Переходный режим при повороте колесной шарнирно-сочлененной лесозаготовительной машины

5. Karpatchev S.P. Nekotorye voprosy tekhnologii osvoeniya i vodnogo transporta bioresursov iz lesa dlya bioenergetiki [Some issues of technology development and water transport of biological resources from forests for bioenergy]. Moscow: Scientific notes RGSU. Environmental security and environmental management. № 5. 2009. pp. 130-138.

6. Karpatchev S.P., Lozovatsky V.V., Scherbakov E.N.Modelirovanie logisticheskikh sistem lesnykh materialopotokov [Modeling the log-socialist systems of forest material flow. M //Transport: science, technology, management] Scientific information collection. VINITI RAS - 2011, No. 8, pp. 16-20.

7. Komyakov A.N., Karpatchev S.P. Primenenie bol'shegruznykh plavuchikh konteinemv dlya nuzhd bioenergetiki [The Use of heavy floating containers for bioenergy] Moscow state forest university bulletin - Lesnoy vestnik, No. 4 (73), 2010. pp. 104-107.

8. Karpatchev S.P., Scherbakov E.N., Soldatova E.V. Modelirovanie tekhnologicheskikh protsessov osvoeniya drevesiny na lozhe vodokhranilishch [Modeling of techno-logical development of wood on the bed of the reservoir] Moscow state forest university bulletin - Lesnoy vestnik, No. 1. 2013.pp. 56-61.

9. Karpatchev S.P., Scherbakov E.N. and others. Transportnaya edinitsa dlya lesosplava [Transport unit for rafting]. Patent No. 143038 from 09.06.2014

10. Karpatchev S.P. Transport tekhnologicheskoi shchepy po vode v myagkikh konteinerakh [Transport of wood chips on the water in soft containers]. The dissertation on competition of a scientific degree of candidate of technical Sciences. Specialty 05.21.01 Technology and machine harvesting and forestry. Moscow, 1985. pp. 17.

ПЕРЕХОДНЫЙ РЕЖИМ ПРИ ПОВОРОТЕ КОЛЕСНОЙ ШАРНИРНО-СОЧЛЕНЕННОЙ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ

В.А. МАКУЕВ, проф. каф. колесных и гусеничных машин МГУЛ, член-кор. РАЕН, д-р техн. наук, В.Е. КЛУБНИЧКИН, доц. каф. колесных и гусеничных машин МГУЛ, канд. техн. наук, Е.Е. КЛУБНИЧКИН, доц. каф. колесных и гусеничных машин МГУЛ, канд. техн. наук, А.В. ШНЯКОВ, старший преподаватель каф. колесных и гусеничных машин МГУЛ

makuev@mgul.ac.ru, vklubnichkin@mgul.ac.ru, klubnichkin@mgul.ac.ru, shnyakov@mgul.ac.ru

ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет леса» 141005, Московская обл., г. Мытищи-5, ул. 1-я Институтская, д. 1, МГУЛ

Рассмотрены процессы, происходящие при повороте шарнирно-сочлененной колесной лесозаготовительной машины. При включенных обоих мостах происходит закручивание трансмиссии между раздаточной коробкой и ведущими колесами. В процессе входа в поворот нагружаются колеса переднего моста, а заднего - разгружаются. При выходе из поворота наблюдается обратное явление. При дальнейшем движении колесной лесозаготовительной машины происходит рассеивание (перераспределение) ранее возникших упругих сил. Возникает вопрос, какой путь должна пройти колесная лесозаготовительная машина после входа в поворот или после выхода из поворота, чтобы силы, вызванные подкатыванием модулей, пришли в соответствие с кинематикой поворота. Были проведены экспериментальные исследования на колесной лесозаготовительной машине третьего класса тяги, в ходе которых были получены расчетные значения изменения постоянной S0 в зависимости от давления воздуха в шинах. Анализ данных показывает, что экспериментальные исследования подтверждают теоретические положения. С увеличением давления воздуха в шинах от 91,8 кН/м2 до 196,2 кН/м2 постоянная S0 уменьшается от 0,551 м до 0,314 м и путь, соответствующий 95 % перераспределения моментов, уменьшается с 1,65 м до 0,94 м. С повышением податливости приводов ведущих колес путь переходного режима увеличивается. Основное перераспределение моментов на колесной лесозаготовительной машине происходит на пути 1-1,5 м.

Ключевые слова: лесозаготовительная машина, движение, ходовая система, грунт, опорная поверхность, поворот, колесо, шарнир, рама, модуль, трансмиссия

При повороте шарнирно-сочлененной колесной лесозаготовительной машины происходит подкатывание модулей навстречу друг другу [1, 2, 7]. При включенных обоих мостах будет происходить закручивание трансмиссии между раздаточной коробкой и ведущими колесами [9, 10]. В процессе входа в поворот нагружаются колеса переднего моста, а заднего - разгружаются. При выходе из поворота наблюдается обратное явление. При дальнейшем движении колесной лесозаготовительной машины происходит рассеивание (перераспределение) ранее возникших

упругих сил. Возникает вопрос, какой путь должна пройти колесная лесозаготовительная машина после входа в поворот или после выхода из поворота, чтобы силы, вызванные подкатыванием модулей, пришли в соответствие с кинематикой поворота.

При наличии межколесных конических дифференциалов мостов (трением в дифференциалах пренебрегаем) для анализа относительного движения мостов целесообразно пользоваться приведенными коэффициентами пропорциональности тангенциальных сил и радиусами качения колес мостов [3]. При этом ка-

сательные силы Р вызванные подкатыванием модулей в процессе неустановившегося поворота, будут приложены на приведенных колесах, расположенных по центру мостов и направленных по линии, соединяющей эти центры. Из условия тягового баланса они равны по величине и противоположны по направлению. Силы Рк можно разложить на две составляющие: по вертикальной поперечной плоскости симметрии мостов модулей Рку и по вертикальной продольной плоскости симметрии модуля Ркх. Силы Рку будут вызывать боковой увод колес мостов, а силы Ркх - закручивание трансмиссии. Значения этих сил на приведенных колесах переднего и заднего мостов соответственно равны Р , = Р cos 0, ; Р 2 = Р cos 02 .

кх1 к 1 ' кх2 к 2

где 0, и 02 - углы между вертикальными плоскостями симметрии переднего и заднего модулей и линией, соединяющей центры мостов, значения которых зависят от положения вертикального шарнира рамы и угла 0 поворота колесной лесозаготовительной машины. При l /I равным 1,35-0,75 (l и l - длины соответственно переднего и заднего модулей от оси вертикального шарнира рамы до центров мостов) и 0 равным 0-45° cos 0, будет отличаться от cos 02 не более чем на 2-5 %. На существующих колесных лесозаготовительных машинах они отличаются не более 1-2 %. Поэтому с достаточной точностью можно принять Р , = Р ..

г кх1 кх2

Приведенные радиусы качения переднего и заднего мостов в процессе переходного режима равны

R , = R. - X, • P ; R2 = R2 + • P

п1 к1 1 кх ' п2 к2 2 кх,.

где R и Rr2 - приведенные радиусы качения колес мостов в конце переходного режима,

Se, м

Рис. 1. Изменение постоянной S0 в зависимости от давления воздуха в шинах Fig. 1. Changing constant S0 depending on the air pressure in the tires

Ркх - текущие силы на приведенных колесах мостов в процессе переходного режима, которые должны перераспределяться.

Пусть при движении лесозаготовительной машины в переходном режиме центр переходного моста проходит путь dS1, заднего - dS2. При этом углы поворота приведенных колес мостов находятся из равенств

, _ <Я$2

¿/ф!

•

Ркх Кк2+^2 • Ркх

Разность их составит угол закручивания трансмиссии.

Угол закручивания трансмиссии можно определить также через касательные силы на колесах и податливость приводов

С1 '„1 <х + С2 '„2 dPкх = ^Ф2 - ¿Ф! ,

где с и с2 - податливость переднего и заднего привода от раздаточной коробки до приведенных ведущих колес, включая шины;

г и г„2 - средние динамические радиусы колес переднего и заднего мостов.

Решая совместно уравнения (1) и (2) , получаем

(С1-Гц + С2-Г^)(1Рк

dSi

ds2

RK2+^2'PK

При повороте колесной лесозаготовительной машины на угол 0 = const dS2 = dS*R2/R, где R, и R2 - радиусы поворотов центров мостов колесной лесозаготовительной машины. После преобразования уравнения (3) получим

(cvrdi + c2-ri2)x

[ЙК1' rk2 +Ркх • (йк1 • Л-2 ~rk2 '^l) -ркх '^l' 'Ы'ЙРк

= dSt }

(«к!"^+Я2)"Р

Уравнение (4) решается, однако его можно упростить. В числителе значение

Ркх (Я к1 ^2 - Я к2 - р2кх ^2 составляет не более 5-6 % от Я „ Я _. В знаменателе

к1 к2

Як1 Я2 / Я1 - Як2 = 0, поскольку Як1 Я2 /Я1 представляет собой радиус качения приведенного колеса переднего моста, приведенный к радиусу поворота заднего моста. Учитывая изложенное, при решении уравнения (4) получим (А • гЛ1 + с2 • гЛ2)  Ик1  Як2

h • ^ + Я2

• /пРцх + С = S-L

Переходный режим

Вход в поворот

Рис. 2. Осциллограмма переходного режима колесной лесозаготовительной машины третьего класса тяги. 1- отметки оборотов пятого колеса; 2 и 7 - моменты на карданах соответственно переднего и заднего мостов; 3, 5 и 6 - нулевые линии соответственно угла поворота колесной лесозаготовительной машины, моментов на карданах переднего и заднего мостов; 4 - угол поворота колесной лесозаготовительной машины S0 = 0,465 м Fig. 2. The waveform transient wheeled harvester third-class traction. 1 rpm mark the fifth wheel; 2 and 7 - moments on the universal joints, respectively, front and rear axles; 3, 5 and 6 - the zero line, respectively, the angle of rotation of the wheel harvester, moments on cardan front and rear axles; 4 - the angle of rotation of the wheel harvester S0 = 0,465 m

При S1 = 0 P,« = Ркхтах, откуда

$1 =

«К1  Як2

ЯГ^+Я2

In-

Учитывая, что динамические радиусы колес в зависимости от касательных сил изменяются незначительно, а податливости шин и их коэффициенты пропорциональности тангенциальных сил до 0,6 - 0,7 максимальных сил по сцеплению практически постоянны [4, 5, 6, 8], выражение, стоящее перед логарифмом уравнения (5), можно принять за постоянную величину. Путь переходного режима после входа колесной лесозаготовительной машины из поворота равен бесконечности.

Исследуем, как будут перераспределяться силы Ркх в процессе переходного режима. Для этого обозначим выражение, стоящее перед логарифмом уравнения (5), через 50 и запишем его в виде

Р = Р

гкх гкхтах

Si е 5о

Из уравнения (6) видно, что характер перераспределения сил Р будет определять-

ся постоянной S0. При Sj/S0 = 1,5 перераспределение будет равно 78% , и при S/S0=3 оно достигнет 95%. И только 5% будет перераспределяться изменением S1/S0 от 3 до бесконечности.

Экспериментальные исследования были проведены на колесной лесозаготовительной машине третьего класса тяги. На рис. 1 приведены расчетные значения S0 для этой колесной лесозаготовительной машины, укомплектованной шинами 18,4/15-24 мод. Я-252 Б в зависимости от давления воздуха р в них. Данные для расчетов получены в результате проведенного эксперимента. На рис. 2 приведена одна из осциллограмм переходного режима после входа в поворот колесной лесозаготовительной машины на сухой грунтовой поверхности при давлении воздуха в шинах передних колес - 196,2 кН/м2, задних - 91,8 кН/м2. При этом передний мост работает в ведущем режиме, задний - в тормозном. К концу входа в поворот колесной лесозаготовительной машины крутящие моменты на карданах (должны рассеяться при 0 = const), вызванные подкаты-

ванием модулей, переднего моста составляют - 142 мм, заднего - 145 мм.

Анализ показывает, что экспериментальные исследования подтверждают теоретические положения. С увеличением давления воздуха в шинах от 91,8 кН/м2 до 196,2 кН/м2 постоянная £0 уменьшается от 0,551 м до

0.314 м и путь, соответствующий 95% перераспределения моментов, уменьшается с 1,65 м до 0,94 м. При этом податливость колес уменьшается, а коэффициенты пропорциональности тангенциальных сил их растут. С увеличением податливости приводов ведущих колес путь переходного режима увеличивается. Основное перераспределение моментов на колесной лесозаготовительной машине происходит на пути 1-1,5 м.

Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства образования и науки РФ.

Библиографический список

1. Воскобойников, И.В. Многооперационные лесные машины. Монография. Том 1, / И.В. Воскобойников, В.А. Кондратюк, В.М. Крылов, Д.В. Кондратюк, Е.Е. Клуб-ничкин. - М.: МГУЛ, 2013. - 480 с.

2. Воскобойников, И.В. Многооперационные лесные машины. Монография. Том 2, / И.В. Воскобойников, В.А. Кондратюк, В.М. Крылов, Д.В. Кондратюк, Е.Е. Клуб-ничкин. - М.: МГУЛ, 2013. - 496 с.

3. Егоров, Л.И. Колеса и шины лесотранспортных машин [учебно-методическое пособие для бакалавров] / Л.И. Егоров, В.Е. Клубничкин, Е.Е. Клубничкин. - М.: МГУЛ, 2013. - 36 с.

4. Клубничкин, В.Е. Оценка влияния внешних условий на лесозаготовительные машины / В.Е. Клубничкин // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2010. - №6. - С. 119 - 123.

5. Котиков, В.М. К вопросу о методике исследования нагру-женности гусеничных цепей колесных машин с тандем-ными тележками / В.М. Котиков, Е.Е. Клубничкин // Естественные и технические науки. № 3. 2010. С. 321 - 326.

6. Клубничкин, В.Е. Общая методика исследования проходимости колёсных машин с тандемными тележками, оснащёнными гусеничными цепями / В.Е. Клубничкин, В.М. Котиков, Е.Е. Клубничкин // Естественные и технические науки. № 3. 2010. С. 327 - 334.

7. Макуев, В.А. Обучение человека-оператора как основная задача управления зарубежной лесозаготовительной техники / В.А. Макуев, Ф.А. Дац, В.Е. Клубничкин // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 36 - 38.

8. Агейкин, Я.С. Вездеходные колесные и комбинированные движители. - М.: Машиностроение, 1972. - 184 с.

9. Ксеневич, И.П. Наземные тягово-транспортные системы Том 3. / И.П. Ксеневич, В.А. Гоберман, Л.А. Гоберман. Энциклопедия. - М.: Машиностроение, 2003. - 788 с.

10. Котиков, В.М. Лесозаготовительные и трелевочные машины / В.М. Котиков, Н.С. Еремеев, А.В. Ерхов.- М.: Лесная пром-сть, 2004. - 336с.

TRANSITION MODE BY TURNING THE ARTICULATED WHEELED FORESTRY MACHINE Makuev V.A., Prof. MSFU, Dr. Sci. (Tech.); Klubnichkin V.E., Assoc. Prof. MSFU, Ph.D (Tech.); Klubnichkin E.E.,

Assoc. Prof. MSFU, Ph.D (Tech.); Shnyakov A.V., Senior Lecturer MSFU

makuev@mgul.ac.ru, vklubnichkin@mgul.ac.ru, klubnichkin@mgul.ac.ru, shnyakov@mgul.ac.ru Moscow State Forest University (MSFU), 1st Institutskaya st., 1, 141005, Mytischi, Moscow reg., Russia In this paper the processes occurring at the turn of the wheel articulated forestry machine were reviewed. With both axles working there will be twisting transmission between the transfer case and the drive wheels. Entrying into the turn the wheels of the front axle loaded and the rear - unloaded. At the end of the turn the opposite phenomenon is observed. With further movement of the wheel forestry machine dispersal (redistribution) of the previously encountered elastic forces occurs. The question arises, which path should the wheel forestry machine pass after entering the turn or after exiting the turn so that the forces caused by the rolling up of the modules come into line with the kinematics of the rotation. Experimental studies have been conducted on the wheel forestry machine of the third class of traction, in which the calculated values of the changes in the constant S0 depending on the air pressure in the tires were obtained. The analysis of the data shows that the experimental studies confirm the theoretical propositions. With an increase in air pressure in the tires from 91.8 kN/m2 to 196.2 kN/m2 the constant S0 decreases from 0.551 m to 0.314 m and the way with 95% of redistribution of the points decreases from 1.65 m to 0.94 m. As the compliancy of the traction wheel drive gear increases the transient-state path increases also. The main redistribution moment at the wheel forestry machine comes in the way of 1 - 1.5 m.

Keywords: forest machine; movement; suspension system; ground; bearing surface; turning; wheel; hinge; frame; module; transmission.

References

1. Voskoboynikov I.V., Kondratyuk V.A., Krylov V.M., Kondratyuk D.V., Klubnichkin E.E. Mnogooperatsionnye lesnye mashiny [Multioperational forest machines]. Monograph. Volume 1. 2013. p. 480.

2. Voskoboynikov I.V., Kondratyuk V.A., Krylov V.M., Kondratyuk D.V., Klubnichkin E.E. Mnogooperatsionnye lesnye mashiny. [Multioperational forest machines]. Monograph. Volume 2. 2013. p. 496.

3. Egorov L.I., Klubnichkin V.E., Klubnichkin E.E. Kolesa i shiny lesotransportnykh mashin [Wheels and tires forest machines]. Moscow, MGUL, 2013, p. 36.

4. Klubnichkin V.E. Otsenka vliyaniya vneshnikh usloviy na lesozagotovitel'nye mashiny [Evaluation of the influence of external conditions on forest machines] Moscow State Forest University Bulletin - Lesnoy vestnik. №6, 2010 pp. 119-123.