Научные направления работы кафедры проектирования лесного оборудования Сибирского государственного технологического университета

В. Ф. Полетайкин. Научные направления работы кафедры проектирования лесного оборудования

95

Научные направления работы кафедры проектирования лесного

оборудования Сибирского государственного технологического университета

В. Ф. Полетайкин1 Сибирский государственный технологический университет

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены научные направления работ кафедры по повышению технического уровня лесных подъемно-транспортных машин.

Ключевые слова: лесопогрузчики, надежность, эргономика, динамические системы, моделирование, оптимизация.

SUMMARY

The directions of work on increasing of the technological level of wood hoisting-and-transport machines are considered in this article.

Keywords: loggers, reliability, ergonomics, dynamic systems, modelling, optimization.

В лесной промышленности России при заготовке древесного сырья в виде хлыстов и деревьев с кроной используются системы лесотранспортных машин, в состав которых входят гусеничные лесопогрузчики перекидного типа. Установлен типоразмерный ряд по их главному параметру - грузоподъемности: 25, 35, 63 кН, обеспечивающий погрузку древесины на лесосеках во всех природно-производственных условиях. На базе лесопогрузчиков перекидного типа была освоена технология лесозаготовок с отделением трелевки от погрузки, удостоенная Государственной премии СССР в области науки и техники. Эта технология и в настоящее время широко используется в лесной промышленности. Основным средством вывозки древесного сырья с лесосек продолжают оставаться автопоезда. Существенное изменение в развитии других видов лесотранспорта в ближайшие 15-20 лет маловероятно. Поэтому самоходные лесопогрузчики различных типов и в будущем будут широко применяться в лесной промышленности.

Одним из главных показателей технического уровня и качества лесопогрузчиков, как и других машин, является надежность, так как она определяет ритмичность лесосечных работ и последующих фаз производства.

1 Автор - заведующий кафедрой проектирования лесного оборудования, д.т.н., профессор © В. Ф. Полетайкин, 2003

Условия эксплуатации лесных машин в Сибири и на Дальнем Востоке отличаются специфическими особенностями - крупномерные древостои, низкая несущая способность грунтов, низкие температуры и т. д. Поэтому проблема повышения надежности лесопогрузчиков с учетом региональных условий эксплуатации, обеспечения их конкурентоспособности на рынке лесных машин является актуальной. С учетом этого на кафедре проектирования лесного оборудования (ПЛО) СибГТУ проводятся работы по совершенствованию методов проектирования и расчетов рабочего оборудования лесопогрузчиков различных типов на основе анализа динамики внешних возмущений и элементов конструкции, применения методов оптимизации кинематических параметров на стадии проектирования. С этой целью были разработаны формализованные эквивалентные динамические системы и их математические модели, учитывающие тип ходовой системы базовой машины, упругие и демпфирующие характеристики подвески корпуса, металлоконструкции и гидропривода рабочего оборудования и груза. Источниками внешних возмущений служили детерминированные нагрузки и вероятностные характеристики случайных процессов взаимодействия корпуса и ходовой системы базовой машины с опорной поверхностью. Моделирование рабочих режимов позволяет определять влияние на уровень динамических нагрузок конструктивных и эксплуатационных факторов, получать значения коэффициентов динамичности, величину и характер действующих нагрузок на элементы системы. Проектирование новых лесопогрузчиков с учетом полученных данных обеспечивает повышение показателей надежности, а также служит основой для назначения безопасных эксплуатационных режимов [1].

Одним из направлений создания теоретических основ проектирования лесотранспортных машин является использование статистической динамики, применение вероятностно-статистических методов исследования. Для определения главных параметров случайных процессов внешних возмущений выполнены экспериментальные исследования, в результате которых получено необходимое количество реализаций процессов. Методами корреляционного и спектрального анализа определены их вероятностно-статистические характеристики.

Наряду с надежностью важнейшими показателями технического уровня лесопогрузчиков являются эргономические показатели, в том числе эффективность системы виброизоляции сиденья оператора. При агрегатировании лесопромышленных тракторов с рабочим оборудованием лесопогрузчиков вибрационная характеристика изменяется, так как появляются дополнительные источники высокочастотных колебаний (гидропередача, предохранительная аппаратура и т. д.), изменяется масса машины. Кроме этого, на вибрационную характеристику оказывают влияние специфические режимы работы лесопогрузчика. В связи с этим проводятся исследования по разработке методики оценки на стадии проектирования эффек-

96

Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ

тивности системы виброизоляции рабочего места оператора лесопромышленного трактора при использовании его в качестве базовой машины лесопогрузчика. С этой целью были исследованы случайные процессы вертикальных колебаний основания сиденья при работе лесопогрузчика и получены характеристики возбуждений колебаний - спектральные плотности ускорений основания. По известным динамическим характеристикам подвески сиденья и внешних возмущений можно на стадии проектирования прогнозировать эффективность системы виброизоляции лесопогрузчика при различных сочетаниях переменных факторов (тип подвески корпуса, масса оператора, тип подвески сиденья и т. д.) в различных октавных полосах частот и проводить работы по доведению параметров вибрации до уровней, установленных нормативно-технической документа-цией [1], [2].

Одним из основных направлений поисковых исследований кафедры является разработка и обоснование параметров кинематики и динамики рабочего оборудования лесопогрузчиков перекидного типа. Выпускаемые в настоящее время Красноярским заводом лесного машиностроения лесопогрузчики ЛТ65Б и ЛТ188 разработаны на основе авторского свидетельства 288663 (авторы В. Ф. Полетайкин, В. П. Глазы-рин). С целью обоснования параметров кинематической схемы были разработаны математические модели движения стрелы с грузом и алгоритм оптимизации рабочего оборудования по критерию min {max} усилий на штоках гидроцилиндров привода, реализованный на ПЭВМ. Одновременно решались задачи по снижению пиковых нагрузок на элементы конструкции рабочего оборудования.

Наряду с работами по совершенствованию лесопогрузчиков перекидного типа выполняются поисковые исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию поворотных лесопогрузчиков с телескопическими и комбинированными манипуляторами. Поворотные лесопогрузчики с телескопическими стрелами обладают рядом преимуществ (компактность конструкции, высокая кинематическая точность механизмов, широкие технологические возможности и т.д.). Кинематика и компоновка рабочего оборудования позволяют выполнять операции подсортировки древесины перед ее отгрузкой, штабелевку сортиментов, многие вспомогательные работы. С целью обоснования кинематических и динамических характеристик рабочего оборудования проводятся исследования эксплуатационных режимов таких лесопогрузчиков. В сложившихся условиях выполнить натурные эксперименты практически не представляется возможным. Поэтому исследования выполняются на математических и физических моделях. На кафедре ПЛО с этой целью была разработана и изготовлена физическая модель поворотного лесопогрузчика с трехсекционной телескопической стрелой. Модель строилась по семнадцати критериям подобия относительно натуры, в качестве которой была использована конструкторская документация лесопогрузчика, раз-

работанного также на кафедре [3]. Физическая модель оснащена информационно-измерительной системой, скомпонованной на основе персонального компьютера, платы аналого-цифрового преобразования, 10-канального тензометрического усилителя. Система также включает в себя 18 различных датчиков и блок питания [4]. Данные измерений, проводимых в процессе экспериментов, записывались на жесткий диск ПЭВМ. Обработка результата выполнялась в пакете МаШСАБ.

На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработана конструкция поворотного лесопогрузчика с грузовым моментом 160...210 кН*м, оснащенного трехсекционной телескопической стрелой на базе гусеничного лесопромышленного трактора. Однако в металле эти машины не изготавливались. Кроме рассмотренных направлений на кафедре проводятся работы, связанные с технологией и оборудованием природообустройства и защиты окружающей среды, механизацией лесохо-зяйственных работ, с исследованиями влияния техногенных воздействий, обусловленных строительством крупнейших гидроэнергетических комплексов (ГЭС, водохранилище, город) на состояние лесных экосистем. В этом направлении проводились работы по обоснованию технологии и систем машин для лесной рекультивации отвалов угольных разрезов Красноярского края, создания лесных культур на переувлажненных почвах и другие работы. Результаты научных исследований, как правило, используются в учебном процессе. Кафедра ПЛО является выпускающей по специальностям 170400 и 171100. При кафедре имеется аспирантура и докторантура по специальности 052101.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Полетайкин В. Ф. Моделирование рабочих режимов тракторных лесопогрузчиков: Монография. Красноярск, 1996. 248 с.

2. Полетайкин В. Ф., Авдеева Е. В. Оценка параметров виброизоляции системы «Оператор - сиденье» лесопогрузчика на стадии проектирования // Известия вузов. Лесной журнал. 1997. № 4. С. 42-45.

3. Полетайкин В. Ф., Мосеев Е. Н., Сергин М. Е. Техника измерений нагруженности мобильных машин // Строительные и дорожные машины. 2001. № 1. С. 26-27.

4. Полетайкин В. Ф. К вопросу совершенствования лесопромышленного оборудования // Известия вузов. Лесной журнал. 1999. № 5. С. 117-118.

5. Мосеев Е. Н. Нагрузочные режимы в телескопической стреле поворотного лесопогрузчика: Ав-тореф. дис. ... канд. техн. наук. Красноярск, 2001. 22 с.