По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 630*37:004

Математическая модель оценки энергопоглощающих свойств устройства защиты оператора лесной машины

Скобцов И. Г. Петрозаводский государственный университет, кафедра транспортных и технологических машин и оборудования
Куницкая О.А. Арктический государственный агротехнологический университет, кафедра «Технология и оборудование лесного комплекса», e-mail: ola.ola07@mail.ru

Работа лесных машин характеризуется достаточно сложными условиями эксплуатации, при сильно пересеченной местности и транспортном режиме часто сопряжена с потерей устойчивости и возникновением такой аварийной ситуации, как опрокидывание в результате заноса при повороте, попадание колеса в яму, наезд на выступ, съезд в кювет и т. п. В статье рассмотрена математическая модель напряженно-деформированного состояния устройства защиты оператора лесной машины с применением метода конечных элементов. Проведена теоретическая оценка энергопоглощающих свойств кабин лесных машин различных марок с позиций теории пластичности. Работа выполнена в рамках научной школы «Инновационные разработки в области лесозаготовительной промышленности и лесного хозяйства».

Литература:

1. Григорьева О.И., Давтян А.Б., Гринько О.И., Войнаш С.А. Концепция универсальной машины для выполнения лесохозяйственных работ и тушения лесных пожаров // Машиностроение: новые концепции и технологии. Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых. — Красноярск, 2020. — С. 45–49.

2. Григорьев И., Лыуке А. Новации в конструкции лесных машин // Леспроминформ. — 2018. — № 8 (138). — С. 82–84.

3. Григорьева О.И., Давтян А.Б., Гринько О.И. Перспективы импортозамещения в производстве лесохозяйственных и лесопожарных машин в России // Лесоэксплуатация и комплексное использование древесины. Сборник статей Всероссийской научно-практической конференции. — Красноярск, 2020. — С. 66–69.

4. Григорьев И.В., Григорьева О.И. Лесозаготовительные машины на экскаваторной базе // Повышение эффективности лесного комплекса. Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. — 2018. — С. 45–46.

5. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. — М.: Мир, 1975. — 539 с.

6. Питухин А.В., Лобашев В.Д., Ефимов Ю.Т., Шабров Н.Н. Применение метода конечных элементов к определению напряженно-деформированного состояния грунта под опорной поверхностью гусеничного движителя // Известия вузов «Лесной журнал». — 1980. — № 4. — С. 43–45.

7. Питухин А.В., Лобашев В.Д. К расчету упругопластических деформаций грунта под опорной поверхностью гусеничного движителя с использованием метода конечных элементов // Машины и орудия для механизации лесозаготовок и лесного хозяйства: Межвуз. сб. научн. тр. №10. — Л.: ЛТА, 1981. — С. 29–31.

8. Питухин А.В., Лобашев В.Д. Определение перемещений и напряжений в грунте под опорной поверхностью движителя // Автоматизация и комплексная механизация производственных процессов лесопромышленных предприятий: Сб. научн. тр. №118. — М.: МЛТИ, 1981. — С. 36–39.

9. 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.

10. Питухин А.В., Скобцов И. Г. Математическая модель напряженно-деформированного состояния элементов конструкций кабин лесозаготовительных машин с учетом пластических деформаций // Вестник Московского государственного университета леса — Лесной вестник. — 2013. — № 1 (93). — С. 121–125.

11. Биргер И.А. Общие алгоритмы решения задач теории упругости, пластичности и ползучести // Механика деформируемых сред. — М.: Наука, 1976. — С. 51–73.

12. Биргер И.А., Мавлютов Р.Р. Сопротивление материалов. — М.: Наука, 1986. — 560 с.

13. Биргер И.А. Расчет на прочность деталей машин: справочник / И.А. Биргер, Б.Ф. Шорр, Г.Б. Иосилевич. — М.: Машиностроение, 1993. — 640 с.

14. Серенсен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович Р.М. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность. — М.: Машиностроение, 1975. — 480 с.

Одной из основных характеристик, по которой оценивается безопасность устройства защиты оператора, является величина поглощенной потенциальной энергии деформирования при боковом нагружении [1–4]. ИСО 8082 предписывает проводить стендовые испытания кабин для оценки их энергопоглощающих свойств, что, при всех преимуществах экспериментального метода, является трудоемким, дорогостоящим и зачастую трудноосуществимым при проектировании, когда инженером рассматривается большое количество возможных конструктивных вариантов ROPS.

В связи с этим необходимо получить возможность теоретической оценки поглощенной энергии деформирования устройств защиты при опрокидывании лесной машины, что на стадии проектирования позволит проводить оценку эффективности различных вариантов их конструкций.

Метод конечных элементов, находящий все более широкое применение при решении инженерных задач [5–8], позволяет производить оценку напряженно-деформированного состояния сложных пространственных конструкций. В нашем случае метод конечных элементов будет использоваться для моделирования напряженно-деформированного состояния защитного устройства при нагружении его боковой силой с учетом возможного появления остаточных деформаций.

Сформулируем основные ограничения для разрабатываемой математической модели:

6) по объему ограничения деформации: ни один элемент ROPS под действием боковой нагрузки не должен входить в зону жизненного пространства оператора (объем ограничения деформации DLV по ИСО 3164);

7) по величине боковой нагрузки: величина нагрузки при боковом нагружении ROPS не должна быть ниже минимального уровня Fmin, регламентированного ИСО 8082;

8) по величине поглощенной энергии: при боковом нагружении ROPS должно поглотить энергию не менее величины Umin, регламентированной ИСО 8082.

При моделировании примем следующие допущения:

1) боковая нагрузка Fmin, действующая на кабину, приложена к верхнему продольному элементу защитного устройства, ее начальное направление — горизонтальное;

Для Цитирования:
Скобцов И. Г., Куницкая О.А., Математическая модель оценки энергопоглощающих свойств устройства защиты оператора лесной машины. Безопасность и охрана труда в лесозаготовительном и деревообрабатывающем производствах. 2022;3.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: