ISSN 1991-3087

Свидетельство о регистрации СМИ: ПИ № ФС77-24978 от 05.07.2006 г.

ISSN 1991-3087

Подписной индекс №42457

Периодичность - 1 раз в месяц.

Вид обложки

Адрес редакции: 305008, г.Курск, Бурцевский проезд, д.7.

Тел.: 8-910-740-44-28

E-mail: jurnal@jurnal.org

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100
Яндекс.Метрика

Математическое моделирование расхода топлива лесотранспортной машиной на преодоление пороговых препятствий на волоке

 

Маковеев Данила Евгеньевич,

аспирант Северного (Арктического) федерального университета им. М. В. Ломоносова, г. Архангельск.

 

В данной статье рассмотрен вопрос движения малогабаритной лесотранспортной машины по волоку. Особое внимание уделено препятствиям на волоке, способом их преодоления и влиянию потока дискретных препятствий на топливную экономичность машины.

Ключевые слова: минифорвардер, трелевка порубочных остатков, топливная экономичность, пороговые препятствия.

 

Задача оценки топливной экономичности минифорвардера с учетом преодоления пороговых препятствий представляет собой некоторые трудности, поскольку базируется на исследовании системы «движитель – опорная поверхность» в совокупности с анализом соответствующих топливных характеристик двигателя. Преодоление лесной машиной барьерных препятствий (далее порог), которыми на участке рубок являются пни, кочки, стволы поваленных деревьев, камни, валуны и другие твердые включения почвы, является наиболее характерным и сложным видом движения, которое сопровождается интенсивным изменением нагрузок в ходовой части автомобиля в значительных пределах [1, 2].

Перечисленные выше препятствия вызывают как снижение скорости, так и застревание машины. Условно препятствия классифицируют по длине: до 0,3 м – импульсные, 0,3 – 0,6 м – выбоины, 6 – 25 м – ухабы. По высоте деление следующее: шероховатости – до 1 см, впадины и выступы – 1 – 30 см, более 30 – препятствия. Данная классификация применяется к дорожном подвижному составу и внедорожным транспортным средствам, имеющим большой радиус колес, в данной статье автор оставляет за собой право называть выступы препятствиями для движения изучаемой лесотранспортной системы, так как радиус колес составляет 23 см. По характеру размещения препятствий выделяют периодически чередующиеся, обособленные и случайный микропрофиль [3]. Профиль дороги делится на три составляющие – макропрофиль (длинные плавные неровности с длиной волны от 100 м и более), микропрофиль (длина волны 0,1 – 100 м), шероховатости (длина волны менее 0,1 м) [4]. Микропрофиль вызывает заметные колебания машины и не содержит длительных спусков и подъемов, изменяющих режим работы двигателя.

Исследуемая в диссертации автора на соискание ученой степени кандидата технических наук по теме «Повышение эффективности рубок ухода в парковых хозяйствах Архангельской области» лесотранспортная система имеет конструкцию шарнирно-сочленённого шасси, состоящего из мотоблока и одноосного прицепа, оснащённого грузовой платформой с высокими быстросъемными бортами для транспортировки раскряжеванных стволов деревьев, ветвей, сучьев, хвороста и других грузов в полностью погруженном положении. Шарнирное устройство рамы обеспечивает 2 степени свободы тягового модуля (мотоблока) относительно прицепа. В вертикальной плоскости вращение происходит за счет оси сцепного устройства, углы поворота достигают ±90 градусов, что позволяет маневрировать и разворочаться в стеснённых пространствах.

Ведущее колесо преодолевает пороговое препятствие лучше, чем ведомое. Это объясняется тем, что ведущее колесо стремится преодолеть вертикальное препятствие, а ведомое только упирается в него [5]. В процессе преодоления препятствия колесом с пневматической шиной её деформация на ребре порога облегчает преодоление препятствия, так как в этом случае ось колеса поднимается над порогом на меньшую высоту. Однако аналитическое исследование этого фактора весьма затруднительно [6].

Способность минифорвардера преодолевать препятствия в значительной степени зависит от развесовки. При движении без груза, как правило, передний мост имеет большую нагрузку, и поэтому расчетным случаем следует считать преодоление пороговой неровности передним мостом негруженого тягача [1]. Предельная величина порога, преодолеваемого машиной, определяется либо тягово-сцепными возможностями, либо геометрическими параметрами машины [7].

Прежде чем перейти непосредственно к рассмотрению вопроса о топливной экономичности машины при движении по волоку с дискретными препятствиями, рассмотрим процесс преодоления препятствия одиночным колесом. Приняты следующие допущения: движение колеса плоское, деформация препятствия и тангенциальная деформация шины не учитываются; проскальзывание шины на ребре препятствия отсутствует, подвеска колес отсутствует, колесо является эластичным.

Существует следующие вариации переменных факторов, исходя из которых следует производить расчет: колеса – ведущие и ведомые, количество осей – в основном от 2 до 4, лесотранспортная машина – с полезной нагрузкой или без неё, преодоление препятствия может быть с места, то есть статическое или в процессе установившегося движения – то есть динамическое. Причем кинетическая энергия движения лесотранспортной машины может быть единственным источником толкающей силы или как дополнительный к силе тяги колес. С точки зрения динамических нагрузок на машину и оператора более приемлемый вариант – это преодолевать препятствие предварительно остановившись перед ним. Однако, как утверждают авторы монографий [3, 6], лесотранспортные машины, работающие на грунтовых поверхностях с малыми значениями коэффициента сцепления колеса с опорной поверхностью (φ=0,35 – 0,40 [7]), должны быть полноприводными, а преодоление препятствий возможно только в динамическом режиме.

Процесс динамического преодоления препятствия двухосной машиной начинается с удара колеса о ребро порога и резким снижением скорости. Кинетическая энергия расходуется на деформирование шины и на подъем машины. На рисунке 1 схематично изображены приложения сил, момента и реакций.

 

Рис. 1. Схема преодоления колесом порогового препятствия.

 

Преодоление порога происходит за счет накопленной кинетической энергии, после чего машина останавливается. Данный случай удобно рассматривать для расчета скорости, необходимой для преодоления препятствия, и высоты порога. Практическое удобство имеет величина расхода топлива, приведенная к единице расстояния, например, на один километр. За высоту преодолеваемого препятствия следует принимать среднее значение высоты препятствия, но при условии, что максимальная высота препятствия меньше радиуса колеса. В противном случае, динамическое преодоление такого препятствия невозможно.

,                                                                               (1)

где q – расход топлива минитрелевщика на переезд препятствий на 1 км пути, кг/км; n – математическое ожидание количества препятствий на 1 км пути; Gк – вес, приходящийся на колесо, Н; V – скорость машины, м/с; hп – высота препятствия, м; r0 – статический радиус колеса, м; hш – нормальный прогиб шины, м; Асу – работа двигателя, Дж; Hu – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг; ηe – эффективный КПД двигателя; ηтр – КПД трансмиссии.

Чтобы определить суммарный расход топлива на транспортную работу на 1 км пути с учетом вышеуказанных рассуждений, следует определить какую часть пути агрегат двигался в режима переезда порога.

                                                                                             (2)

                                                                                   (3)

где Lпер. – горизонтальная проекция пути, пройденного в режиме переезда препятствий, м; Lпр. – математическое ожидание длины препятствия, м;             l – расстояние от ребра препятствия до контакта шины с опорной поверхностью, м (см. рисунок 1).

,                                                                                                     (4)

где qΣ – суммарный расход топлива, кг/км; qдв – расход топлива на движение по поверхности волока, кг/км.

 

Литература

 

1.                  Горбачевский В.А. Работа шин на лесотранспорте [Текст] / А.В. Горбачевский. – М.: Лесн. пром-сть, 1970. – 119 с.

2.                  Шухман С.Б. Расчетное исследование профильной проходимости полноприводного автомобиля [Текст] / С.Б. Шухман, В.И. Соловьев, М.А. Малкин // Материалы международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров», посвященной 145-летию МГТУ «МАМИ». – М., 2009. С. 343 – 350.

3.                  Агейкин Я.С. Теория автомобиля [Текст] / Я.С. Агейкин, Н.С. Вольская. – М.: МГИУ, 2008. – 318 с.

4.                  Хачатуров А.А. Динамика системы дорога – шина – автомобиль – водитель [Текст] / А.А. Хачатуров, В.Л. Афанасьев, В.С.Васильев [ и др.];Под. общ. ред А.А.Хачатурова. – М.: Машиностроение, 1976. – 535 с.

5.                  Вахламов В.К. Автомобили: Эксплуатационные свойства [Текст] / В.К. Вахламов. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – 240 с.

6.                  Жендаев С.Г. Основы тяговой и общей динамики. Проходимость лесотранспортных машин [Текст] / С.Г. Жендаев. – Ленинград: Ленинградская лесотехническая академия (ЛТА), 1984. – 80 с.

7.                  Смирнов Г.А. Теория движения колесных машин [Текст] / Г.А. Смирнов; 2-е изд., доп. и перераб. – М.: Машиностроение, 1990. – 352 с.

 

Поступила в редакцию 15.10.2013 г.

2006-2017 © Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов.
Все материалы, размещенные на данном сайте, охраняются авторским правом. При использовании материалов сайта активная ссылка на первоисточник обязательна.