Обоснование исходной информации и расчетной схемы защитного устройства кабины колесного трелевочного трактора. Математическая модель оценки величины поглощаемой энергии за счет упруго-пластических деформаций при боковом нагружении защитных устройств.
Аннотация к работе
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Повышение эффективности защитных устройств кабин лесозаготовительных машин Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Защита диссертации состоится «27» января 2012 года в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.190.03 в Петрозаводском государственном университете (185910, Республика Карелия, Петрозаводск, пр. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петрозаводского государственного университетаНе разработаны методики, учитывающие пластические деформации защитных устройств, наличие возможных дефектов изготовления, случайный характер действующих нагрузок. Разработана и исследована математическая модель оценки напряженно-деформированного состояния защитного устройства кабины колесного трелевочного трактора при боковом нагружении с учетом пластического деформирования, позволяющая определить величину энергии, поглощенной защитным устройством и оценить ее соответствие требованиям стандартов по безопасности труда операторов. Предложена методика оценки напряженно-деформированного состояния защитного устройства кабины колесного трелевочного трактора при боковом нагружении с учетом влияния возможных технологических дефектов, позволяющая определить величину предельного размера дефекта и предельной нагрузки. Основные положения, выносимые на защиту: обоснование исходной информации и расчетной схемы защитного устройства кабины колесного трелевочного трактора; Основные положения работы обсуждались на международной конференции «Водные и лесные ресурсы России: проблемы и перспективы использования, социальная значимость» (Пенза, 2009); на II и III Всероссийских конференциях «Безопасность критичных инфраструктур и территорий» (Екатеринбург, 2008, 2009), на XIII Международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 2009), на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 2010), на международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы развития лесного комплекса» (Вологда, 2011), на международной научно-технической конференции, посвященной 60-летию лесоинженерного факультета ПЕТРГУ «Опыт лесопользования в условиях Северо-Запада РФ и Фенноскандии» (Петрозаводск, 2011) на научных семинарах кафедры технологии металлов и ремонта лесоинженерного факультета ПЕТРГУ (2008-2011).1) Кабины колесных трелевочных тракторов имеют технические решения, отличные от кабин тракторов промышленного и сельскохозяйственного назначения, что обусловлено специфическими условиями работы лесной техники. 2)Нормативные документы, действующие в области лесного машиностроения и регламентирующие требования по безопасности и методам испытаний, требуют оснащать кабины лесозаготовительных машин устройствами защиты, прошедшими стендовые испытания. 4) Предложенная математическая модель оценки напряженно-деформированного состояния ROPS при боковом нагружении позволяет на стадии проектирования и доводки оценить энергопоглощающие свойства ROPS с минимальной затратой времени, что, в свою очередь, позволяет судить о качестве разрабатываемого защитного устройства и степени обеспечения безопасных условий труда оператора при эксплуатации создаваемой машины в будущем. 5) Разработанная методика оценки напряженно-деформированного состояния ROPS кабины колесного трелевочного трактора при боковом нагружении с учетом влияния технологических дефектов позволяет оценивать величину предельной длины дефекта и нагрузки.
Вывод
1) Кабины колесных трелевочных тракторов имеют технические решения, отличные от кабин тракторов промышленного и сельскохозяйственного назначения, что обусловлено специфическими условиями работы лесной техники.
2)Нормативные документы, действующие в области лесного машиностроения и регламентирующие требования по безопасности и методам испытаний, требуют оснащать кабины лесозаготовительных машин устройствами защиты, прошедшими стендовые испытания.
3) Выявлено, что на сегодняшний день на территории РФ действует только одна испытательная лаборатория, занимающаяся экспериментальной оценкой защитных свойств кабин лесозаготовительных машин, при этом испытания требуют больших затрат времени и средств. Существующие же в настоящее время методы расчета не позволяют даже качественно оценить на стадиях проектирования и доводки соответствие требуемых параметров безопасности защитных устройств оператора их нормативным значениям. Не разработаны методики, учитывающие пластические деформации защитных устройств, наличие возможных дефектов изготовления.
4) Предложенная математическая модель оценки напряженно-деформированного состояния ROPS при боковом нагружении позволяет на стадии проектирования и доводки оценить энергопоглощающие свойства ROPS с минимальной затратой времени, что, в свою очередь, позволяет судить о качестве разрабатываемого защитного устройства и степени обеспечения безопасных условий труда оператора при эксплуатации создаваемой машины в будущем. Согласно расчетам, проведенным для защитного устройства кабины колесного трелевочного трактора ТЛК 4-01, величина энергии, поглощенной конструкцией до достижения предельно допустимой деформации, составила UDLV = 20.115 КДЖ, что соответствует требованиям действующих стандартов.
5) Разработанная методика оценки напряженно-деформированного состояния ROPS кабины колесного трелевочного трактора при боковом нагружении с учетом влияния технологических дефектов позволяет оценивать величину предельной длины дефекта и нагрузки. Так, для кабины трактора ТЛК 4-01 (максимальная испытательная нагрузка 100 КН) в случае возникновения полуэллиптической трещины предельная длина ее составит lпр = 0.8 мм, краевой трещины lпр = 0.4 мм, сквозной трещины lпр = 0.6 мм. Предельную нагрузку Fпр для любой определенной длины трещины l можно определить путем решения обратной задачи. Для l = 2 мм предельная нагрузка составит: для полуэллиптической трещины Fпр =58 КН, для краевой трещины Fпр =46 КН; для сквозной трещины Fпр =51 КН.
6) Адекватность предложенной модели подтверждается данными экспериментальных исследований, проведенных на макетных образцах защитного устройства кабины трактора ТЛК 4-01. Адекватность проверялась с использованием F-критерия.
7) Результаты исследования приняты к внедрению ОАО «Онежский тракторный завод».
Список литературы
1. Питухин А.В., Скобцов И.Г., Хвоин Д.А. Исследование влияния технологических дефектов на прочность защитного каркаса кабины колесного трелевочного трактора // Вестник Московского государственного университета леса Лесной вестник. №1. - М.: Изд-во МГУЛ, 2010. - С. 89-91. (доля участия 25 %)
2. Питухин А.В., Скобцов И.Г., Хвоин Д.А. К расчету упругопластических деформаций защитной рамы кабины колесного трелевочного трактора с использованием метода переменных параметров упругости // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. - 2011. - № 194. - С.77-83. (доля участия 30 %)
4. Хвоин Д.А., Питухин А.В. Оценка энергии деформирования конструкций с использованием методов теории катастроф // Безопасность критичных инфраструктур и территорий: Тезисы докладов II Всероссийской конференции и XII школы молодых ученых. - Екатеринбург: УРО РАН, 2008. - С. 183. (доля участия 50 %)
5. Питухин А.В., Скобцов И.Г., Хвоин Д.А. Моделирование напряженно-деформированного состояния балансиров гусеничного трелевочного трактора методом конечных элементов // Водные и лесные ресурсы России: проблемы и перспективы использования, социальная значимость: Сборник статей Международной научно-практической конференции. - Пенза, 2009. - С.92-94. (доля участия 20 %)
6. Питухин А.В., Скобцов И.Г., Хвоин Д.А. Оценка вероятности безотказной работы элементов конструкций с трещиноподобными дефектами // Ученые записки Петрозаводского государственного университета. Серия: Естественные и технические науки. №9 (103). - Петрозаводск: Изд-во ПЕТРГУ, 2009. - С. 85-87. (доля участия 35 %)
7. Питухин А.В., Скобцов И.Г., Хвоин Д.А. Расчетная оценка напряженно-деформированного состояния устройства защиты оператора при опрокидывании колесного трактора // Безопасность критичных инфраструктур и территорий: Материалы III Всероссийской конференции и XIII Школы молодых ученых. - Екатеринбург: УРО РАН, 2009. - С. 298-299. (доля участия 33 %)
8. Питухин А.В., Скобцов И.Г., Хвоин Д.А. Оценка эффективности защитного каркаса кабины колесного трелевочного трактора // Современные технологии в машиностроении: Сборник статей XIII Международной научно-практической конференции. - Пенза, 2009. - С.154-156. (доля участия 30 %)
9. Питухин А.В., Скобцов И.Г., Хвоин Д.А. Экспериментальные исследования макетного образца устройства защиты кабины колесного трелевочного трактора // Актуальные проблемы лесного комплекса: Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 25 - Брянск: БГИТА, 2010. - С.166-169. (доля участия 30 %)
10. Питухин А.В., Скобцов И.Г., Хвоин Д.А. Программа-методика проведения испытаний макетного образца защитной рамы кабины колесного трелевочного трактора // Труды лесоинженерного факультета ПЕТРГУ. - Вып.8. - Петрозаводск: Изд-во ПЕТРГУ, 2010. - С.117-119. (доля участия 20 %)
11. Питухин А.В., Скобцов И.Г., Хвоин Д.А. Оценка энергопоглощающих свойств защитного каркаса кабины колесного трелевочного трактора // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: Материалы международной научно-технической конференции. - Вологда: ВОГТУ, 2011. - С.156-158. (доля участия 33 %)
12. Питухин А.В., Скобцов И.Г., Хвоин Д.А. Организация и проведение испытаний макетного образца устройства защиты кабины колесного трелевочного трактора // Опыт лесопользования в условиях Северо-Запада РФ и Фенноскандии: материалы международной научно-технической конференции, посвященной 60-летию лесоинженерного факультета ПЕТРГУ. - Петрозаводск, 2011. - С.33-35. (доля участия 25 %)