Результаты испытаний шин лесных машин

УДК 630*307

С. Е. Арико, ассистент (БГТУ) РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ ШИН ЛЕСНЫХ МАШИН

В статье на примере харвестера МЛХ-414 рассмотрено влияние жесткости шин на распределение реакций между колесами лесозаготовительной техники, устойчивость технологического и энергетического модулей, а также многооперационной машины в целом. Определены номинальные жесткости шин для харвестеров, предназначенных для проведения различных видов рубок промежуточного пользования.

In this paper, the example harvester MLH-414, the influence of tires stiffness on the distribution of responses between the wheels of logging equipment, process stability and energy units, as well as multistage machine as a whole. Determined by the nominal rigidity of tires for harvesters designed for various types of intermediate felling.

Введение. В настоящее время для проведения лесозаготовительных работ существует большое количество машин различного назначения и компоновки. Среди них широкое распространение получила колесная техника, на которую устанавливаются специализированные шины. Они имеют различные диаметры, ширину, протектор, слойность корда, внутреннее давление и ряд других показателей, которые изменяют их упругодемпфирующие свойства. Выбор устанавливаемых шин должен осуществляться исходя из назначения, условий эксплуатации и обеспечения требуемых свойств.

1. Исследование влияния жесткости шин на распределение нагрузок между колесами валочно-сучкорезно-раскряжевочной машины МЛХ-414. Теоретическими и экспериментальными исследованиями установлено, что на процесс взаимодействия валочно-сучкорезно-раскряжевочной машины (ВСРМ) с деревом существенное влияние кроме внешних силовых факторов оказывает выбор устанавливаемых шин. На рис. 1-3 представлен процесс падения дерева на максимальном вылете гидроманипулятора при его повороте на 90° относительно продольной оси харвестера в правую сторону.

Установлено, что увеличение жесткости шин приводит к повышению реакции под разгружаемым в процессе выполнения технологических операций колесом энергетического модуля (рис. 1). Применение шин с жесткостью 500 кН/м вместо 200 кН/м повышает реакцию под колесом в 1,54 раза, которая достигает значения 9022,0 Н. При жесткости 1250-2500 кН/м минимальное значение реакции под колесом составляет 9938-10214 Н.

Уменьшение жесткости шин ниже 500 кН/м и увеличение свыше 1250 кН/м приводит к снижению устойчивости технологического модуля и сопровождается увеличением продолжительности отрыва колеса (рис. 2). При жесткости 1250 кН/м происходит четыре отрыва левого колеса общей продолжительностью 2,87 с. Аналогичный характер колебательных

процессов наблюдаются при использовании шин жесткостью 200 кН/м и 500 кН/м.

R

-л.э?

кН 19 17 15 13 11 9 7 5

1 /3 /4

а

1 \ 2Ч

\\ \

А

V

\

\

0

1 2

3

4 5 6 7 89 t, с

Рис. 1. Изменения реакции под левым колесом энергетического модуля в процессе падения дерева

с жесткостью шин: 1 - 200 кН/м; 2 - 500 кН/м; 3 - 1250 кН/м; 4 -2500 кН/м

кН 6 5 4 3 2 1 0

0

t, с

Рис. 2. Изменения реакции под левым колесом технологического модуля при падении дерева с жесткостью шин: 1 - 200 кН/м; 2 - 500 кН/м; 3 - 1250 кН/м; 4 - 2500 кН/м

Потеря устойчивости технологического модуля при жесткости 2500 кН/м в процессе падения дерева наступает шесть раз, а реакция под разгружаемым колесом отсутствует даже после падения дерева.

Оценка устойчивости лесозаготовительной машины осуществляется на основе рассмотрения изменения суммарной реакции под разгружаемым бортом МЛХ-414. Следует отметить, что минимального значения в 5861,0 Н реакция достигает при эксплуатации харвестера с шинами жесткостью 200 кН/м. Использование шин с жесткостью 500 кН/м повышает устойчивость в 1,54 раза, а с жесткостью 1250— 2500 кН/м - в 1,70-1,74 раза.

2. Исследование влияние жесткости шин на устойчивость харвестера МЛХ-414. Установление массовых и габаритных параметров ВСРМ проводилось с целью обеспечения безопасности работы лесозаготовительной техники на различных видах рубок промежуточного пользования, а также уточнения рекомендуемого значения жесткости устанавливаемых шин. При этом в качестве эксплуатационного показателя лесозаготовительной машины, на основе которого проводилась оценка и выбор параметров, рассматривалась устойчивость, для оценки которой Р. Люманов [1] рекомендует использовать коэффициент грузовой устойчивости, определяемый по формуле [1-3]:

М - М

К вост опр

М„

где Мвост - востанавливающий момент, Нм; Мопр - опракидывающий момент без учета дерева, Н-м; Мгр - момент, создаваемый деревом, Н-м.

Коэффициент грузовой устойчивости должен превышать 1,15 при учете действия инерционных сил и динамических процессов, а в случае рассмотрения процесса в статике - 1,4 [1-5]. Г. Ш. Га-мысовым установлено, что коэффициент динамичности при подъеме зависших деревьев составляет 1,08-1,22, а в режиме подъема (опускания) дерева стрелой манипулятора - 1,18-1,37 [6].

Е. В. Шувалов для шарнирно-сочлененных машин выделяет следующие признаки потери устойчивости [7, с. 65]: отрыв от плоскости склона одного из колес; необратимая потеря устойчивости и опрокидывание одной из секций трактора на ограничительные упоры другой секции; необратимая потеря устойчивости всей машины и ее опрокидывание.

Из рассмотренных видов потери устойчивости в качестве критического признака выделяют случай отрыва одного из колес, так как при работе на склонах невозможно гарантировать безопасность работы ВСРМ.

Проведенными исследованиями были получены зависимости изменения коэффициентов грузовой устойчивости энергетического и технологического модулей (Кь К2) и харвестера МЛХ-414 (К3) от жесткости шин при обработке древостоя объемом 0,27 м3 на вылете 7,3 м (рис. 3).

Кь

К2, 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4

/

4\

/ 7

/

К

0

500 1000 1500 2000

Сщин, кН/м

Рис. 3. Зависимость изменения устойчивости харвестера МЛХ-414 от жесткости шин: 1 - коэффициент устойчивости энергетического

модуля (К1); 2 - коэффициент устойчивости технологического модуля (К2); 3 - коэффициент устойчивости лесозаготовительной машины (К3); 4 - 90% от эффективной жесткости шин; 5 - 110%

от эффективной жесткости шин; 6 - 95% от коэффициента К3; 7 - 95% от коэффициент К2

Применение шин с жесткостью свыше 465 кН/м снижает коэффициент К3 менее чем на 5% от максимального значения 3,49. При использовании шин с жесткостью в диапазоне от 260 кН/м до 1230 кН/м обеспечивается устойчивость технологического модуля свыше 95% от возможной, а харвестера в диапазоне 80-99%. Уменьшение жесткости приводит к снижению устойчивости технологического модуля и лесозаготовительной машины. Увеличение жесткости свыше 1230 кН/м снижает устойчивость технологического модуля при незначительном росте устойчивости ВСРМ.

В результате теоретических исследований установлено, что эффективная жесткость шин для харвестера МЛХ-414 составляет 550 кН/м. При этом изменение жесткости шин в 20%-ном диапазоне (495-605 кН/м) не снижает устойчивости технологического модуля и обеспечивает нахождение общей устойчивости машины в 5%-ном диапазоне от максимальной.

Проведенными исследованиями установлено, что работа харвестера в древостое со средним объемом хлыста до 0,27 м3 на полном вылете гидроманипулятора возможна с отрывом колеса технологического модуля при коэффициенте запаса грузовой устойчивости МЛХ-414, равном 1,63. Наличие воды в шинах технологического модуля позволяет увеличить общий вес машины, жесткость шин и обеспечить коэффициент запаса грузовой устойчивости технологического модуля в условиях эксплуатации до 1,51, а самой лесозаготовительной машины - 2,38. В случае наполнения четырех колес жидкостью их значения составят 1,28 и 3,03 соответственно.

3. Определение номинальной жесткости шин харвестеров для рубок промежуточного пользования. Проведение определенного вида рубки требует применения современных валоч-но-сучкорезно-раскряжевочных машин, отличающихся высокими эксплуатационными показателями. Они в значительной степени зависят от устанавливаемого технологического оборудования, что приводит к изменению параметров базового шасси и лесозаготовительной машины в целом, масса которой изменяется в значительном диапазоне. В зависимости от соотношения между массой харвестера и его шириной требуется применение шин различной жесткости, что подтверждается рис. 4.

Для лесозаготовительных машин, применяющихся на прочистке и прореживании, с увеличением их ширины требуемая жесткость уменьшается до 415 кН/м при ширине 2,7 м и максимальной массе устанавливаемого технологического оборудования. В случае минимальной массы технологического оборудования номинальная жесткость устанавливаемых шин снижается до 460 кН/м при ширине машины 2,2 м. Увеличение ширины харвестера требует увеличения жесткости для повышения устойчивости энергетического модуля.

Доказано, что при увеличении ширины хар-вестера требуется повышение жесткости шин, выбор которой осуществляется исходя из обеспечения максимума коэффициента грузовой

устойчивости энергетического модуля. При уменьшении ширины валочно-сучкорезно-раскряжевочной машины номинальная жесткость шин и минимальная эксплуатационная масса определяются по коэффициенту устойчивости технологического модуля. Лесозаготовительная техника для рубок ухода и проходной рубки, оснащенная технологическим оборудованием минимальной массы, имеют ярко выраженный минимум эффективной жесткости шин, где коэффициенты грузовой устойчивости энергетического и технологического модуля имеют аналогичные значения.

Лесные машины, применяемые на выборочных санитарных рубках, в отличие от техники для проходных рубок, должны иметь на 10,9-20,5% более высокую жесткость шин. В ряде случаев, при минимальной массе устанавливаемого оборудования и ширине ВСРМ 3,1 м, она должна быть на 24,7% ниже и составлять 365 кН/м.

Зависимость изменения требуемой жесткости шин от ширины машины имеет близкий к параболическому характер, а минимальное значение соответствует случаю достижения коэффициента грузовой устойчивости энергетического и технологического модулей величины 1,15. В реальных условиях эксплуатации номинальная жесткость шин зависит от ряда факторов: динамических режимов нагружения, формы опорной поверхности, температуры материала шин и давления в них.

С

кН/м 2500

2000 1500

1000 500 0

Максимальная масса устанавливаемого технологического _оборудования_

330

Минимальная масса устанавливаемого технологического оборудования

1,8

1635 370 715 550 330

В

3,0

3,2

Рис. 4. Изменения рекомендуемой жесткости шин харвестеров, эксплуатирующихся на: 1, 2 - прочистке и прореживании; рубках: 3, 4 - ухода в типичных для Республики Беларусь условиях;

5, 6 - проходной; 7, 8 - выборочной санитарной

В. И. Кнорозом [8] приводятся данные о том, что в различных сечениях жесткость шин может колебаться в пределах 10%, а в области резонансных частот номинальная жесткость радиальных и диагональных шин повышается на 18-25%. При этом у шин с диагональным расположением корда номинальная жесткость, при одинаковом давлении воздуха, на 10-20 % выше, чем у радиальных. Применение широкопрофильных шин с жесткостью не менее 200 кН/м позволяет повысить курсовую устойчивость и управляемость лесозаготовительных машин с шарнирно-сочлененной рамой [9].

В результате проведенных исследований для различных видов рубок были определены диапазоны изменения рекомендуемых жестко-стей, которые находятся в пределах 90-110% от величины номинальной жесткости.

При сравнении зависимостей изменения рекомендуемых жесткостей шин для различных видов рубок определено, что увеличение массовых параметров устанавливаемого технологического оборудования сопровождается смещением минимума жесткости шин в сторону увеличения ширины лесозаготовительной машины. Это отчетливо видно при рассмотрении жесткостей шин, применяемых на харвестерах для проведения прочистки и прореживания. Потеря устойчивости технологического модуля харвестеров для рубок ухода (при максимальной массе технологического оборудования и объеме хлыста свыше 0,18 м3) и выборочных санитарных рубок (объем хлыста свыше 0,24 м3) независимо от массы технологического модуля наступает раньше, чем энергетического.

Следует отметить, что увеличение массы технологического оборудования и базового шасси, при аналогичных размерных величинах, требует применения шин, имеющих большую жесткость. На ВСРМ, имеющих технологическое оборудование максимальной (минимальной) массы, рекомендуется применение шин с жесткостью: 730-1275 кН/м (410-675 кН/м) при проведении прочистки и прореживания; 5501335 кН/м (280-720 кН/м) в случае выполнения рубок ухода со средним объемом хлыста 0,18 м3; 520-1310 кН/м (300-735 кН/м) при эксплуатации на проходных рубках; 485-970 кН/м (290-565 кН/м) в случае проведения выборочных санитарных рубок.

Заключение. Проведенными исследованиями установлено, что применение одинаковых шин на лесозаготовительных машинах раз-

личного назначения часто приводит к снижению ряда эксплуатационных свойств. Для ВСРМ наиболее важным свойством является устойчивость, оценку которой производят на основе коэффициента грузовой устойчивости.

На данный параметр значительное влияние оказывает жесткость устанавливаемых шин. Она, в зависимости от массы технологического оборудования, базового шасси и ширины лесозаготовительной машины, изменяется в широком диапазоне. Для харвестеров, оснащенных технологическим оборудованием минимальной массы, номинальная жесткость изменяется от 290 кН/м, на выборочных санитарных рубках -до 735 кН/м, на рубках ухода, имеющих средний объем хлыста, - 0,18 м3.

Литература

1. Люманов, Р. Машинная валка леса / Р. Люманов. - М.: Лесная пром-сть, 1990. -280 с.

2. Перфилов, М. А. Многооперационные лесосечные машины / М. А. Перфилов. - М.: Лесная пром-сть, 1974. - 208 с.

3. Проектирование и расчет специальных лесных машин: учеб. пособие / М. И. Зайчик [и др.]. - М.: Лесная пром-сть, 1976. - 208 с.

4. Бурмак, П. С. Исследование устойчивости валочно-пакетирующих машин против опрокидывания: дис. ... канд. техн. наук: 05.06.02 / П. С. Бурмак. - Химки, 1975. - 140 л.

5. Полищук, А. П. Валка леса / А.П. Поли-щук. -2-е изд., перераб. - М.: Лесная пром-сть, 1972. - 176 с.

6. Гасымов, Г. Ш. Повышение эффективности валочно-пакетирующих машин на выборочных рубках леса: автореф. дис. ... д-ра. техн. наук: 05.21.01 / Г. Ш. Гасымов; С.-Петерб. гос. лесотехн. акад. им. С. М. Кирова. - Йошкар-Ола, 2011. - 39 с.

7. Трактор «Кировец». Описание и расчет / Е. А. Шувалов [и др.]. - Л.: Машиностроение, 1974. - 168 с.

8. Работа автомобильных шин / В. И. Кно-роз [и др.]; под ред. В. И. Кнороза. - М.: Транспорт, 1976. - 238 с.

9. Герис, М. I. Полшшення курсово! стш-косп та керованосп колюних люотранспортних машин iз шаршрно-зчленованою рамою: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.05.04 / М. I. Герис; Нац. люотехн. ун-т Укра!ни. - Л^в, 2010. - 21 с.

Поступила 14.03.2012