автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Защита выкопочных лесохозяйственных машин от перегрузок размыкающимися муфтами предельного момента

Введение :.;.'.

1. Состояние вопроса и задачи исследования.

1.1. Обзор конструкций выкопочных лесохозяйственных машин и их средств защиты от перегрузок.

1.2. Анализ экспериментальных и аналитических работ по исследованию средств защиты и динамике перегрузки машин.

Выводы.

Цель и задачи исследования.

2. Совершенствование защиты выкопочных лесохозяйственных машин от перегрузок.

2.1. Основные положения выбора типа предохранительного устрой» ства выкопочных лесохозяйственных машин.

2.2. Принципиальные конструктивные схемы размыкающихся предохранительных муфт выкопочных лесохозяйственных машин

2.3. Силовые характеристики предохранительного устройства выкопочной машины.

Выводы.

3. Теоретические исследования динамики перегрузки выкопочных лесохозяйственных машин, защищенных размыкающимися кулачковыми предохранительными муфтами.

3.1. Выбор расчетных схем. Процессы срабатывания предохранительной муфты при перегрузке выкопочных лесохозяйственных машин.

3.2. Динамические нагрузки в элементах выкопочных лесохозяйственных машин, вызываемых работой размыкающихся кулачковых предохранительных муфт.

3.3. Оценка места установки размыкающейся предохранительной муфты.

3.4. Рациональные параметры элементов выкопочной машины при перегрузке.

Выводы.

4. Методика экспериментальных исследований.

4.1. Задачи экспериментальных исследований.

4.2. Методика проведения лабораторных исследований.

4.2.1. Экспериментальные установки.

4.2.2. Методика исследования динамических нагрузок.

4.2.3. Методика исследования точности срабатывания и выключающей способности предохранительных муфт. Оценка долговечности.

4.2.4. Оборудование и приборы.

4.2.5. Измерение параметров.

4.2.6. Тарировка.

4.3. Методика исследования размыкающихся предохранительных муфт в полевых условиях.

4.4. Методика обработки опытных данных.

5. Результаты экспериментальных исследований.

5.1. Результаты лабораторных исследований.

5.1.1. Динамические нагрузки при срабатывании размыкающейся предохранительной муфты выкопочной лесо-хозяйственной машины ВМ-1,25.

5.1.2. Динамические нагрузки при срабатывании и пробуксовке обычной кулачковой муфты.

5.1.3. Влияние частоты вращения на динамическую нагруженность при перегрузках.

5.2. Точность ограничения нагрузок предохранительными муфтами, их выключающая способность и долговечность.

5.3. Результаты исследования в полевых условиях.

Выводы.

6. Экономическая эффективность от применения размыкающихся предохранительных муфт на выкопочных лесохозяйственных машинах. Внедрение.

Актуальность темы. На современном этапе большая роль в производственном процессе лесохозяйственных работ принадлежит комплексной механизации - важной фазе производства. В числе основных задач развития лесной отрасли определены направления на своевременное и качественное удовлетворение потребностей лесных предприятий в лесохозяйственных машинах, которые должны иметь высокий коэффициент полезного действия, быть прочными и удобными в эксплуатации, обладать пониженными тяговыми сопротивлениями и металлоемкостью.

Используемые в настоящее время машины и орудия для выкопки и уборки посадочного материала неполностью удовлетворяют этим требованиям. Они часто преждевременно выходят из строя вследствие несовершенства средств защиты рабочих органов и приводных линий от перегрузок на одних машинах и отсутствием таких средств на других. Предохранительные муфты, применяемые для защиты выкопочных лесохозяйственных машин от перегрузок, имеют существенные недостатки, так как они не обеспечивают надежную защиту последних от перегрузок, что приводит к снижению произ-водительно'ети и дополнительным затратам на ремонт.

Совершенствование защиты выкопочных лесохозяйственных машин от перегрузок сдерживалось тем, что не были созданы перспективные, обладающие лучшими характеристиками, конструкции предохранительных муфт. При проектировании выкопочных лесохозяйственных машин не были учтены значительные колебания моментов выключения, а также динамические нагрузки, возникающие в защищаемых кинематических цепях и рабочих органах при срабатывании предохранительных муфт. Указанное свидетельствует, что проблема совершенствования защиты выкопочных лесохозяйственных машин от перегрузок является актуальной. ^

Цель исследований - разработка основ защиты выкопочных лесохо-зяйственных машин от перегрузок размыкающимися предохранительными муфтами, которые позволяют повысит их надежность и производительность.

Задачи исследований - выявить недостатки существующих средств защиты выкопочных лесохозяйственных машин от перегрузок. Разработать новые технические решения, повышающие эффективность защиты;

- разработать математические модели процесса перегрузки выкопочных лесохозяйственных машин, содержащих в своей структуре размыкающиеся кулачковые предохранительные муфты , и на их основе методику расчета динамических нагрузок в режиме перегрузки;

- разработать математические модели процесса перегрузки выкопочных лесохозяйственных машин с различной постановкой размыкающейся кулачковой предохранительной муфты ( в начале кинематической цепи привода и при приближении к рабочим органам машины) и исследовать на ЭВМ динамические нагрузки при её срабатывании;

- на основе разработанных математических моделей выявить рациональные динамические параметры выкопочной лесохозяйственной машины ВМ-1,25 с размыкающейся кулачковой предохранительной муфтой, обеспечивающей снижение нагруженности привода в момент перегрузки;

- выполнить сравнительные экспериментальные исследования нагруженности привода выкопочных лесохозяйственных машин, защищенных от перегрузок'разработанными размыкающимися и существующими кулачковыми предохранительными муфтами. Проверить адекватность расчетных и экспериментальных данных;

- определить экономическую эффективность применения на выкопочных лесохозяйственных машинах размыкающихся предохранительных муфт.

Достоверность научных исследований обеспечивалась большим объемом выполненных экспериментов, точностью их определения, применением современных методов, аппаратуры и ЭВМ, достаточной сходимостью экспериментальных и теоретических данных, апробацией на реальных машинах.

Научная новизна заключается: в разработке конструктивных решений средств защиты выкопочных лесохозяйственных машин от перегрузок по крутящему моменту, новизна которых подтверждена положительным решением на выдачу патента на изобретение, и в получении расчетных зависимостей по определению их основных силовых характеристик; в развитии теоретических положений по определению динамических нагрузок, возникающих в элементах лесохозяйственных машин при срабатывании размыкающихся предохранительных механизмов, позволяющих оптимизировать параметры выкопочных машин в совокупности с параметрами предохранителя; в выявлении уровня динамической нагруженности лесохозяйственных машин, защищенных от перегрузок размыкающимися средствами защиты и основных характеристик предохранителей.

Значимость для теории и практики. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования являются основой для дальнейшего совершенствования защиты выкопочных лесохозяйственных машин от перегрузок, так как они позволяют оценить максимальную нагруженность элементов машин, их оптимальное и более качественное проектирование. Значимость исследований состоит также в том, что они могут быть положены и в основу практических мероприятий по организации защиты выкопочных машин от перегрузок.

Научные положения, выносимые на защиту:

- новые технические решения средств защиты выкопочных лесохозяйственных машин от перегрузок и их основные силовые характеристики;

- математические модели процесса перегрузки выкопочных лесохозяйственных машин, позволяющие определить максимальные динамические нагрузки в их элементах при функционировании размыкающихся средств защиты от перегрузок;

- рациональные параметры выкопочных лесохозяйственных машин и их средств защиты в стопорном режиме нагружения, обеспечивающие снижение динамических нагрузок;

- уровни динамических нагрузок выкопочных лесохозяйственных машин, защита которых осуществляется размыкающимися предохранительными устройствами, и основные характеристики предохранителей.

Апробация работы. Основные положения и результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной лесотехнической академии (1996 . 2000 г.г.);на Всероссийской конференции "Комплексная продуктивность лесов и организация многоцелевого (многопродуктивного) лесопользования", г. Воронеж, 1996 г.; на Всероссийской научно-технической конференции "Рациональное использование ресурсного потенциала в агролесном комплексе", г. Воронеж, 1998 г.; на международной научно-практической конференции "Научно-технические проблемы в развитии ресурсосберегающих технологий и оборудования лесного комплекса", г. Воронеж, 1998 г.; на Всероссийской научно-практической конференции "Повышение технического уровня машин лесного комплекса", г. Воронеж, 1999 г.; на международной научно-практической конференции "Рациональное использование лесных ресурсов", г. Йошкар-Ола, 1999 г.

Диссертационная работа выполнена на основе госбюджетной темы: "Совершенствование элементов привода и рабочих органов лесных машин" (рег.№ 01.960.010573).

Реализация работы. Выполненные в диссертационной работе решения нашли применение в Семилукском лесхозе Воронежской области. Рекомендации по снижению динамических нагрузок, возникающих в элементах выкопочных лесохозяйственных машин при перегрузке, использованы в Тел-лермановском опытном лесничестве института лесоведения Российской 9

Академии Наук. Основные положения диссертации внедрены в учебный процесс Воронежской государственной лесотехнической академии.

Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 13 научных статьях, в том числе получено положительное решение на выдачу патента на изобретение.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка литературы и приложения.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Обоснованы основные положения выбора типа или разработки предохранительного устройства для защиты выкопочных лесохозяйственных машин от перегрузок с учетом лесотехнических требований. Предложены новые предохранительные муфты с механизмом размыкания рабочих поверхностей и узлом регулирования величины передаваемого крутящего момента. На конструкцию муфты получено положительное решение на выдачу патента на изобретение.

2. Получены зависимости по определению основных силовых характеристик, необходимых для расчета размыкающейся кулачковой предохранительной муфты, предназначенной для защиты от перегрузок выкопочных лесохозяйственных машин. Даны рекомендации по выбору ее параметров, обеспечивающих надежную работу предохранительной муфты, как до перегрузки, так и в момент срабатывания.

3. Разработаны расчетные динамические и математические модели процесса перегрузки выкопочных лесохозяйственных машин с размыкающимися предохранительными муфтами. Получены зависимости для определения максимальной нагруженности, возникающей в элементах лесохозяйственных машин при срабатывании размыкающейся предохранительной муфты с учетом динамических параметров, включая демпфирующие сопротивления.

4. Аналитически доказано, что размыкающиеся предохранительные муфты, также как и обычные кулачковые предохранительные муфты, необходимо устанавливать в непосредственной близости к рабочим органам выкопочной машины. На ЭВМ выявлено, что при приближении размыкающейся предохранительной муфты к объекту защиты динамические нагрузки для выкопочной лесохозяйственной машины ВМ-1,25 снижаются в два раза, по сравнению с устанвкой предохранительной муфты в начале кинематической цепи.

5. Методом стахостических автоматов, определены оптимальные параметры выкопочной лесохозяйственной машины, при которых динамические нагрузки, возникающие при срабатывании размыкающейся предохранительной муфты, будут минимальными.

6. Динамические нагрузки, возникающие в приводных линиях выкопоч-ных лесохозяйственных машин при пробуксовке размыкающейся предохранительной муфты равны нулю, тогда как при пробуксовке обычной кулачковой предохранительной муфты их значение достигает величины динамических нагрузок при срабатывании за счет соударения кулачков полумуфт. Размыкающаяся предохранительная муфта с большей точностью ограничивает предельные нагрузки при перегрузке чем обычная кулачковая предохранительная муфта. Она обладает лучшей выключающей способностью, коэффициент ее чувствительности выше на 12% по сравнению с обычной кулачковой предохранительной муфтой

7. Долговечность элементов размыкающейся предохранительной муфты выше чем у обычной кулачковой предохранительной муфты. Для размыкающейся предохранительной муфты коэффициент стабильности работы составил 96%, для обычной кулачковой предохранительной муфты 32%.

8. Экспериментально подтверждена целесообразность установки размыкающейся предохранительной муфты в непосредственной близости к рабочим органам выкопочной лесохозяйственной машины. Динамические нагрузки при приближении предохранительной муфты к объекту защиты снизились в 1,78 раза. Подтверждена адекватность расчетных (выполненных по полученным зависимостям) и экспериментальных данных. Расчетные значения максимальных динамических нагрузок составили 198,2 Нм, экспериментальные - 205,6 Им.

136

9. Полевые испытания выкопочной лесохозяйственной машины ВМ-1,25 с размыкающейся предохранительной муфтой подтвердили ее нормальную работоспособность в реальных условиях эксплуатации.

10. Годовой экономических эффект от внедрения размыкающейся предохранительной муфты на выкопочной лесохозяйственной машине ВМ-1,25 составит 1863 руб. ,