автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование конструкции и параметров гравитационных торцевыравнивателей пачек бревен

ВОЛДАЕВ Максим Николаевич

ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ И ПАРАМЕТРОВ ГРАВИТАЦИОННЫХ ТОРЦЕВЫРАВНИВАТЕЛЕЙ ПАЧЕК БРЕВЕН

Специальность 05 21 01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 0«Т 2С59

Йошкар-Ола 2008

003449997

Работа выполнена в ГОУ ВПО "Марийский государственный технический университет"

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор Царев Евгений Михайлович

Официальные оппоненты

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор Поздеев Анатолий Геннадиевич

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Козлов Адольф Васильевич

ГОУ ВПО "Ухтинский государственный технический университет"

Зашита диссертации состоится «10» ноября 2008 г в 13 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212 115 02 при Марийском государственном техническом университете по адресу

424000, Республика Марий Эл, г Йошкар-Ола, пл Ленина, 3, МарГТУ, конференц-зал

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Марийского государственного технического университета

Автореферат разослан «__/_» октября 2008 г

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

П Ф Войтко

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В настоящее время основной задачей в решении проблемы повышения конкурентоспособности лесной промышленности России является разработка и освоение технологических процессов на базе полной механизации основных и подготовительно-вспомогательных производств На лесных складах лесопромышленных предприятий выравнивание торцов пачек бревен является вспомогательной операцией, которая позволяет максимально использовать грузоподъемность транспортных средств, что приводит к снижению расходов на содержание подвижного состава железнодорожного транспорта и судов Механизация этой операции, выполнение которой вручную связано со значительными физическими и материальными затратами, способствует сокращению времени под погрузку вагонов и судов, а также росту производительности труда на лесном складе в целом Разработанные ранее конструкции механизмов, предназначенные для выполнения торцевыравни-вания пачек бревен, имеют ряд существенных недостатков и в настоящее время практически не выпускаются В связи с этим необходимость создания простого и надежного устройства для выравнивания торцов пачек круглых лесоматериалов является актуальной задачей, представляющей научный и практический интерес Одним из перспективных направлений работы в данном аспекте является совершенствование торцевыравнивате-лей пачек круглых лесоматериалов, в которых используются гравитационные силы, на основе обоснования новых конструктивных элементов и параметров устройств

Цель работы состоит в обосновании конструкции и параметров гравитационных торцевыравнивателей пачек бревен для лесопромышленных предприятий

Объект и предмет исследований. Объектом исследования является процесс выравнивания торцов пачек круглых лесоматериалов Предметом исследования является конструкция гравитационного торцевыравнивателя пачек круглых лесоматериалов и его параметры

Методы исследования. В процессе исследований были использованы теоретические и экспериментальные методы Теоретические исследования основывались на использовании уравнений динамики, методов математического и физического моделирования, математической статистики

Экспериментальные исследования с применением критерия подобия Фруда проводились на модели торцевыравнивателя в масштабе 110 Для численной реализации математической модели и обработки экспериментальных данных использованы методы математической статистики, теории планирования эксперимента, пакеты Mathcad и Excel

Научная новизна работы заключается

-в получении математической модели процесса торцевыравнивания пачек круглых лесоматериалов в гравитационных торцевыравнивателях, отличающейся возможностью учета всех участвующих в процессе сил в динамике,

- разработке методики расчета среднего усилия сопротивления продольному перемещению бревен в процессе торцевыравнивания поворотными щитами, отличающейся учетом динамичности данного усилия,

- разработке методики расчета времени цикла обработки пачки бревен гравитационными торцевыравнивателями, отличающейся учетом количества опусканий в торцевыравниватель пачек с различными усилиями сопротивления продольному перемещению бревен,

- разработке новой конструкции гравитационного торцевыравнивате-ля пачек круглых лесоматериалов, отличающейся шарнирным соединением Г-образных торцующих щитов, обуславливающим увеличение усилий торцевыравнивания на щитах

Основные положения, выносимые на защиту.

1 Математическая модель процесса торцевыравнивания пачек круглых лесоматериалов в гравитационных торцевыравнивателях, позволяющая на основе одновременного учета всех участвующих в процессе сил и с использованием разработанной методики расчета среднего необходимого усилия торцевыравнивания определять соотношения данных сил в динамике

2 Результаты экспериментальных исследований процесса торцевыравнивания пачек бревен в гравитационных торцевыравнивателях в виде регрессионного уравнения, характеризующего зависимость изменения усилия торцевыравнивания на щите от массы пачки, угловой скорости вращения щита, коэффициента трения скольжения между модельными бревнами

3 Технические решения по совершенствованию процесса выравнивания торцов пачек бревен в гравитационных торцевыравнивателях, защищенные патентами

Научная и практическая значимость. Разработанная математическая модель дополняет теоретические исследования процессов торцевыравнивания и является действенным инструментом при проектировании и изготовлении гравитационных торцевыравнивателей в производственных условиях

Применение методики расчета времени цикла обработки пачки круглых лесоматериалов гравитационными торцевыравнивателями способствует повышению качества расчета экономической эффективности торцевыравнивателей

Разработанное торцевыравнивающее устройство гравитационного типа позволяет с большей эффективностью реализовывать принцип выравнивания пачек бревен за счет собственного веса пачки по сравнению с существующими устройствами такого же типа

Достоверность результатов исследований основывается на достаточном объеме теоретических и экспериментальных исследований, применении методов математического моделирования и статистической обработки с использованием ПЭВМ. Выводы, изложенные в работе, обоснованы теоретически и отражают физическую сущность рассматриваемых процессов. Расчетные величины исследуемого параметра совпадают с опытными с точностью, допустимой отраслевыми нормами

Личное участие автора в получении результатов. Диссертация является результатом исследований, выполненных лично автором, который обосновал тему, определил цели и задачи исследований, разработал методики определения средней величины усилия сопротивления продольному перемещению бревен, которое необходимо преодолеть при торцевырав-нивании пачек бревен, и расчета производительности торцевыравнивате-ля, активно участвовал в разработке математической модели процесса торцевыравнивания в гравитационных торцевыравнивателях

Все работы по физическому моделированию, изготовлению экспериментального комплекса, проведению экспериментов, обработке материалов, анализу и обобщению результатов исследований произведены автором лично

Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в ЗАО "Совместное предприятие "Бива" Красноярского края Кроме того их запланировано использовать в МУП "Кирский лесокомбинат" Чувашской республики при дальнейшей реконструкции нижнего лесопромышленного склада

Апробация работы. Результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов и сотрудников МарГТУ (Йошкар-Ола, 2005-2007 гг), на ежегодной научной конференции Санкт-Петербургской лесотехнической академии в 2006 г

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 7 работах объемом 2 4 п л, из них 5 в соавторстве, авторский вклад составил более 50 %, в том числе, в центральной печати, рекомендуемой ВАК -2 статьи (0,8 п л ), авторский вклад - 80 %, получены 4 патента РФ на изобретения (1 п л ), авторский вклад - 65 %, в печатных изданиях МарГТУ -1 статья (0,6 п л), авторский вклад - 80 %

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 разделов, основных выводов и рекомендаций, списка исполь-

зованных источников и приложений Работа объемом 217 с включает 47 иллюстраций, 37 таблиц, список использованных источников из 73 наименований и 13 приложений на 66 страницах Объем основной части без приложений составляет 150 с

Содержание работы Во введении обоснована актуальность темы диссертации, изложены цель, объект, предмет и методы исследований, научная новизна, значимость для теории и практики, основные положения, выносимые на защиту, приводится информация о достоверности результатов исследований, личном вкладе автора в получении результатов

В первом разделе диссертации дан анализ развития вопроса разработки торцевыравнивающих устройств, представлены обзор и анализ существующих классификаций торцевыравнивателей пачек круглых лесоматериалов, обзор торцевыравнивающих устройств, используемых на предприятиях лесопромышленного комплекса, приведен обзор и анализ научных работ в области исследований

Разработкой торцевыравнивателей пачек бревен занимались организации ВКНИИВОЛТ, ЦНЙИМЭ, ПКТБ "Пермьлесопром", БТИ, КарНИ-ИЛП, ДальНИИЛП и др К началу 70-х годов назрела необходимость обобщения и анализа всей имеющейся по данному вопросу информации

Важный вклад в исследование процесса торцевыравнивания внесли ученые И П Донской, Я И. Виноградов, М В Борисов, Ю М Реутов, В А Щербаков, В Е. Игутов, С С Лебедь, Н И Жарков, К А Свиридюк, А В Козлов, А С Фадеев, П.Ф. Войтко и другие. На основе анализа результатов исследований можно утверждать, что приоритетными следует считать такие разработки торцевыравнивающих устройств, в которых будут использоваться гравитационные силы, преимущественно пакетного способа действия При создании торцевыравнивателей следует стремиться к устранению или максимальному сокращению занятости погрузочного механизма на торцевыравнивании Данные утверждения позволили сформулировать условия разработки торцевыравнивающих устройств

Анализ теоретических исследований торцевыравнивания позволяет сказать, что в применении к процессу торцевыравнивания устройствами, в которых используются гравитационные силы, в дальнейшем работу следует проводить в аспекте математического описания процесса в динамике с одновременным учетом всех сил, участвующих в процессе, что должно способствовать повышению точности расчетов параметров устройств

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследований

1. Обосновать конструкцию усовершенствованного торцевыравнива-теля пачек бревен, в которой используются гравитационные силы.

2. Разработать математическую модель процесса торцевыравнивания пачек круглых лесоматериалов в гравитационных торцевыравнивателях.

3. Провести экспериментальные исследования процесса торцевыравнивания пачек бревен на экспериментальной модели гравитационного торцевыравнивателя.

4. Разработать технологические схемы торцевыравнивания пачек бревен в предложенных устройствах и методику расчета их производительности.

5. Оценить экономическую эффективность использования предложенного торцевыравнивателя на лесопромышленных предприятиях.

Во втором разделе представлены разработанные автором и в соавторстве технические решения торцевыравнивающих устройств, защищенные патентами, предлагаемые для внедрения на предприятиях лесопромышленного комплекса (рис. 1,2,3,4).

Рис.1. Гравитационно-силовой тор-цевыравниватель: 1-крюковая подвеска; 2-блок; 3-элемент вагонного сцепа; 4-тележка с торцевыравни-вающим щитом; 5-пачка бревен; 6-неподвижный щит; 7-

ограничительная стойка; 8-наклонные направляющие; 9-канат стальной

Рис.2. Устройство для выравнивания торцов пачек (пучков) бревен в лесона-копителях:1- брусчатых вертикальных щитов; 2-основание; 3-брусчатых поворотных щитов; 4 -канат стапьной; 5 -стойки лесонакопителей; 6- отклоняющий блок; 7-груз-аккумулятор; 8-шахта; 9-электропривод; 10-пачка бревен

На рис. 1 представлено торцевыравнивающее устройство ударного гравитационно-силового типа. Выравнивание торцов пачки круглых лесоматериалов 5 осуществляется за счет передачи при ударе тележки 4 о пачку бревен 5 импульса, способного вызвать перемещение бревен.

На рис. 2 представлено устройство для выравнивания торцов пачек (пучков) бревен в лесонакопителях гравитационно-силового действия послойного способа обработки, которое может использоваться как устройство пакетного способа обработки.

На рис 3 представлен предлагаемый вариант установки гравитационного типа В данном устройстве, в отличие от других гравитационных торцевыравнивателей с Г-образными торцевыравнивающими щитами, горизонтальные части щитов 3 шарнирно соединены металлическим стержнем ,кругового поперечного профиля 4, а сами щиты имеют возможность перемещаться по направляющим 2 в момент опускания пачки 10 в устройство, одновременно с поворотом в вертикальной плоскости При этом шарнир, соединяющий рычаги, связан с пантографом 5 и гидроцилиндром

Рис 3 Гравитационный торцевыранви-ватель с шарнирно соединенными торцующими щитами и гидроприводом 1-вертикальная часть Г-образного торцующего щита, 2-рама с направляющими кареток, 3-горизонтальная часть Г-образного торцующего щита, 4- металлический стержень кругового поперечного профиля, 5-пантограф с гидроцилиндром, 6-каретка, 7- грузовая балка, 8-гидропривод, 9-ограждающая стойка, 10-пачка круглых лесоматериалов

В случае, если пантограф не устанавливать, то возврат щитов в исходное положение возможен за счет противовеса или пружинного соединения в горизонтальной плоскости щитов

На рис 4 представлено силовое устройство комбинированного (послойно-пакетного) способа действия Движение сортиментов в устройстве способствует разрежению пачки, и, следовательно, уменьшению усилия торцевыравнивания

тШШо*

к

а)

Рис 4 Устройство для выравнивания торцов пачек круглых лесоматериалов с обработкой перемешиваемой пачки( а - вид спереди, б - вид сверху) 1-рама, 2- неподвижный торцовый щит, 3- тяговые цепи, 4- электропривод тяговых цепей, 5- наклонные направляющие, выполненные в виде роликов, 6- электропривод роликов, 7-упорные стойки, 8- сортименты

б)

Ш\

Сравнение предлагаемых и существующих устройств по показателям материале- и энергоемкости (для предлагаемых устройств показатели получены расчетным путем) показало, что устройства гравитационного типа превосходят иные устройства Устройства, представленные на рис 1, 3, 4 рекомендуются к использованию на лесопромышленных предприятиях в процессе перегрузки древесины с одного вида транспорта на другой, на участках штабелевки, у фронта отгрузки круглых лесоматериалов, на участках формирования пучков и пачек на лесных складах

В результате сравнения предлагаемых устройств по расчетным конструктивным параметрам для исследования выбран торцевыравнипатсло гравитационного действия (рис 3) В дальнейшем исследуем установку без пантографа

В третьем разделе разработана математическая модель процесса торцевыравнивания пачек круглых лесоматериалов в гравитационных торцевыравнивателях, позволяющая отследить процесс в динамике как в устройствах с шарнирно соединенными щитами, так и в классических устройствах Данная модель позволяет при заданных параметрах устройства и пачки бревен получить зависимость торцевыравнивающих усилий на щите от времени, угловых скорости в и ускорения вращения щитае , а на их основе скорости и ускорения движения пачки

Введем допущение по аналогии с рядом работ будем рассматривать лишь один щит установки, предполагая, что на него воздействует сила, равная половине веса пачки Данное утверждение обусловлено симметричностью установки (рис 5)

При получении уравнения динамики торцевыравнивающего устройства использована теорема об изменении кинетической энергии механической системы в дифференциальной форме

с1Т = -11П + (1Рт + <1Рщ, (1)

где йТ - сколь угодно малое изменение кинетической энергии системы "горцевыравнива-тель + пачка", ¿п - элементарная работа потенциальных сил (сил тяжести), ¿Ля - элементарная работа равнодействующей рЩ диссипативных сил сопротивления продольному перемещению бревен, ¡¡рщ - элементарная работа равнодействующей Рщ диссипативных сил трения торцов о щит

Расчетная схема с указанием параметров установки и физических величин (скоростей движения щита и пачки), входящих в выражение кинетической энергии, приведена на рис 5 Схема с указанием диссипативных сил приведена на рис 6

Рис 5 Основная расчетная схема гравитационного торцевыравнивателя с шарнирно соединенными щитами

Рис 6 Расчетная схема к определению диссипативных сил

Было получено дифференциальное уравнение следующего вида ((">, + '»,) (a7+b*+l2 sin2в-21 a smгв-1 Ь sin20) + т. ^ +т. ((у-Ь)г+аг) +

+m, ^ +т, ((у-а)! +Ьг) + М Ü cos2 в)в' + * ) (1(1 - 2а)sin20- 2lb cos20)-

2

+Fm

Ü sin20)(0У =-(g(ML + (m, + m,) a)cos0-(m, + mj g h sinS) + tg6 _._„(,(,. 1 1 1

1 + / k + tg0(f-k)

sintf £ 1 +

eos1 в

l UkFm-

cosé»(l + fk+tg0{f-k)) eos 0

(2)

где т, - масса вертикальной части щита, кг, т, - масса горизонтальной части щита, кг, а-расстоян'ие от центра масс щита до его вертикальной части, м, Ь- расстояние от центра масс щита до его горизонтальной части, м, / - расстояние от оси вращения щита относительно каретки 03 до шарнирного соединения с другим щитом, м, Н - высота вертикальной части щита, м, Ь - длина горизонтальной части щита, м, М- масса половины пачки, кг, Рт - усилие сопротивления бревен продольному перемещению, которое необходимо преодолеть при обработке пачки устройствами с горизонтально надвигаемыми вертикальными щитами, И, к - коэффициент трения торцов о щит/ - коэффициент сопротивления перемещению бревен в продольном направлении

Численное решение данного дифференциального уравнения производится в пакете МаШсаё с помощью процедуры гкПхес1 (метод Рунге-Кутта с фиксированным шагом)

Для сравнения предложенного устройства и классического гравитационного торцевыравнивателя на основе отслеживания во времени угловых скорости (в ) и ускорения (д ) вращения щита, а на их основе скорости и ускорения движения пачки, было получено уравнение динамики классического гравитационного торцевыравнивающего устройства (рис 7) При его получении также использовалось уравнение (1)

Рис. 7. Расчетная схема классического гравитационного торцевыравнивателя

Было получено дифференциальное уравнение следующего вида:

( т И: т Is \ М

\M-1s- coi 0+ Н1^— +—р) У ' Ё' sin^í?)2 == -(n(ML.+(m, +ш,) ■ а) cosff--(m,+m,) g A sinff)+Fm-1 k -iilsme+if-e s'm6)+ (3)

l+fk+tgetf-k) L

+kFm

1__

'cos0(!+.A-H0(/-¿fc)) zoíe

В этом случае (3) не учитывается кинетическая энергия центра масс торцевыравнивателя, а вместо кинетической энергии щита в его вращательном движении относительно центра масс рассматривается кинетическая энергия щита в его вращательном движении относительно оси вращения.

Среднее усилие (F,„) сопротивления продольному перемещению бревен в пачке круглых лесоматериалов при ториевыравнивании определяем на основе величины среднего усилия, которое необходимо нормально приложить к поворотному щиту для торцевыравнивания (трение торцов о щит не учитываем):

Rcp~A,Jscp, (4)

где АоС, - работа сил, направленных на перемещение всех слоев пачки и приложенных нормально к щиту, Дж; scp- длина траектории движения точки приложения силы Rv к щиту, м.

При этом среднее усилие сопротивления продольному перемещению бревен в пачке:

F =_bt__(5)

cos(-)

где в\, 02 - начальное и конечное значение угла# .

В итоге, с использованием формулы И.П. Донского и Я.И. Виноградова для вычисления усилия торцевыравнивания любого слоя поворотным щитом, получена формула:

" С08»

|( ^2К/(1 + т)уг11.1гВп-со%в)йг)(10

со5£.(е1_02)

,(01-02)

где К - относительное число выступающих торцов бревен в слое; т - коэффициент распора; у - объемный вес древесины, т/м5; Т) - коэффициент полнодревесности пачки;/^-длина

бревен, м;И - высота вышележащего слоя бревен, м,Вп - ширина пачки, м.

Результаты решения дифференциальных уравнений для торцевырав-нивателя предложенной конструкции и классического гравитационного торцевыравнивателя при одинаковых параметрах устройств и пачек показывают, что время торцевыравнивания в классическом гравитационном торцевыравнивателе превышает время торцевыравнивания в предложенном устройстве.

В четвертом разделе описаны методика экспериментальных исследований, экспериментально-измерительный комплекс, определены параметры и условия моделирования изучаемых процессов, проведено математическое планирование эксперимента, приведены результаты лабораторных наблюдений.

Экспериментальные исследования проводились на модели гравитационного торцевыравнивателя с шарнирно соединенными горизонтальными частями Г-образных торцующих щитов, параметры которого были выбраны с учетом реальных производственных условий, в масштабе 1:10 (рис.8).

Рис. 8. Модель гравитационного торцевыравнивателя с шарнирно соединенными щитами:!-рама; 2-ролик; 3-горизонтальная часть щита; 4-грузовая балка; 5- люлька; 6- металлический стержень; 7- цилиндр; 8- вертикальная часть щита

5 2 3

Рис.9. Измерительная часть комплекса: 1- компьютер; 2- соединительные провода; 3- цифровой преобразователь (системы

М5С1210);4-рычаг;5- датчик

Использовались изготовленные в масштабе I 10 модельные бревна двух видов I) полученные делением березовых сучьев с необработанной поверхностью, 2) выточенные на токарном станке из сосновых заготовок с с гладкой поверхностью

Наблюдаемый параметр - количественный и качественный характер изменения фиксируемой величины иРт (равной /?/), где и- любое положительное число Были определены значимые факторы, влияющие на усилие торцевыравнивания масса пачки, угловая скорость вращения горизонтальной части щита, зависимая от скорости движения паик«, коэффициент трения скольжения между модельными бревнами /

Физическое моделирование процесса торцевыравнивания выполнено по критерию Фруда Подобие масс и сил определено как приближенное подобие

Фиксирование выходных данных, представляющих собой зависимость величины ирт от времени, производилось путем передачи усилия взаимодействия поворотного щита, установленный на внутренней стороне вертикальной части щита (оси вращения щитов совпадают) с торцами пачки (при опускании пачки с определенной скоростью или после рас-стопоривания щитов), которое является фактически реакцией опоры, равной иР„, измерительному комплексу

В результате математического планирования эксперимента было запланировано проведение восьми опытов Матрица планирования опытов отражена в табл 1

Таблица I

Матрица планирования опытов в явном виде и средние арнфметнче-скне значения измерений и расчетов каждого из опытов_

№ опыта Вес пачки, Н Угловая скорость вращения щита, рад/с Коэффициент трения скольжения { Среднее арифметическое

расчетное Ди/г_,Н эксперименты ь-ное^.Н

1 10 0 0 97 1,07 1,08

2 16 0 08 1,01 1,061

3 10 0,3 08 0,99 1,03

4 16 0,3 0 97 1,26 1,34

5 10 0 0,8 0,9 0,97

6 16 0 0,97 1,11 1,16

7 10 0,3 0,97 1,17 1,18

8 16 0,3 0,8 1,17 1,19

Предварительные экспериментальные исследования позволили определить число наблюдений в каждом опыте - десять Для наглядного подтверждения сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований результаты наблюдений сравнивались с результатами вы-

числений, полученных на основе результатов решений дифференциальных уравнений вида (2) (табл. 1.).

Качество торцевыравнивания круглых лесоматериалов гравитационным торцевыравнивателем приведено на рис.10...II, где показаны модельные пачки до и после обработки.

После экспериментальных исследований проводилась статистическая обработка результатов исследований с использованием стандартных методик и прикладной программы Excel. Определение доверительной вероятности при помощи коэффициента Стьюдента позволяет говорить, что при принятых доверительных интервалах, определенных как 1-процентное отклонение от среднего арифметического значения измерений, средняя доверительная вероятность опытов составляет 0,8. Полученное значение критерия Пирсона 5,981 меньше табличного 12,017, что позволяет принять гипотезу о нормальном распределении частот на 10%-ном уровне. Рассчитанное значение критерия Кохрена 0,25 меньше табличного значении 0,29 при 5%-ном уровне значимости, что позволяет принять гипотезу об однородности дисперсий. Было получено следующее уравнение регрессии процесса торцевыравнивания пачек бревен в гравитационном торцевыравнивателе:

у = 1,126375 + 0,061375*,+0,058625*,+0,063625*, +0,018625*,*2- (7) -0,00137*,*, +0,ОП375*г*,.

Проверка значимости рассчитанных коэффициентов регрессии по критерию Стьюдента позволяет учитывать их в уравнении регрессии (наблюдается превышение табличного значения равного 1,99). Проверка регрессионной модели на адекватность по критерию Фишера позволяет принять данную гипотезу, так как расчетное значение 71,87 меньше табличного 250.

В пятом разделе описаны технологические схемы выполнения торцевыравнивания пачек бревен в предложенных гравитационных торце -выравнивателях и методика расчета их производительности.

Рис. 10. Вид пачки модельных березовых бревен до торцевыравнивания

Рис. 11. Вид пачки модельных березовых бревен после торцевыравнивания

Возможно несколько вариантов использования торцевыравнивающих устройств 1)торцевыравниватель стационарно устанавливается вблизи лесонакопителей, в которых формируются пачки бревен, 2)торцевыравниватель стационарно устанавливается у фронта отгрузки круглых лесоматериалов на прирельсовых нижних складах и береговых (если производится погрузка пачек в суда) или вблизи места сброски на воду пучков на береговых складах, 3)торцевыравниватель устанавливается на портале консольно-козлового крана (по аналогии с ЛТ-106) или соединяется с порталом башенного крана При перемещении пачек предполагается использовать краны ККС-10, КБ-572, ККЛ-12,5, ЛТ-62А, ККЛ-32

Часовую производительность (Пчас) торцевыравнивателя определим по следующей формуле

П.„. =3600 К, V. /7\

(8)

где К; - коэффициент использования рабочего времени,У„ - объем обрабатываемой пачки, м3,Гч- продолжительность цикла, с

Сменную производительность оборудования будем искать по формуле

П№=Пас КгТсм К, , (9)

где Кг - коэффициент использования времени смены, Тсч- продолжительность смены, ч, К,- коэффициент уменьшения производительности за счет учета времени на изменение расстояния между вертикальными частями Г-образных щитов, < 1

Продолжительность цикла обработки одной пачки гравитационным торцевыравнивателем следующая

Т. =£>1

2 К

/„,+/„,. к

2 К

А+А.,

. 1.

'»Г, +

Ь-Л.

(10)

2 К

К Л

где К, - коэффициент совмещения операций цикла, А/ - средняя высота подъема пачки с места ее первоначального положения, м, Нз - средняя высота подъема пачки над торцевыравнивателем, м, - средняя высота подъема пачки над вагоном (или над штабелем в случае укладки обработанной пачки в штабель при работе по первому варианту), м, / - среднее

расстояние перемещения тележки крана за время от момента подъема пачки из первоначаль-

мещения тележки крана за время от момента подъема пачки из торцевыравнивателя до момента опускания ее в вагон, м, ^ - среднее расстояние перемещения крана, м, „ - скорость

подъема пачки с места ее первоначального положения, м/с, „ - скорость подъема пачки из

торцевыравнивателя, м/с, у^ - скорость опускания пачки в торцевыравниватель, м/с,„ г -скорость опускания пачки в вагон (штабель), м/с,у„ - скорость передвижения тележки, м/с, \>г - скорость передвижения крана, м/с, („ - время прицепки или захвата груза, с,<„ - время отцепки или укладки груза, с, К„р - коэффициент надежности работы торцевыравнивателя, характеризует возможность обработки пачки при ее однократном опускании,>1,1трц •

г

время торцевыравнивания, рассчитанное при помощи математической модели, с, ^ -средняя высота подъема пачки над грузовыми балками в момент, когда горизонтальные части торце-выравнивающего щита расположены к направляющим под некоторым углом (перед обработкой пачки), м, Иг" - средняя высота подъема пачки над грузовыми балками в момент, когда горизонтальные части торцевыравнивающего щита расположены параллельно направляющим (пачка обработана и плотно зажата между щитами), м, Ш, 02, Оц - доли пачек с КнР\, К„Р2 и Кирз в общем объеме обрабатываемых за смену пачек (Кир^Кщ^К^,;),!,,,^,, - время передачи всего веса пачки грузовым балкам с момента соприкосновения ее с грузовыми балками, с

В шестом разделе выполнен расчет экономической эффективности гравитационных торцевыравнивателей в условиях деятельности МУП "Кирский лесокомбинат" Чувашской республики для двух вариантов базового, К-142, и предлагаемого (табл.2)

Таблица 2

Показатели экономической эффективности гравитационных торцевы-

равнивателен

Наименование показателя Единица измерения Величина

базовый вариаит предлагаемый вариант

I Удельные эксплуатационные затраты руб/м3 36,7 35,1

2 Удельные капитальные вложения руб/м! 163,7 162,7

3 Приведенные затраты руб/м5 61,3 59,5

4 Возможный прирост прибыли за счет эксплуатационных затрат руб - 11793

5 Годовой экономический эффект руб - 12971,1

6 Комплексная выработка рабочего м3/ чел -дн 37,5

7 Рост производительности труда % - 108

8 Срок окупаемости дополнительных капиталовложений год - 0,3

Экономическое обоснование устройства включает в себя повариантное определение технико-экономических показателей использования оборудования, расчет трудозатрат и средств на оплату труда основных и вспомогательных рабочих, амортизационных отчислений, потребности и стоимости электроэнергии, затрат на техническое обслуживание и ремонт и калькулирование себестоимости содержания оборудования

Технико-экономическими расчетами доказано, что применение предлагаемого торцевыравнивателя эффективнее торцевыравнивателя типа К-142

Основные выводы и рекомендации

В результате выполненных исследований решена задача обоснования конструкции и параметров гравитационного торцевыравнивателя пачек круглых лесоматериалов Исследования позволили сформулировать следующие выводы

1 Предложенный гравитационный торцевыравниватель пачек круглых лесоматериалов с шарнирно соединенными торцующими щитами обладает патентной чистотой, ему характерна научная новизна

2 Разработана математическая модель процесса торцевыравнивания пачек бревен в гравитационных торцевыравнивателях, позволяющая определить ускорение движения пачки и угловое ускорение щитов, а на их основе — усилия торцевыравнивания на щитах в любой момент времени Использование данной модели способствует повышению точности расчетов при определении весо-габаритных параметров торцевыравнивателей

3 Полученная зависимость для определения средней величины усилия сопротивления продольному перемещению бревен, которое необходимо преодолеть при торцевыравнивании пачек бревен, обеспечивает наибольшую точность выполнения расчетов, позволяющих отследить процесс торцевыравнивания в динамике

4 Теоретические исследования показали, что применение гравитационных торцевыравнивателей пачек круглых лесоматериалов с шарнирно соединенными торцующими щитами позволяет более эффективно выполнять торцевыравнивание пачек на нижних лесопромышленных складах по сравнению с классическими гравитационными торцевыравнивателями типаК-142

5 Экспериментальные исследования процесса торцевыравнивания пачек бревен на модели торцевыравнивателя с шарнирно соединенными торцующими щитами подтвердили достоверность результатов вычислений изменения усилий, создаваемых на щитах, полученных при использовании математической модели Расхождение расчетных и экспериментальных данных не превысило 8%

6 Приведенные технологические схемы организации работ на участках штабелевки и отгрузки круглых лесоматериалов на нижних лесопромышленных складах с использованием гравитационных торцевыравнивателей могут быть внедрены в производство в зависимости от конкретных производственных условий Определение производительности установок при сравнительном расчете экономической эффективности применения гравитационных торцевыравнивателей согласно предложенной методике позволяет при заданных условиях учесть количество опусканий пачек в устройства

7 Сравнительный расчет экономической эффективности применения гравитационных торцевыравнивателей с шарнирно соединенными торцующими щитами и классических гравитационных торцевыравнивателей в условиях МУП "Кирский лесокомбинат" Чувашской республики (объем работ 7302 м3) показал, что при использовании первых удельные эксплуатационные затраты уменьшаются на 4,4%, приведенные - на 3%, а комплексная выработка возрастает на 8% Имеется прирост прибыли за счет эксплуатационных затрат 11793 р, годовой экономический эффект от внедрения проекта составляет 12971 р, а срок окупаемости дополнительных капиталовложений 1 год, что значительно ниже нормативного 7 лет

8 Результаты исследований внедрены в ЗАО "Совместное предприятие "Бива" Красноярского края Кроме того их запланировано использовать МУП "Кирский лесокомбинат" Чувашской республики при дальнейшей реконструкции нижнего лесопромышленного склада

Рекомендации

1 Гравитационные торцевыравниватели пачек круглых лесоматериалов с шарнирно соединенными торцующими щитами рекомендуются для применения на нижних лесопромышленных складах

2 При проектировании гравитационных торцевыравнивателей пачек бревен рекомендуется использование полученной математической модели процесса торцевыравнивания

3 Расчет производительности гравитационных торцевыравнивателей рекомендуется производить по изложенной методике (10) при определении эффективности их применения

Основные публикации по теме диссертации:

1 Патент 2258660 Россия МПК В 65G 69/00, 57/18 Устройство для выравнивания торцов бревен /Царев Е М, Волдаев М Н (РФ) - Заявл 10 02 2004, опубл 20 08 2005; Бюл №23

2 Патент 2294887 Россия МПК В 65G 69/00, 57/18 Устройство для выравнивания торцов пачек (пучков) круглых лесоматериалов в карманах-лесонакопителях /Волдаев МН (РФ) - Заявл 13 05 2005, опубл 10 03 2007, Бюл №7

3 Патент 2294888 Россия МПК В 65G 69/00, 57/18 Устройство для выравнивания торцов пачек (пучков) круглых лесоматериалов /Царев Е М., ВолдаевМН (РФ) -Заявл 09 06 2005, опубл 1003 2007,Бюл №7

4 Патент 2303566 Россия МПК В 65G 69/00, 57/18 Устройство для выравнивания торцов пачек (пучков) круглых лесоматериалов /Волдаев М Н .Царев Е М (РФ) - Заявл 06 02 2006, опубл 27 07 2007, Бюл №21

5 Волдаев, М Н К вопросу совершенствования торцевыравнивателей пачек круглых лесоматериалов /МН Волдаев //Известия Санкт-

Петербургской лесотехнической академии Сб докл молодых ученых на ежегод науч конф Санкт-Петербургской лесотехнической академии -

2006 -Вып II - С 72-77

6 Волдаев, М Н Математическое и физическое моделирование процесса выравнивания торцов пакетов круглых лесоматериалов гравитационными торцевыравнивателями/М Н Волдаев, Е А Журавлев, Е М Царев //Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии -

2007 - Вып 180-С 110-117

7 Царев, Е М Расчет усилия сопротивления продольному перемещению бревен в пачке при торцевыравнивании поворотными щита-ми/Е М Царев, М Н Волдаев //Вестник МарГТУ Серия "Лес Экология Природопользование" - 2008 - № 1 - С 65-69

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д 212 115 02 или прислать Ваш отзыв на автореферат в 2 экз с заверенными гербовой печатью подписями по адресу 424000, Республика Марий Эл, г Йошкар-Ола, пл Ленина, 3, МарГТУ, ученому секретарю Факс (8362)41-08-72 Тел 41-72-68, 68-68-05

Бумага офсетная Печать офсетная Уел п л 1,0 Тираж ЮОэкз Заказ № 3916

Отпечатано в редакционно-издательском центре Марийского государственного технического университета 424006 Йошкар-Ола, ул Панфилова, 17

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Анализ развития вопроса

1.2. Обзор и анализ классификаций торцевыравнивателей пачек круглых лесоматериалов

1.3. Обзор торцевыравнивающих устройств, используемых на предприятиях лесопромышленного комплекса

1.4. Анализ теоретических исследований процесса торцевыравнивания пачек круглых лесоматериалов

1.5.Выводы

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ТОРЦЕВЫ-РАВНИВАНИЯ ПАЧЕК КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ

2.1. Разработка гравитационно-силовых и гравитационных торцевыравнивателей пачек бревен

2.2. Разработка силового торцевыравнивателя пачек бревен 39 2.3 Обоснование выбора торцевыравнивателя пачек круглых лесоматериалов

2.4. Выводы

3.ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТОРЦЕ-ВЫРАВНИВАНИЯ ПАЧЕК КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ ГРАВИТАЦИОННЫМИ ТОРЦЕВЫРАВНИВАТЕЛЯМИ

3.1. Теоретическое исследование процесса торцевыравнивания пачек круглых лесоматериалов гравитационными торцевыравни-вателями с шарнирно соединенными торцующими щитами

3.2. Теоретическое исследование процесса торцевыравнивания пачек круглых лесоматериалов классическими гравитационными торцевыравнивателями

3.3. Определение среднего преодолеваемого усилия сопротивления продольному перемещению бревен в пачке круглых лесоматериалов при торцевыравнивании

3.4.Сравнение результатов решения дифференциальных уравнений

3.5. Выводы

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ТОРЦЕВЫРАВНИВАНИЯ ПАЧЕК КРУГЛЫХ ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ ГРАВИТАЦИОННЫМ ТОРЦЕВЫРАВНИВА-ТЕЛЕМ С ШАРНИРНО СОЕДИНЕННЫМИ ТОРЦУЮЩИМИ ЩИТАМИ

4.1. Задачи экспериментальных исследований и описание экспериментально-измерительного комплекса

4.2. Определение параметров и условий моделирования изучаемых процессов. Математическое планирование эксперимента

4.3. Методика проведения экспериментальных исследований и учета результатов измерений

4.4. Предварительные экспериментальные исследования

4.5.Проведение экспериментальных исследований. Анализ полученных результатов

4.6. Выводы

5. ТЕХНОЛОГИЯ РАБОТЫ УЧАСТКОВ ЛЕСНЫХ СКЛАДОВ, ОБОРУДОВАННЫХ ГРАВИТАЦИОННЫМИ ТОРЦЕВЫРАВ-НИВАТЕЛЯМИ

5.1 Технология работы участков лесных складов, оборудованных гравитационными торцевыравнивателями, и схемы их размещения на нижних лесопромышленных складах

5.2. Определение производительности гравитационных торцевыравни-вателей

5.3. Выводы

6. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГРАВИ

ТАЦИОННОГО ТОРЦЕВЫРАВНИВАТЕЛЯ С ШАРНИРНО СОЕДИНЕННЫМИ ЩИТАМИ

6.1. Анализ сравниваемых вариантов на сопоставимость

6.2.Технологический процесс и организация производства

6.3.Расчёт технико-экономических показателей использования оборудования и машин.

6.4.Расчёт трудозатрат и средств на оплату труда основных рабочих.

6.5. Расчёт трудозатрат и средств на оплату труда вспомогательных рабочих

6.6.Расчет амортизационных отчислений.

6.7. Расчёт потребности в электроэнергии

6.8. Расчёт затрат на техническое обслуживание и ремонт

6.9.Калькулирование себестоимости содержания машин и оборудования

6.10.Расчёт эксплуатационных затрат

6.11. Расчёт показателей экономической эффективности предлагаемого торцевыравнивателя

6.12. Вывод - 139 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 140 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 143 ПРИЛОЖЕНИЯ

Актуальность темы. В настоящее время основной задачей в решении проблемы повышения конкурентоспособности лесной промышленности России является разработка и освоение технологических процессов на базе полной машинизации и механизации основного и подготовительно-вспомогательных производств. К перспективным направлениям развития лесной отрасли относится дальнейшее развитие существующих и создание новых вертикально интегрированных структур, в состав которых наряду с подразделениями, осуществляющими заготовку древесины, входят лесные склады, на которых производится первичная переработка, отгрузка потребителям древесины или ее перевалка с одного вида транспорта на другой, и предприятия с глубокой переработкой древесины, также включающие в себя лесные склады.

На лесных складах выполняется значительный объем работ по формированию пачек бревен и их перемещению в процессе отгрузки потребителям или другим предприятиям структур.

Выравнивание торцов пачек бревен при их формировании является вспомогательной операцией, выполняемой на лесных складах, и позволяет максимально использовать грузоподъемность транспортных средств, что приводит к снижению расходов на содержание подвижного состава железнодорожного транспорта и судов. Механизация этой операции, выполнение которой вручную связано со значительными физическими и материальными затратами, способствует сокращению времени под погрузку вагонов и судов, а также росту производительности труда на лесном складе в целом. Разработанные ранее конструкции механизмов, предназначенные для выполнения торцевыравнивания пачек бревен, имеют ряд существенных недостатков и в настоящее время практически не выпускаются. В связи с этим необходимость создания простого и надежного устройства для выравнивания торцов пачек круглых лесоматериалов является актуальной проблемой, представляющей научный и практический интерес.

Одним из перспективных направлений работы в данном аспекте является совершенствование торцевыравнивателей пачек круглых лесоматериалов, в которых используются гравитационные силы, на основе обоснования новых конструктивных элементов и параметров устройств.

Цель работы состоит в обосновании конструкции и параметров гравитационных торцевыравнивателей пачек бревен.

Задачи исследований заключаются в обосновании конструкции усовершенствованного торцевыравнивателя пачек бревен, в котором используются гравитационные силы; разработке математической модели процесса торцевыравнивания торцевыравнивателями, в которых используются гравитационные силы, позволяющей отследить процесс в динамике, и применительно к ней методики расчета усилия сопротивления продольному перемещению бревен в пачке; изготовлении модели предложенного торцевыравнивателя и проведении экспериментального исследования процесса торцевыравнивания пачек бревен в модели; описании технологических схем выполнения торцевыравнивания пачек бревен в предложенных торцевыравнивате-лях и методики расчета их производительности; оценке экономической эффективности использования предложенного торцевыравнивателя.

Объект и предмет исследований. Объектом исследования является процесс выравнивания торцов пачек круглых лесоматериалов. Предметом исследования является конструкция гравитационного торцевыравнивателя пачек круглых лесоматериалов и его параметры.

Методы исследования. В процессе проведения исследований были использованы теоретические и экспериментальные методы. Теоретические исследования основывались на использовании уравнений динамики, методов математического и физического моделирования, математической статистики.

Экспериментальные исследования проводились на модели торцевыравнивателя с учетом положений теории и практики моделирования подобных объектов.

Для численной реализации математической модели и обработки экспериментальных данных использованы методы математической статистики, теории планирования эксперимента, пакет Mathcad.

Научная новизна работы заключается в:

-получении математической модели процесса торцевыравнивания пачек бревен в гравитационных торцевыравнивателях, отличающейся возможностью получения на основе одновременного учета всех участвующих в процессе сил, действующих как со стороны пачки, так и на пачку, временных характеристик физических величин, определяющих соотношения данных сил в динамике;

- разработке методики расчёта среднего преодолеваемого усилия сопротивления продольному перемещению бревен в процессе торцевыравнивания поворотными щитами, отличающегося учетом динамичности данного усилия;

- разработке методики расчёта времени цикла обработки пачки бревен гравитационными торцевыравнивателями, отличающегося учетом количества опусканий в торцевыравниватель пачек с различными усилиями сопротивления продольному перемещению бревен;

- разработке новой конструкции гравитационного торцевыравнивателя пачек круглых лесоматериалов, отличающейся шарнирным соединением Г-образных торцующих щитов, обуславливающим увеличение усилий на щитах.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Математическая модель процесса торцевыравнивания в гравитационных торцевыравнивателях, позволяющая определить ускорение торце-выравнивающих щитов.

2. Методики расчета технических и технологических параметров гравитационного торцевыравнивателя пачек бревен.

3 Результаты экспериментальных исследований процесса торцевыравнивания пачек бревен в гравитационных торцевыравнивателях в виде регрессионного уравнения, характеризующего зависимость изменения усилия на щите от массы пачки, угловой скорости вращения щита, коэффициента трения скольжения между модельными бревнами.

4. Конструкция гравитационного торцевыравнивателя пачек бревен по патенту №2303566.

Научная и практическая значимость. Разработанное торцевыравни-вающее устройство гравитационного типа позволяет с большей эффективностью реализовывать принцип торцевыравнивания пачек бревен за счет собственного веса пачки по сравнению с существующими устройствами такого же типа на лесопромышленных предприятиях.

Разработанная математическая модель дополняет теоретические исследования процесса торцевыравнивания и является действенным инструментом при проектировании и изготовлении гравитационных торцевыравнивателей в производственных условиях.

Применение выражений для определения времени цикла обработки пачки гравитационными торцевыравнивателями, которые могут использоваться как при наличии опытных данных, так и при их отсутствии, в расчете экономической эффективности торцевыравнивателей способствует повышению качества данного расчета.

Достоверность результатов исследований. Основывается на достаточном объеме теоретических и экспериментальных исследований с применением методов математического моделирования и статистической обработки с использованием ПЭВМ. Выводы, изложенные в работе, обоснованы теоретически и отражают физическую сущность рассматриваемых процессов. Расчетные величины исследуемого параметра совпадают с опытными с точностью, допустимой отраслевыми нормами.

Личное участие автора в получении результатов. Диссертация является результатом исследований, выполненных при участии автора, который обосновал тему, определил цели и задачи исследований, разработал методики определения средней величины усилия сопротивления продольному перемещению бревен, которое необходимо преодолеть при торцевыравнивании пачек бревен и расчета производительности торцевыравнивателя, активно участвовал в разработке математической модели процесса торцевыравнивания в гравитационных торцевыравнивателях.

Все работы по физическому моделированию, изготовлению экспериментального комплекса, проведению экспериментов, обработке материалов, анализу и обобщению результатов исследований произведены автором лично.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований внедрены в ЗАО "Совместное предприятие "Бива" Красноярского края. Кроме того, их запланировано использовать МУП "Кирский лесокомбинат" Чувашской республики при дальнейшей реконструкции нижнего лесопромышленного склада.

Апробация работы. Результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на научных конференциях профессоско-преподавательского состава, докторантов, аспирантов и сотрудников Мар-ГТУ (Йошкар-Ола, 2005-2007 гг.), на ежегоднодной научной конференции Санкт-Петербургской лесотехнической академии в 2006 г.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 7 работах объемом 2.425 п.л., из них 5 в соавторстве, авторский вклад составил более 50 %. В центральной печати, рекомендуемой ВАК России, опубликовано 2 статьи (0,8 п.л.), авторский вклад - 80 %. Получены 4 патента Российской Федерации на изобретения (1 п.л.), авторский вклад - 65 %. В печатных изданиях МарГТУ опубликована 1 статья ( 0,625 п.л.), авторский вклад - 80 %.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложений. Работа объемом 217 стр. включает 47 иллюстраций, 37 таблиц, список использованных источников из 73 наименований и 13 приложений на 66 страницах. Объем основной части без приложений составляет 150 стр.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

В результате выполненных исследований решена задача обоснования конструкции и параметров гравитационного торцевыравнивателя пачек круглых лесоматериалов. Исследования позволили сформулировать следующие выводы:

1. Совершенствование менее материало- и энергоемких по сравнению с другими гравитационных торцевыравнивателей пачек круглых лесоматериалов является одним из перспективных направлений работы в плане механизации торцевыравнивания. Данный вывод сделан на основе анализа проведенных ранее исследований торцевыравнивания пачек круглых лесоматериалов.

2. Предложенный гравитационный торцевыравниватель пачек круглых лесоматериалов с шарнирно соединенными торцующими щитами обладает патентной чистотой, ему характерна мировая новизна.

3. Разработана математическая модель процесса торцевыравнивания в гравитационных торцевыравнивателях, позволяющей определить ускорение движения пачки и угловое ускорение щитов, а на их основе - усилия на щитах в любой момент времени. Использование данной модели способствует повышению точности расчетов при определении весо-габаритных параметров торцевыравнивателей.

4. Полученная зависимость для определения средней величины усилия сопротивления продольному перемещению бревен, которое необходимо преодолеть при торцевыравнивании пачек бревен, обеспечивает наибольшую точность выполнения расчетов, позволяющих отследить процесс торцевыравнивания в динамике.

5. Теоретические исследования показали, что применение гравитационных торцевыравнивателей пачек круглых лесоматериалов с шарнирно соединенными торцующими щитами позволяет более эффективно выполнять торцевыравнивание пачек на нижних лесопромышленных складах по сравнению с классическими гравитационными торцевыравнивателями (типаК-142).

6. Экспериментальные исследования процесса торцевыравнивания пачек бревен в модели торцевыравнивателя с шарнирно соединенными торцующими щитами подтвердили достоверность результатов вычислений изменения усилий, создаваемых на щитах, полученных при использовании математической модели. Расхождение расчетных и экспериментальных данных не превысило 8%.

7. Приведенные схемы организации работ на участках штабелевки и отгрузки круглых лесоматериалов нижних лесопромышленных складов с использованием гравитационных торцевыравнивателей могут быть внедрены в зависимости от конкретных производственных условий. Определение производительности установок при сравнительном расчете экономической эффективности применения гравитационных торцевыравнивателей согласно предложенной методике позволило при заданных условиях учесть незначительную разницу, обусловленную техническими возможностями устройств.

8. Сравнительный расчет экономической эффективности применения гравитационных торцевыравнивателей с шарнирно соединенными торцующими щитами и классических гравитационных торцевыравнивателей показал, что при использовании первых удельные эксплуатационные затраты уменьшаются на 4,4%, приведенные - на 3%, а комплексная выработка возрастает на 8%. Имеется прирост прибыли за счет эксплуатационных затрат, годовой экономический эффект от внедрения проекта, а срок окупаемости дополнительных капиталовложений значительно ниже нормативного (7 лет).

9. Результаты исследований внедрены в ЗАО "Совместное предприятие "Бива" Красноярского края. Кроме того их запланировано использовать МУП "Кирский лесокомбинат" Чувашской республики при дальнейшей реконструкции нижнего лесопромышленного склада.

10. Следует отметить, что проведенное исследование нельзя назвать завершающим в исследовании торцевыравнивания пачек круглых лесоматериалов и в частности торцевыравнивания в гравитационных установках. Дальнейшую работу возможно проводить как в плане совершенствования математического описания процесса, так и в плане совершенствования конструкции устройств. Исследования в первом направлении, как решение вопросов, наметившихся в ходе выполнения данной работы, могут быть связаны с изучением изменения части массы пачки, действующей на горизонтальные части щитов, и изучением изменения перекосов в пачке в процессе торцевыравнивания. Дальнейшее совершенствование конструкции гравитационных установок и технологии их работы может быть осуществлено за счет замены горизонтальных направляющих наклонными и фиксации щитов после торцевыравнивания в тот момент, когда пачка еще не поднята, с последующим поднятием ее при расположенных в строго вертикальном положении вертикальных частях щитов.

Рекомендации.

1. Гравитационные торцевыравниватели пачек круглых лесоматериалов с шарнирно соединенными торцующими щитами рекомендуются для применения на нижних лесопромышленных складах.

2. При проектировании гравитационных торцевыравнивателей пачек бревен рекомендуется использование полученной математической модели процесса торцевыравнивания.

3. Расчет производительности торцевыравнивателей при определении эффективности их применения рекомендуется производить по изложенной методике.

1. А.с. 1183436 СССР МКИ В 65G 57/18. Устройство для выравнивания торцов пакета лесоматериалов/А.С. Фадеев, М.И. Кошкин, M.B. Щенов, В.И. Фадеева (СССР). №3568685/27-11; Заяв. 1983; опубл. 1985. -Бюл. №37.

2. А.с. 1456335 СССР МКИ В 65G 57/18, 69/00. Устройство для выравнивания торцов пакетов лесоматериалов/А.С. Фадеев (СССР). -№4134877/29-11; Заяв. 1986; опубл. 1989. Бюл. №5.

3. А.с. 361953 СССР МКИ В 65g 57/00, 57/14. Устройство для формирования пакета бревен/И.Д. Рыбалко (СССР). №1621447/29-33; Заяв. 1971; опубл. 1973. - Бюл.№2.

4. А.с. 414162 СССР МКИ В 65g 47/14, 57/00. Устройство для ориентирования и торцевания бревен/H.M. Кариков, Л.Г.' Еговцев (СССР). №1803874/29-33; Заяв. 1972; опубл. 1974. -Бюл.№5.

5. А.с. 424784 СССР МКИ В 65G 47/00. Устройство для выравнивания торцов бревен/Д.И. Николенко (СССР). №176293/29-33; Заяв. 1972; опубл. 1975.-Бюл.,№26.

6. А.с. 444717 СССР МКИ В 65g 65/28. Устройство для формирования пакетов длинномерных грузов/А.П. Мазуренко (СССР). №1840770/2933; Заяв. 1972; опубл. 1974. - Бюл.№36.

7. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий/ Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский.- 2-е изд., перераб. и доп. М.:Наука, 1976. - 279 с.

8. Аксянов, А.А. Исследование факторов, влияющих на качество пачек, формируемых в накопителе при продольной сортировке бревен: дис. .канд.техн.наук: 05.420 : защищена 1972/ Аксянов Алям Абдулович. -Йошкар-Ола: МарПИ, 1972. 208с.

9. Алабужев, П.М. Теория подобия и размерностей. Моделирование: Учебное пособие для втузов / П.М. Алабужев, В.Б. Геронимус, Л.М. Минкевич, Б.А. Шеховцов. М.: Высш. Школа, 1968. - 206 с.

10. Богатин, Ю.В. Оценка эффективности бизнеса и инвестиций: Учебное пособие для вузов / Ю.В. Богатин, В.А. Швандар. М.: Финансы, ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 254 с.

11. Н.Борисов, М. В. Торцеватель ЛВ-169 / М. В. Борисов, В.В. Мишин // Лесоэксплуатация и лесосплав: Научн.-техн. реф. сб./ ВНИПИЭИлеспром. 1981. - №5. - С. 8

12. Борисов, М.В. Исследование влияния вибраций на снижение усилий выравнивания торцев пучков / М.В. Борисов // Изв. вузов. Лесн. журн. -1969. №5.-С

13. Борисов, М.В. Перевозка леса в судах/ М.В. Борисов М.: Лесн. пром-сть, 1971.- 136 с.

14. Варакса, Н.Е. Анализ и классификация торцевыравнивателей бревен / Н.Е. Варакса, Н.Ф. Курапцев // Лесоэксплуатация и лесосплав: Научн.-техн. реф. сб./ ВНИПИЭИлеспром. 1971. - Вып.28. - С. 18-19.

15. Варакса, Н.Е. Торцеватель бревен с поворотными щитами / Н.Е. Варакса, В.П. Смелягин // Лесоэксплуатация и лесосплав: Научн.-техн. реф. сб./ ./ ВНИПИЭИлеспром. 1971. - Вып.35. - С. 8-9.

16. Васильев, Г.М. Нижний склад: перспективы механизации/ Г.М. Васильев// Лесная промышленность — 1984. №4. - С.8-9.

17. Водный транспорт леса: справочник/ Под. Ред. В.И. Патякина. М.: Лесн. Пром-сть, 1973. - 404 с.

18. Войтко, П.Ф. Совершенствование процессов выгрузки лесоматериалов с воды и их торцевания на рейдах приплава: автореф. дис. .докт.техн.наук: 05.21.01/ Войтко Петр Филиппович. -МарГТУ, 2005. -24с.

19. Войтко, П.Ф. Математические модели формирования лесных грузов гравитационными торцевыравнивателями / П.Ф. Войтко// Изв. вузов. Лесн. журн. 2003. - №4. - С.56-65.

20. Войтко, П.Ф. Математическая модель процессов формирования пачки лесных грузов / П.Ф. Войтко// Изв. вузов. Лесн. журн. 2004. - №4. -С.45-52.

21. Гернет, М.М. Курс теоретической механики: учебник для вузов/ М.М. Гернет. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. школа, 1973. — 464 с.

22. Гоберман, В.А. Технология научных исследований методы, модели, оценки: Учебное пособие/ В.А. Гоберман, Л.А. Гоберман. - 2-е изд., стереотип. - М.:МГУЛ, 2002. - 390 с.

23. Гончаренко, Н.Т. Исследование торцевыравнивателя лесоперегрузочного крана ЛПК-5/ Гончаренко Н.Т// Труды/ ЦНИИМЭ. 1964.-Вып.58.- С.45-51.

24. Гухман, А.А. Введение в теорию подобия: Учебное пособие для втузов/ А.А. Гухман. 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. школа, 1973. - 296 с.

25. Донской, И.П. Усилия выравнивания торцов пакетов бревен /И.П. Донской, Я.И. Виноградов //Лесосечные, лесоскладские работы и транспорт леса. Межвуз. сб. научн. тр. Л., РИО ЛТА, 1974. - Вып. III. - С.84-89.

26. Жарков, Н.И. Технология и механизация выравнивания торцов пачек круглых лесоматериалов: : дис. .канд.техн.наук: 05.420 : защищена 15.12.87/ Жарков Николай Иванович. Минск: БТИ, 1987.-224с.

27. Жарков, Н.И. Технология и механизация выравнивания торцов пачек круглых лесоматериалов: : автореф. дис. .канд.техн.наук: 05.420/Н.И Жарков, Минск: БТИ, 1987.-17с.

28. Захаренков, Ф.Е. Теоретические основы комплексной механизации работ на береговых складах: автореф. дис. .д-ра.техн.наук: 05.21.01/ Ф.Е. Захаренков. Л.: ЛТА, 1981. - 38 с.

29. Игутов, В.Е. Выбор типа торцевыравнивающих устройств / В.Е. Игутов // Лесоэксплуатация и лесосплав: Научн.-техн. реф. сб./ ВНИПИЭИлеспром. 1972. - №24. - С. 13-14.

30. Кандауров, И.И. Механика зернистых сре и ее применение в строительстве/И.И. Кандауров. JL: Стройиздат, 1988. - 280 с.

31. Кожанов, Д.И. Исследование процессов торцовки и переплотки пучков/ Д.И. Кожанов// Труды/ ВКФ ЦНИИЛесосплава. 1959.- Вып. V. -С.95.

32. Козлов, А.В. Исследование влияния вибрации на формирование пачек круглых лесоматериалов: автореф. дис. .канд.техн.наук: 05.420/ А.В. Козлов. Йошкар-Ола, 1971. - 25с.

33. Козлов, А.В. Торцевание пачек круглых лесоматериалов в условиях вибрации / А.В. Козлов // Лесоэксплуатация и лесосплав: Научн.-техн. реф. сб./ ВНИПИЭИлеспром. 1971. - №10. - С. 10.

34. Коротков, А.И. Гравитационные торцевыравниватели для лесных складов Дальнего Востока/ А.И. Коротков // Пути совершенствования технологии и организации лесозаготовк в условиях Дальнего Востока. Труды / ЦНИИМЭ. Химки, 1980. - С.86-90.

35. Кудрявцев, Е.М. Mathcad 2000 Pro/ Е.М. Кудрявцев. М.:ДМК Пресс,2001.-576с.

36. Лебедь, С.С. Теортеические основы исследования процессов формирования круглых лесоматериалов / С.С. Лебедь //Технология и оборудование заготовки и переработки древесины: Респ.межвед.сб.науч.тр. Минск, 1988.-Вып.З.-С.19-30.

37. Лебедь, С.С. Торцевыравнивающая установка ТГС-10/ С.С. Лебедь. Н.И.Жарков, В. А. Барбарчик//Механизация лесоразработок и транспорт леса: Респ.межвед.сб.- Минск, "Вышэйшая школа", 1985.-Вып.15.-С.54-57.

38. Львовский, Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул: Учебное пособие/Львовский Е.Н. М.: Высш. школа, 1982. -224 с.

39. Мерзляков, Ж.Д. Гидромеханический торцевыравниватель сортиментов / Ж.Д. Мерзляков // Лесоэксплуатация и лесосплав: Научн.-техн. реф. сб./ ВНИПИЭИлеспром. 1978. - Вып.23. - С. 6-7

40. Меркуров, П.А. Выравнивание торцов пучка леса при зимней сплотке/ П.А. Меркуров // Лесоэксплуатация и лесосплав: Научн.-техн. реф. сб./ ВНИПИЭИлеспром. 1971. - №.19. - С.15.

41. Николенко, Д.И. К вопросу о торцевании круглого леса в процессе перегрузки/ Д.И. Николенко//Сб. науч. тр./ Одес. ин-т. инж. морского флота. М.: ЦРИА "Морфлот", 1979. -Вып.12. - С.97-100.

42. Николенко, Д.И. Торцовка круглого леса/ Д.И. Николенко. — Белгород-Днестровский морской порт, 1974. 25 с.

43. Отраслевая инструкция определения экономической эффективности новой техники в лесозаготовительной промышленности/ Под. рук. Н.А. Бурдина. М.: Лесн. Пром-сть, 1975. — 288 с.

44. Патент 2258660 Россия. МПК В 65G 69/00, 57/18. Устройство для выравнивания торцов бревен /Царев Е.М., Волдаев М.Н. (РФ). Заявл. 10.02.2004; опубл. 20.08.2005; Бюл.№23.

45. Патент 2294887 Россия. МПК В 65G 69/00, 57/18. Устройство для выравнивания торцов пачек (пучков) круглых лесоматериалов в карманах-лесонакопителях /Волдаев М.Н. (РФ). Заявл. 13.05.2005; опубл. 10.03.2007; Бюл.№7.

46. Патент 2294888 Россия. МПК В 65G 69/00, 57/18. Устройство для выравнивания торцов пачек (пучков) круглых лесоматериалов /Царев Е.М., Волдаев М.Н. (РФ). Заявл. 09.06.2005; опубл. 10.03.2007; Бюл.№7.

47. Патент 2303566 Россия. МПК В 65G 69/00, 57/18. Устройство для выравнивания торцов пачек (пучков) круглых лесоматериалов /Волдаев М.Н.,Царев Е.М. (РФ). Заявл. 06.02.2006; опубл. 27.07.2007; Бюл.№21.

48. Перевалов, В.М. Торцевыравнивающая установка в осинском лесопромхозе / В.М. Перевалов, И.П. Клодчик, В.М. Пугацевич //

49. Лесоэксплуатация и лесосплав: Научн.-техн. реф. сб./ ВНИПИЭИлеспром. 1980. -№11.-С. 7.

50. Петрова, Т.А. Применение грейферных захватов на погрузке железнодорожных вагонов / Т.А. Петрова // Лесоэксплуатация и лесосплав: Научн.-техн. реф. сб./ ВНИПИЭИлеспром. — 1978. Вып.6. - С. 7-8

51. Пижурин, А.А. Основы научных исследований в деревообработке: учебник для вузов/ А.А. Пижурин, А.А. Пижурин. М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005.-305 с.

52. Редышн, А.К. Математическое моделирование и оптимизация технологий лесозаготовок: учебник для вузов/ А.К. Редькин, С.Б. Якимович.- М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005.-504с.

53. Реутов, Ю.М. Расчеты пучков (пакетов) круглых лесоматериалов/ Ю.М. Реутов. -М.: Лесн. пром-сть, 1975. 152 с.

54. Самойленко, Д.В. Повышение экологической безопасности технологий освоения водных объектов на основе вездеходной технологии: дис. .канд.техн.наук: 03.00.16: защищена 15.12.2005 / Самойленко Дмитрий Валерьевич. Йошкар-Ола:МарГТУ,2005.-144с.

55. Свиридюк, К.А. Аналитические исследования процесса выравнивания торцев бревен в установках гравитационного типа/ К.А. Свиридюк // Вопросы механизации и организации лесозаготовительного производства. Труды / ЦНИИМЭ. -1975.- Вып.143.- С.122-129.

56. Свиридюк, К.А. Исследование процесса выравнивания торцов бревен устройствами гравитационного действия и влияния этих устройств на конструкцию крана: автореф. дис. .канд.техн.наук: 05.06.02/ К.А. Свиридюк. Львов: ЛЛТИ, 1977. - 24с.

57. Соромотин, И.И. Лесные грузы (подготовка, учет, погрузка)/ И.И. Соромотин. М.: Лесн. пром-сть, 1980. - 112 с.

58. Таубер, Б. А. Пути совершенствования подъемно-транспортных операций / Б.А. Таубер// Лесная промышленность — 1984. №4. - С.6-7.

59. Труфанов, А.А. Выбор сечения обвязок сплавных пучков бревен/ А.А. Труфанов // Лесная промышленность 1950. - №8. - С.9.

60. Фаворин, М.В. Моменты инерции тел: Справочник/ Фаворин М.В. М.: Машиностроение, 1970. - 312 с.

61. Фадеев, А.С. Обоснование параметров гравитационного торцевыравнивателя с поворотными щитами для формирования пачек круглых лесоматериалов: дис. .канд.техн.наук: 05.21.01: защищена 27.06.99/ Фадеев Анатолий Степанович. Йошкар-Ола: МарГТУ, 1999. - 249с.

62. Филашов, В.М. К расчету накопителей и торцевыравнивателей бревен/ В.М. Филашов// Изв. вузов. Лесн. журн. 1972. - №3. - С.19.

63. Царев, Е.М. Расчет усилия сопротивления продольному перемещению бревен в пачке при торцевыравнивании поворотными щитами/Е.М. Царев, М.Н. Волдаев //Вестник МарГТУ. Серия "Лес. Экология. Природопользование". 2008. - № 1.- С.65-69.

64. Щербаков, В.А. Лесосплавные рейды/ В.А. Щербаков. М.: Лесн. пром-сть, 1979.-248 с.

65. Sharapov V., Sarwar I. The Electromechanical Feed-Baclc in Piezoceramic Sensors and Transducers // IEEE International Ultrasonics Symposium, 1998. Sendai, Japan

66. Георгиева, M. Гравитационен уравнител за дървен трупи с дълщина 4 метра. Библ. На ОР на НТС по транспорта/ М. Георгиева. Бургас, 1975.-С.12.