Краткие теоретические сведения. Устойчивость машин манипуляторного типа оценивается по двум условиям их эксплуатации:

 

Устойчивость машин манипуляторного типа оценивается по двум условиям их эксплуатации:

2.1 Сочетание статических нагрузок при максимальном вылете стрелового гидроманипулятора в сторону наклона рабочей площадки под углом 90° к продольной оси машины; опрокидывающий момент от ветровой нагрузки, действующий на дерево максимальной массы, совпадает по направлению с опрокидывающим моментом от веса дерева (рисунок 1 а; 2);

2.2 Сочетание статических нагрузок при минимальном вылете стрелового гидроманипулятора в сторону, противоположную наклону рабочей площадки, под углом 90° к продольной оси машины; опрокиды­вающий момент от ветровой нагрузки, действующий на дерево минимальной массы, совпадает по направлению с наклоном рабочей площадки (рисунок1 б).

Условие устойчивости для первого случая описывается следующим выражением

, (1)

 

где m¢ - коэффициент, учитывающий влияние наклона рабочей пло­щадки,

просадки (деформации) грунта под гусеницей и компоновки (коорди-

нат центра масс) лесной машины (ЛМ) на восстанавливающий мо-

мент;

 

 

 

Рисунок 1 – Расчетная схема устойчивости ВПМ:

а – первый расчетный случай;

б – второй расчетный случай.

 

 

Рисунок 2 – Расчетная схем устойчивости ВТМ

G - сила тяжести (вес) лесной машины (ЛМ), Н;

l¢ - горизонтальная координата центра масс ЛМ относительно линии оп-

рокидывания, м;

К1, К2 - коэффициент запаса устойчивости, (К1 = 1, 15; К2 = 1, 4);

Кa - коэффициент, учитывающий влияние отклонения дерева (при раз-

лич­ных вылетах СГМ, высотах деревьев) на грузовой момент;

Кд - коэффициент динамичности, учитывающий влияние динамики внеш-

него силового воздействия, упруго-амортизационных и геометриче-

ских параметров системы " ЛМ-дерево" на устойчивость эквивалент-

ностатическим нагрузкам, (Кд = 1, 0 – 1, 50);

Q - сила тяжести (вес) дерева, Н;

l1 - вылет СГМ от линии опрокидывания до дерева, м;

Мвн - момент внешней нагрузки: для ВПМ от силы ветра; для ВТМ и тре-

левочных машин манипуляторного типа от силы сопротивления пере

мещению дерева по грунту, Н м.

Координаты центра (тяжести) масс системы " ЛМ-дерево" для первого условия эксплуаации (l¢ и h¢) определяются по формулам (2) и (3) (рисунки 1а и 2):

, (2)

, (3)

 

где li - горизонтальные координаты центров масс (тяжести) корпуса трактора,

стрелы, рукояти, захвата, гидроцилиндров стрелы, рукояти и захвата до

линии опрокидывания (ln, l0, lс, lр, lз, lцс, lцр, lцз), м;

hi - вертикальные координаты поворотной части и остова трактора, стре-

лы, рукояти, захвата, гидроцилиндров стрелы, рукояти, захвата ЛМ до

поверхности грунта (hn, h0, hс, hр, hз, hцс, hцр, hцз), м;

Gi - сила тяжести (вес) поворотной части и остова трактора, стрелы, руко-

яти, захвата, дерева и других отдельных элементов ЛМ, Н.

Для второго условия эксплуатации координаты центра масс (тяжести) системы “ЛМ-дерево” (l¢ ¢ и h¢ ¢) определяются аналогично.

Коэффициент (m¢) изменения восстанавливающего момента за счет наклона рабочей площадки и просадки грунта для первого расчетного случая определяется по формуле:

, (4)

где b - угол наклона платформы ЛМ за счет рабочей площадки (b1 дается в

задании) и просадки грунта (b2)под одной из наиболее нагруженных

гусениц.

, (5)

где В - ширина колеи ЛМ или опорного контура, м, для ТДТ-55 В = 1, 7 м; для ТТ-4 В = 2, 0 м.

h0 - осадка грунта под нагруженной гусеницей ЛМ (рисунок 3), м.

 

 

 

Рисунок 3 – Определение угла наклона ЛМ

за счет просадки грунта под гусеницами

 

Для гусеничных движителей с балансирной подвеской, у которых отношение шага катков к шагу звена больше 1, 7, определяется из уравнения (6):

(6)

где qs - предел несущей способности лесных грунтов: для болотно-торфяной

осушенной целины qs = 0, 09…0, 12 МПа, для влажных почв с большим

количеством перегноя qs = 0, 12…0, 25 МПа, для задернелых почв (за-

лежь) qs = 0, 25…0, 35 МПа, для плотных песчаных почв

qs = 0, 35…0, 45 МПа;

qmax - максимальное удельное давление гусеницы на грунт под опорными

катками, qmax = (1, 5…2, 0) q0 МПа;

q0 - среднее давление гусеницы на грунт, МПа;

a - коэффициент, учитывающий влияние на деформацию грунта геомет-

рических параметров движителя ЛМ и физико-механических свойств

грунта [6.5 ], a = 0, 4-1, 0 м/МПа.

Коэффициент увеличения грузового момента Кa для ВПМ опреде­ляется по формуле [6.3]:

, (7)

где а1 - расстояние от точки пересечения перпендикуляра, опущен­ного от

центра шарнира крепления захватного устройства на ось дерева, до

его центра масс;

a0 - угол наклона дерева от вертикали, a0 = 4-6°.

Для ВТМ и трелевочных машин с манипулятором [6.7] Кa = 1, 0.

Опрокидывающий момент от ветровой нагрузки для ВПМ определяет­ся из зависимости [6.3]:

(8)

где Рв - ветровая нагрузка на наветренную поверхность дерева [6.2, с. 13-17, 33,

35-39]:

(9)

Сх - коэффициент силы лобового сопротивления:

А0, А1, А2 - коэффициенты, значения которых равны:

 

ель	А0 = 0, 725;	А1 = 0, 249× 10-1;	А2 = 0, 239× 10-3;
сосна	А0 = 0, 944;	А1 = 0, 579× 10-1;	А2 = 0, 134× 10-2;
береза	А0 = 0, 258;	А1 = 0, 740× 10-1;	А2 = 0, 861× 10-4;

 

r - плотность воздушной среды: при давлении В0 = 700 мм рт. ст.,

t =15° С; r = 0, 125 кг× с2/м4;

Sk - площадь лобового сопротивления дерева (таблица 4, приложение), м2:

,

где Нк, Dк - соответственно, высота и средний диаметр кроны, м;

V - скорость ветра по шкале Бофорта, м/с;

К - поправочный коэффициент на возрастание ветровой нагруз­ки в зави-

симости от высоты над поверхностью земли (таблица 5, приложение);

m - коэффициент пульсации скоростного напора, зависящий от высоты

дерева, Н (таблица 6, приложение);

x - коэффициент динамичности, зависящий от периода собствен­ных ко-

лебаний дерева Т, при Т = 2...4 с; x = 2, 3...3;

Н¢ к - расстояние от плоскости спиливания до точки приложения ветровой

нагрузки (таблица 4, приложение);

Н0 - расстояние от плоскости среза дерева до колебательной ширины

кроны (таблица 4, приложение);

аз - высота подъема дерева от земли:

для первого расчетного случая аз = 0; для второго - аз = 1, 0-1, 7.

Ветровые моменты от действия ветра на наветренную площадь ство­ла дерева и самой машины значительного влияния на устойчивость ВПМ не оказывают, поэтому при расчетах они не учитываются,

При проектировании лесозаготовительных машин для расчетов реко­мендуется брать деревья II разряда высоты.

Опрокидывающий момент Мвн для ВТМ и трелевочных машин с манипуляторами определяются по формуле (рисунок 2):

 

(10)

где hк - высота точки присоединения стрелы манипулятора к колонне от по-

верхности земли, м;

Рс - сила сопротивления, возникающая при перемещении дерева по по­-

верхности грунта, Н:

,

n - часть веса дерева, приходящаяся на захват (6.1): при взятии дерева за

комель n = 0, 6; за вершины - n = 0, 4; для ВПМ - n = 1, 0;

f2 - коэффициент сопротивления перемещению дерева по лесосеке [6.1]

(таблица 7, приложение);

f3 - коэффициент возможности возрастания сил сопротивления [6.6],

f3 = 1, 1…1, 31;

f4 - коэффициент динамичности, f4 = 1, 5…2, 5;

a¢ - угол наклона перемещаемого дерева относительно поверх­ности земли, град;

,

где Н - высота дерева, м.