Поліпшення курсової стійкості та керованості колісних лісотранспортних машин із шарнірно-зчленованою рамою

Основними експериментами для перевірювання адекватності матема-тичної моделі вибрано режими руху «входження в коло» та «вихід із кола». З результатів дослідження (див. рис. 5) видно, що максимальне розходження кривих у окремих точках не перевищує 12 %. Отримана точність підтверджує достовірність розробленої математичної моделі.

а б

Рис. 5. Залежність се-редньоквадратичних боко-вих пришвидшень і серед-ньої швидкості бокового зміщення передньої напів-рами трактора ЛТ-157 від швидкості руху (p_к=0,12 МПа): а - у режимі «вход-ження у коло»; б - у режи-мі «вихід із кола»; - експериментальні точки; - розрахункові точки.

Підвищення тиску повітря у шинах від 0,12 до 0,20 МПа під час переїзду поодинокої порогової нерівності призводить до зростання кутових і лінійних переміщень трактора (рис. 6, а) через зменшення частки енергії коливань, що поглинається шинами. Так, підвищення p_к у вказаних межах спричиняє зростання швидкості лінійних бокових коливань передньої напів-рами трактора в горизонтальній площині на 43-47 %, а кутових - на 27-32%. Підвищення тиску у вказаних межах під час руху лісовими дорогами (рис. 6, б) призводить спочатку до зниження кутових коливань передньої напіврами в горизонтальній площині на 22-27 % (до p_к=0,18 МПа), а пізніше до деякого їх зростання. Аналогічний характер коливань спостерігається і для задньої напіврами. Зниження рівня коливань пояснюється підвищенням власних частот і, як наслідок, зменшенням їх впливу на стійкість руху машини. Це означає, що збільшення тиску повітря в шинах у певних межах зумовлює зменшення кутових коливань трактора в горизонтальній площині.

а б

Рис. 6. Залежність середньої швидкості бокового зміщення і кутової швидкості повертання передньої напіврами трактора ЛТ-157 від тиску повітря в шинах (v_o=4 м/с): а - під час переїзду порогової нерівності; б - під час руху лісовими автомобільними дорогами; - експериментальні точки.

Напруженість роботи оператора оцінено за величинами середньої куто-вої швидкості повертання керма , середнього інтегрального кута г_к та частоти повертання керма н_к (рис. 7).

а б

Рис. 7. Залежність середньої кутової швидкості , середнього інтегрального кута г_к і частоти повертання керма н_к від швидкості поступального руху і маси пакета деревини під час руху лісовими автомобільними дорогами (р_к=0,12 МПа): а - сортиментовоз із розпуском; б - сортиментовоз із напівпричепом; - m_п=6000 кг; - m_п=2500 кг; - m_п=0 кг.

Аналізуючи вплив експлуатаційних факторів на керованість і стійкість руху, можна зауважити, що збільшення швидкості поступального руху для усіх досліджуваних КЛТС призводить до зростання інтенсивності впливу водія на кермовий механізм. Під час руху з великими швидкостями за відсутності навантаження дорогою з асфальтним покриттям характер зміни як показників оцінки стійкості руху, так і керованості для різних за складом КЛТС аналогічний до відповідних показників під час руху лісовими ґрунтовими дорогами. За такої ситуації значення , і г_к дещо менші, а і н_к дещо більші, ніж відповідні значення, отримані на ґрунтових дорогах.

Установлено, що збільшення маси пакета деревини для КЛТС у складі «тягач + напівпричіп + пакет деревини» з 1250 до 2500 кг під час керованого руху призводить до зниження стійкості заданого напряму руху на 25-30 % і з 3000 до 6000 кг для КЛТС у складі «тягач + причіп-розпуск + пакет напівстовбурів» - на 25-30 %.

Аналіз конструктивних параметрів, які впливають на керованість і стійкість руху колісних лісотранспортних машин із шарнірною рамою, дав змогу виділити такі групи параметрів:

1) параметри, які потрібно оптимізувати за характеристиками керо-ваності та стійкості руху;

2) параметри, які мають бути мінімальні;

3) параметри, які не можна оптимізовати тільки за характерристиками керованості та стійкості руху.

До параметрів першої групи слід віднести положення центра ваги машини за довжиною, питомий опір боковому відведенню шин та передатне число гідравлічного кермового механізму. До параметрів другої групи - зазор, час спрацювання і податливість кермового механізму, положення центра ваги машини за висотою, і до третьої - база та колія машини, радіуси та ширина протектора коліс, радіальна та вертикальна жорсткість шин.

Дослідження впливу конструктивних параметрів колісних лісотранс-портних машин на керованість і стійкість їх руху показали, що завдання вибору раціональних значень цих параметрів має однозначне рішення щодо підвищення жорсткості гідравлічного механізму складання напіврам, збільшення радіуса коліс та колії тягача і немає такого щодо підвищення тиску повітря в шинах.

За результатами теоретичного дослідження залежностей показників стійкості заданого напряму руху трактора ЛТ-157 від жорсткості механізму складання напіврам установлено, що раціональне значення цього параметру для КЛТС на базі такого трактора міститься в межах 600-800 кН·м/рад. Ураховуючи його залежність від змінення умов експлуатування КЛТС і технічного стану гідроприводу механізму повертання, доцільно брати більші значення жорсткості з тим, щоб її величина забезпечила потрібну керованість і стійкість руху в усіх можливих діапазонах змінювання факторів впливу. А тому, раціональною за критерієм керованості і стійкості руху КЛТС є нижня межа жорсткості величиною 1200 кН·м/рад.

Дослідження впливу тиску повітря в шинах на показники оцінки керованості і курсової стійкості КЛТС під час руху лісовими автомобільними дорогами та дорогами з поліпшеним покриттям показали, що найраціональ-нішим з погляду забезпечення стійкості заданого напряму руху, є тиск у межах 0,17-0,18 МПа. Підвищення тиску повітря в шинах до зазначеної величини сприяє зменшенню рівня кутових коливань передньої напіврами в горизонтальній площині на 22-27 % і лінійних поперечних коливань на 25-30 % у порівнянні із тиском p_к = 0,12 МПа,

Збільшення радіуса колеса з 0,6 до 0,9 м сприяє зниженню кутових коливань передньої напіврами трактора в горизонтальній площині на 15-20 %, а збільшення колії з 1,8 до 2,2 м - на 25-30 %.

Теоретичне дослідження стійкості заданого напряму руху засвідчило також, що одним із шляхів її поліпшення є встановлення у вертикальному шарнірі з'єднання напіврам пружного блокувального пристрою.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Головним результатом виконаних у дисертаційній роботі досліджень є вирішення науково-технічного завдання зі встановлення закономірностей зміни курсової стійкості та керованості залежно від експлуатаційних факторів та конструктивних параметрів колісних лісотранспортних засобів із шарнірною рамою та розроблення математичного апарату і методів дослідження, які дають змогу виконувати аналіз характеристик керованості і курсової стійкості та вибирати раціональні конструктивні параметри на стадії проектування таких машин, що є підґрунтям для поліпшення їх експлуатаційної досконалості.

Унаслідок виконаних теоретичних і експериментальних досліджень отримано такі результати:

1. Уперше розроблено математичні моделі курсового криволінійного руху узагальненої та типових колісних лісотранспортних машин із шарнірно-зчленованою рамою з урахуванням параметрів опорної поверхні лісових доріг, пакета деревини, характеристик відведення шин, гідравлічного кермового управління, кутових коливань мас системи в горизонтальній та вертикальній поперечній площинах. Адекватність отриманих математичних моделей підтверджена натурними експериментами (розбіжність теоретичних і експериментальних даних не перевищує 12 %:).

2. Створений оригінальний комплекс вимірювальної апаратури та удосконалену методику експериментального дослідження курсової стійкості та керованості колісних лісотранспортних засобів із шарнірно-зчленованою рамою, які дають змогу отримати достовірну інформацію одночасно за режимами руху та рівнем коливань і виявити характер взаємозв'язків показників оцінки керованості та стійкості заданого напряму руху залежно від параметрів машини, можна рекомендувати для випробування машин різноманітного призначення в різних виробничих умовах.

3. Встановлено статистичні значення параметрів плану і профілю лісових доріг як вихідні дані для математичного моделювання впливу дороги на транспортний засіб під час його руху, які є характерними для гірських умов експлуатування лісотранспортних машин.

4. З'ясованоно, що головними факторами, які визначають збіженість теоретичних даних з експериментальними, є врахування залежності бокової сили від кута відведення, характеристик гідравлічного механізму повертання, перерозподілу вертикальних реакцій між колесами унаслідок бокових кренів.

5. Аналіз результатів теоретичних і експериментальних досліджень показав, що характеристики повертальності і чутливості до керувальної дії значною мірою залежать від конструктивної схеми КЛТС. Позаяк коефіцієнт корисного навантаження (відношення маси вантажу до маси машини) для лісотранспортних машин становить 0,9-2,0, то статичні характеристики КЛТС з вантажем і без нього істотно відрізняються.

6. Дослідженнями установлено:

- збільшення жорсткості гідравлічного механізму складання напіврам з 200 до 1600 кН·м/рад сприяє зменшенню кутових і лінійних відхилень передньої напіврами тягача на 30-40 % під час переїзду поодинокої порогової нерівності і на 40-50 % під час руху лісовими дорогами;

- збільшення тиску повітря у шинах з 0,12 до 0,18 МПа під час руху лісовими дорогами сприяє зменшенню кутових і лінійних відхилень передньої напіврами тягача на 20-30 %;

- збільшення швидкості поступального руху КЛТС від 2 до 4 м/с характеризується збільшенням коефіцієнта відносного видовження шляху на 10-12 % і наступним його зменшенням зі збільшенням швидкості;

- збільшення швидкості поступального руху КЛТС від 2 до 6 м/с характеризується збільшенням середньоквадратичних кутових швидкостей передньої та задньої напіврам тягача на 40-45 %, лінійних поперечних пришвидшень на 15-20 % та частоти повертання керма на 45-50 %;

- збільшення повної маси машин призводить до збільшення інерцій-ності процесу повертання, що зумовлено значною еластичністю шин великого діаметра;

- у разі зміщення центра мас машини до задньої осі зменшуються запас статичної стійкості і характеристика повертальності та збільшується статична чутливість машини до керувальної дії.

7. Для поліпшення керованості та підвищення курсової стійкості колісних лісотранспортних машин із шарнірною рамою класу тяги 20-30 кН рекомендовано низку заходів:

- установлювати у вертикальному шарнірі з'єднання напіврам пружний блокувальний пристрій з коефіцієнтом кругової жорсткості понад 2000 кНм/рад (стійкість заданого напряму руху підвищується на 5-10 %);

- застосовувати широкопрофільні шини низького тиску з коефіцієнтами бокової жорсткості та демпфування понад 200 кН/м та 25 кНс/м відповідно (повертальність зменшується на 7-12 %, статична стійкість - на 10-15 % і тривалість реакції машин на повертання керма - на 5-8 %);

- коефіцієнти жорсткості і демпфування гідравлічного механізму

повертання мають бути понад 1200 кНм/рад та 10 кНмс/рад відповідно (стійкість заданого напряму руху підвищується на 12-17 %);

- передатні числа кермового механізму потрібно вибирати з умови забезпечення максимальної швидкості складання напіврам 0,35-0,50 рад/с (відставання механізму повертання від кута повертання керма під час різкого повертання останнього зменшується на 8-10 %).

8. Установлені закономірності зміни курсової стійкості та керованості залежно від експлуатаційних факторів та конструктивних параметрів колісних лісотранспортних засобів із шарнірною рамою, а також практичні рекомендації, спрямовані на підвищення рівня їх експлуатаційної досконалості, передано конструкторському бюро ВАТ “Харківський тракторний завод” для використання під час створювання нових колісних лісових машин. Рекомендації щодо загального компонування колісних лісотранспортних засобів, методика експериментального дослідження керованості та курсової стійкості й результати розрахунків, отримані із використанням математичної моделі і програми для моделювання курсового криволінійного руху та розраховування показників оцінки стійкості заданого напряму руху, впроваджено на ТзОВ “НІВіТ” і КП “Ясень” (використання перерахованих результатів досліджень дало змогу скоротити на 25% тривалість проектування, виготовляння та випробовування дослідного взірця колісного трелювального трактора класу тяги 9 кН зі зменшенням коштів до 20%). Результати теоретичного та експериментального досліджень, отримані у дисертаційній роботі, впроваджено також у навчальний процес НЛТУ України на кафедрі лісових машин та гідравліки.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Статті в наукових фахових виданнях:

1. Герис М. І. Статистична оцінка параметрів плану лісових доріг / М. І. Герис // Лiсове господ., лiсова, папер. і деревообр. пром-сть: респ. міжвід. наук.-техн. зб. - Львів : Світ, 1992. - Вип. 23. - С. 48-53.

2. Герис М. І. Електровимірювальна апаратура і об'єкт для досліджень курсової стійкості та керованості колісної лісотранспортної машини / М. І. Герис // Лiсове господ., лiсова, папер. і деревообр. пром-сть: респ. міжвід. наук.-техн. зб. - Львів : Світ, 1995. - Вип. 24. - С. 44-46.

3. Герис М. І. Добір показників оцінки стійкості і керованості руху колісної лісотранспортної системи / М. І. Герис // Лiсове господ., лiсова, папер. і деревообр. пром-сть: респ. міжвід. наук.-техн. зб. - Львів : Світ, 1995. - Вип. 25. - С. 48-50.

4. Герис М. І. Вплив особливостей взаємодії шини з дорогою на криволінійний курсовий рух транспортного засобу / М. І. Герис // Науковий вісник УкрДЛТУ: Матеріали міжнародної конф. “Лісотранспорт в Карпатах: традиції, реалії, перспективи розвитку”: збірн. наук.-техн. праць. - Львів : УкрДЛТУ, 1998. - Вип. 9. - С. 117-119.

5. Герис М. І. Моделювання криволінійного курсового руху багато-вісного тягача ·з зчленованою рамою / М. І. Герис // Науковий вісник УкрДЛТУ: Лісовий комплекс напередодні ХХІ століття: освіта, наука, виробництво: збірн. наук.-техн. праць. - Львів : УкрДЛТУ, 1999. - Вип. 9.6. - С. 33-37.

6. Герис М. І. Результати експериментальних досліджень курсової стій-кості та керованості руху колісних лісотранспортних машин / М. І. Герис // Науковий вісник УкрДЛТУ: Лісова інженерія: техніка, технологія і довкілля: збірн. наук.-техн. праць. - Львів : УкрДЛТУ, 2004. - Вип. 14.3. - С. 73-77.

7. Библюк Н. И. Моделирование криволинейного курсового движения колесной лесотранспортной системы / Н. И. Библюк, Н. И. Герис //Лесн. журн. - 1992. - №6. - С. 42-48. - (Изв. высш. учеб. заведений).

8. Аналіз динамічних процесів і обгрунтування параметрів загальної компоновки колісних тракторних агрегатів / Н. I. Библюк, М. М. Борис, О. А. Стиранiвський, М. I. Герис // Науковий вісник УкрДЛТУ: збірн. наук.-техн. праць. - Львів : УкрДЛТУ, 1994. - Вип. 1. - С. 39-42.

9. Н. І. Библюк Методологічні передумови моделювання процесів руху лісотранспортних засобів / Н. І. Библюк, М. І. Герис // Науковий вісник УкрДЛТУ: збірн. наук.-техн. праць. - Львів : УкрДЛТУ, 2000. - Вип. 10.1. - С. 193-203.

10. Типаж і головні параметри перспективних колісних лісотранс-портних машин / О. А. Стиранівський, Н. І. Библюк, М. М. Борис, М. І. Герис // Науковий вісник НЛТУ України: зб. наук.-техн. праць. - Львів : НЛТУ України, 2006. - Вип. 16.6. - С. 62-69.

11. Герис М. І. Аналіз значущості факторів, що впливають на керова-ність і курсову стійкість колісних лісотранспортних машин / М. І. Герис // Науковий вісник НЛТУ України: зб. наук.-техн. праць. - Львів : НЛТУ України, 2009. - Вип. 19.9. - С. 76-81.

Публікації в інших виданнях і матеріалах наукових конференцій:

12. Библюк Н. І. Вплив параметрів компонування на стійкість керування лісового автопотяга / Н. І. Библюк, М. І. Герис // Proceedings of Scientific Meeting. Zbornik z vedeckey Konferencie 11 september 2002. - Zvolen, Technickey univerzity vo Zvolene. - 2002. - S. 5-10.

13. Herys М. Comparative estimation of skidders passability / М. Herys, М. Olijnyk, М. Borys // Trendy lesnнckej, drevбrskej a environmentбlnej techniky a jej aplikбcie vo vэrobnom procese. Sekcia и.1. Lesnб, mobilnб a drevбrska technika: Materialy medzinбrodnej vedeckej konferencie k 10. vэroиiu vzniku FEVT 5-7 september 2006. - Zvolen. - 2006. - S. 65-68.

Размещено на Allbest.ru