автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Повышение эффективности работы трелевочных машин обоснованием рациональных передаточных чисел перспективных трансмиссий

На правах рукописи

Ву Хай Куан

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ТРЕЛЕВОЧНЫХ МАШИН ОБОСНОВАНИЕМ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ТРАНСМИССИЙ

Специальность 05.21.01 - «Технология и машины лесозаготовок и

лесного хозяйства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 з ПАЯ 2015

005568993

005568993

На правах рукописи

Ву Хай Куан

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ ТРЕЛЕВОЧНЫХ МАШИН ОБОСНОВАНИЕМ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ЧИСЕЛ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ТРАНСМИССИЙ

Специальность 05.21.01 - «Технология и машины лесозаготовок и

лесного хозяйства»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет»

Научный руководитель: кандидат технических наук

Валяжонков Владимир Дмитриевич, доцент ФГБОУ ВПО « Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет»

Официальные оппоненты :

доктор технических наук Павлов Александр Иванович. Профессор ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет»

кандидат технических наук, Скобцов Игорь Геннадьевич, доцент ФГБОУ ВПО. «Петрозаводскй государственный университет»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Московский

государственный университет леса»

Защита диссертации состоится «//■» //¿лнФ 2015 г. ъ// часов на заседании диссертационного совета Д.212.220.03 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургском государственном лесотехническом университете имени С.М. Кирова» (194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, главное здание, зал заседаний)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета и на сайте совета: http://spbftu.ru/science/sovet/D21222003/dis03/

Автореферат разослан _2015 г.

Просим Ваши отзывы на автореферат высылать в двух экземплярах с заверенными подписями направлять по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, Лесотехническая академия, ученому секретарю диссертационного совета.

Ученый

секретарь диссертационного совета

Алексей Романович Бирман

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Трелевочная машина по сей день является наиболее распространённой лесной машиной. В настоящее время актуальными стали такие требования к современной трелевочной машине, как максимум производительности и минимум удельных эксплуатационных затрат при выполнении технологических операций процессов. Большое практическое значение в комплексе работ по совершенствованию машин имеют работы, связанные с совершенствованием трансмиссии, которая в значительной степени определяет тягово-динамические свойства, производительность и долговечность машины, ее эргономические свойства.

Отечественные трелевочные машины оснащаются в основном механическими ступенчатыми трансмиссиями (МТ), имеющими ряд существенных недостатков, таких как: обеспечение высокой мощности только в узком диапазоне тяговых сопротивлений; ступенчатая тяговая характеристика; невозможность переключения передач под нагрузкой; повышенная утомляемость оператора, связанная с частым переключением передач приводящая к понижению производительности. В то время как более перспективными являются гидравлические трансмиссии: гидромеханическая (ГМТ) и гидростатическая (ГСТ). По своей структуре эти трансмиссии состоят из двух частей: гидравлического блока и механической части (коробка передач, главная передача и бортовые редукторы).

Цикл работы трелевочной машины состоит из четырех основных фаз: набор пачки, грузовой ход (трелевка), сброс пачки, холостой ход. Самым нагруженным и энергоемким является грузовой ход, эффективность выполнения которого требует максимальной реализации тягово-мощностных показателей машины. Обеспечение этого условия связано с правильным выбором передаточного числа трансмиссии.

Степень разработанности темы исследования. Одним из первых исследований гидромеханической трансмиссии для лесных машин было выполнено В. П. Сергеевым, в работах которого был рассмотрен вопрос повышения эффективности и улучшения эксплуатационных свойств трелевочных машин путем обоснования параметров гидромеханической трансмиссии и их реализация.

Вместе с тем проблема применения гидростатической трансмиссии для трелевочных машин изучена не в полной мере. Практически отсутствуют работы по обоснованию и методу выбора ГСТ для трелевочных машин. Имеются лишь небольшое количество работ по экспериментальному исследованию применения ГСТ на трелевочных машинах, которые были выполнены под руководством Г.М. Аписимова, А.И. Шведа и др.

В настоящее время на Онежском тракторном заводе начали выпускать небольшой серией трелевочные машины с гидростатической трансмиссией-0нежец-320.

Цель исследования. Повышение эффективности работы трелевочных машин обоснованием рациональных передаточных чисел механической трансмиссии и механической части гидравлических трансмиссий для широкого диапазона природно-производственных условий.

Задачи исследования.

1 .Обоснование критериев оценки для определения эффективности работы трелевочных машин в различных природно-производственных условиях.

2.Апализ и систематизация природно-производственных условий эксплуатации трелевочных машин.

3.Разработка и исследование математической модели работы трелевочной машины в различных природно-производственных условиях с разными типами трансмиссий с учетом реальных характеристик агрегатов моторно-трансмиссионных установок перспективных моделей семейства машины ОТЗ.

4. Разработка методики для определения рациональных передаточных чисел механической трансмиссии и механической части гидравлических трансмиссий трелевочных машин.

5. Проведение экспериментальных исследований и проверка адекватности теоретических разработок.

6. Разработка выводов и рекомендаций для предприятий, занимающихся проектированием и изготовлением трелевочных машин.

Научная новизна. Разработана математическая модель по критериям оценки эффективности работы трелевочной машины для широкого диапазона природно-производственных условий. В качестве критериев эффективности работы трелевочной машины приняты максимум производительности (м3/ч) и минимум удельного расхода топлива (кг/м3) за грузовой ход. На основе математической модели разработана методика определения рациональных передаточных чисел механической трансмиссии и механической части гидравлических трансмиссий трелевочной машины. Это методика учитывает действительные характеристики силовой установки машины, гидротрансформатора, агрегатов гидростатической передачи, различные объемы трелюемых пачек и характеристики грунта (сопротивление самопередвижения, коэффициент максимального сцепления и коэффициент волочения пачки), а также учитывает действительный закон распределения тягового усилия машины при выполнении грузового хода.

Теоретическая значимость. Заключается в создании и исследовании математической модели для определения эффективности работы трелевочных машин, позволяющую рассчитать максимальную транспортную производительность и минимальный удельный расход топлива при трелевке деревьев.

Практическая значимость. Исследование обеспечивает определение рациональных передаточных чисел механической трансмиссии и механической части перспективных видов трансмиссий (ГСТ и ГМТ) для оценки эффективности работы трелевочных машин. Обоснованы характеристики выбора трансмиссий для достижения максимальной эффективности.

Методология и методы исследования. Исследования базировались на основе математического моделирования, теории вероятностей и математической статистики, изучении природно-производственных условий, проведении лабораторных и натурных испытаний. Положения, выносимые на защиту: -выбор критериев оценки эффективности работы трелевочных машин, учитывающие широкие диапазоны внешних сопротивлений и высокую динамику их изменения;

-математическая модель для оценки эффективности работы трелевочных машин в широком диапазоне природно-производственных условий с различными

типами трансмиссий.

-.на основе математической модели разработка методики определения рациональных передаточных чисел для механических трансмиссий и для механической части перспективых трансмиссий (ГМТ и ГСТ) трелевочных машин, работающих в широком диапазоне природно-производственных условий

-методика определения средних величин транспортной производительности, удельного расхода топлива и передаточных чисел, с учетом нормального закона распределения, для определенных природно-производственных условий;

-результаты исследовательских натурных испытаний и проверка адекватности

теоретических разработок.

Достоверность. Достоверность полученных результатов, изложенных в диссертации, подтверждается использованием обоснованных расчетов математической модели, основанных на фундаментальном законе нормального распределения, удовлетворительным соответствием результатов теоретических разработок и экспериментальных исследований. Погрешность теоретических расчетов не превышает 7-10%. Экспериментальные исследования в лабораторно-стендовых и полевых условиях проведены с использованием современных метрологически проверенных измерительных средств и обоснованием

длительности и количества опытов.

Апробация работы. Результаты диссертации апробированы и внедрены в предприятии ЗАО «Лесной комплекс» Выборгского района Ленинградской области и в учебный процесс Санкт-Петербургского государственного

лесотехнического университета.

Основные положения и результаты исследования докладывались: на научно-технических конференциях кафедры ЛГ и КМ Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета в 2012-2013гг., на международной научно-технической конференции «Техника и технологии - мост в будущее» в Воронежской государственной лесотехнической академии, на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» в Вологодском государственном университете и на пленарном заседании научной конференции лесомеханического факультета СПб

ГЛТУ в 2014 и 2015 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них

6 в изданиях, рекомендованным ВАК Минобразования и науки РФ.

Структура h объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов, выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений.

Общий объём работы составляет 155 страниц, из них 134 основного текста и 8 страницы приложений. Работа включает 42 рисунка, 30 таблиц и 166 наименований использованных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована актуальность темы, научная новизна и научные положения, выносимые на защиту, а также практическая значимость.

В первом разделе изложено современное состояние вопроса применения трелевочных машин на заготовке леса.

На сегодняшний день лесозаготовительный процесс производится двумя основными способами, наиболее распространенным как в России, так и во всем мире, по хлыстовой и сортиментной технологии.

Выбор лесной колесной или гусеничной техники определяется обычно условиями заготовки и экологическими ограничениями. На территории России преимущественно используются гусеничные трелевочные машины.

Лесную технику в России выпускают два тракторных завода ОТЗ и АТЗ. Базовая модель ОТЗ трелевочная машина -ТЛТ-100; АТЗ - ТТ-4М. В данной работе мы исследуем последние модификации ТЛТ-100 трелевочные машины Онежец-ЗОО и 0нежец-320.

Трансмиссия базовых моделей отечественных трелевочных машин ТТ-4М и ТЛТ-100 механическая (МТ). В настоящее время на ОТЗ выпущена небольшая серия трелевочных машин 0нежец-320 с гидростатической трансмиссией (ГСТ)

Основы теории по обоснованию и выбору параметров конструкции лесопромышленных тракторов заложены в работах С.Ф. Орлова, В.А. Александрова, A.M. Гольдберга, В.А. Горбачевского, A.M. Кочнева, В.Б. Прохорова, А.В. Жукова, Г.М. Анисимова, В.П. Сергеева и др.

Большой вклад теоретического исследования на основании экспериментальных результатов сделали ученые ЦНИИМЭ, ГЛТА, ГСКБ тракторных заводов (ОТЗ, АТЗ) и ЧФ НАТИ. Получены первые результаты в течение несколько лет (с 1974 по 1988 годы) по обоснованию показателей эффективности, режиму нагружения трансмиссии и условиям эксплуатации трелевочных машин.

Второй раздел посвящен теоретическим исследованиям и разработке математической модели для оценки эффективности работы трелевочной машины с целью определения рациональных передаточных чисел для механической трансмиссии, а также для механической части гидромеханических и гидростатических трансмиссий.

Общее передаточное число механической части трансмиссии определяется произведением передаточных чисел коробки передач, главной передачи и бортовых редукторов.

Спецификой работы трелевочной машины в процессе трелевки является преодоление значительных тяговых сопротивлений, меняющихся в широком диапазоне от минимального касательного тягового усилия Рк min до максимального касательного тягового усилия по сцеплению Рк max. Динамика изменения этих нагрузок очень высока. По данным ряда исследований, диапазон частот изменения этой нагрузки находится в пределах 0,2 - 1,2 Гц. Высокая частота изменения нагрузки в сочетании с коротким расстоянием трелевки (не более 300 м) практически исключает возможность переключение передач во время выполнения рабочего хода. Поэтому выбор передаточных чисел трансмиссии должен производиться с учетом реализации преодоления любой из этих нагрузок внутри данного диапазона от min до max, определяемых данными природно-производственных условий, при этом обеспечить максимальную мощность на ведущих колесах (скорость движения машины).

В ранее изданных работах по выбору передаточных чисел трелевочных машин влияние буксования учитывалось только пределом по сцеплению, но не учитывалось влияние буксования на действительную скорость и мощность машины в процессе трелевки, а также не всегда учитывался действительный характер изменения тягового сопротивления трелевочной машины в процессе выполнения рабочего хода. В этих работах в качестве критериев использовались максимальная средняя мощность на крюке и максимальная средняя мощность на выходном элементе трансмиссии при выполнении грузового хода. С нашей точки зрения, этих критериев оценки недостаточно, поскольку они не гарантируют в полной мере объективной оценки работы машины при выполнении процесса трелевки.

С учетом вышесказанного, целью данного исследования является анализ эффективности работы трелевочных машин, оборудованных механической, гидромеханической и гидростатической трансмиссиями с применением в качестве критериев производительности и удельного расхода топлива на кубометр стрелеванной древесины при выполнении грузового хода. Эти критерии более полно отражают реальную работу трелевочных машин.

Производительность грузового хода машины рассчитывается по формуле:

Пгруз = ~г~> м3/ч (1)

hpyl

где

Q — объем трелюемой пачки, м3;

t,py-, - время выполнения грузового хода, ч.

Удельный расход топлива грузового хода на м3 стрелеванной древесины определяем по формуле:

Сгруэ = ' кг/м3 (2)

''груз

где

От — часовой расход топлива грузового хода, кг/ч. Время грузового хода определяем по формуле:

Сгруз=Г7'4 (3)

где

Б -расстояние трелевки, км;

^груз. - скорость движения трелевочной машины при грузовом ходе, км/ч.

В общем виде скорость грузового хода определяется по формуле:

„ 3,6»ЛГК км

угруз Рк • ч

Во время выполнения грузового хода переключение передач практически не используется, поэтому величины скорости и часового расхода за грузовой ход можно оценить по величинам средней скорости и среднего часового расхода при выполнении процесса трелевки.

Многочисленные исследования показали, что изменение касательной силы тяги в процессе выполнения грузового хода подчиняется нормальному закону распределения, поэтому величины среднего часового расхода топлива и средней скорости за грузовой ход рассчитаны с учетом нормального закона распределения. Параметры закона распределения будут определяться природно-производственными условиями: значениями коэффициентов на

самопередвижение машины ({), сцепления (ф) и величиной рейсовой нагрузки ((3)

Средний часовой расход топлива и средняя скорость определяются по формулам:

0,= ¡О^ДР^Р, (5)

Рчпа

У= ¡УЛРЖРМР, (6)

Р.*

где

СтСЛг) " функциональная зависимость часового расхода топлива от касательной силы тяги;

V(Рк) - функциональная зависимость действительной скорости машины от касательной силы тяги;

Подинтегральные функции вТ(РК) и У(РГ) определяются на основании тягового расчета для различных передаточных чисел.

Расчет тяговой характеристики приводится с учетом зависимости буксования от касательного тягового усилия по формуле (7) и с учетом коэффициента самопередвижения (I7).

Текущий коэффициент буксования определяется по формуле:

-ЬЙ

¿=1-

ртах

«/ у

(7)

Плотность распределения вероятностей касательной силы тяги (/(^)) находится по следующей формуле:

- \21 Р.-Р.

Пределы интегрирования Рк_тП и Рктах определяются соответственно силой сопротивления передвижения машины Рг и ограничением силы тяги по сцеплению Рсц... Рг и Рсц рассчитываются для конкретных природно-производственных условий и определяются по следующим формулам:

Р/ = (<?! +С)*/. (9)

рСц = С<?1 + с) * <р, (10)

где

Q¡ - вес части пачки, приходящейся па трелевочную машину, кН. Для любого типа трансмиссии перебор рабочих передаточных чисел механической части трансмиссии осуществляется при условии реализации максимальной силы тяги по сцеплению для каждой из исследуемых передач. Минимальное значение выбранного передаточного числа механической части трансмиссии должно быть определено по следующим формулам: -для механической трансмиссии

__ 1000*гзвсд *РСЦ _ . ..

!раб.мин — м > V1 ^

-для г идромеханической трансмиссии

1000»Гзвед *Рсц . л

'Раб.мин ~ м > V>■*•)

шт.мак Чтр

-для гидростатической трансмиссии

_ 1000'ГЗЕед.«Рсц 1 Раб.мин - м

'■м.иакЧтр

где

Мд. мак - максимальный крутящий момент на валу двигателя, Н/м; Мт. мак - максимальный крутящий момент на турбине ГТ, Н/м; Мм. мах- максимальный крутящий момент на валу гидромотора, Н/м; г^р- общий КПД трансмиссии;

Рсц - максимальная касательная сила тяги по сцеплению, кН. Подставив формулу скорости (6), в формулы (1, 2) получим окончательные выражения производительности и удельного расхода топлива.

<2*

пгруз = -^--(14)

Сгруз= ** (15)

о. "¡КИ'ЖРМР,

р

С помощью этих формул (14,15) проведены исследования влияния величины передаточного числа механической части трансмиссии на вышеприведешше критерии для базовой трелевочной машины Онежец-ЗОО с тремя типами трансмиссий: механической, гидромеханической и гидростатической.

Исследование выполнено для всего диапазона природно-производственных условий (см.табл.1). Объем трелюемой пачки, согласно рекомендации

9

производителя Юм3 - для первой и второй категорий грунтов и 6 м3 - для третьей категории грунтов (по ограничению силы тяги по сцеплению). При исследовании приняты угол уклона рельефа а=10° и коэффициент сопротивления волочению пачки =0,8 для всех категорий грунтов.

Таблица 1. Показатели, характеризующие природно-производственные

Категория грунтов Показатели

f Ф <Ж)

Первая категория 0,1 0,8 8-14

Вторая категория 0,2 0,7 8-12

Третья категория 0,25 0,6 4-6

рисунке 1: (а)- для механической, (б)-гидростатической трансмиссии.

для гидромеханической, (в)

для

в-ГСТ

Рисунок 1. Зависимость критериев эффективности работы трелевочной машины от общих передаточных чисел механической трансмиссии и механической части гидравлических трансмиссий.

Результаты теоретического исследования. Из графиков, приведенных на рисунке 1(а,б,в) следует, что вне зависимости от типов трансмиссии при работе машины на каждом конкретном природно-производственном условии существует одна рациональная передача, на которой достигаются максимальная транспортная производительность и минимальный удельный расход топлива.

Величина этих критериев существенно зависит от значения общего передаточного числа механической части трансмиссии, так:

- для механической трансмиссии на каждой категории грунтов при отклонении передаточного числа от оптимума на 20% величина производительности будет снижаться: на первой категории грунта 20,4%, на второй - 21,4%, на третьей - 20,8%. Удельный расход топлива повышается: на первой категории грунта -15,2%, на второй -15,8%, на третьей - 15,3%;

- для гидромеханической трансмиссии при отклонении передаточного числа от оптимума в большую или меньшую сторону на 20% производительность будет снижаться; на первой категории грунта -3,4-8,9%, на второй - 4-6,1% и на третьей - 3-7,9%. Удельный расход топлива повышается: на первой категории грунта - 1,24,5%, на второй - 3,2-5,1% и на третьей - 4,9-5,7%;

- для гидростатической трансмиссии такая же логика наблюдается при отклонении передаточного числа в большую или меньшую сторону на 20% производительность снижается: на первой категории грунта 0,8-5,0%, на второй -1,5-3,3%, третьей - 3,9-4,6%. Величина удельного расхода топлива повышается соответственно: на первой категории грунта - 0,9-4,9%, на второй - 1,5-3,3%, третьей -3,9-4,6%.

Анализ полученных результатов показал:

- на первой категории грунтов ГМТ имеет выше производительность, чем МТ на 9,8% и меньше удельный расход топлива по сравнению с МТ на 4%. ГСТ имеет выше производительность, чем МТ на 7,2%, но удельный расход топлива выше на 4,2%;

- на второй категории грунтов величины производительности у ГМТ и МТ практически одинаковые. МТ имеет удельный расход топлива меньше чем ГМТ на 1,4%. ГСТ имеет меньше производительность, чем МТ и ГМТ на 4,3% и выше удельный расход топлива соответственно на 12,3% и 10,7%.

- на третьей категории грунтов полное преимущество имеет МТ. МТ имеет выше производительность, чем ГМТ на 6,4%, ГСТ на 12,4% и меньше удельный расход топлива соответственно на 5,2% и 20,8%.

Таким образом, можно сделать вывод, что чем больше плотность грунтов (чем шире диапазон возможного изменения тягового сопротивления), тем выше эффективность применения перспективных типов трансмиссий (ГМТ, ГСТ). Это объясняется увеличением диапазона регулирования крутящего момента перспективных трансмиссий.

Как показали проведенные исследования, для обеспечения максимальной эффективности работы трелевочной машины на всем диапазоне природно-производственных условий нужно;

- для механической трансмиссии достаточно иметь три рабочие передачи, а для всего цикла работы трактора необходимо иметь ещё две передачи для транспортной скорости (холостой ход);

- для ГМТ необходимо иметь две рабочие передачи и ещё одну передачу для обеспечения транспортной скорости;

- для ГСТ необходимо иметь две рабочие передачи, но при этом одна из передач также служит для транспортной скорости.

В реальной эксплуатации трелевочной машины, величина трелюемой пачки меняется от минимума до максимума (см.табл. 1). Используя разработанную методику, определены рациональные передаточные числа для каждой фиксированной пачки в рассмотренном диапазоне и соответственно величины производительности и удельного расхода для всех категорий грунтов.

Результаты расчетов представлены в виде графиков: на рисунке 2: (а)- для механической, (б) -для гидромеханической и (в)- для гидростатической трансмиссии_______

350

300

250

4 200

?

150

а

с 100

50

0

1

Гм Грунт 3 ----

1 Л

„.. /

Г( унт 2 1

1

1

10

- 5п

а-МТ

б-ГМТ

350

300

250

?т

ь

¿150

С

100

50

0

Грунт 2

10

-п —е.п

ОМ

в-ГСТ

Рисунок 2. Зависимость критериев эффективности работы трелевочной машины от величин трелюемой пачки на всех категориях грунтов.

На основании обзора многочисленных исследований, установлено, что изменения объемов пачек в реальных производственных условиях эксплуатации близки к нормальному закону распределения случайных величин. Тогда мы

12

можем определить величины средних значений принятых критериев эффективности и среднего значения общего передаточного числа механической части трансмиссии соответственно для каждой категории грунтов.

Средние величины критериев и передаточного числа с учетом нормального закона распределения можно определить по следующим формулам;

П

ср.мак

-'ср.мин

сред.

= 0< @мак

Qmhh фмак

i(Q)*/(Q)*d(Q)

Q мин

-í •L

(16)

(17)

(18)

где - П(С>) функциональная зависимость транспортной производительности от объема трелюемой пачки;

-О(0) функциональная зависимость удельного расхода топлива от объема трелюемой пачки;

-КС>) функциональная зависимость рациональных рабочих передаточных чисел от объема трелюемой пачки;

- f{Q) —плотность распределения вероятности объема пачек;

- С}*™ и С^мак - минимальный и максимальный объемы пачек.

Полученные зависимости также позволяют определить средний объем

трелюемой пачки для каждой категории грунтов при условии использования рациональных передаточных чисел для соответствующих пачек.

Проведены расчеты по формулам (16,17,18). Полученные средние величины критериев (Ц.р, Оп и 1) для трех типов трансмиссий, соответственной каждой категории грунтов представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Средние величины критериев для трех типов трансмиссий на всех

Показатели 1 категория грунта 2 категория грунта 3 категория грунта

МТ ГМТ ГСТ МТ ГМТ ГСТ МТ ГМТ ГСТ

Qcp.(M3) 11 10 5

i 119 68 71 102 64 63 76 51 47

псв.(м3/ч) 257 274 267 253 253 242 160 149 139

Gn (кг/м3) 0.062 0.077 0,083 0.071 0.082 0.091 0.124 0.143 0.159

Экспериментальные исследования проводились в двух направлениях:

- лабораторное стендовое испытание гидростатической передачи.

- полевые испытания машин.

Объектом лабораторно-стендового исследования была гидростатическая трансмиссия, состоящая из регулируемого гидронасоса Linde HPV 105 и регулируемого гидромотора Linde HMV 165. Лабораторно-стендовое испытание

приводилось с целью определения регулировочной характеристики агрегатов гидростатической передачи. Принципиальная гидравлическая схема установки для проведения стендовых испытаний приведена на рисунке 3.1

Рисунок 3. Принципиальная гидравлическая схема установки для лабораторных испытаний гидростатической передачи.

Объектами испытаний в полевых условиях были две трелевочных машины: Онежец-ЗОО с механической трансмиссией и Онежец 320 с гидростатической трансмиссией. Цель испытаний - определение динамики производительности в зависимости от величины объема трелюемых пачек за грузовой ход для конкретных грунтовых условий и проверка адекватности теоретических разработок.

В четвертом разделе приведен анализ результатов эксперимента Результаты лабораторно-стендового испытания. В результате лабораторных испытаний определены регулировочные характеристики гидронасоса Linde HPV 105 и гидромотора Linde HMV 165 (рисунок 4.1).

Результаты стендового испытания использованы для теоретических расчетов при исследовании гидростатической трансмиссии во втором разделе диссертации Результаты испытаний в полевых условиях. В результате проведения полевых экспериментов на лесосеке предприятия ЗАО «Лесной комплекс», были получены данные, по производительности для грузового хода. Полученные результаты представлены в виде графика на рисунке 4.2.. Как показал анализ графика, разница величины производительности, полученной при полевых испытаниях и в теоретических расчетах для рассматриваемых пачек, соответственно каждой категории грунта, составляют: при Q= 5 м3 на третьей категории грунта -2,12 %, при Q= 10 м3 на второй категории грунта - 2,1 % и при Q= 12 м3 на первой категории грунта - 1,4%, что подтверждает правильность математической модели.

Рисунок 4.1. Регулировочные характеристики гидронасоса Linde HPV 105 (а) и гидромотора Linde HMV 165 (б)

зо 25 20 15 10 5

о

ятттш

ш

шшш

П полев. П полиг. — П теор.

А

10

12

14

Q0«3)

Рисунок 4.2. Сравнение теоретической и экспериментальной транспортной

производительности при грузовом ходе от объёма пачек. Для проверки адекватности теоретических разработок нами приняты результаты ранее проведенных полигонных испытаний(1973-1980гг)

трелевочной машины с механической трансмиссией научным коллективом кафедры лесных гусеничных и колесных машин ГЛТА под руководством профессора Г.М. Анисимова

Поскольку в экспериментах на трелевочных машинах могут быть разные по величине ведущие звездочки и передаточные числа заднего моста, то для объективного сравнения теоретических разработок и опытных данных принимаем обобщенный показатель - отношение величины общего передаточного числа механической части трансмиссии (¡) к радиусу ведущей звездочки (К).Этот показатель называется тяговым фактором (Т).

На основании полученных данных при полигоном испытании трелевочных машин на фиксированном грунтовом условии с определенной пачкой были построены графики (рисунок 4.3). зависимостей теоретической и экспериментальной транспортной производительности и удельного расхода топлива от тягового фактора Т.

Анализ данных графиков показывают, что средние экспериментальные зависимости близки к теоретическим результатам. Предельное расхождение находится в диапазоне: по удельному расходу топлива 11,3-18,8% и по транспортной производительности 0 - 7,5%. Большое расхождение по удельному расходу топлива объясняется разными двигателями у исследуемых машин. Таким образом, экспериментальные данные полигонных испытаний подтверждают адекватность теоретических разработок.

Рисунок 4.3. Сравнение теоретической и экспериментальной транспортной производительности и удельного расхода топлива при грузовом ходе от тягового фактора (Т) для третьей категории грунтов.

Таким образом, можно считать, что теоретические разработки, полученные на основании математической модели, носят объективный характер и с высокой степенью точности могут быть использованы при проектировании трелевочных машин и оценке эффективности различных типов трансмиссии.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Определены критерии объективно отражающие реальную работу трелевочных машин для анализа эффективности работы этих машин, оборудованных механической, гидромеханической и гидростатической трансмиссиями. В качестве критериев приняты производительность и удельный расход топлива на кубометр стрелеванной древесины при выполнении грузового хода.

2. Разработана математическая модель для оценки эффективности работы трелевочной машины в различных природно-производственных условиях путём определения рациональных передаточных чисел механической трансмиссии, механической части гидромеханических и гидростатических трансмиссий с учетом реальных характеристик силовых установок, гидротрансформаторов и гидростатических агрегатов.

3. На основе математической модели разработана методика определения рациональных передаточных чисел для механических трансмиссий и для механической части перспективых трансмиссий (ГМТ и ГСТ) трелевочных машин, работающих в широком диапазоне природно-производственных условий.

16

4.Определены рациональные величины общих передаточных чисел и число передач механической части для каждого типа трансмиссии трелевочной машины Онежец - 300 при условии работы с средней трелюемой пачкой для трех категорий грунтов:

- механическая трансмиссия: 11=119, ¡2=102,1з=76;

- гидромеханическая трансмиссия: 11=67,12=51;

- гидростатическая трансмиссия: 11=68, ¡2=47.

5.Разработана методика определения средних величин транспортной производительности, удельного расхода топлива и передаточных чисел, с учетом нормального закона распределения, для определенных природно-производственных условий

6. Эффективность применения перспективных типов трансмиссии (ГМТ и ГСТ) зависит от диапазона изменения внешнего сопротивления. Чем шире диапазон, тем выше эффективности применения этих трансмиссий. На плотных грунтах ГМТ и ГСТ имеют выигрыш по сравнению с МТ по производительности соответственно 9,8% и 7,3%.

7. Результаты испытания в полевых условиях показали, что разница величины экспериментальной и теоретической транспортной производительности для рассматриваемых пачек соответственно для каждой категории грунтов составляет:

- при 0= 5 м3 на третьей категории грунта - 2,12%,

- при 0= 10 м3 на второй категории грунта - 2,1%,

- при 0= 12 м3 на первой категории грунта -1,4%.

Это подтверждает правильность теоретических разработок.

8. Результаты ранее проведенных полигонных испытаний показывают, что полученные опытные данные как по величине, так и по характеру изменения близки к полученным теоретическим результатам. Предельное расхождение находится в диапазоне: по удельному расходу топлива от 11,3-18,8 % и по транспортной производительности 0-7,7%. Большое расхождение по удельному расходу топлива объясняется разными двигателями у исследуемых машин.

РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Проведенный анализ современных методов лесозаготовок и конструкций отечественных и зарубежных трелевочных машин показал, что гидростатическая трансмиссии имеет существенное преимущество перед механической. В этой связи рекомендовно применение ГСТ по бортовой схеме для гусеничных трелевочных машин.

2. Разработанная методика рекомендуется для определения рациональных передаточных чисел механической части перспективных трансмиссий (ГМТ и ГСТ) для каждой фиксированной пачки и, соответственно, величины производительности и удельного расхода топлива для всех категорий грунтов.

3. Полученные зависимости рекомендуются для определения среднего объема трелюемой пачки для каждой категории грунтов при условии использования рациональных передаточных чисел механической части перспективных трансмиссий (ГМТ и ГСТ)для соответствующих объемов пачек.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ

Публикации в изданиях по перечню ВАК.

1. Ву Хай Куао. Методика выбора рабочих передач гусеничного трелевочного трактора / Ву Хай Куан, В.Д. Валяжонков, В.Л. Довжик и др.// Известия СПбГЛТУ. Выпуск № 201 - 2012. - С. 88 - 98.

2. Ву Хай Куан. Повышение топливо-экономических показателей трелевочного трактора путём оптимизации параметров трансмиссии / Ву Хай Куан, В.Д. Валяжонков, O.A. Михайлов // Вестник КрасГАУ. Выпуск №11-2013.-С. 221-227.

3. Ву Хай Куан. Эффективность применения пневмокатков на лесных трелевочных машинах / Ву Хай Куан, В.Д. Валяжонков, A.B. Андронов и др // Вестник КрасГАУ. Выпуск № 12 - 2013. - С. 214-219.

4. Ву Хай Куан. Методика определения рабочих передаточных чисел гидромеханической трансмиссии трелевочного трактора / Ву Хай Куан, В.Л. Довжик, O.A. Михайлов. // Известия СПбГЛТУ. Выпуск № 208 - 2014. - С. 73-83.

5. Ву Хай Куан. Исследование влияния передаточных чисел гидромеханических трансмиссий на технико-экономические показатели / Ву Хай Куан, В.Д. Валяжонков, O.A. Михайлов // Вестник КрасГАУ. Выпуск № 3 - 2013. -С. 184-189.

6. Ву Хай Куан. Методика определения оптимальных количеств и величин рабочих передаточных чисел трелевочного трактора с механической и автоматической трансмиссиями / Ву Хай Куан, В.Д. Валяжонков, Б.Г. Мартынов, A.B. Андронов // Вестник КрасГАУ. Выпуск № 12 - 2014.- С. 188-193.

Доклады на конференциях.

1. Ву Хай Куан. Тенденция развития трансмиссий лесопромышленных тракторов / Ву Хай Куан, O.A. Михайлов // Международная научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов. СПб ГЛТУ, 12.11. 2012. — С. 76-80.

2. Ву Хай Куан. Влияние типов трансмиссии на технико - экономические показатели лесопромышленных тракторов / Ву Хай Куан, В.Д. Валяжонков // Международная научно-технической конференция «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» в Вологодском государственном университете.-2014г.

3. Ву Хай Куан. Способы определения коэффициента сопротивления самопередвижения гусеничного трелевочного трактора / Ву Хай Куан IIМеждународная научно-техническая конференция «Техника и технологии -мост в будущее», ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»,- 2014г.

4. Ву Хай Куан. Анализ и сравнение тягово-мощностных показателей трёх типов трансмиссий, применяющихся на лесопромышленных тракторах / Ву Хай Куан, В.Д.Валяжонков, O.A. Михайлов И Xмеждународная научно-практическая интернет-конференция «Леса России в XXI веке», СПб ГЛТУ. - 2012г.

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д 212.220.03 или прислать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу. 194021, г. Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова, учёному секретарю.

ВУ ХАЙ КУАН АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать с оригинал-макета 18.03.15. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Уч.-изд. л. 1,0. Печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 40. С 3 а.

Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет Издатсльско-полиграфический отдел СПбГЛТУ 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 3.