Введение

Одним из основополагающих звеньев лесозаготовительного производства, от функционирования которого во многом зависит эффективность работы лесозаготовительных предприятий, является лесовозный автомобильный транспорт. Общая доля вывозимых им лесоматериалов от доли вывозимых лесоматериалов всеми видами транспорта составляет порядка 80-85 %. Это обстоятельство приводит к тому, что перед исследователями и конструкторами, основная область работы которых связана с лесовозными автомобилями, первоочередной задачей является разработка и внедрение мероприятий, направленных на повышение их экономической эффективности функционирования на основе увеличения скорости, грузоподъемности, сокращение расхода топлива, повышение надежности, безопасности, а также ресурса основных его агрегатов и систем.

Несмотря на то, что в европейской части нашей страны заготовка лесоматериалов в виде хлыстов в большинстве случаев не используется, лесозаготовительные предприятия, расположенные на Дальнем Востоке и в Сибири заготавливают с помощью этой технологии, путем вывозки длинномерных лесоматериалов на нижние лесопромышленные склады порядка 20 % всей древесины.

Наиболее эффективным направлением, способствующим повышению производительности лесовозных автомобилей, перевозящих длинномерные лесоматериалы в виде хлыстов, является использование лесовозных автопоездов, включающих в себя буксирный лесовозный тягач, оснащенный поворотным коником, установленном на лесовозной площадке, в который укладывается передняя часть длинномерных лесоматериалов, и прицеп-роспуск, в поворотный коник которого укладывается задняя часть длинномерных лесоматериалов.

Комплектование для вывозки длинномерных лесоматериалов такого лесовозного автопоезда лесовозным тягачом с достаточно мощным двигателем при отсутствии резких подъемов, ограничивающих массу вывозимых длинномерных лесоматериалов, позволяет лесовозному тягачу с прицепом-роспуском вывозить утроенную по сравнению с грузоподъемностью тягового лесовозного тягача массу длинномерных лесоматериалов. Это обстоятельство позволяет лесовозным тягачам с прицепами-роспусками быть более конкурентными по энергетическим затратам при вывозке длинномерных лесоматериалов, в сравнении с лесовозными тягачами с полуприцепами и лесовозными автомобилями с прицепами. Кроме этого, при одинаковом среднем расстоянии вывозки сменная выработка лесовозного тягача с прицепом-роспуском превосходит такую же выработку одиночных лесовозных автомобилей или лесовозных автомобилей с двухосными прицепами. Также транспортная работа и расход топлива на единицу выполненной работы лесовозным тягачом с прицепом-роспуском, несмотря на незначительное снижение средней скорости движения, аналогично превосходит транспортную работу и расход топлива в сравнении с рассматриваемыми лесовозными автомобилями [1].

При движении лесовозного тягача с прицепом-роспуском по недостаточно обустроенным лесовозным дорогам с преобладанием частых подъемов, спусков и поворотов, в лесовозной площадке в результате скручивания рамы лесовозного тягача возникают повреждения. Кроме этого, поворотный коник, установленный на этой площадке, воспринимает предельные нагрузки, создаваемые пачкой длинномерных лесоматериалов, вызывающими повышенный износ, дефекты и поломки его основных элементов, которые приводят к снижению надежности лесовозного тягача с прицепом-роспуском при транспортировании длинномерных лесоматериалов. Дополнительно к этому, коник лесовозной площадки воспринимает силы инерции массы прицепа-роспуска при разгоне и торможении, изгибающие и скручивающие силы, передаваемые транспортируемыми лесоматериалами при движении лесовозного тягача с прицепом-роспуском по недостаточно обустроенной лесовозной дороге. Эти силы инерции приводят к появлению тепловых потерь в парах трения деталей коника, которые непроизводительно рассеиваются в окружающее пространство.

Для совершенствования конструкции коника лесовозной площадки в направлении, позволяющем сократить расход топлива лесовозным тягачом с прицепом-роспуском, необходимо выполнить основательный анализ и обобщение существующей информации, имеющейся в научной литературе, а также информации накопленной по аналогичным конструкциям в патентных ведомствах, как зарубежных стран, так и в России. Анализ многих научных работ российских и зарубежных исследователей подтверждает актуальность и перспективность научного направления, связанного с сокращением расхода топлива лесовозного тягача с прицепом-роспуском на основе внедрения в его конструкцию различных по исполнению рекуперативных механизмов и систем.

M. G. Read (2015) в своей статье исследует устройство маховичного накопителя энергии, соединенного с механической трансмиссией, позволяющее рекуперировать энергию положения автотранспортного средства и увеличивать его мощность при разгоне. В последние годы в связи с низкой стоимостью и длительным сроком эксплуатации, маховичные накопители энергии получили широкое внимание у исследователей. Выполненная в работе оптимизация геометрических параметров маховика и глубины разряда позволили обеспечить баланс между высокой эффективностью трансмиссии, минимальной массой системы, используемой в конкретных условиях эксплуатации автотранспортного средства [2].

Yuxin Zhang (2015) в своей работе с целью совершенствования конструкции автомобиля, улучшения комфорта его управления выполнил исследование на основе математического моделирования главных характеристик предлагаемой рекуперативной подвески. Выявлено, что оптимальное значение рекуперируемой мощности, вырабатываемой каждой отдельной подвеской составляет 33,4 Вт [3].

В работе Prabhat Ranjan (2020) предлагается перспективная гибридная система, позволяющая использовать потенциальную гравитационную энергию в процессе функционирования гидравлического привода стрелы экскаватора в виде энергии давления рабочей жидкости, накапливаемой в пневмогидравлическом аккумуляторе. Выполненное исследование этой системы показало, что она на 10 % энергоэффективнее по сравнению с использованием традиционной системы [4].

Yuri I. A. Morangueira (2020) в своей статье приводит результаты исследования рекуперации энергии в подвеске транспортного средства, которое основано на преобразовании вибраций при движении транспортного средства по неровностям дороги электромагнитными и пьезоэлектрическими устройствами в электрическую энергию с последующим ее накоплением и использованием для питания встроенных электронных устройств транспортного средства [5].

Wei Yu (2019) в своей работе выполнил комплексное исследование одновременно используемых в автомобиле с гибридным приводом технологий рекуперации энергии торможения, вибрации подвески и выхлопа. Предложенная стратегия управления рекуперацией этими видами энергии позволяет повысить эффективность функционирования системы за счет оптимального хранения и использования накапливаемой энергии [6].

Emiliano Pipitone (2020) выполнил исследование системы рекуперации кинетической энергии для автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. Предварительная оценка этой системы, проведенная на основе численного моделирования позволила определить, что использование суперконденсаторов в качестве накопителей энергии дает возможность экономить до 20 % энергии [7].

Junyi Zou (2019) в своих исследованиях предлагает для повышения комфорта езды с одновременной возможностью рекуперации энергии использовать в конструкции транспортного средства гидравлически взаимосвязанную подвеску на основе энергоэффективных амортизаторов. Результаты, полученные путем использования математического моделирования подтверждают улучшение комфортности езды, а также эффективность накопления и повторного использования энергии для питания электрооборудования автомобиля [8].

Jiansong Li (2021) в своей работе выполнил анализ гибридных гидроприводов, используемых в транспортных средствах с электрическими, гидравлическими и маховичными системами рекуперации энергии. Результаты показали, что использование маховичных систем рекуперации в сравнении с другими системами обладают большей удельной мощностью, энергоэффективностью, сроком службы, а также меньшим воздействием на окружающую среду [9].

Ding Luo (2019) рассматривает эффективность применения в транспортных средствах термоэлектрических генераторов, позволяющих напрямую преобразовывать отработанное тепло, выбрасываемое двигателем в электричество. Согласно результатам, полученным с помощью математической модели, установлено, что мощность термоэлектрических генераторов при рекуперации энергии сильно зависит от температуры и массового расхода выхлопных газов [10].

Vyacheslav Racov (2020) в своей статье предлагает метод оценки влияния рекуперативного торможения с учетом применяемого ездового цикла на изменение расхода топлива, выбросы загрязняющих веществ в окружающую среду транспортными средствами, эксплуатируемыми в условиях, приводящих к частым ускорениями и замедлениям. Согласно полученным результатам выявлено, что выбросы в окружающую среду снижаются до 6,3 %, а расход топлива при циклических ускорениях и замедлениях в диапазоне скоростей от 0 до 40 км/ч снижается на 6-8 % [11].

В работе [12], Посметьевым В.И. предложена новая перспективная конструкция рекуперативного пружинно-гидравлического седельно-сцепного устройства, используемого в лесовозном тягаче с полуприцепом. Разработанная имитационная модель позволила установить, что использование такого устройства при эксплуатации лесовозного тягача с полуприцепом по недостаточно обустроенным лесовозным дорогам позволит обеспечить среднюю рекуперируемую мощность от 7 до 8,4 кВт.

В статье [13] Никонова В.О. предлагается разработанная перспективная конструкция пневмогидравлического тягово-сцепного устройства, позволяющая накапливать и повторно использовать в технологическом процессе энергию рабочей жидкости. Данная конструкция монтируется на лесовозных автомобилях с прицепами, условия эксплуатации которых, характеризуются наличием на лесовозной дороге неровностей, препятствий, дефектов, а также частых подъемов и спусков. Предварительные исследования, выполненные на основе разработанной компьютерной программы позволили определить, что максимальная рекуперируемая мощность, составляющая 4,7 кВт достигается при диаметре плунжерной полости предлагаемого устройства – 49 мм.

Учитывая существующие конструкторские разработки в области рекуперативных систем и механизмов, используемых в автомобильных транспортных средствах для повышения их энергоэффективности, можно заключить, что в настоящее время еще не создано удовлетворяющих требованиям потребителей рекуперативных кониковых устройств лесовозных площадок, устанавливаемых на лесовозных тягачах с прицепами-роспусками. В этой связи, приобретает актуальность разработка и исследование, удовлетворяющих требованиям потребителей таких систем и механизмов, позволяющих повысить их эффективность за счет процессов накопления кинетической энергии, возникающей при торможении автопоезда с дальнейшим ее использованием при функционировании технологического гидравлического оборудования лесовозного тягача с прицепом-роспуском.

Целью исследования является разработка с учетом условий эксплуатации, требований, предъявляемых к лесовозным автопоездам и нагрузок возникающих при торможении в их звеньях перспективной конструкции рекуперативного коникового устройства лесовозного тягача с прицепом-роспуском.

Материалы и методы

Основу исследования составил анализ научных работ, как зарубежных, так и российских ученых, занимающихся вопросами повышения эффективности автомобильных транспортных средств, путем использования в их конструкции различных рекуперативных механизмов и систем, основанных на накоплении и повторном применении различных видов энергии.

Результаты и обсуждения

Лесовозные тягачи с прицепами-роспусками с учетом требований, представленных в техническом регламенте Таможенного союза «О безопасности колесных транспортных средств» (ТР ТС 018/2011), с целью повышения эффективности и безопасности транспортирования длинномерных лесоматериалов должны оснащаться специальными лесовозными площадками, включающими в себя ограждения для защиты кабины от возможных ударов, случайных задеваний ее комлями стволов в процессе погрузки и вывозки длинномерных лесоматериалов, подкониковой рамой со смонтированными на ней поворотными кониками, тягово-сцепным устройством для соединения с дышлом прицепа-роспуска. Кроме этого, стойки поворотных коников лесовозного тягача с прицепом-роспуском должны быть оснащены специальными замками, которые могут открываться с противоположной стороны, относительно разгружаемых длинномерных лесоматериалов. Кроме этого, лесовозный тягач с прицепом-роспуском должен быть оснащен инвентарными увязочными приспособлениями для обвязки длинномерных лесоматериалов между поворотными кониками. Увеличение высоты поворотных коников путем их наращивания, нарушение креплений стоек поворотных коников, крестовой сцепки, цепей и троса стоек поворотного коника не допускается.

Коник лесовозного тягача, являющийся поворотным устройством обеспечивает передачу нагрузки на подкониковую раму и раму лесовозного тягача от размещаемых на нем длинномерных лесоматериалов. Поворотные коники позволяют при маневрировании по недостаточно обустроенным лесовозным дорогам повысить устойчивость пакета лесоматериалов за счет его удержания, препятствуя скатыванию и перемещению, а также обеспечить более устойчивое движение лесовозного тягача с прицепом-роспуском за счет равномерного распределения нагрузки от пакета лесоматериалов. Кроме этого, использование поворотных коников позволяет увеличить высоту бортов и вместимость лесовозного тягача с прицепом-роспуском. Классификация вертикальных поворотных коников, используемых в конструкциях лесовозных автомобилей, прицепов, полуприцепов, прицепов-роспусков приведена на рисунке 1.

Основные конструкции лесовозных площадок, устанавливаемых на лесовозных тягачах с прицепами-роспусками представлены на рисунке 2 [14].

Лесовозные тягачи с прицепами-роспусками могут эксплуатироваться в процессе вывозки длин номерных лесоматериалов по магистральным дорогам, временным подъездным дорогам с упрощенным покрытием, по дорогам бетонного и колейного типа, преодолевая затяжные подъемы, спуски, неровности, дефекты и имеющиеся на лесовозных дорогах препятствия. Использование лесовозных тягачей с прицепами-роспусками при вывозке длинномерных лесоматериалов по дорогам общего пользования имеет ограничения. Нормативами установлены ограничения на максимальную высоту h загруженного лесовозного тягача с прицепом-роспуском (  м), длину l автопоезда (  м), его ширину b (  м), а также на длину l_c свеса длинномерных лесоматериалов относительно заднего габарита прицепа-роспуска (  м).

Рисунок 1. Классификация вертикальных коников

Figure 1. Classification of vertical bunks

Источник: собственная композиция авторов

Source: author’s composition

Также для обеспечения условий безопасности при преодолении лесовозным тягачом с прицепом-роспуском поворотов малого радиуса, расстояние s между торцами длинномерных лесоматериалов, размещенных на поворотном конике лесовозного тягача и защитным ограждением не должно быть менее 0,6 м (рис. 3)

Минимальное расстояние между лесовозным тягачом и прицепом-роспуском зависит от их конструктивного исполнения. На практике в процессе вывозки длинномерных лесоматериалов по дорогам общего пользования поворотные коники лесовозного тягача обычно перегружены, а поворотные коники прицепа-роспуска наоборот недогружены. В процессе же вывозки длинномерных лесоматериалов лесовозным тягачом с прицепом-роспуском по лесовозным дорогам нагрузки на поворотные коники лесовозного тягача и прицепа-роспуска распределяются более равномерно, так как свес lс вершинной части длинномерных лесоматериалов за балку поворотного коника прицепа-роспуска больше, чем 2 м. Однако для исключения возможности соприкосновения длинномерных лесоматериалов с лесовозной дорогой в процессе их вывозки, необходимо, чтобы длина свеса l_c при движении лесовозного тягача с прицепом-роспуском по горизонтальному участку лесовозной дороги обеспечивала просвет s между лесовозной дорогой и длинномерными лесоматериалами не менее 0,6 м [15].

Рисунок 2. Лесовозные площадки для ЛТ с ПР: а – «АВТОПРИЦЕП»; б – «ЯРЛЕСМАШ»;

в – ООО «НАБИ»; г – ООО «ПСК ТРАСТ»; д – ООО «РУССКИЙ ГРУЗОВИК»; е – «ТЭК-КРАН»;

ж – «АВТОСПЕЦТЕХНИК»; з – «УРАЛЬСКИЙ ЗАВОД СПЕЦТЕХНИКИ»

Figure 2. Timber sites for LT with PR: a – "AUTO TRAILER"; b – "YARLESMASH"; c – LLC "NABI";

d – LLC PSK TRUST; e – LLC RUSSKIY GRUZOVIK; f – "TEK-KRAN"; g – "AUTOSPETSTECHNIK";

h – "URAL SPECIAL EQUIPMENT PLANT"

Источник: собственная композиция авторов

Source: author’s composition

Рисунок 3. Общий вид лесовозного тягача с прицепом-роспуском, используемого на дорогах общего

пользования: 1 – лесовозный тягач; 2 – прицеп-роспуск; 3 – лесовозная площадка; 4 – дышло;

5 – гидроманипулятор; 6 – коник лесовозной площадки; 7 – коник прицепа-роспуска; 8 – защитное

ограждение кабины; 9 – пакет длинномерных лесоматериалов; h – высота лесовозного тягача с

прицепом-роспуском в погруженном состоянии; l – длина лесовозного тягача с прицепом-роспуском;

b – ширина лесовозного тягача с прицепом-роспуском; s – зазор между защитным ограждением кабины

лесовозного тягача и торцами комлевой части пакета длинномерных лесоматериалов;

l_c – свес пакета длинномерных лесоматериалов сзади за габарит прицепа-роспуска

Figure 3. General view of a timber tractor with a dismantling trailer used on public roads use: 1 – timber tractor;

2 – dismantling trailer; 3 – logging site; 4 – drawbar; 5 – hydraulic manipulator; 6 – bunks of the logging site; 7 – bunk of the trailer-dissolution; 8 – protective cab fencing; 9 – a package of long timber; h – the height of the timber tractor with a submerged dismantling trailer; l – the length of the logging tractor with a dismantling trailer; b – the width of the timber tractor with a dismantling trailer; s – the gap between the cab guard timber tractor and butt ends of a package of long timber; l_c – overhang of a package of long timber at the rear beyond the size of the dismantling trailer

Источник: собственная схема авторов

Source: authors' own schema

Для вписывания лесовозного тягача с прицепом-роспуском в повороты малого радиуса, а также для достижения совпадения пути следования колес лесовозного тягача с колесами прицепа-роспуска устанавливают дополнительно к жесткой дышловой сцепке тросовую крестообразную сцепку. Кроме этого, с целью обеспечения безопасности движения лесовозного тягача с прицепом-роспуском на поворотах малого радиуса, конструкция поворотного коника предусматривает вращение в горизонтальной плоскости на угол до 45⁰. Для исключения возможности воздействий на раму лесовозного тягача длинномерных лесоматериалов в точках A и B в процессе их вывозки по недостаточно обустроенным лесовозным дорогам за счет изменения расстояния на значение x и y между поворотными кониками и длинномерными лесоматериалами, при подъеме и спуске необходимо, чтобы поворотный коник лесовозного тягача обеспечивал более высокое размещение этих лесоматериалов (рис. 4, а, б). В процессе поворота лесовозного тягача с прицепом-роспуском расстояние между поворотными кониками лесовозного тягача и прицепом-роспуском уменьшается, что приводит к возникновению растягивающих усилий в дышле и длинномерных лесоматериалах. При большой величине этих усилий происходит проскальзывание длинномерных лесоматериалов по коникам, поворот в вертикальной плоскости рамы прицепа-роспуска, продольный прогиб длинномерных лесоматериалов, а также боковое скольжение прицепа-роспуска и лесовозного тягача. Так, при повороте лесовозного тягача с прицепом-роспуском на угол α проскальзывание почки длинномерных лесоматериалов на поворотном конике изменяется на величину z (рис. 4, в) [16, 17].

В процессе движения лесовозного тягача с прицепом-роспуском по недостаточно обустроенной лесовозной дороге происходит непрерывное взаимодействие его звеньев между собой, которое обусловлено несовпадением ускорений центров масс лесовозного тягача и прицепа-роспуска с длинномерными лесоматериалами. Наибольшие продольные силы возникают при торможении лесовозного тягача с прицепом-роспуском [18]. Схема основных сил, действующих  на звенья лесовозного тягача с прицепом-роспуском при торможении приведена на рисунке 5.

Рисунок 4. Схемы возможных взаимных

положений лесовозного тягача с прицепом-роспуском при движении по недостаточно

обустроенным лесовозным дорогам:

с подъемом – а; со спуском – б; на повороте – в

Figure 4. Schemes of possible mutual the positions of the timber tractor with the dismantling trailer when driving on is not enough equipped logging roads:

with a rise – a; with descent – b; on the bend – c

Источник: собственные схемы авторов

Source: authors' own schemes

Рисунок 5. Схема основных сил, действующих на звенья лесовозного тягача с прицепом-роспуском при

торможении: F_fr.– сила трения между опорой лесовозного тягача и длинномерными лесоматериалами;

P – усилие в соединении поворотный коник лесовозного тягача – лесовозный тягач; R₀ – силы реакции опоры; P₁, P₂, P₃ – тормозные силы, приложенные к колесам лесовозного тягача с прицепом-роспуском; P_1f, P_2f, P_3f – силы сопротивления качению лесовозного тягача с прицепом-роспуском; l₁ – передний свес длинномерных

лесоматериалов; l₂ – межопорная длина лесоматериалов; l₃ – задний свес длинномерных лесоматериалов;

x_LT  и x_PR – координаты центра масс лесовозного тягача и прицепа-роспуска; Z₁, Z₂, Z₃ – реакции лесовозной дороги на оси лесовозного тягача с прицепом-роспуском; h – расстояние от дышла прицепа-роспуска до опорной поверхности лесовозной дороги; h_YT  – высота центра масс ведомого звена лесовозного тягача с

прицепом-роспуском; d – расстояние от центра масс ведомого звена лесовозного тягача с

прицепом-роспуском до условной опоры прицепа-роспуска; m_LT – масса лесовозного тягача;

m_PR – масса ведомого звена лесовозного тягача с прицепом-роспуском; δ и δ₁ – коэффициенты, учитывающие изменение масс лесовозного тягача и прицепа-роспуска за счет инерции вращающихся масс лесовозного

тягача с прицепом-роспуском; g – ускорение свободного падения

Figure 5. Diagram of the main forces acting on the links of a timber tractor with a dismantling trailer when braking: F_fr.– friction force between the support of the timber tractor and long timber; R₀ – support reaction forces;

P₁, P₂, P₃ – braking forces applied to the wheels of a timber tractor with by a dismantling trailer; P_1f, P_2f, P_3f – rolling resistance forces of a timber tractor with a dismantling trailer; l₁ – front overhang of long timber; l₂ – inter-support length of timber; l₃ – rear overhang of long timber; x_LT and x_PR – coordinates of the center of mass of the timber tractor and the dismantling trailer; Z₁, Z₂, Z₃ – reactions of a timber road on the axle of a timber tractor with a dismantling

trailer; h – the distance from the drawbar of the dismantling trailer to the supporting surface of the timber road; h_YT  – the height of the center of mass of the driven link of the timber tractor with a dismantling trailer; d – the distance from the center of mass of the driven link of the timber tractor with by the dismantling trailer to the conditional support of the dismantling trailer; m_LT – the mass of the timber tractor; m_PR – mass a driven link of a timber tractor with a dismantling trailer; δ and δ₁ – coefficients that take into account the change in the masses of the timber tractor and the dismantling trailer due to the inertia of the rotating masses of the timber a tractor with a dismantling trailer; g – acceleration of gravity

Источник: собственная схема авторов

Source: authors' own scheme

В работе Петрухина В. В. (2018) установлено, что при увеличении силы тяжести лесовозного тягача с прицепом-роспуском суммарная тормозная сила и продолжительность ее нарастания повышается до тех пор, пока на всех осях тормозные силы не будут ограничены моментами. Распределение веса лесовозного тягача с прицепом-роспуском по осям при торможении определяется на основании следующих зависимостей [19]:

где G_LT – сила тяжести лесовозного тягача; G_PL – вес пачки длинномерных лесоматериалов; G_PR – вес прицепа-роспуска; l₀ – расстояние между поворотными кониками; С_LT – координата центра тяжести лесовозного тягача от задней оси; H – высота коника от поверхности лесовозной дороги; b – смещение поворотного коника лесовозного тягача; h_LT – высота центра тяжести лесовозного тягача; h_PL – высота центра тяжести пачки длинномерных лесоматериалов; h_PR – высота центра тяжести прицепа-роспуска; С_PL – координата центра тяжести пакета длинномерных лесоматериалов от поворотного коника; B – база лесовозного тягача; j – установившееся замедление; g – ускорение свободного падения.

Распределение силы тяжести перевозимых длинномерных лесоматериалов по элементам лесовозного тягача с прицепом-роспуском оказывает значительное влияние, как на надежность функционирования лесовозного тягача с прицепом-роспуском, так и на его эксплуатационные показатели. Эксплуатация лесовозного тягача с прицепом-роспуском с неравномерной загрузкой поворотных коников лесовозного тягача и прицепа-роспуска недопустима, так как является причиной ускоренного износа и частых поломок основных узлов и деталей лесовозного тягача с прицепом-роспуском, а также быстрого разрушения лесовозной дороги из-за превышения нормативных значений осевых нагрузок, что в совокупности способствует снижению экономической эффективности лесовозного тягача с прицепом-роспуском. Практика вывозки длинномерных лесоматериалов лесовозными тягачами с прицепами-роспусками показывает, что рама лесовозного тягача воспринимает значительную нагрузку от лесоматериалов, размещенных на поворотном конике. Воспринимаемая рамой лесовозного тягача нагрузка приводит к появлению трещин на верхних полках лонжеронов подкониковой рамы. Также при эксплуатации лесовозного тягача с прицепом-роспуском наблюдается возникновение прогиба основания поворотного коника и отрыв шкворня от гнезда подкониковой рамы лесовозного тягача.

Движение лесовозного тягача с прицепом-роспуском по лесовозной дороге со значительной кривизной, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости приводит к вращению длинномерных лесоматериалов, их уплотнению, оседанию, вызывающему эффект распирания поворотных коников, сопровождающегося появлением значительных напряжений в тяговых балках и стойках лесовозного тягача и прицепа-роспуска, их преждевременному износу и поломкам. При ускоренном движении лесовозного тягача с прицепом-роспуском на подъем нагрузка на поворотный коник лесовозного тягача уменьшается, а на поворотный коник прицепа-роспуска увеличивается. Кроме этого, при преодолении лесовозным тягачом с прицепом-роспуском поворота малого радиуса стойка поворотного коника воспринимает центробежную силу от массы погруженных на лесовозный тягач с прицепом-роспуском длинномерных лесоматериалов.

Кинематическое несоответствие элементов крестообразной сцепки заделок поворотных коников лесовозного тягача и прицепа-роспуска, дышла и буксирной рамки способствуют значительному росту нагрузок и напряжений в этих звеньях, особенно при движении по кривым минимальных радиусов и, как следствие, к ухудшению поворотливости лесовозного тягача с прицепом-роспуском, перетяжелению этих звеньев, к значительному износу и преждевременным отказам этих узлов [14].

Возникающие в дышле лесовозного тягача с прицепом-роспуском горизонтальные и вертикальные усилия, имеющие знакопеременный характер зависят от массы транспортируемых лесоматериалов и дышла, воздействующей на соединение буксирная рамка – наконечник дышла. Кроме этого они зависят от тягового усилия, воспринимаемого дышлом в процессе прямолинейного движения, а также от возникающего усилия сжатия дышла, проявляющегося при кинематическом несоответствии конструктивных параметров лесовозного тягача с прицепом-роспуском и крестообразной сцепки. Данное кинематическое несоответствие способствует изменению значения горизонтальной составляющей усилия на поворотном конике лесовозного тягача P [20].

В связи с кинематическим рассогласованием крестообразной сцепки существенное влияние на усилие P в соединении поворотный коник лесовозного тягача – лесовозный тягач оказывает радиус поворота лесовозного тягача с прицепом-роспуском (рис. 6).

Рисунок 6. Зависимости усилий P в соединении

поворотный коник лесовозного тягача – лесовозный тягач от скорости V движения лесовозного тягача с

прицепом-роспуском: а – изменение усилий P от

радиуса R при V = 1,88-1,98 м/с (1) и V = 2,02-2,19 м/с (2); б – изменение усилий P от радиуса R при

V = 4,1-4,12 м/с (3) и V = 6,15-6,17 м/с (4)

Figure 6. Dependencies of efforts P in the connection

pivoting bunk of a timber tractor – timber tractor from the speed V of the movement of the timber tractor with

trailer-dismantling: a – change of efforts P from

radius R at V = 1.88-1.98 m / s (1) and V = 2.02-2.19 m / s (2); b – change of efforts P from radius R at

V = 4.1-4.12 m / s (3) and V = 6.15-6.17 m / s (4)

Источник: собственные вычисления авторов

Source: authors' own calculations

Усилие Q, направленное вдоль оси вывозимых длинномерных лесоматериалов, определяющее напряжение в шкворневых узлах поворотных коников лесовозного тягача и прицепа-роспуска с ростом радиуса уменьшается существенно, достигая своего максимума в 35 кН при R_min.

Из анализ кривых (рис. 7), описывающих силовое взаимодействие между поворотным коником

Рисунок 7. Зависимости усилий P в соединении

поворотный коник лесовозного тягача – лесовозный тягач от радиуса R поворота лесовозного тягача с прицепом-роспуском: а – при радиусе поворота

R = 13 м (1), при R = 18 м (2); б – при радиусе

поворота R = 21 м (3), при R = 23 м (4)

Figure 7. Dependencies of efforts P in the connection

pivoting bunk of a logging tractor – a logging tractor from the turning radius R of a logging tractor with a dismantling trailer: a – at a turning radius

R = 13 m (1), with R = 18 m (2); b – at radius

turn R = 21 m (3), with R = 23 m (4)

Источник: собственные вычисления авторов

Source: authors' own calculations

лесовозного тягача и лесовозным тягачом при изменении скорости движения лесовозного тягача с прицепом-роспуском видно, что почти во всех рассматриваемых случаях с увеличением скорости движения лесовозного тягача с прицепом-роспуском под влиянием вибраций и центробежных сил, перемещение длинномерных лесоматериалов в процессе их вывозки относительно поворотных коников, в том числе при их взаимном перемещении, значение усилий Q остается почти постоянными.

Результаты анализа, а также множественные исследования, выполненные авторами, позволили с целью повышения эффективности и уровня конструктивного совершенства лесовозных автопоездов разработать перспективную конструкцию рекуперативного коникового устройства лесовозной площадки для лесовозного тягача с прицепом-роспуском, схема которого приведена на рисунке 8.

Рисунок 8. Предлагаемое рекуперативное кониковое устройство лесовозной площадки лесовозного тягача с

прицепом-роспуском: а, б – общий вид расположения на лесовозном тягаче рекуперативного коникового устройства; в – схема основных конструктивных элементов рекуперативного коникового устройства; г – гидропривод

рекуперативного коникового устройства; 1 – гидроцилиндр одностороннего действия; 2 – гидроцилиндр двухстороннего действия; 3 – шкворень; 4 – поворотный коник лесовозной площадки; 5 – усиленная опорная плита; 6 – ролик; 7 – опорная поверхность скольжения; 8 – ограничитель; 9 – направляющие пазы;  10-12 – пневмогидравлические аккумуляторы; 13 – порт подачи гидравлической энергии потребителю;  14 – регулируемый редукционный клапан; 15 – напорный трубопровод; 16, 17 – обратные клапаны;  18 – всасывающий трубопровод; 19 – гидробак; 20 – регулируемый предохранительный клапан

Figure 7. The proposed recuperative conic device of the logging site of the logging tractor with by a dismantling trailer: a, b – general view of the location of the recuperative conical device on the timber tractor; c – a diagram of the main structural elements of the recuperative conical device; d – hydraulic drive recuperative conical device; 1 – single-acting hydraulic cylinder; 2 – hydraulic cylinder double-acting; 3 – kingpin; 4 – swivel bunk of the logging area; 5 – reinforced base plate; 6 – roller; 7 – supporting sliding surface; 8 – limiter; 9 – guide grooves; 10-12 – pneumohydraulic accumulators; 13 – port for supplying hydraulic energy to the consumer; 14 – adjustable pressure reducing valve; 15 – pressure pipeline; 16, 17 – check valves; 18 – suction pipeline; 19 – hydraulic tank; 20 – adjustable safety valve

Источник: собственные схемы авторов

Source: authors' own schemes