все основные научные результаты работы получены лично автором, результаты совместных исследований снабжены ссылками на соответствующие источники.

Реализация результатов работы.

Результаты работы используются в учебном процессе Сибирского государственного технологического университета при подготовке специалистов специальностей 190207.65 - Машины и оборудование природообустройства и защиты окружающей среды, 150405.65 - Машины и оборудование лесного комплекса; при подготовке бакалавров по направлениям 190100 - Наземные транспортно - технологические машины и комплексы и 151000 - Технологические машины и оборудование в курсах "Проектирование машин и оборудования садово-паркового и ландшафтного строительства" и "Проектирование специальных лесных машин", а так же ООО "Стандарт", г. Красноярск, ул. Красной Звезды, 1 при модернизации гусеничных лесопогрузчиков перекидного типа на базе лесопромышленных тракторов.

Апробация результатов диссертации.

Результаты исследований и разработок докладывались и одобрены на Всероссийских научно-практических конференциях «Химико-лесной комплекс -проблемы и решения» в 2009 - 2013 гг., и на 5 Международной (заочной) научно-практической конференции молодых ученых, посвященной 60-летию КрасГАУ,

ш:

ГП ,7 , <

I V *

\! / !

>1 !,,

» »

VI.

I' г

которая проходила 26-28 апреля 2012 года, на семинарах кафедры «Технологий и машин природообустройства» СибГТУ.

Публикации.

По результатам исследований опубликовано 13 научных работ, в том числе патент на полезную модель и четыре статьи - в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура диссертации, ее объем.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографии из 114 наименований и 4 приложений. Основное содержание изложено на 159 страница