Исследование динамики гидропривода сучкорезной машины

УДК 630*.36

А.И. Павлов, Ю.А. Ширнин

Ширнин Юрий Александрович родился в 1946 г., окончил в 1973 г. Марийский политехнический институт, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии и оборудования лесопромышленных производств Марийского государственного технического университета. Имеет 220 печатных работ в области технологии и оборудования лесопромышленных производств.

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ГИДРОПРИВОДА СУЧКОРЕЗНОЙ МАШИНЫ

Для обоснования метода контроля технического состояния сучкорезных машин в процессе их эксплуатации выбран диагностический параметр.

Ключевые слова: сучкорезная машина, гидропривод, функциональное диагностирование, параметр диагностирования, случайный процесс, спектральная плотность, максимумы.

Наши исследования преследовали следующие цели: определение приспособленности гидропривода сучкорезной машины к диагностированию в режиме обработки предмета труда - дерева; возможность применения перспективных средств диагностирования и дальнейшей автоматизированной обработки результатов; определение рациональных режимов диагностирования и выявление влияния субъективных факторов на его качество.

Исследования проводили на машине ЛП-30Г (год выпуска 1996, наработка 1100 мото-ч) в производственных условиях Максаковского сплавного рейда производственного объединения «Вычегдалесосплав».

В ходе эксперимента замеряли давление рабочей жидкости встроенными тензометрическими датчиками и регистрировали процессы, происходящие в гидроприводах подъема и поворота стрелы, управления сучкорезной и приемной головок с помощью классической аппаратуры. Измерительную аппаратуру размещали в кабине трактора. Функции исследователя выполнял тракторист.

Обрабатывали деревья диаметром 0,10 ... 0,52 м разных пород: береза, ель, сосна.

В результате экспериментов было получено 60 рабочих осциллограмм изменения давления в гидроприводах стрелы, сучкорезной и приемной головок. Некоторые фрагменты осциллограмм приведены на рис. 1.

Как видно из кривых 1 - 6, в гидросистеме сучкорезной машины ЛП-30Г возникает случайный процесс с непрерывным изменением аргумента, причем колебательный процесс возбуждается изменением параметров предмета труда (дерева).

При обработке осциллограмм были использованы числовые характеристики случайного процесса - математическое ожидание, дисперсия и кор-

реляционная функция. Спектральные плотности были получены по корреляционным функциям (1) и аппроксимированы выражением (2).

Результатами исследований установлены следующие рациональные режимы диагностирования гидроприводов: для сучкорезной и приемной головок - протаскивание дерева диаметром 0,25 ... 0,40 м за вершину; для подъема и поворота стрелы - подъем дерева за вершину. При этом в гидросистеме машины ЛП-30Г возникает случайный процесс, который можно привести к стационарному.

Анализ полученных данных показал, что значения числовых характеристик дают количественную оценку исследуемых процессов. Качественную оценку можно получить с помощью корреляционных функций и спектральных плотностей.

Рис. 1. Изменение давления в

11 ]: м I гидросисте\1р маШи

ЛП-30Г ром оты мет-юка 3 -змене-нии го-но-

£в

Рис. 2. Нормированные корреляционные функции нагруженности гидропривода при обработке дерева диаметром 0,40 м: 1 - давление в гидроцилиндре бокового ножа; 2 - давление в гидрораспределителе; 3 - давление в гидроцилиндре верхнего ножа

Графики нормированных корреляционных функций изменения давления в гидроприводе (рис. 2), построенные по результатам расчета на ЭВМ, свидетельствуют, что время корреляционной связи динамических процессов х в различных точках гидропривода примерно одинаково и при обработке деревьев разных диаметров составляет: 0,045 с-1 - 0,25 м; 0,051 с-1 - 0,30 м; 0,056 с-1 - 0,35 м; 0,059 с-1 - 0,40 м.

При х ^ да значения нормированной корреляционной функции Рх(х) ^ 0. Это свидетельствует о стационарности динамических процессов и, следовательно, позволяет с достаточной достоверностью по одной реали-

зации определенной длительности вычислять статистические характеристики процесса [1-3].

Графики нормированных корреляционных функций с требуемой точностью аппроксимируют выражением вида

Р х(х) = Ле 1тео5р1 + А2е ~аг| Т|т^р 2.

Графики корреляционных функций характеризуют изменения исследуемых процессов во временной области. Особую важность представляют характеристики частотного состава - спектральные плотности нагруженно-сти V» исследуемого гидропривода, определенные с помощью ЭВМ (рис.3).

Рис. 3. Нормированные спектральные плотности нагруженности гидропривода машины ЛП-30Г: а - при обработке деревьев различной породы

В основу составления программы расчета положено выражение

! (ю2 +а2 + р2 ) | а 2 («2 + Р2 + ю2 ) + А Т~2 2 Р2 |

V - 2

А

(ю

Р2 )2

22

+ 4а2 ю

^ +ю2 52 )+ 4а 2 ю2

Анализ графиков спектральных плотностей показал, что при обработке деревьев различного объема имеются две ярко выраженные зоны максимальных значений. Максимумы спектральных плотностей смещены в сторону высоких частот при уменьшении объема обрабатываемого дерева. Сравнение осциллографических записей и графиков спектральных плотностей позволило сделать вывод о том, что источником возмущения нагру-женности гидропривода являются параметры предмета труда.

Присутствие на графике экстремальных значений спектральных плотностей объясняется наличием резонанса, возникающего в результате совпадения частоты амплитудной характеристики гидропривода с частотой воздействия предмета труда. Это подтверждает гипотезу, что параметры обрабатываемого предмета труда являются основными при диагностировании гидропривода.

Учитывая специфику эксплуатации сучкорезных машин, следует считать, что в процессе исследования наиболее полное представление о ре-

акции системы на различное возмущающее воздействие дают передаточные функции и частотные характеристики.

По результатам расчета спектральных плотностей были построены амплитудно-частотные характеристики (рис. 4), наличие максимумов на которых свидетельствует о том, что колебательная система обладает резонансными свойствами, нарушающими устойчивость гидропривода. Это может быть положено в основу разработки метода функционального диагностирования гидропривода сучкорезных машин.

Для определения приспособленности гидросистемы машины ЛП-30Г к диагностированию была исследована сучкорезная машина с наработкой 4500 мото-ч. При этом установлено, что изменение структурных параметров элементов гидросистемы (зазор в распределителе, податливость РВД, трещины металлических трубопроводов и др.) смещает и видоизменяет максимумы на амплитудно-частотных характеристиках.

1,6

1,4

1,3

1,1 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2

N —f <— —А мп дно гид

11 1 г характеристи ки литу

'У N с учк ор езн ой г оло вки

» 1 1 / \ % ; Л П- 30Г - 110 О* -

Г- к У ** "V

-частотные

машины

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ПО 170 И, С

Анализ полученных спек-

тральных плотностей изменения давления в гидроприводе машины с наработкой 4500 мото-ч показал, что, кроме смещения амплитудно-частотных характеристик, наблюдается смещение максимумов спектральных плотностей в сторону уменьшения частоты возникновения резонансных явлений (рис. 4). Это свидетельствует о приспособленности гидросистемы сучкорезной машины к функциональной диагностике и подтверждает гипотезу о возможности мониторинга технического состояния гидросистем методом диагностирования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Жуков, А.В. Основы проектирования специальных лесных машин с учетом колебаний [Текст] / А.В. Жуков, Л.И. Кадолко. - Минск: Наука и техника, 1978. - 264 с.

2. Лурье, А.Б. Статистическая динамика сельскохозяйственных агрегатов [Текст] / А.Б. Лурье. - Л.: Колос, 1970. - 371 с.

3. Силаев, А.А. Спектральная теория подрессоривания транспортных машин [Текст] / А.А. Силаев. - М.: Машиностроение, 1972. - 192 с.

Марийский государственный технический университет

Поступила 17.02.04

A.I. Pavlov, Yu.A. Shirnin

Investigation of Dynamic Hydraulic Drive of Delimber

Diagnostic parameter is chosen for justification of inspection method for technical state of delimbers in the operational process. поезд, магистраль, ветка, ус.