Повышение долговечности ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины

Вид материала

Диссертация

Содержание Общая характеристика работы Основное содержание работы Основные выводы и результаты Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

Подобный материал:

• Повышение долговечности трибосопряжений компрессоров применением комплексных покрытий, 255.38kb.
• Программа вступительного экзамена в магистратуру по специальности 1-40 80 03 «Вычислительные, 170.56kb.
• Программа вступительного экзамена в магистратуру по специальности 6М080600 аграрная, 36kb.
• Список трудов Матвеева Виктора Николаевича Научные публикации, 206.4kb.
• Курс лабораторных работ для студентов специальностей 230101 "Вычислительные машины,, 318.37kb.
• Программа сквозной практической подготовки для студентов направления 654600 специальности, 176.46kb.
• Сетевые операционные системы. Функции, классификация, 261.98kb.
• "Обеспечение качества, долговечности и надежности железобетонных конструкций", 44.83kb.
• Операционная система в наибольшей степени определяет облик всей вычислительной системы, 1557.26kb.
• Рабочая учебная программа для специальностей 1-40 01 01 «Программное обеспечение информационных, 406.46kb.

На правах рукописи

КЛУБНИЧКИН ЕВГЕНИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ


ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ХОДОВОЙ СИСТЕМЫ ГУСЕНИЧНОЙ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ


Специальность 05.21.01 “ Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства ”

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Москва – 2008


Работа выполнена в ГОУ ВПО «Московский государственный университет леса».


Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Котиков Вадим Матвеевич

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Гоберман Лев Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Шимкович Дмитрий Григорьевич


кандидат технических наук, ст.научный сотр.

Рыскин Юрий Евсеевич


Ведущая организация –«Государственный научный центр лесопромышленного комплекса» (ГНЦ ЛПК)


Защита диссертации состоится «18» июня 2008г. в……. часов на заседании диссертационного совета Д.212.146.03 при ГОУВП «Московский государственный университет леса» по адресу: 141005. г. Мытищи-5, Московская область,


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета леса.


Автореферат разослан «…»…………………………..2008 г.


Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор

Рыбин Борис Матвеевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В России 720 миллионов гектаров территорий, покрытых лесом, из них 47% занимают труднопроходимые леса Сибири, Дальнего Востока, Европейского Севера, которые относятся к чрезвычайно сложной среде природно-производственных условий, так как рыхлые, болотистые, сыпучие грунты и большие температурные перепады крайне затрудняют выполнение лесосечных и лесохозяйственных работ. В данных условиях целесообразно применение гусеничных лесозаготовительных машин, способных эксплуатироваться в тяжёлых внедорожных и климатических условиях. В настоящее время промышленные леса всё дальше уходят от потребителя существенно ухудшая лесозаготовительную инфраструктуру, сокращаются лесовозные дороги, растет плечё вывозки, увеличивается расстояние трелёвки, в этих условиях повышение производительности за счёт увеличения их рейсовой нагрузки может оказаться контрпродуктивным потому что приведёт к росту давления на почву и потери проходимости машин. Более рациональным окажется путь увеличения рабочих скоростей движения. Тем не менее средний ресурс ходовой системы многоцелевой гусеничной машины составляет порядка 5 - 6 тысяч мото-часов. В настоящее время этого явно не достаточно. Ходовая система должна на стадии проектирования закладываться на ресурс от 8 до 10 тысяч мото-часов. В связи с этим при создании современных гусеничных лесозаготовительных машин к их ходовым системам предъявляются требования повышения долговечности, увеличение рабочих скоростей движения и проходимости.

Повышение технического уровня и разработка новых высокоэффективных лесных машин требуют проведения фундаментальных исследований на базе математического моделирования и применения современных численных методов. Это позволит на стадии проектирования машин добиться современного уровня по главным показателям качества (техническим, экологическим, эргономическим, безопасности эксплуатации и обслуживания и др.). Всё это обеспечит их конкурентоспособность и эффективную эксплуатацию. В современных условиях, проведение таких исследований требует разработки комплекса математических моделей, позволяющих с помощью вычислительной техники моделировать функционирование систем "машина-среда", устанавливать характер и степень влияния всей совокупности факторов, отражающих воздействие, как внешней среды на машину, так и конструктивных особенностей машины.

Цель работы. Повышение долговечности ходовых систем гусеничных лесных машин, способных обеспечить выполнения лесопромышленных и лесохозяйственных работ в труднопроходимых условиях с высокими рабочими скоростями движения. В основе этой проблемы лежит развитие теории движения гусеничных машин и новые технические решения. Начиная проектирование машины, задаёмся характером нагрузок действующих на ходовую систему и варьируя основными параметрами, используя метод конечных элементов в прикладных компьютерных программах, получаем такие формы сечений и массы несущих деталей ходовой системы, которые обеспечивают заданную долговечность уже на этапе проектирования машины.

Методы исследований. Современные методы основанные на анализе нагруженности несущих деталей ходовых систем и создание локальных моделей для расчёта этих деталей с учётом условий эксплуатации машины в лесу, при расчёте используется метод конечных элементов, метод моделирования профиля прямолинейных трасс заданной протяжённости, вычислительные и натурные эксперименты.

Научная новизна. Впервые разработана методика определения размеров и форм несущих элементов ходовых систем, состоящая из двух основных этапов. Первый этап содержит анализ нагрузочного режима несущих деталей ходовых систем при движении машины с различными скоростями по заданному микропрофилю пути с возможностью варьирования геометрических размеров ходовой системы и точек подвески ходовой системы к раме и опорных катков к рычагам и балансирам. Второй этап содержит реализацию расчётной схемы гусеничной лесозаготовительной машины в виде локальных конечно-элементных математических моделей, позволяющих производить оценочные расчёты усталостной прочности, износостойкости несущих элементов ходовой системы. Отличительной особенностью методики является применение метода конечных элементов на основе пакетов прикладных компьютерных программ (Solid Works, Visual Nastran Desktop, Ansys Design Space, MathCAD Professional), позволяющих на стадии проектирования сократить общее время на разработку конструкторской и технической документации, проведение виртуальных испытаний, создание опытного образца машины, а также проведения натурных испытаний.

Эта методика включает возможность моделирования движения машины по местности с пробоями подвески, но такие режимы, как при натурных испытаниях, так и в условиях реальной эксплуатации, рассматриваются как маловероятные, при правильном выборе параметров системы подрессоривания.

Научные положения выносимые на защиту.

- методика анализа долговечности ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины на стадии проектирования:

- методика синтезирования дорожных условий представленная в виде отдельно взятой реализации микропрофиля пути и математической модели движения гусеничной лесозаготовительной машины.

Метод анализа долговечности ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины складывается из метода конечных элементов, реализации уравнений кинематических связей гусеничного движителя с опорными катками, при движении по различным профилям пути с возможными пробоями подвески. Предложен комплекс математических моделей, позволяющих синтезировать, с учётом неголономных связей движителей гусеничных машин с опорной поверхностью, движение вне дорог, включая кинематику и динамику движения машины как по микропрофилю поверхности, так и переезд через единичное препятствие с различными вариантами конструкции ходовой системы.

Метод синтезирования дорожных условии, представлен в работе в виде отдельно взятой реализации микропрофиля пути. При разработке математической модели совместной динамики ходовой системы и силовой установки гусеничной лесозаготовительной машины, при движении машины по профилю пути и через препятствия, получаем различные значения нагрузок, действующих на элементы проектируемой ходовой системы в функции времени движения гусеничной лесозаготовительной машины. Данная методика является эффективным средством для решения задачи анализа долговечности ходовой системы.

Достоверность научных результатов. Обеспечена применением современных методов математического моделирования изучаемых объектов, математической обработки результатов экспериментов, а также сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Практическая значимость и реализация результатов диссертации.

Повышение надёжности, долговечности, эргономичности гусеничной лесозаготовительной машины, что в совокупности повышает эксплуатационные свойства, технический уровень и конкурентоспособность машин лесопромышленного и лесохозяйственного назначения. В результате теоретических и экспериментальных исследований найдены новые технические решения, позволяющие ускорить процесс создания гусеничной лесозаготовительной машины от идеи до конструкции, результаты испытаний ходовой системы гусеничной машины приняты Государственным научным центром лесопромышленного комплекса для использования при создании гусеничных лесозаготовительных машин. По результатам исследования разработана методика, которая используется в учебном процессе MГУЛ при подготовке инженеров специальности 17.04.00, а также методика находит применение в научно-исследовательской работе студентов и аспирантов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях Московского государственного университета леса (2002-2007 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных работы

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из 7 глав, выводов, списка использованной литературы (178 наименований), общий объём работы 230 страниц, включая 98 рисунков и 28 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель

и задачи исследования.

В первой главе рассмотрена задача включения расчётных исследований ходовых систем в процесс проектирования и доводки гусеничных машин, отмечена ее важность и актуальность.

Проведен обзор работ, в которых рассмотрены различные аспекты динамических процессов, протекающих в транспортных машинах при их эксплуатации. Такие исследования наиболее полно проделаны для автомобилей и тракторов общего назначения. Значительный вклад в эту область науки сделали Е.А. Чудаков, Р.В. Ротенберг, Т.В. Зимелев, Я.М. Певзнер, Н.Я. Яценко, А.А. Хачатуров,. А.А. Силаев, Е.Д. Львов, Д.А Чудаков, И.Б. Барский, А.С. Антонов, В.Я.Анилович, Л.И. Кутин, Г.М. Кутьков, А.А. Дмитриев, Н.A. Забавников, А.О. Никитин, А.Б. Лурье, и др. Основоположниками направления исследований динамики лесных машин являются С.Ф.Орлов, М.И. Зайчик., В.И. Мельников, Б.Г. Гастев, А.М. Гольдберг, В дальнейшем вопросы исследований динамических процессов в лесотранспортных машинах были широко освещены в работах Г.М. Анисимова, А.В. Жукова, Ю.Д. Силукова,.Н.И. Библюка, И.Д. Ковтуна, С.Г. Костогрыза, Ю.Е. Рыскина, Ю.И. Провоторова, А.Ф. Андрийчука, Ю.А. Добрынина, Л.М. Эмайкина, О.А. Старанивского, Ю.Л. Ковалева, В.И. Солдатенкова, М.Ф. Семенова, В.М. Котикова, Н.Н. Горбачева, А.В. Ерхова и др.

Проведенный анализ работ свидетельствует о многообразии и сложности динамических процессов, происходящих в системах и агрегатах лесных машин, об их значительной взаимной связи и отрицательном влиянии на эксплуатационные характеристики машин. В результате проведенных исследований накоплены определенные знания о причинах возникновения и характере процессов колебаний корпуса и элементов трансмиссии лесотранспортных колесных и гусеничных машин, динамической нагруженности двигателя, трансмиссии и ходовой системы, о влиянии на эти динамические процессы конструктивных и эксплуатационных факторов. Достаточно полно рассмотрены вопросы тяговой динамики и некоторые другие.

Практически во всех рассмотренных работах, посвященных конструированию ходовых систем, отсутствует комплексный подход, т.к. исследования ходовых систем гусеничных лесозаготовительных машин проводятся раздельно в части определения нагрузочных и расчётных режимов, при определении геометрии, формы и размеров несущих деталей ходовых систем гусеничных лесозаготовительных машин. Поэтому необходимость совершенствования единого комплексного подхода к выбору реальной конструкции делают весьма актуальной задачу разработки методики расчёта, наиболее полно учитывающей все особенности работы реальных конструкций и базирующейся на применении современных численных методов, в частности метода конечных элементов.

Применение метода конечных элементов в расчетах гусеничной лесозаготовительной машины, в первую очередь, связано с проблемой его программной реализации. Однако в литературе не встречаются программные комплексы, использующие объемные конечные элементы для расчета деформативности деталей ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины, в частности, сложных деталей, как балансир, рычаг балансира. Без достаточного обоснования моделируется с помощью пластинчато-стержневых элементов, что приводит к нарушению реальной картины деформативности деталей ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины и, как следствие, к снижению точности расчета. Поэтому, одно из важнейших и перспективных направлений дальнейших исследований ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины является использование метода конечных элементов, создание высокоэффективных вычислительных комплексов, сочетающих в себе различные типы конечных элементов и дающие возможность более полного учета геометрических и физических особенностей конструкции.

Исходя из вышеизложенного, были сформулированы основные задачи:

- обосновать необходимость повышения долговечности ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины;

- провести анализ деформированного состояния деталей ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины с помощью математических методов, конструктивных и компоновочных вариантов ходовой системы, обладающих высокой прочностью и долговечностью при низкой металлоемкости;

- разработать математическую модель, алгоритм и объектно ориентированные программы с применением объемных конечных элементов которые на этапе проектирования будут обеспечивать автоматизированный расчет статических и динамических характеристик ходовых систем гусеничных лесозаготовительных машин;

- разработать методику построения эквивалентных пластинчато-стержневых расчетных схем ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины с помощью моделей, использующих объемно-пластинчато-стержневые элементы;

- предложить оптимальную конструкцию ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины по критериям статической жёсткости и низкой металлоемкости.

Во второй главе проведен анализ параметров неровностей волоков и дорог, основанный на литературных источниках, для задания нагрузочного режима.

Установлено, что при исследовании динамических процессов в гусеничной лесозаготовительной машине, вызываемых воздействием пути, расчетные длины неровностей целесообразно принимать в интервале 0,7 ... 7м. Реализация микропрофиля представлена в работе в виде отдельно взятой реализации, поскольку использование спектральной плотности и корреляционной функции в расчёте нагрузочного режима в используемом пакете прикладных программ не представляется возможным и функция профиля пути кусочно-линейная в вертикальной плоскости, заданная координатами точек. В соответствии с задачами исследования изучено формирование возмущающего воздействия гармонического микропрофиля пути на корпус гусеничной лесозаготовительной машины и получены аналитические зависимости для коэффициентов, характеризующих влияние длины каретки , её несимметричности, а также несимметричности системы подрессоривания (рис.2) на возмущающее воздействие, передаваемое подвеской корпусу. Выполнен анализ взаимодействия простейших одно массовых динамических систем и сложной динамической системы гусеничной лесозаготовительной машины с неровностями пути и исследовано формирование сопротивления движению по микропрофилю, который представлен в виде непрерывной функции.

Третья глава посвящена разработке математической модели колебаний динамической системы "гусеничная лесозаготовительная машина – пачка деревьев – профиль пути",- Составлена расчетная схема, (рис.1) эквивалентная рассматриваемой динамической системе. Полупогруженная пачка деревьев представлена в виде трехмассовой модели (рис. 2).



рис.1 Эквивалентная схема колебаний машины в продольной плоскости

Исследуя вертикальные и продольные угловые колебания системы трелёвочный трактор – трелюемый груз (пачка хлыстов или деревьев), в которой один конец трелюемого груза с приведенной жёсткостью опирается на трактор, а другой конец с другой приведённой жёсткостью , скользит по поверхности качения трактора, мы пришли к аналогичному выводу: колёбания части трелюемого в полупогруженном положении груза, опираясь скользит по поверхности пути, накладывается на колебания задних опор трактора, вызванных действием возмущающей силы , и наоборот.

Вертикальные и угловые колебания трелёвочного трактора описываются уравнением



где

- момент инерции подрессоренных масс системы относительно поперечной оси, проходящей через её центр масс и перпендикулярной плоскости симметрии трактора;

- соответствующий радиус инерции.

Динамический привод вес трелюемого груза (пачки) к точкам С₁ и С₂. Точка С₁ опирается на заднюю подрессоренную опору трактора, а точка С₂ опирается на поверхность качения трактора.

;

где

– общая масса трелюемого груза

– вес трелюемого груза;

– момент инерции груза относительно поперечной оси, проходящей через центр тяжести точку .



рис. 2 Расчётная схема “гусеничная лесозаготовительная машина – пачка деревьев - профиль пути

Четвертая глава посвящена теоретическим исследованиям по созданию локальных моделей ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины, алгоритма решения задачи анализа параметров ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины и его программной реализации.

Рассматривается пространственная конструкция, расчетная схема которой представляется в виде комбинации таких конструктивных элементов, как стержни, пластинки и объемные тела, жестко или упруго связанные между собой. Такой подход позволяет полностью и с любой степенью подробности моделировать ходовую систему гусеничной лесозаготовительной машины.

Каждый стержневой элемент имеет постоянные по длине механические характеристики. Каждый треугольный и прямоугольный изотропный пластинчатый элемент считался работающим на изгиб в своей плоскости и имеет постоянную толщину, модуль упругости, коэффициент Пуассона и плотность. Каждый четырёх, - пяти - шестигранный объемный элемент имеет постоянные модуль упругости и коэффициент Пуассона. Нежесткие соединения элементов между собой моделировались с помощью упругих связей, причем число таких связей, соединяющих два узла между собой, может быть неограниченным. В любом узле могут быть приложены внешние сосредоточенные силовые факторы, каждый конечный элемент может быть нагружен сосредоточённой силой или распределенной нагрузкой.




; (2)





В соответствии с общей схемой алгоритма метода конечных элементов производим формирование глобальной матрицы жесткости системы, формирование осуществляется из матриц реакций конечных элементов, на которые расчленяется конструкция (2). Общие формулы для вычисления матриц и векторов реакций и конкретные соотношения для стержневых и пластинчатых элементов подробно описаны в ряде работ, а программные средства, реализующие пластинчато-стержневую модель, были уже использованы при исследовании деформативности отдельных типов гусеничных лесозаготовительных машин. В связи с этим соответствующие процедуры для стержней и пластин были взяты в готовом виде. Подробнее приводятся основные соотношения и соответствующие процедуры для объемных элементов, впервые использующихся при исследовании деформативности ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины.

По разработанной схеме реализованы две объектно-ориентированных программы. Одна из них предназначена для анализа динамических характеристик ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины. Вторая предназначена для анализа напряжённо деформированного состояния элементов ходовой системы по полученным ранее нагрузочным режимам с последующим определением долговечности. Предлагаемый программный комплекс обладает развитым сервисным обеспечением. Ввод исходной информации осуществляется во внешнем представлении с использованием повторителей, что позволяет в значительной степени сократить количество вводимых данных. Вывод результатов осуществляется в удобном для анализа постранично-табличном виде.

Пятая глава посвящена разработке методики построения рациональной конечноэлементной модели ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины, устанавливающей связь между основными конструктивными параметрами и характеристиками гусеничной лесозаготовительной машины, и обеспечивающей возможность эффективного поиска оптимальных конструктивных вариантов на стадии проектирования. Ниже приведены рекомендации по методике конечноэлементной схематизации ходовой системы гусеничных лесозаготовительных машин, положения которой можно распространить на конструкции гусеничной лесозаготовительной машины, имеющих аналогичные элементы ходовой системы.

Из анализа сложных структур и в том числе гусеничных лесозаготовительных машин по классической схеме видно, что одним из основных этапов разработки конечноэлементных моделей является проверка адекватности математической модели по результатам экспериментального исследования реального объекта (элементов ходовой системы), что на стадии проектирования связано с большими экономическими и временными затратами.

Предлагаемая методика разработки рациональных конечноэлементных моделей дает возможность обойтись без дорогостоящих натурных экспериментов и включает в себя следующие основные этапы:

- моделирование всех деталей ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины с помощью стержневых и пластинчатых элементов с учетом обоснованных (путем численных экспериментов) допущений, которые впервые применены при разработке конечноэлементных математических моделей;

- моделирование таких сложных деталей, как каретка ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины, с помощью как пластинчато-стержнеаых, так и объемных конечных элементов;

- первичная отладка пластинчато-стержневых моделей ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины на основе объемных моделей этих элементов ходовой системы;

- построение пластинчато-стержневой модели гусеничной машины с помощью объемно пластинчато-стержневых математических моделей ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины;

- отладка пластинчато-стержневой модели гусеничной лесозаготовительной машины с помощью объемно-пластиячато-стержневой модели путем сравнения результатов расчета.







Рис.3а. Балансир ходовой системы гусеничной Рис.3б. Балансир ходовой системы гусеничной

лесозаготовительной машины объемная модель лесозаготовительной машины пластинчато-стержневая

В качестве первоначального объекта исследования был выбран балансир ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины Онежского тракторного завода (рис, 3а).

Проведенные исследования позволили найти простую формулу для определения параметров заменяющей модели на основе результатов численных экспериментов:

(2)

где, - толщина стенки эквивалентной модели;

- толщина стенки базового варианта балансира;

k - коэффициент, полученный в результате численных экспериментов.

На следующем этапе исследования была разработана подробная модель балансира. Анализ этих двух моделей показал, что, с точки зрения построения расчетной схемы, моделирование стенок сложной конфигурации с окнами (рис.3а) с помощью прямолинейных стержней (рис3б)

и замена прямоугольных стенок с отверстиями и с окнами сложной конфигурации сплошными пластинками меньшей толщины при сохранении эквивалента по жесткости, является основным резервом сокращения числа узлов, а следовательно, и времени счета на ЭВМ.

Несмотря на все многообразие сложных подвижных соединений, при схематизации их моделируют прямолинейными стержневыми элементами, имеющими соответствующие действительным эквивалентные геометрические характеристики.

Ребра жесткости и выступающие части деталей для крепления, моделировались как прямолинейные стержневые элементы.

С целью уменьшения количества узлов все стержневые элементы, а также упругие связи заданы через эксцентриситеты крепления относительно основных узлов.



Конфигурация конечно-элементной математической модели гусеничной лесозаготовительной машиы (рис.4), которая содержит 235 узлов, 216 треугольных и 49 прямоугольных пластинчатых, а также 108 прямолинейных стержневых элементов, во многом диктуется самой конфигурацией ходовой системы.

Рис.4. Локальная конечно элементная математическая модель ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины

Для подтверждения правильности предлагаемой методики была проведена проверка адекватности разработанной эквивалентной пластинчато-стержневой математической модели по результатам экспериментального исследования элементов ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины мод. ТБ-1М. Соответствие экспериментальных и расчетных результатов по F -критерию Фишера на уровне значимости q=5⁰ позволяет считать разработанную методику построения конечноэлементных моделей и принятые (в расчетных схемах) допущения справедливыми и использовать их для решения различных задач моделирования ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины. Построенную рациональную математическую модель гусеничной лесозаготовительной машины можно использовать для дальнейшего исследования её напряжённо-деформированного состояния от воздействия силы со стороны микропрофиля пути и веса узлов, а также для оптимизации конструкции и компоновки ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины (рис 5а,б).





Рис. 5а. Напряжённо деформированное состояние Рис. 5б. Напряжённо деформированное состояние

балансира ходовой системы гусеничной балансира ходовой системы гусеничной

лесозаготовительной машины общий вид лесозаготовительной машины увеличение


Шестая глава посвящена исследованию статических характеристик элементов ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины Онежского тракторного завода мод. ТБ-1М, оценке влияния ее конструктивных элементов и соединений на суммарную деформативность от силы воздействия со стороны микропрофиля, пути и веса узлов для различных состояний стыковых соединений и положений элементов ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины, соответствующих различным видам нагрузочного режима.

После подготовки исходных данных и ввода их в ЭВМ были проведены расчеты всех вариантов нагрузочных режимов. Расчёты проводились с учетом собственных масс узлов ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины.

Значения составляющих силы воздействия со стороны микропрофиля пути принимались максимально допустимыми для исследуемой гусеничной машины, для наглядности сравнения результатов расчета, а также для того, чтобы без дополнительных расчетов определить слабые звенья ходовой системы, доля которых превалирует в общем балансе упругих перемещений.

С целью определения влияния отдельных видов нагружения (силы воздействия со стороны микропрофиля и веса узлов), а также элементов и узлов ходовой системы на деформацию гусеничной лесозаготовительной машины, для всех схем расположения узлов ее ходовой системы были составлены балансы упругих перемешений между элементами ходовой системы.

Анализируя балансы относительных перемещений ходовой системы, можно увидеть, что деформация или нагружение от воздействия массы машины 4%, микропрофиля пути при движении 45%, преодоление единичных препятствий и другие технологические воздействия 51%.

Наибольший интерес представляют балансы упругой деформативности элементов ходовой системы, приведенные в зону воздействия веса узлов и силы со стороны микропрофиля пути. Эти балансы для всех схем расположения узлов гусеничной лесозаготовительной машины определялись по известной методике. В результате поиска был найден новый подход для определения доли стыков в балансах упругих перемещений элементов ходовой системы. Он состоит в том, что при определении собственной деформации стыка толщины стенок сопрягаемых деталей задавались соответствующими реальным размерам и определялись, как суммарная деформация деталей и самого стыка. Потом из нее вычитали деформации деталей, полученные отдельно, и определяли реальные значения деформаций стыка.

В результате расчетов выяснилось, что, для всех видов нагрузочных режимов и расположения узлов ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины, упругие опоры, жесткие связи, имеют достаточно высокую жесткость и не оказывают какого-либо влияния на суммарные упругие перемещения элементов ходовой системы.

Таким образом, основными элементами, в наибольшей степени определяющими жесткость несущих деталей ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины мод. ТБ-1М, при полном ходе катка (упругом элементе) являются подвижные стыки. Очевидно, что резерв повышения жесткости гусеничной лесозаготовительной машины, и тем самым долговечности, следует искать в совершенствовании этих элементов ходовых систем. Резервом снижения металлоёмкости могут служить корпусные детали ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины, особенно балансир, катки и рычаг балансира

Седьмая глава посвящена поиску путей повышения жесткости и снижения металлоемкости деталей ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины.

Как известно, на долговечность, кроме геометрических и кинематических погрешностей, значительное влияние оказывают жесткость и динамические характеристики её ходовой системы, Жесткость обеспечивает упругие перемещения между элементами ходовой системы в заданных пределах. Поэтому повышение общей жесткости гусеничной лесозаготовительной машины и тем самым улучшение динамических характеристик является одной из предпосылок повышения долговечности. Следовательно, одним из путей достижения следует рассматривать улучшение статических характеристик несущих деталей ходовой системы, считая, что это никак не ухудшит динамические характеристики гусеничной лесозаготовительной машины.

Вместе с тем, в связи с намеченным увеличением производства гусеничных лесозаготовительных машин проблема снижения их металлоемкости стоит особенно остро.

Удалось достичь более равномерного распределения балансов упругих перемещений между основными элементами ходовой системы, чем у исходного варианта гусеничной лесозаготовительной машины.


ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ


1. Разработанные математическая модель, алгоритм и объектно ориентированные программы с применением объемных конечных элементов на этапе проектирования обеспечивают автоматизированный расчет статических и динамических характеристик ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины. Это даёт возможность анализа на стадии проектирования напряжённо-деформированного состояния и эффективного поиска с помощью математических методов оптимизации конструктивных и компоновочных вариантов ходовой системы, обладающих высокой жесткостью при низкой металлоемкости.

2. Разработанная методика построения эквивалентных пластинчато-стержневых расчетных схем ХС гусеничных лесозаготовительных машин с помощью моделей, использующих объемно-пластинчато-стержневые элементы, позволяет сократить объем дорогостоящих натурных испытаний гусеничной лесозаготовительной машины для проверки адекватности её модели, что особенно важно на стадии проектирования.

3. Критический анализ опыта схематизации и расчета ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины показал целесообразность использования объемных конечных элементов при моделировании таких сложных деталей, как каретка и рычаг балансира гусеничной лесозаготовительной машины.

4. Исследование методами математического моделирования деформативности деталей или элементов ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины, показывает что стенки сложной конфигурации с окнами лучше моделировать с помощью прямолинейных стержней, а стенки прямоугольной формы с отверстиями и с окнами сложной конфигурации заменять сплошными пластинками меньшей толщины, это позволяет сократить время и повысить точность расчётов.

5. Анализ балансов упругих перемещений ходовой системы при максимальной нагрузке для различных схем расположения узлов ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины мод. ТБ-1М показал, что средняя доля деформации от веса узлов 4% и от силы воздействия со стороны от микропрофиля пути –51%,

6. Для определения доли стыков в балансах относительных перемещений ходовой системы целесообразно применять прием, состоящий из двух этапов: сначала толщины стенок сопрягаемых деталей задаются соответствующими реальным размерам и определяется суммарная деформация деталей и самого стыка, потом из нее вычитаются деформации деталей, полученных отдельно; разность соответствует реальным значениям деформации стыка.

7. Основными элементами, определяющими долговечность ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины мод. ТБ-1М, оказались рычаг балансира, балансир и катки. Повышением жесткости этих элементов можно улучшить статические характеристики гусеничной лесозаготовительной машины и соответственно повысить долговечность и надежность её работы. Установлено, что снизить металлоемкость гусеничной лесозаготовительной машины практически без уменьшения его жесткости можно за счет таких элементов как рычаг балансира и балансир.

8. Сравнение результатов расчета базовых деталей ходовой системы гусеничных лесозаготовительных машин Онежского тракторного завода по разработанной методике с статистическими данными по долговечности машин показало, что расхождения составляет порядка 10-12%

9. В процессе работы были получены три варианта конструкции балансира ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины. По расчётным данным полученные варианты балансира превосходят базовый вариант по сроку службы на 230 циклов нагружения.

8. Результаты работы переданы Онежскому тракторному заводу с целью использования при совершенствовании конструкции ходовых систем гусеничных лесозаготовительных машин и проектировании новых гусеничных лесозаготовительных машин.


Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1.Клубничкин Е.Е. Повышение долговечности ходовых систем гусеничных лесозаготовительных машин. Техника и технология, №5, 2005г. – 58-62 с. – Москва. «Спутник+»

2.Клубничкин Е.Е. Анализ путей повышения качества систем подрессоривания гусеничных лесозаготовительных машин. Естественные и технические науки, №5, 2005г. – 157-161 с. – Москва. «Спутник+»

3.Клубничкин Е.Е. Моделирование дорожных условий гусеничной лесозаготовительной машины. Естественные и технические науки, №6, 2005г. – 237-243 с. – Москва. «Спутник+»

4.Клубничкин Е.Е. Трёхмерное моделирование в современном мире. Научные труды выпуск №339 2007г. – 163-171с. – Москва. «МГУЛ»

5.Клубничкин Е.Е., Котиков В.М. Повышение долговечности ходовой системы гусеничной лесозаготовительной машины. Тракторы и сельскохозяйственные машины, №5 2008г. – 16-18 с. – Москва. «Машиностроение»


Просим принять участие в работе диссертационного совета Д.212.146.03 при ГОУВП

или выслать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 141005, Мытищи-5, Московская обл., МГУЛ. Ученый совет.


КЛУБНИЧКИН ЕВГЕНИЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ


ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ХОДОВОЙ СИСТЕМЫ ГУСЕНИЧНОЙ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ


05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства


Автореферат диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук


Подписано к печати Заказ №_______