Нагрузки в элементах валочно-трелевочной машины в процессе пакетирования дерева

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Нагрузки в элементах валочно-трелевочной машины в процессе пакетирования дерева
Александров В. А .¦ Санкт-Петербургская лесотехническая академия
Разработаны математические модели для определения характера и уровня динамических нагрузок в упругих связях валочно-трелевочных машин при пакетировании деревьев.
Ключевые слова: динамические нагрузки, манипулятор, проектирование.
Ранее, в работах [1, 2], нами получены аналитические зависимости, позволяющие определить динамическое воздействие на манипулятор и базу при ударе дерева о грунт и мгновенной разгрузке. В последнем случае воздействие на технологическое оборудование и машину передается по двум направлениям:
1 От мгновенной разгрузки захватно-срезающего устройства машина совершает «подскок». При этом воздействие передается через манипулятор на базу.
2. Освобожденное дерево наносит ударное воздействие через приемное устройство (коник) машине и затем манипулятору.
В данной статье остановимся на определении динамических нагрузок в элементах машины от ударного воздействия дерева на коник. В качестве расчетного примем режим работы — пакетируемое дерево в момент удара вершины о грунт находится в захватно-срезающем устройстве, затем при остановленном манипуляторе освобождается и падает с некоторой высоты в коник.
Рассматриваемую задачу будем решать в два этапа:
• на первом этапе определяем ударный импульс и перемещение под его воздействием подрессоренной базы-
• на втором этапе определяем динамические нагрузки в упругих связях технологического оборудования и машины.
I. Для определения импульса ударной силы при встрече дерева с опорой коника используем теорему изменения количества движения и момента количества движения, т. е.
I • (юг-со i) = -S • а,
(1)
где
I — момент инерции тела (дерева) относительно оси поворота-
а — расстояние опоры от оси поворота-
1 Автор — профессор, завкафедрой проектирования лесных машин
И1. со2 — угловые скорости дерева в начале (до удара) и в конце падения (после удара).
Учитывая, что угловая скорость ом может быть найдена по формуле (2) (см. рис. I)
/ 2Mghc • (cosipo — coscpk) а, = і і
(2)
и принимая СО, = 0, получим выражение для ударного импульса
S =
I^/2Mghc /1 • (cos (p0 — coscpk)
(3)
Дифференциальное уравнение для координаты ф, отсчитываемой от положения равновесия, будет
шф + спф = 0.
(4)
Здесь т — приведенная масса подрессоренной базы валочно-трелевочной машины- Сп — приведенная жесткость подвески базы.
В момент после ударного импульса ср0 = 0. Скорость
массы (груза) получает мгновенное приращение, определяемое из теоремы об изменении количества движения:
Шф, 1 — 0 = Э ¦
Начальные условия и общее решение уравнения (4) соответственно имеют вид:
ф0
= о-
= C|Sinkt + C2coskt.
(5)
Отсюда
mlk*
о-
Подставляя значения постоянных и ударного импульса, окончательно получим
2Mghc (cos (p0 — cos& lt-pk)
I
amkl
Учитывая, что Z 0 к 1ф, имеем
-sin kt •
(6)
/2М ghc (cos& lt-p0 — coscp k)
I
am k
-sinkt '-
(7)
В. А. Александров, 1996
2. Для определения динамических нагрузок в упругих связях лесосечной машины необходимо рассмотреть движение масс механической системы.
На рис. 1 представлена двухмассовая расчетная схема механической системы, включающая приведенные массы подрессоренной базы и опорно-поворотной
конструкции манипулятора т 0 и манипулятора с захватно-срезающим устройством т 2, соединенные упругими невесомыми связями Со и С & quot-2Г ¦
Составляя уравнения движения масс в форме уравнения Лагранжа второго рода и осуществив ряд преобразований, получим
х
Рис. I. Расчетная схема
После нахождения Zon и можно определить нагрузку на базу и манипулятор. Кроме того, как отмечалось выше, с освобождением дерева из захватов машина совершает «подскок» в обратном направлении. Поэтому для определения результирующих нагрузок в элементах валочно-трелевочной машины необходимо проанализировать и воздействие со стороны манипулятора на базу.
При этом амплитуды колебаний масс могут быть найдены [2]:
0. 04 3.0 /1. 75 (I — 2012 / Ї72)
(I * 1160 / 554 — 2032 /162) (I — 20J2 / J72) — 1160 / 554
ОВ4Ю/175 …
Z2--------------------------------------------------= -0. 0653 м
(I +1160/554 — 20.3 /162К" - 20.3 /372) — 1160/554
Здесь k = J^ = 20. 31/с- р _ Gl"16 1/с-
V m. у гп0.
p,= I? UL*37l/c. V m2
Z0 = A, sin (p)t + а!) + A2 sin (p2t + a2), Z2 = n|A|Sin (p|t + a|) + |i2Ajsin (p2t + a2),
где
Mi =-
42
c, 2 — m2p| A, = 220
1
1
с?& quot-2 — m2P2 '- Pi • Z20 = ,/2AmgZ2o / m2,
Р2 (Ц2-Ц1)
где Дш — масса дерева, приходящаяся на манипулятор- z2l] = р2 / с"2г — начальная деформация манипулятора от
дерева.
Для построения графика результирующего воздействия необходимо также знать время падения дерева с момента освобождения из захватов до удара о коник. Для этих целей можно воспользоваться зависимостью вида [3]
I = 0. 243-/Н ¦ 1п-
Фо
или [4]
3. Максимальные нагрузки в упругих связях с «/ и с 0 соответственно составят-
Qc%o6 = 1160 (- 0. 0653 + 0. 0463) = 22. 04 кН,
q??6 = 554(- 0. 0463 + 0. 040 3. 0/1. 75) = 12. 57 кН.
Перемещения масс соответственно будут-
Zo» = -0. 0463 Sin 20. 3t и Z2 =. -0. 0653 Sin 20. 3t.
4. Определяем перемещения масс то и тг в режиме «подскока».
В нашем случае: Р = 0. 3G-
Z = 03 10/1160 = 0. 0026 м- 20
4=^
318 10 0. 0026
Дш = 318 кг-
= 0. 14 м/с.
836
5. Находим частоты колебаний
2 1 I (554 +1160)103 1160-Ю3 ] +
Рі, 2−2І 2144 + 836 *
t =
I he [n tg (ip/4) /2gX tg (cp0 /4)
ГДЄ X = mhc-/I0-
Пример (применительно к ВТМ ЛП-17 А).
Рассмотрим пример при следующих исходных данных: объем дерева V = 1.0 м3- высота Н = 28 м- расстояние от комля до центра тяжести Ьт = 11.2 м- Ьс = 16.8 м- фо = 77°- фк = 83°- а = 27.8 м- I = 1. 73 ¦ 105 кг м2-
масса дерева М = 1060 кг- т = 3400 кг- с"2г = 1160 кН/м- ГП2 = 836 кг- с" = 1400 кН/м- I = 1. 75 м- г0 = 3 м- Со = 554 кН/м.
1. Определяем по формуле (7) максимальное перемещение массы т от воздействия ударного импульса
2−1060 9.8 — 16. 8(cos77"- -COS83″) 1. 73−10^
= 0. 041 M.
27. 8−3400-J1"- V 3400
2. По формулам (8) находим максимальное перемещение масс Шо и тг от воздействия ударного импульса через базу машины
Тогда
f 3 з2
10 (554 + 1160) 1160−10
2! 44
554 1160 -10° 2144−836
836
= 1093.5 ± 693.
pi= 42.3 1/с- рг = 20. 01 1/с.
Ні
1160 10J
1160 -103 -836 423-
— = -3. 5-
И2 = -
1160−10
1160 103 -836 20. 01−0. 14 1 —
А, —
.А 2 =
— = 1. 4-
42.3 (-3. 5−1. 4) 0. 14 1
-0. 68м- = 0. 143 м.
20. 01 (1. 4+ 3. 5)
Таким образом,
Zo = -0. 068 Sin (42. 3t+ai)+0. 143 Sin (20. 01t+a2),
Z2= (-3. 5)(-0. 068) Sin (42. 3t+ai)+1.4 0. 143 Sin (20. 01t+<-X2).
6. Определяем время падения дерева
I = 0. 243л/28 1п 83/ 77 * 0. 096 С.
По результатам вычислений на рис. 2 приведен график перемещений масс механической системы. Из графика видно, что перемещение масс под влиянием мгновенной разгрузки манипулятора по сравнению с перемещениями от ударного воздействия несущественно.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. При валке дерева непосредственно в коник в упругих связях валочно-трелевочной машины наблюдаются динамические нагрузки, превышающие нагрузки при выполнении технологических операций.
2. Математическая модель системы валочно-трелевочная машина — предмет труда позволяет с допустимой погрешностью (до 10%) определить динамические нагрузки в упругих связях на этапе проектирования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Александров В. А. Динамические нагрузки в лесосечных машинах. Л.: ЛГУ, 1984. 152 с.
2. Александров В. А. Моделирование технологических процессов лесных машин. М.: Экология, 1995. 256 с.
3. Баринов К. Н., Александров В. А. Проектирование лесопромышленного оборудования. Л.: ЛГУ, 1988. 240 с.
4. Андронов В. В. Динамические модели падающего дерева. М.: МГУЛ, 1993. 44 с.
Рис. 2. График перемещения масс механической системы, связанных с пакетированием дерева с грунта- определяющее нагружение происходит от ударного воздействия дерева на коник

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой