автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Улучшение тормозных свойств колесных лесопромышленных тракторов путем обоснования технических решений и параметров тормозной системы

Введение

1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Условия эксплуатации лесопромышленных тракторов.

1.2. Существующие и перспективные технологические процессы лесозаготовительного производства.

1.3. Анализ конструктивных особенностей зарубежных и отечественных колесных лесопромышленных тракторов.

1.4. Анализ исследований тормозных свойств колесных лесопромышленных тракторов.

1.5. Общие технические требования к тормозным системам с пневматическим приводом.

1.6. Задачи исследований.

2. Математическая модель системы «сортиментовоз — волок» в режиме торможения.

2.1. Обоснование эквивалентной динамической схемы.

2.2. Дифференциальные уравнения системы «сортиментовоз — волок» в процессе торможения.

2.3. Внешние возмущающие воздействия.

3. Математическая модель системы «колесный трелевочный трактор пачка древесины — волок» в режиме торможения.

3.1. Эквивалентная динамическая схема системы « колесный трелевочный трактор - пачка —волок»

3.2. Дифференциальные уравнения взаимодействия системы «колесный трелевочный трактор - пачка древесины — волок» с опорной поверхностью в режиме торможения.

3.3. Особенности исследования разработанной математической модели на ЭВМ.

4. Методика, аппаратура, объекты и условия исследовательских испытаний.

4.1. Объекты исследовательских испытаний.

4.2. Электроизмерительная аппаратура.

4.3. Программа и методика проведения исследовательских испытаний тормозных свойств колесных лесопромышленных тракторов в различных условиях эксплуатации.

4.4. Выбор испытательной трассы, условия проведения испытаний и осциллографирования процессов.

4.5. Обработка результатов исследовательских испытаний и оценка погрешностей измерений.

5. Результаты экспериментальных и теоретических исследований.

5.1. Проверка адекватности математической модели.

5.2. Результаты экспериментальных исследований колесной трелевочной системы в режиме торможения.

5.3. Результаты теоретических исследований тормозных свойств колесных лесопромышленных тракторов.

5.4. Пути повышения эффективности тормозной системы колесного лесопромышленного трактора.

Технический прогресс в лесозаготовительной промышленности зависит от прогрессивности технологических процессов, технического уровня лесосечных машин и эффективности их работы. В лесозаготовительной промышленности на долю оборудования и инструмента приходится более половины капитальных вложений. Исследования российских ученых и зарубежный опыт свидетельствует об актуальности внедрения технологических процессов заготовки древесины, основанных на применении специальных колесных лесопромышленных тракторов. Известно, что технология лесозаготовок в Скандинавских странах в основном (на 80.90 %), а в странах Северной Америки на 60.70 % ориентируется на заготовку древесины с трелевкой колесными машинами различных типов, обладающими высокими рабочими скоростями движения, хорошей проходимостью, а также более комфортными условиями труда оператора. Широкое внедрение в лесозаготовительную промышленность отечественных машин на колесной базе возможно постановкой на серийное производство разработанных семейства колесных лесопромышленных тракторов ОАО «Онежский тракторный завод» класса тяги 50 кН, предназначенных для трелевки и сортиментной вывозки древесины.

По прогнозам отечественных и зарубежных ученых, доля транспортных работ, осуществляемых колесными лесопромышленными тракторами, в ближайшие годы будет непрерывно повышаться. Часть транспортных операций (прямая вывозка деревьев на расстояние 5 и более км) переместится на магистральные волока и дороги с улучшенным покрытием, что приведет к повышению скорости движения данных машин, а значит к повышению требований безопасности движения. Решению этой задачи в значительной степени зависит от улучшения такого важного эксплуатационного свойства колесного лесопромышленного трактора, как эффективность тормозной системы.

Цель работы. Улучшение эксплуатационной эффективности свойств колесных лесопромышленных тракторов обоснованием технических решений и параметров, влияющих на тормозные свойства.

В диссертационной работе содержится цель исследования, проведен анализ работ предшественников по процессу торможения мобильных систем различного назначения, разработана и исследована на ЭВМ математическая модель торможения системы «колесный лесопромышленный трактор — пачка древесины — волок», приведены результаты исследований тракторов в производственных условиях, с целью подтверждения адекватности разработанных математических моделей.

Научная новизна. Разработана и исследована на ЭВМ математическая модель взаимодействия колесной трелевочной системы (КТС) с волоком в процессе торможения, с учетом сил, действующих на пачку древесины, позволяющая проводить анализ тормозных свойств трактора, при различных условиях эксплуатации.

Значимость для теории и практики. Разработанная математическая модель торможения трелевочной системы с учетом сил, действующих на пачку деревьев и результаты ее исследования, углубляют теорию движения колесных лесопромышленных тракторов и их взаимодействия с предметом труда и трелевочным волоком. Результаты исследований позволяют на стадии проектирования и модернизации колесного лесопромышленного трактора внедрять новые технические решения, задавать оптимальные параметры тормозной системы с целью повысить его эксплутационную эффективность.

На защиту выносятся основные положения:

• математическая модель системы « колесный лесопромышленный трактор- пачка древесины — волок » в режиме торможения;

• методы и средства измерения тормозных свойств колесного лесопромышленного трактора;

• пути повышения эффективности тормозных свойств колесных лесопромышленных тракторов.

8. Результаты исследования внедрены в ОАО «Онежский тракторный завод».

1. Анисимов Г.М. Условия эксплуатации и нагруженность трансмиссии трелевочного трактора. М.: Лесная промышленность, 1975. 168 с.

2. Барановский В.А., Некрасов P.M. Системы машин для лесозаготовок. М.: Лесная промышленность, 1977. 246 с.

3. Шитов В.Н. К вопросу обоснования областей применения и основных параметров колесных трелевочных тягачей // Труды ЦНИИМЭ. Химки, 1970. Вып. 103. с. 79-103.

4. Кочнев A.M. Повышение эксплуатационных свойств колесных трелевочных тракторов путем обоснования их основных параметров: Дис. .д-ра техн. наук. СПб.: ЛТА, 1995. 424 с.

5. Малиновский Е. Ю., Гайцгори М.М. Динамика самоходных машин с шарнирно-сочлиненной рамой. М.: Машиностроение, 1974. 176 с.

6. Смирнов С.А. Теория движения колесных машин. М.: Машиностоение, 1990.352 е.: ил.

7. Тракторы: Теория / В.В.Гуськов, Н.Н.Велев, Ю.Е.Атаманов и др. под общ. ред. В.В.Гуськова. М.: Машиностоение, 1988. 376 с.

8. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний. М.: Наука, 1980. 270 с.

9. Александров М.П. Тормозные устройства. Справочник. М.: Машиностроение, 1985. 311 с.

10. Беленький Ю.Б. К методике выбора основных параметров и конструкции колодочных тормозов автомобилей и тракторов и их приводов. Автореферат дис. к.т.н. Минск: 1961, 24 с.

11. Дькова А.Н. Современные тракторы и автомобили. М.: Сельхоиздательство, 1955. 300 с.

12. Крагельский И.В. Факторы, влияющие на коэффициент трения тормозных устройств. М.: Высшая школа, 1956. 31с.

13. Лысых Г.С. Исследование работы дисковых тормозов с усилением и метод их расчета. М.: Машиностроение, 1959. 40 с.

14. Кацыгин В.В., Горин Г.С. Тангенциальные эластичности движетелей трактора 4-4 при взаимодействии с почвой. // Тракторы и сельхозмашины, № 10, 1980. С. 15-17.

15. Кнороз Б.Н., Кленников Б.В. Шины и колеса. М.: машиностоение, 1975. 194 с.

16. Кочнев A.M. Обоснование параметров колесной трелевочной системы с целью повышения устойчивости заданного направления движения: Дис. .кагд. техн. наук. JL: JITA, 1987. 276 с.

17. Бочаров Н.Ф., Гусев В.И. и др. Транспортные средства на высокоэластичных движителях. М.: машоностроение, 1974. 208 с.

18. Можаев Д.В., Илюшкин С.Н. Механизация лесозаготовок за рубежом. М.: Лесн. пром-сть, 1988. 295 с.

19. Акимов В.В. Наши лесные машины //Лесная промышленность, 1992. №6. С.7-9.

20. Андрюшин М.И. Для повышения проходимости лесозаготовительных машин //Лесная промышленность. 1992. №3. С. 18-19.

21. Анисимов Г.М. Основы научных исследований. Л.: JITA, 1988. 76 с.

22. Зеленин A.M., Баловнев В.М., Керров И.П. Машины для землеройных работ. М.: Машиностроение, 1975. 422 с.

23. Зеленин A.M. Основы разрушения грунтов механическими способами. М.: Машиностроение, 1988. 375 с.

24. Рубинштейн А.Я., Кулачкин Б.И. Динамическое зондирование грунтов. М.: Недра, 1984. 92 с.

25. Ребрик Б.М., Вишневский В.Ф. Ударно-вибрационное зондирование грунтов. М.: Стройиздат, 1979. 88 с.

26. Черкасов И.И. Механические свойства грунтов в дорожном строительстве. М.: Транспорт, 1976. 248 с.

27. Санглера Г. Исследование грунтов методом зондирования. М.: Стройиздат, 1971. 232 с.

28. Бабков В.Ф., Гербург-Гейбович А.В. Основы грунтоведения. М.: Стройиздат, 1982. 254 с.

29. Беккер М.Г. Введение в теорию систем местность машина. М.: Машиностроение, 1973. 520 с.

30. Рубинштейн А .Я., Канаев Ф.С. Инженерно-геологические изыскания для строительства на слабых грунтах. М.: Стройиздат, 1984. 108 с.

31. ГОСТ 20069-84. Грунты. Метод их испытаний статистистическим зондированием. М.: Изд стандартов, 1984.

32. Трофименков Ю.Г., Воробков Л.Н. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов. М.: Стройиздат, 1981. 216 с.

33. Грязнов Т.А. Оценка показателей свойств пород полевыми методами. М.: Недра, 1984. 200 с.

34. Вонг Дж. Теория наземных транспортных средств. М.: Машиностроение, 1982. 284 с.

35. Рубцов М.В., Дерюгин А.А., Гурцев В.И. Влияние лесозаготовительной техники на почву и сохраняемость подлеска. //Лесное хозяйство. 1985. №6. С. 18.

36. Русаков В.А. Проблема переуплотнения почвы движителями и эффективные пути ее решения. М.: Изд. ВИМ, 1998. 368 с.

37. Савицкий В.Ю. Формирование и параметры волоков. //В кн. Технология, оборудование и машины для лесосечных работ. Сб. науч. тр. ЦНИИМЭ. Химки, 1990. С. 19-25.

38. Савицкий В.Ю. Влияние лесосечных машин на почву //Лесная промышленность. 1992. №1. С.24.

39. Jansson K.-J., Johansson J. Soil changes after traffic with a tracked and a wheeled forest machine: a cause study on a silt loam in Sweden /Forestery, 1998. Vol. 71, No. l,Pp. 57-66.

40. Johansson J. Earth-moving equipment as base machines in forest work /The Swedish University of Agricultural Sciences, 1997. Rep. 294, 71 p.

41. Анисимов Г.М., Большаков Б.М. Основы минимизации уплотнения почвы трелевочными системами. СПб.: ЛТА, 1988. 108 с.

42. Шишов Л.Л., Соколов Н.А. Генетическая классификация почв СССР //Почвоведение. 1989. №4. С.112-117.

43. Ревут И.Б. Физика почвы. Л.: Колос. С. 172-365.

44. Иванова Е.Н. Классификация почв СССР. М.: Наука, 1976. 180 с.

45. Чухина В.В. К вопросу о принципах классификации земель //Лесоведение. 1985. №5. С.9-16.

46. Шитов В.Н. К вопросу обоснования областей применения основных параметров колесных трелевочных тягачей //Труды ЦНИИМЭ. Химки, 1970. Вып. 103. С. 79-103.

47. Виногоров Г.К. Некоторые лесоэксплуатационные характеристики почвенно-грунтовых условий и рельефов /В кн. Вопросы технологии имеханизации лесосечных работ. Сб. науч. тр. ЦНИИМЭ. Химки, 1972. №123. С.3-9.

48. Бондарев А.Г., Сапожников П.М., Уткаев В.Ф. и др. Изменения физических свойств и плодородия почв при их уплотнении движителями сельскохозяйственной техники. М.: Сборник науч. тр. ВИМ. Т.118-1988. С.46-57.

49. Золотаревксая Д.И. Расчет уплотнения почвы тракторами /Тракторы и сельхозмашины. 1990 №4. С. 10-14.

50. Nitami Т. The factual structure of mountainous terrain and its influence on logging operations. Proceeding of 10 th international Confererce of the JSTVS. Kobe, Japan, 1990. Vol. 1. P. 15-24.

51. Рыскин Ю.Е., Андрюшин М.И. Воздействие колесных тракторов на грунт//Лесная промышленность, 1990. №5. С. 18-20.

52. Газизулин А.Х., Сабиров А.Т. Влияние тяжелой лесозаготовительной техники на физические свойства дерново-подзолистых почв //Почвоведение, 1989. №2. С. 99-108.

53. Патент на изобретение №2157986 «Способ бесконтактного определения плотности лесных почв с целью минимизации уплотнения почвы трелевочными системами. М.: 20 октября 2000.

54. Лесохозяйственный справочник для лесозаготовителя. /Судьев Н.Г., Новиков Б.Н., Рожин Л.Н. /М.: Лесн. пром-сть, 1989. 328 с.

55. Российская академия наук. Сибирское отделение. Конференция ООН по окружающей среде и развитию. (Рио-де-Жанейро, июнь 1992 года). Информационный обзор /Костюг В.А. Новосибирск, 1992. 54 с.

56. Ермольев В.П., Виногоров Г.К. Ученые лесоводы о механическом воздействии на почву //Лесная промышленность. 1985. №4. С. 18.

57. Котиков В.М., Сладкевич Я.В. Ходовые свойства машин и экология //Лесная промышленность. 1990. №12. С.5.

58. Исаев В.И. Влияние техники и технологии лесосечных работ на изменение вводно-физических свойств почв. /В кн. Пути и методы лесорастительной оценки почв и повышения их плодородия. Сб. науч. тр. ВНИИЛМ. М: 1980. С. 80-82.

59. Савицкий В.Ю. Влияние лесосечных машин на почву //Лесная промышленность. 1992. №1. С.24.

60. Залибеков З.Г. Изучение почвенного покрова при интенсификации антропогенного воздействия//Почвоведение. 1982. №7. С.26-38.

61. Санкин И.Н., Иванчиков А.А., Фрорлов В.И. Машины и лесная среда//Лесная промышленность. 1988. №8. С.9-10.

62. Лесоводственные требования к технологическим процессам лесосечных работ. М.: 1993. 18 с.

63. Лесоводственные требования к технологическим процессам рубок ухода. М.: 1993. 16 с.

64. Смирнов Н.Н., Есафов В.Д. Проходимость тракторов и пути ее повышения //Лесной журнал. 1992. №4. С 83-84.

65. ГОСТ 27141-88. Тракторы лесопромышленные. Общие технические требования.

66. ГОСТ 26955-86. Техника сельскохозяйственная мобильная. Нормы воздействия движителей на почву.

67. ГОСТ 27546-87. Машины валочно-пакетирующие, валочно-трелевочные и трелевочно-бесчокерные (тракторы трелевочные с гидроманипулятором). Общие технические требования.

68. ГОСТ 23734-74. Тракторы промышленные. Методы испытаний.

69. ГОСТ 7057-81. Тракторы сельскохозяйственные. Методы испытаний.

70. ГОСТ 26984-86. Техника сельскохозяйственная мобильная. Методы определения максимального нормального напряжения в почве.

71. ГОСТ 26953-86. Техника сельскохозяйственная мобильная. Методы определения воздействия движителей на почву.

72. Водянин. М.И. несовершенство методов определения нормированных показателей воздействия движителей на почву //Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1989. №5. С. 18.

73. Панов Н.М. Вопросы развития теории разрушения почвы //Тракторы и сельскохозяйственные машины 1998. №4. С. 19.

74. Юшков Е.С., Баутин В.М., Ильченко И.Р. Изменение структуры почвы под воздействием движителей тракторов. /В кн. Исследование системы движитель-почва. М.: ВИМ, 1984. Т. 102. С.71-75.

75. Серый B.C., Засухин Д.П., Вялый Н.Ц. Влияние нарушений почвенного покрова при сплошных рубках на последующее возобновление и рост молодняка //Лесное хозяйство. 1991. №3. С.27-28.

76. Вороницын К.И., Гугелев С.М. Технологическая оценка лесосечных машин //Лесная промышленность. 1988. №4. С.9-10.

77. Баранцев А.С. Лесоводственно экономическая оценка отечественной и финской техники и технологии при реконструкции лиственных насаждений //Лесное хозяйство. 1997. №2. С. 21-23.

78. Серый B.C., Засухин Д.П., Вялый Н.И. Влияние нарушений почвенного покрова при сплошных рубках на последующие возобновление и рост молодняка //Лесное хозяйство. 1991. №19. С.27-30.

79. Хабатов Р.Ш., Захаренков А.Н., Золотаревская Д.И. и др. О Государственных стандартах по воздействию движителей мобильной сельскохозяйственной техники на почву //Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1985. №5. С. 7-9.

80. Ляско М.И., Терзян В.А. Уплотняющее воздействие колесного горного трактора на почву //Тракторы и сельскохозяйственные машины. 1990. №5. С. 18-20.

81. Цзе Ф.С., Морзе И.В., Хинкл P.P. Механические колебания. М.: Машиностроение, 1966. 510 с.

82. Успенский И.Н., Савинов Б.В. Крутильные колебания в трансмиссии грузовых автомобилей Горьковского автозавода //Автомобильная промышленность. 1970. №9. С.16-18.

83. Семенов В.М., Анилович Р.Г., Ковалева Т.В. и др. Динамические системы с реактивными элементами //Автомобильная промышленность, 1975. №2. С.15-17.

84. Транспортные средства на высокоэластичных движителях. М.: Машиностроение, 1974. 208 с.

85. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1984. 296 с.

86. Транспортные моторно-трансмиссионные установки с двигателем постоянной мощности. /С.И. Дорменов, А.И. Банник, И.А. Коваль и др. М.: Машиностроение, 1987. 184 с.

87. Бреннер В.А., Калюс А.А., Палев П.П. и др. Динамика проходческих комбайнов. М.: Машиностроение, 1977. 224 с.

88. Яценко Н.Н. Форсированные полигонные испытания грузовых автомобилей. М.: Машиностроение, 1984. 328 с.

89. Шупляков B.C. Колебания и нагруженность трансмиссии автомобиля. М.: Транспорт, 1974. 328 с.

90. Пирковский Ю.В. Некоторые вопросы качения автомобильного колеса//Автомобильная промышленность. 1965. №12. С. 26-29.

91. Иванов С.Н., Баженов П.И. Аппроксимирующие зависимости для определения моментов инерции. //Автомобильная промышленность, 1992. №10. С. 19-20.

92. Чураков А.В. Повышение эксплуатационной эффективности колесных трелевочных тракторов обоснованием параметров моторно-трансмиссионной установки. Дис. канд. техн. наук. СПб.: JTTA, 2002. 217 с.

93. Тольский В.Е., Корчемный JT.B., Латышев Т.в. и др. колебания силового агрегата автомобиля. М.: Машиностроение, 1976. 264 с.

94. Капица П.Л. Эксперимент, теория, практика. М.: Наука, 1981. 496с.

95. Баранов Д.С. Измерительные приборы, методика и некоторые результаты исследования распределения давлений в песчаном грунте //Научное сообщение. М.: ЦНИИСК. 1969. Вып. 7. С. 61.

96. Метрология, стандартизация, сертификация. Терминологический словарь (Под ред. Акад Л.П. Курапова) М.: ИПН Изд-во стандартов, 1977. 104 с.

97. Анисимов Г.М. Основы научных исследований. Методические указания к выполнению лабораторных работ. Л.: ЛТА, 1987. 34 с.

98. Бухарин Н.А, Голяк В.К. Испытание автомобиля с использованием электрических методов измерения. М.: Машгиз, 1963. 208 с.

99. Васильев А.В., Раппопорт Д.М. Тензометрирование в исследованиях тракторов. М.: Машгиз, 1963. 168 с.

100. Фронов И.Б. Измерение крутящего момента. М.: Энергия, 1967. 120с.

101. Митков А.П., Кардашевский С.В. Статистические методы с сельхозмашиностроении. М.: Машиностроение, 1978. 360 с.

102. Митропольский А.К. Техника статистических исчислений. М.: М.: Физматгиз, 1961, 576 с.

103. Пугачев B.C. Теория случайных функций и ее применение к задачам автоматического регулирования. М.: Физматгиз, 1962. 883 с.

104. Лурье А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов. Л.: Колос, 1970. 376 с.

105. Анисимов Г.М., Пустошный П.М. Применение метода математического планирования эксперимента при исследованиипроизводительности трелевочных тракторов //Лесной журнал. 1979. №2. С. 11-22.

106. Завал ицкий Ф.С., Манцев М.Г. Методы исследований по механизации сельскохозяйственного производства. М.: Колос, 1982. 232 с.

107. Венцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1964. 576 с.-ч