Повышение эксплуатационных свойств колесных трелевочных тракторов путем обоснования их основных параметров Кочнев, Александр Михайлович

Введение к работе

Актуальность теми. Повышение эффективности лесозаготовительной промышленности во многом сдерживается техническим уровнем и структурой парка машин для первичного транспорта древесины. Правительственные органы страны принимали несколько постановлений о создании отечественных лесозаготовительных машин на колесной базе, но до настоящего времени в России нет серийного производства колесных трелевочных тракторов (КТТ) современного технического уровня. Существующие машины являются'модификацией тракторов.различного назначения и не отвечают требованиям, которые предъявляются к машинам для эксплуатации в лесу.

Созданию и внедрению мобильных машин в смежных отраслях народного хозяйства, например дорожное строительство, сельскохозяйственное производство, предшествовала разработка единой теории движения машины или взаимодействия машинно-тракторного агрегата с почвой. Применительно к колесным лесопромышленным тракторам исследовались лишь отдельные вопросы их взаимодействия с предметом труда и волоком. Разработка единой обобщенной теории движения или взаимодействия колесной трелевочной системы (трактор-пачка древесины) с волоком является сложной научно-технической проблемой, имеющей важное народно-хозяйственное значение. Только общая, теория взаимодействия трелевочного трактора с волоком позволит оптимизировать параметры как отдельных механизмов и систем,гак и машины в целом, достичь высокой эксплуатационной эффективности, а также снизить экологический ущерб от их функционирования.

Цель работы - повышение эффективности процесса трелевки древесины и снижение экологического ущерба от колесных трелевочных тракторов путем оптимизации их параметров на основе обшей теории взаимодействия трелевочной системы с волоком.

Задачи исследований. В соответствии с целью работы определены следующие основные задачи исследований:

1. Провести обобщение выполненных ранее исследований и разработать математические модели, отражающие взаимодействие существующих и перспективных колесных трелевочных систем (КТС) с волоком с учетом упругих свойств грунта, сглаживающей способности шин, неголономных связей колес трактора и волочащейся части пачки дре-

весины с волоком, нелинейного характера взаимодействия движителя с грунтом и звеньев системы между собой, свойств моторно-трансмиссионной установки и рулевого привода, а также оператора.

1. Разработать пакеты прикладных программ и провести исследование полученных математических моделей на ЭВМ.

2. Создать автоматизированную систему хранения, систематизации и анализа данных по основным параметрам трелевочных тракторов отечественного и зарубежного производства.

3. Разработать методику и аппаратуру для исследования уровня колебаний, режимов работы и нагруженности основных механизмов и систем, а также эксплуатационной эффективности существующих и перспективных колесных трелевочных тракторов.

4. Провести исследовательские испытания существующих и перспективных колесных трелевочных систем с целью получения банка новых данных о их взаимодействии с волоком, составления эквивалентных расчетных динамических схем, разработки математических моделей и подтверждения их адекватности.

5. Предложить и обосновать новые критерии и измерители, характеризующие влияние параметров и технических решений колесных трелевочных тракторов на экологическую совместимость с лесной почвой, а также наметить основные пути ее повышения.

6. Разработать рекомендации по выбору оптимальных параметров существующих и перспективных колесных трелевочных тракторов,позволяющих достичь повышения их эксплуатационной эффективности.

7. Предложить новые технические решения на уровне изобретений, дающие возможность повысить технический уровень существующих и перспективных колесных трелевочных тракторов,а также их эксплуатационную эффективность.

Объекты и методы исследований. Объектом теоретических исследований являлась сложная многомерная динамическая система "КТТ--оператор-пачка древесины-волок" и ее основные подсистемы,адекватно отражающие конструктивные особенности существующих и перспективных колесных трелевочных тракторов и условия их эксплуатации. Объектами экспериментальных исследований являлись колесные трелевочные системы на базе серийных - ЛТ-157,ЛТ-171 и перспективных -ТКЛ-1,ТКЛ-4,ТКЛ-6-02 колесных трелевочных тракторов и сортименто-

-Б-

возов ТКЛ-6-04 и TERRATEK-ІООФ, оснащенные электроизмерительным оборудованием.

Теоретические и экспериментальные исследования базировались на применении методов системного подхода, теории вероятности,исследования операций, теоретической механики и оптимального проектирования.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в создании единой обобщенной теории взаимодействия существующих и перспективных колесных трелевочных систем с вшоком с учетом неголо-номных связей шин и кроны пачки древесины с волоком, упругих свойств грунта, сглаживающей способности шин, нелинейного характера взаимодействия колеса с грунтом и звеньев системы между собой, свойств моторно-трансмиссионной установки и рулевого привода, а также оператора, позволяющей оптимизировать основные параметры и режимы эксплуатации колесных трелевочных тракторов на стадии их создания и модернизации, что дает возможность повысить их эксплуатационную эффективность и снизить отрицательное влияние на лесную почву.

Значимость для теории и практики. Совокупность разработанных математических моделей взаимодействия существующих и перспективных колесных трелевочных тракторов с волоком, пакеты прикладных программ и результаты их исследования на ЭВМ, а также ряд полученных впервые экспериментальных данных по уровню колебаний, режимам работы и нагруженности моторно-трансмиссионной установки, рулевого управления и технологического оборудования, явившихся основой определения ряда оптимальных параметров и новых технических решений, можно считать теорией взаимодействия колесных трелевочных систем с волоком, значительно углубляющей общую теорию лесотранс-портных машин.

Разработанные методика и математические модели оценки взаимодействия колесных трелевочных тракторов с волоком позволяют:

выбирать основные параметры колесных трелевочных тракторов на стадии их создания, включая массово-геометрические параметры базовой машины и технологического оборудования,упруго-демпфирующие характеристики шин и гидропривода механизма складывания, параметры гидросистемы рулевого управления;

-o-

назначать новые технические решения по основным агрегатам, механизмам и системам трактора;

оценивать влияние различных технических решений по трансмиссии, ходовой системе, подвеске, рулевому управлению, технологическому оборудованию и т.д. на: тягово-скоростные и сцепные свойства, проходимость, курсовую и динамическую устойчивость, плавность хода и маневренность тракторов; режимы нагружения основных механизмов и систем; уровень колебаний на рабочем месте оператора и экологическую совместимость трактора с лесной почвой. Научные положения, выносимые на защиту:

1. Обобщенная теория взаимодействия существующих и перспективных колесных трелевочных систем с волоком, включающая методику, математические модели основных механизмов и систем трактора и пакеты прикладных программ для их исследования на ЭВМ.

2. Новый подход к моделированию взаимодействия колесной трелевочной системы с волоком на основе учета неголономных связей, позволяющий поысить точность и достоверность расчетов.

3. Автоматизированная система хранения, систематизации и анализа данных по основным параметрам трелевочных тракторов отечественного и зарубежного производства.

4. Оптимальные параметры моторно-трансмиссионной установки, рулевого управления, подвески, ходовой системы и технологического оборудования существующих и перспективных колесных трелевочных тракторов.

5. Новые показатели оценки экологической совместимости колесной трелевочной системы с лесной почвой.

6. Зависимость коэффициента сопротивления качению и величины паразитной мощности, циркулирующей в трансмиссии от скорости движения колесного трелевочного трактора.

7. Новые технические решения по конструкции существующих и перспективных колесных трелевочных тракторов, защищенные патентом и авторскими свидетельствами на изобретения.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на Всесоюзном семинаре в МВТУ им.Н.Э.Баумана (1986г.), Краевой научно-технической конференции в Сибирском технологическом институте (1986г.),Всесоюзной научно-технической конференции в НПО "НАТИ" (1989г.), Всесоюзном научно-техническом се-

минаре в Казанском сельскохозяйственном институте (1991г.),научно-технической конференции Марийского политехнического института (1988г.), научно-технических конференциях С.-Пб. ЛТА (1985.1987Г 1989,1991,1992,1994г.г.);на технических советах ГСКБ АО ОТЗ (1985 ...1994г.г.), СЗФ НАТИ (1988...1991г.г.),а также включены в научные отчеты кафедры лесных гусеничных и колесных машин С.-Пб. ЛТА (NN ГР 01840051181,01850022234,01860054376,01910052777,0193000039, 0195000098) и Северо-Западного филиала НПО НАТИ (01910031618, 01910010882,01910031619,01910013017,01910056429).

Реализация работы. Основные результаты работы внедрены в АО "Онежский тракторный завод",ПО "Харьковский тракторный завод",Северо-Западном филиале НПО "НАТИ" и в учебный процесс кафедры лесных, гусеничных и колесных машин Санкт-Петербургской лесотехнической академии.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в монографии, 35 статьях и включены в методические пособия. Результаты исследований отражены в 14 научно-технических отчетах.На технические решения,охватывающие различные вопросы проблемы,получено 11 авторских свидетельств на изобретения и патент.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы 424 с, из них282 с. машинописного текста, 82 рисунка, 23 таблицы, 43 с. приложений. Список литературы включает 158 наименований.