автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование параметров модульных рабочих органов лесозаготовительных машин на начальных стадиях проектирования

Санкт-Петербургская лесотехническая академия'

РГ ь ОН—-

• 1 и На правах рукописи

МАЗ'/РЯШ Петр Матвеевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МОДУЛЬНЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ЖОЗАГОТОВтШШ. ишин НА НАЧАЯЬШ СТАДИЯХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

05.21.01 Технологи» и мватк лесного хозяйства и лесозаготовок

Автореферат диссертация на сояскаяке ученой степени докторе технических наук

Оаикт-йвтербург - 1995

Работа -^¡полнена в Марийском политехническом институте

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАЕН

Доктор технических наук, профессор

Доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАЕН

И.М.Бартенев

A.В.Куков

B. Н.Меньшиков

Ведущая организация - Центральный научно-исследовательский и проектнс-конструкгорский институт механизации и энергетики лесной промышленности (ЦНИШЭ)

Защита диссертации состоится " 2£>" Сс</ъео\ 1995 г. в // часов на заседании Специализированного Совета Д 063.50.01 при Санкт-Петербургской лесотехнической академии имени С.М. Кирова (194016, Санкт-Петербург,' Институтский пер.,5, главное здание, зал заседаний).

С диссертацией иожнс ознакомиться в библиотеке академии. Автореферат разослан " /3 " 1995 г.

Ученый секретарь Специализированного совета

Анисимов Г.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБСЯЫ

Актуальность теми. Комплексное,многоцелевое и рациональное пользование лесами на эт.'пе перехода к рыночной экономике требует объединения разных в/доб работ, выполняемых на одной и той же лесной т^рктории. Поэтому основным направлением механизации лесопол-г ования становится создание многоотраслевой системы блочно-мо, i ;:>ннх машин и оборудования для лесного хозяйства и лесозатетовок, а также для топливно-энергетических, строительных и др.,:их нелесных предприятий, функционирующих в лесных массивах.

Две системы кашин, до настоящего времени соособленно су-щестзунхцие в лесном хозяйстве i; на лесозаготовках, не могут • быть объединены без создания манинуляторных машин для рубок ухода за лесом. При этом недостаточное разнообразие модульных рабочих органов не позволяет создать типоразмеры перспективных лесозаготовительных машин (ДЕМ), прежде всего необходимых для механизации различных видов выборочных и несплошных рубок леса.

. В диссертационной работе решается проблема обоснования -параметров модульных рабочих органов ианнпуляторных гусеничных и колесных JI3M распределением типоразмеров инструментальных головок и рабочих органов по таблице хода роста модальных ело-во-березоанх древостоев в возрасте 10...130 лет, созданием рациональных вариантов их конструкций на уровне изобретений по видам рубок леса и разработкой, для последующей оптимизации значений параметров, многофанторных регрессионных моделей на основе эвристико-ататистической идентификации с таблицами тех-нико-эконсыичесетх данных прошлых и существующих конструкций JI2M, а. также с таблица»! данных производственных и лабораторных экспериментов.

Цель работы и задачи исследований. Создание типоразмеров сменных рабочих органов, предназначенных для перспективных ма-нйпуляторных ЛЗМ многоотраслевого назначения и обеспечивающих повышение их эффективности на рубках ухода за лесом и несплоа-ных рубках главного пользования.

Б соответствии с целью работы были определены следующие основные задачи исследований:

1. провести теоретические исследования параметров лесозаготовительных машин; разработать многофакторные модели параметров назначения гусеничных и колесных лесных машин.

2. Разработать методику расчета тягово-скоростннх показателей перспективных гусеничных и колесных ЛЗМ по многофакторным нелинейным регрессионным моделям.

3. Провести ретроспективный анализ принципов действия, технических решений и параметров назначения валочно-пакеТиру-тацих машин (ВПМ) и их рабочих органов.

4. Разработать критерии для анализа и оценки искомых конструкций перспективных ЛЗМ и их модульных рабочих органов.

5. Создать комплексы многофакторных регрессионных моделей и.разработать методику оптимизации параметров хгодульных рабочих органов и манипулятордах машин.

6. Внедрить разработанные методы и технические решения в научно-прокэводсгвенную практику и учебный процесс.

Решение этих задач -проводилось в соответствии с Программой САПР Минвуза РСФСР (1976-1982 гг.), Программой 0.53:01 ГгСНТ СССР, координационными планами НИОКР Минлеспрома СССР, темами 1.8 и 1.9 РосНИЙ проблем машиностроения по разработке методологии формирования систем машин и техники новых поколений, в частности с использованием блочно-модульного принципа, а также планами работ МарПИ с 1971 по 1991 годы (номера госрегистрации 71071241, 74(561594 , 75012861, 77006145 , 78028150, 80003661, 01821003309, 01830046726, 01840043369, 01860126413, 01860126424, 01860136505, 01880028420, 01850019353). Автор ■диссертации являлся исполнителем, ответственным исполнителем и руководителем этих НИР.

Объекты и методы исследований. Объектами исслелований ■ явились новые рабочие органы, позволяющие применять лесовод-ственно допустимые способы обработки растущих деревьев перспективными ЛЗМ в хвойно-лиственных лесах различного возраста. Параметрическими объектами являлись данные по эволюции ВПМ, таблицы технических данных различных типов гусеничных и колесных ЛЗМ, а также результаты производственных экспериментов -по срезанию деревьев.

По разработанным системам регрессионных уравнений и комплексам критериальных моделей изучалось влияние различных таксационных показателей, пре^л всего возраста древостоя, и на этой основе определялись опт шальные маршруты действий и рациональные конструкции инструментальных головок, рабочих органов и манипулятор: того оборудования перспективных ЛЗМ.

Обоснование разработка расчетных методик проводились с приведением исслег-оыого множества действий обработки деревьев к стационарному случайному процессу. В производственных условиях применялись методы эволюционного планировании экспериментов. При обработке статистических данным использовались ЗШ и специальные программы эвристической идентификации. '

Научная новизна. Впервые рассматриваются способы обработки растущих деревьев как биотехническое взаимодействие :рево— стоя, лесоматериалов и ЯЗМ в лесовоспроиэводственном цикле, а также изучается эволюция конструктивных схем и параметров назначения Л314. Созданы параметрические модели, описывающие с достаточной для практики точностью значения таксационных и технических данных.

Существующая теория проектирования ЛЗЫ дополнена методами эвристико-статистического моделирования параметров рабочих органов в зависимости от таксационных показателей древостоев. критериальной сценки взаимодействия ДЗМ с частями растущих деревьев, а также расчета функционалов действий инструментальных головок и рабочих органов ДЗМ.

Научный результат. Разработан эвристико-математический аппарат на базе ЭШ, позволяющий количественно описать множество параметров прошлых и существующих ЛЗЫ, а также искомых модульных рабочих органов," распределенных оптимально типоразмерами по возрасту древостоев.

4 . Предложены комплексы многофакторных нелинейных регрессионных моделей таксационных показателей конкретных древостоев, технико-экономических данных ЛЗМ, функционалов операций-действий по преобразованию растущих деревьев з сортименты.

Примеры предпроектного анализа и предложенные.технические селения необходимы при формировании многоотраслевой системы манипулитерных мапмн. .

На гащиту выносятся сдёдуддие научные положения и результата.

- методика ретроспективного анализа технических решений и математические модели прогнозирования поколений ЛЗМ;

- многофакторные регрессионные модели параметров назначения ЛЗМ по прошлым данным;

- метод расчета функционалов действий инструментальных головок и рабочих органов перспективных проектируемых ЛЗМ;

- методика анализа и выбора принципиально новых способов обработки растущих деревьев и технических средств по предложенным критериальным моделям;

- методика и практические примеры модульного синтеза новых рабочих органов ЛШ; '

- ,способ обработки растущих деревьев при выборочных рубках к рабочие органы с цепнопилъньми механизмами к ВПМ с большими вылетами; •

- типаж манипуляторных кусторезов для расчистки площадей и рубок ухода в хвойно-лиственных молодняках, а также инструментальных головок к ним.

Достоверность выводов и результатов исследований. Она обеспечена: использованием таблиц хода роста реальных елово-березовых древостоев Волжско-Камского региона; применением законов и закономерностей возникновения, строения и развития техники, а также фундаментально-исторического анализа эволюции ЯП; обоснованием биотехнического закона параметрической эволюции древостоев и ЛЗМ; применением в проектировании структур регрессионных моделей опыта, интуиции и знаний лесоводов к специалистов лесной промышленности; применением созданного диссертантом метода эвристической идентификации мнсгофактор-ных регрессионных моделей по таблицам статистических данных; примерами расчетов по готовым комплексам математических моделей с показом их адекватности.

Практическая значимость-работы'. Полученные результаты по обоснованию модульных рабочих органов могут быть использованы при решешш следующих задач: разработка единой системы машин для лесного хозяйства и лесозаготовок; разработка технических заданий перспективных ЛЗМ; технико-экономическое обоснование

на перспективу новых способов и средств обработки растущих деревьев; повышение лесоводегвенного уровня проектируемых ЛЗМ; разработка тиггоразмерных классификаций модульных частей перспективных JEM.

Применение предложенных методов Позволяет на лесотиполо-гической основе обосновать системы изделий и системы эксплуатации перспективнг-'" ЛЗМ.

Реализация г?--ota. На основании результатов исследований освоено серий,;г,г производство манипулятлрных кусторезов для расчистки плонадей. Результаты теоретических исследований бали включены а концепцию и методологию формирования систем машин многоотраслевого назначения, созданной в РосНИИ проблем машиностроения. Результаты исследований изложены также f учебных пособиях.

Конкретные конструктивные решения использовались в АО "Фирма ЙЗЛ", ЦНИШЭ, КирНИИШЗ, ТатЛОС ВНИИЛМа и других организациях. Разработаны и внедрены опытно-промышленные образцы: сменные рабочие органы к ЛП-19Б-01 (кусторезы, столбовыдерги-затель, ковшовая фреза, пнеизиельчитель) для работы на трассах ЛЭП, нефте- и газопроводов, проходящих в лесных массивах; ма-нипуляторный styстарез на железнодорожной платформе; сменные кусторезы и ветверезы к ЛП-17А; адаптивные дискофрезерные головки для лесохозяйответных работ, в частности с самовращающимися резцами и спиральными пилами, а также иглорезцовые головки.

Манипулятор-шй кусторез на базе ЛБ-19Б-01 с дисконояевой головкой диаметром 2,3 м демонстрировался на международной выставке "Лесдревмаш-94".

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований докладывались, обсуждались и бали одобрены на пяти Всесоюзных конференциях по автоматизации поискового конструирования (1978 - Йошкар-Ола; 1980 - Новочеркасск; Г983 - Иваново; 1987 - Волгоград; 1990 - Ижевск), на Всесоюзных конференциях ЦНИШЭ (Í976), ВДНХ СССР (1984), ИДТИ (1984, 1987), на Всесоюзном симпозиуме Карельского филиала АН СССР (1978 - Петрозаводск), на республиканской конференции по зврилогии (1967 -Рига), на постоянно действующем специализированном семинаре РосНИИШ (1990, 1991). на конференциях Всесоюзной ассоциации-научно-технихгаского творчества "Эвристика" (1989-- Волгоград,

1990 - Ияявсх), не международных семинарах (1990 - Новорое-- сийск, 1922 - Волгоград, 21-25 ноября 1994 г. - ЩЫКлеспроы, 5-8 декабря 1994 г. - г.Йошкар-Ола).

Результаты отдельных исследований докладывались, обсуждались и бшж одобрены на конференциях ITA им.С.М.Кирова (1978, 1979, 1962), на конференциях (1971, 1973, 1975) и совещаниях (1976, 1969) 1ЩШЗ по проблеме разработки методов прогнозирования, на конференциях ЦНИШОД (1978) и 15ЛТИ (1969), на Всесоюзных совещаниях Ыинлеспрома СССР (1987, 1988), а также на ежегодных (I97I...I99I) конференциях МарПй.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 135 печатных работах общим объемом 223 п.л. Результаты исследований по теме диссертации отражены в 28 научно-технических отчетах по 16 темам. На технические решения, охватывающие различные вопросы проблемы предпроектного обоснования ЛЗМ,получек но около 200 изобретений.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, девяти разделов, заключения, списка использованной литературы 432 наименования и 2В приложений. Основное содержание диссертационной работы изложено на 294 страницах машинописного- текста, иллюстрирована 63 рисунками и 75 таблицами. Приложение bkjjjd-. чает 126 страниц текста, 60 рисунков и 12 таблиц.

' СОДЕРЖАНИЕ- РАБОТЫ

В введении дается краткая аннотация работы» изложено тс новое, что внесено в решение рассматриваемой проблемы, сформу-. лироввны задачи и основные научные положения, выносимые на защиту.

I. Состояние проблемы и задачи исследования. Важнейшей задачей на ближайшую перспективу является взаимоувялка на начальных стадиях проектирования многоотраслевой системы лесных машин, фортрушо& на базе суаествувдего оборудования лесного хозяйства, строительства и эксплуатации различных видов сооружений и коммуникаций в лесных массивах.

Решений этой многоотраслевой задачи механизации различных .видов работ, выполняемых предприятиями различных ведомств в лесу, может быть выполнено только на основе создания семейств рабочих органов к различнда типам манипуляторного оборудования ^ЗМи- Гтичем параметры технических средств должны отображаться

„через свойства обрабатываемых с их помощью древостоев и характеристики реализуемых способов обработки растущих деревьев.

Поиск новых концепций ( оханизированной заготовки древесного сырья моясет быть охарактеризован формулой "техника для леса, а не лес ггя техники".. Б связи а этим свойства а функции роста леса понимаются в качестве исходных факторов, тре- -бувдих безусловна: ~ учета в предпрсектном обосновании способов и средств лес ; заготовок. Таксационные показатели древостоев принимаются за ;снову и относительно ни": определяются параметры инструментальных головок, рабочих органов, различных типов манипулятор:гого оборудования я транс ггортно-знергетгчес-ких модулей перспективных ЛЗИ.

Вопросами предпроектного обоснования параметров ЛЗМ' занимались профессора С.Ф.Орлов, З.Б.Прохоров, 8.Г»Кочегаров. Эти работы продолжают профессора В.А.Александров, ГЛ~Анисимов,

A.В.Жухов, В.Н.Меньшиков. В области методологии создания лесосечных машин известны работы П.И.Аболя, В.Н.Андреева, Ю.Г. Артамонова,К.Н.Баринова, Г.К.Виногороэа, Л.А.Гобермана,С.М.

Гутелева, А.ф.Дмитриева,,В.Д.Дорина, А.А^Занегина, В.П.Ермольева, В.М. Котиком, В-С.Круглсша, В.Ф.Кутаяева, РЛюмановаД.П. Максимова, £. И .Миронова, Р.М.Некрасова, З.П.Неицова-, Ю.М.Новоселова, АЛ.Осипова, В-Ф.Похетайкина, В.И.Провоторова, Й.В. Турлай, Ю.Ы.Федорова и других-. ,

В области создания машин для рубок ухода за лесом известны работы профессоров А.К.Иевинь, Я.М.Бартенева, ВЛ.Варава,

B.А.Добрынина, А.И.Иевлева, 8.С.Петровского, а такжз А.Балтру-пшйтис, ЗЛ.Божак, З.А.Борисенкова, С.А.Булгакова, Н.А.Гуцелхжа, М.О.Даугавиетис, tC.it.Демина, В.Ф.Зинина, Г.З.Каршева, ГЛ. Котляр, Д.И.Майорова, Е.ЮЛилютиаова, И.Л.Оэолиньш, Я.Н.Прохорова, Р.Рамшаускаса, В.В.Федорове, И.Р.Шегаяышна и многих другие.

В известных исследованиях не обобщались особенности эволюции прошлых я существующих конструкций отечественных и зарубежных машин для заготовки лесоматериалов и, тем самым, конструктивно не была.вдавлены закономерности параметрического развития ЛЗМ, в частности £Ш, и их рабочих органов. При этом не было методик поиска и параметрической оценки, в особенности .через параметры древостоев, истояаах технических решений.

Не получили развит®! вопросы создания комплексов кногофактор-шос регрессионных уравнений, описывавших параметры назначения ЛЗМ с учетом времени ретроспекции и многообразия конструктивных схем.

Анализ рассматриваемой проблемы авататроектирования позволил установить основные набавления научного поиска, цель и задачи исследований, приведенные в общей характеристике работы.

2- Теоретические исследования эволюции параметров„леса и лесных машин, В динамике структуры и связей (отношений) процесса обработки древостоя наиболее важным инвариантом является время, функциональная связность объектов, участвующих в обработке растущих деревьев, пусть обеспечивается в заданный момент времени следующими значениями возраста: древостой - возраст А;

человек-оператор - возраст при максимальных психофизиологических возможностях человека;

древесные материалы - свежесрубденное состояние, когда при =0 в переходе "дендрон-ксилон" рассматриваются операции-действия с момента срезания растущего дерева или его части;

машина - возраст функционирования ¿р =0, когда заводское изделие поступает в основной период эксплуатации.

За период 130 лет (для модальных елово-лиственных

древостоев 2 класса бонитета Волжско-Камского региона) таксационные параметры обрабатываемого древостоя изменяются по законам многомерного стационарного случайного процесса. Пусть выполнение любых видов рубок (осветление, прочистка, прореживание, а также проходная, постепенная и сплошная рубки) здорового древостоя не выходит за пределы возмущений значений параметров древостоя.

Тогда относительно возраста древостоя возможно построение системы уравнений вида

для описания таксационных показателей. Ельники липняковые в зоне хвойно-лиственных лесов по таблице хода роста, составленного Ф.В.Аглиуллиным, для четырех пород (ель, пихта, береза, липа) описаны комплексом из 60 уравнений. Бри этом инвариант -к является системообразующим параметром.

Эволюционная динамжа.а интервале —130 лет по формуле (I) характеризует многс верный стационарный случайный процесс поведения древостоя со взаимосвязанными спектральными рассмотрениями. Структура яа/дого спектрального рассмотрения

) может быть ^¡ражена э форме уравнения Лагранжа и в общем случае представлена выражением

* 1 .. , '.Щ , *а»

зс(А)=Щ +С7г Ш **р(ЩА Ш

■ (2)

где з^(А-)- один из ¿0 таксационных показате; ей, А - возраст в интервале 20—130 лет,¿7,...аю~ параметры подели, часть из которых для различных таксационттх показателей имеет нулевое значение.

Б обобщенной модели (2) динамики таксационных показателей насчитывается четкое аддитивных составляющих» Здесь законы Ципфа (03А я аллометрического роста {^Д^*0) является частными случаями. Первая составлявшая характеризует неучтенные факторы или свойство стабильности во времени А. Вторая составляющая описывает процесс вымирания, а третья - стрессовое возмущение (позитивное или негативное к данному таксационному показателю) в некоторый период 20<А< 130 лет.

С другой стороны, модель (2) является обобщенным одно-фзкторяьи поэиномом и поэтому при оптимизации параметров способов и средств обработки растущих в древостое' деревьев могут быть применены некоторые "свойства методов геометрического про-грашированш.

Чвсленность (точечная густота) обрабатываемых деревьев э аозрасте А определяется уравнением

где: Ц, - оптимальная интенсивность рубки хвойных деревьев

(ель и пихта), равная по исследованиям ДитНИШК 0,07... 0Д7;

- оптимальная интенсивность изреживания лиственных дре-востоев, равная по Ф.В.Аглиуллииу 0,5...0,68; Пе , , и Г{£ - количество деревьев по выбираемой части (отпад),шт/га.

В соответствии с системой уравнений (I) идентифицированы математические модели:

^вГ=5957ед?><-0,02031А1-5601 )+

+24,55А°'Э6б7егл:о(-0.СШ97А1'4578) .; (4)

- 12 - , * . /?г°т=5191е*Д-0 .I032A1.0647 )+

+774,^"°'6732ec/>(-0,QI784A1'1284) : (5)

^БН^ЧарС-О.СТгеБА0*^06) ; (6)

,^=26S20e^(-0,02367AI'5aS3) +

+43,04AI»2007^p(-0,0633211'0293) . (7)

Динамика распределения зон обработки резание* (срезы в различных местах ствола) рассмотрена относительно трех точек неопределенности в звслщшт древостоя (Ai =5 лет - уход за культурами; Дг =11-13 лет - осветление леса; Аз2*20 лет -прочистка леса) и интервала возраста 20...130 лет как относительно устойчивого процесса самоформирования смешанных ельников . ч

В моменты времени А,=5 и А2=П-13 наиболее эффективна групповая обработка деревьев, например скашивание кусторезами (работа в окслогрунтовой-зоне) или ветверезами (работа высоко над землей). При биогругаювом распределении елей в А*20 лет в ельниках естественного возобновления необходима групповая обработка лиственных деревьев и индивидуальная обработка слаборазвитых хвойных деревьев. В период А=20...130 лет целесообразна индивидуальная обработка деревьев.

Существунцие способы лесозаготовки в основном выполняется со срезанием всей надземной части дерева. Развитие способов воздействия на растущее дерево в околопневой зоне за почти 10 мин.лет эволюции можно характериеоватъ как стационарный сту-чайный процесс (рис.1). Множество рабочих органов, существующих в прошлом и существующих в настоящее враля, распределяются на группы по 12 принципам действия.

На рмс.2 показаны эвадщионные графики £ (возникновение способа) и (отмирание способа). Характерны четыре исторических момента: А - использование человеком своих конечностей в качестве рабочих органов; В - начало распространения топора на валке деревьев; С - начало распространения пил на лесозаготовках; «В - начало распространения валочных машин. Поколения . способов соответствуют линиям , ^' и ' .

' Рис.1. Принципы (способы) действия технических средств для отделения дерева или его частей от грунта: а - ожидание естественного повала дерева; б - откапывание; в - подрубание корней; г - рубка котлом; д - подрубы с направленным повалом; & - подруб (подпил) со опиливанием; ж - спиливание с подта-. гиваняем дерева.(ДП-13А); з - беззахватное спиливание (МТП-13А); и - срезание наклонными ножами или дисковыми фрезами; к - спиливание кольцевой или конусной фрезой; л - срезание или фрезерование цилиндрическим инструментом; м - объемное фрезерование пневой части дерева; 1...1П - коды принципов действия рабочих органов

Прогнозируемая линия должна круто расти по числу новых способов обработки растущих деревьев. Это значит, что по (В.НЛвышпкау) заготовку древесиш, очистку лесосеки и подготовку лесной почвы необходимо выполнить одновременно при обработке отведавших в рубку растущих деревьев.

Прадме гни-фуккциокальный анализ различных видов продукции лесозаготовки показал, что перспективные ЛБЫ с помощью манипу-ляторного оборудована и сменных модульных рабочих органов будут вшолнять" обработку любой части, растущего дерева. Для рубок ухода и нееплодаых рубок будут эффективны способы сорти-

Рис.2- График эволюции способов отделе®;.? дерева идя его частей

от грунта: А,В,СД) герные точки (способы)

- харак-

-Г.

г

_L

-4Г ё

2

Я

I

-Щ

40'

-ДГ5 ~мг*

-а*

-ю" Г/т

иентной заготовки непосредственно на растущих деревьях, отведенных по лесоводственныи признакам в обработку.

При многоотраслевом подходе к лесу необходимо свернуть (редуцировать) множество существуицих операций-действий во . множество рабочих органов, т.е. найти новую последовательность действий /> вида

где - редукция' технических функций; с - номер прототипе из типов Шжл к. - число учитываемых в свертке машин, п -общре число типов малин в функциональной структуре процесса обработки деревьев. '

При ± =1 получим однофункциональную ЛЗМ, при к >1 - многофункциональную, а при - функциональную структуру лесозаготовительного комбайна, формула (8) показывает, что метод прототипа можно значительно улучшить, если в качестве прототипа придать не один образец ЛЗМ, а множество машин из различных отраслей техники.

3. Моделирование эволюции ВЖ. Исходной предпосылкой эволюционного исследования является положение о том., что все существующие ЛЗМ физически производны от лесных тракторов и (или) экскаваторов. Поэтому преобразование прототипов в искомую ЛЗМ может быть математически выражено нелинейнши уравнениями эволюционного изменения параметров.

Эводвдия конструкций ЕЛИ началась 140 лет назад с ручной машины О.АЛуравского. За эти года до марки ЛЛ-1Ж-01 пройдены 15 зншошых констру««вньтх прирав1«ний ьХс. Логистическая -образная кривая изменения технических ретений ВО! имеет в!щ:

20,949^(5,856е*р(-0,929^) ^ ^ *

-^ ' (10)

1гр=

3,966+<^р(-0,2Б41/р))

пдег/^р - код конструкции по хронологии, - относительное

(логарифмическое) время ретроспекции, Т-, - начало эволюции (-?} =140 лет), Г - время ретроспекции с 1990 г., 1р - код поколения { Тр =ГД).

Расчет времени появления новых конструкций ЗПМ ведется по модели

=2,146-1,0765&( О,17Сй&(/370,273/Гтр-20,949)) (II)

Поколения Ш внчиаиштся по уравнениям

£> =4,2-10~6( ¡г'+МО)2'® , зб.б-ИГ^Г+МО)2'69, (12)

Г/ >-// - время начала, Г - время завершения цикла эволюции поколения ЕШ.

Для зкстраполяционного прогноза достоверны формулы

0,238-ХО6^)0-^ , Т" *~14М0,14?.10ь^> )°'371?ЦЗ) по гтотср^гз был быняСдш период морального стярсжа 1«с= I 2"", -/?'/ для НЖ пятого и шестого поколений (ЛП-19А и Ж1-19Б-01 относятся я четвертому поколению). Точки перелома' в эволюционной кривой имеют координаты 1тр =5(КТ-12, 1948 г.) и 1тр=13 (ЛП-19, 1975 г.)/ До 1975 г. изобретательский париод равен 125/13«9,6 лет, а о 1975 по 1990 года - 15/2=7,5 лет. В насто-. явке время происходит мутация конструкций и осознанное ускорение тейпов появления новых ЫШ (ЛП-19В, ЛП-19Б-0Х, ЛП-19Г, ЛП-60 к др.).

К 2Ш0 году будут сосуществовать четыре поколения БПМ: 1Ра4 - иасины для эалки "и укладки деревьев в пачки на земле или на прицепе (тип ЛП-19А); [р. =5 - ЗПМ с многофункциональными рабочими органами (тип МЛ-20, МЛ-П7 и Ш1-118); 1Р =6 - ЖМ с модульными манипуляторами и разнофункционаяьннми сменными рабочими органами; Тр =7 - мвнипуляторше машины многоотраслевого назначения с модульными рабочими органами.

. - Id -

4. доследование параметров ЛЗМ. Принципиально новые рабочие органы, например кусторезы и ветверезы, могут быть смонтированы на существующие манипулятора« ЛЗЙ- 3 нашей стране наибольшее распространение получили гусеничные машины.

С 1930 по 19Э0 года выпускался типах тракторов и лесных машин, из которых в анализе учитывался 91 образец. Получены уравнения ваянейшх параметров назначения:

=ОД0032Уг0'72(1-Й-,4б26Фр(-0,02748/) )х

j х(1+2гБ44©Со(-0,00976Г)) (1+0,8258Р0-518) ; • (14)

///=з,ба2^'1а^(1+4,52егг°-213О4)+2,011з>Р'971,7(1-

-ia54,724^(-OJ4I7^))^'38673(l40>068^0'4Q29) ; (15)

(0,77474^ *'1+0,18340Й0»4427) (1-0,68683 чхр

(-одагай )+9,4766P°»5I587(i+o ,88454 н

^^36056-0,00076^0,0405aJi°»H^2 . (16)

Р =0,00125^*01713 (1+3,35730{о(—XI ,97327?)) (1-2,1225б£-*243)х Ч ¿0,0?46(1+0г34236Гй ♦12256) (2-1,30434^+0, 0035^) . (17)

Здесь: М - масса, т; V - габаритный объем, м3; U - максимальная скорость движения, км/ч;ж - номинальная мощность, кВт; .Р -тяговый класс, т; Т - тип гусеничной машивы; ¿> - удельноедавление на грунт, кПа; hi' - мощность на холостое движение; лг -мощность на движение с тягой.

В диссертации приведены конкретные примеры анализа влияния различшх факторов. В частности, влияние класса тяги Р на изменение массы £Ш характеризуется графиками, приведенными на рис.3.

На базе экскаваторе 30-4125 при' мае се 25,6 т £Ш будет иметь тяговоз усилие 0,9 т. При Р=0 получим массу БГМ кЫ4,5т, Отсвда слэдует, что с ростом размерной группы ЛЗИ необходимо предусмотреть ушщичиваадийся класс тяги. ЕШ с массой до 14,5 т не должны оспадаться прицепами. Предложены следующие интервалы предельной кассы БРИ: 0 - до 14,5 т; I - 14,5.. ,27т СР=1 т); 2 - 27...40 т (Р= 2,3,4 т 3 - 40...55 т СР=10 т); 4 - 55...75 т (Р=15, 25 т ).

Скорость движения Ц и тяговое усилие Р .искомой J265 являются важнейшими параметрами назначения. Свазь между ними для исходного прототипа 1Т-4 (для TT-4M-QI модель аналогична) описывается регрессионным уравнением

Pr - 428,46-222,57^» ®4£55+0, ,03526^' ^¿556 ^ ^

обладающим менее 3,17% отклонением от значения , исследованных в ЦШШЭ. Амадяз тсхпкчгскях данных ДП-18Д, ЛТ-154А, ЛП-49, ЛП-ЗЗА, ЛХ-бЗБ, ЛП-19А. и ДП-19Б-01, изготовлявшее серийно на базе ТТ-4, показывает: X) коэффициент утяжеления должен быть'

«1,5 дай мгшикы с ходовой частью от ТТ-4; 2) коэффициент перегрузки базовой кашны Кям^О-л + б*,)/^ -ч 1,5 . лааэодяет в новых конструкциях использовать ходовую часть ТТ-4 без повшенкя ее же сгнести. Здесь: - вес создЕваешй мантии, Ggm ~ вес базового трактора; ~ максимальная полезная нагрузка на катину. Аналогичное предельное значение '[&,] « =1,5 получено для марок Ш-4Б, ЛП-58, ЛТ-188, ЛП-19Б, ДЛ-60, 'изготовляешх на базе TT-4M-0I.

По двум базовым тракторам и 12 сущвствуадии гусеничным JEM на их базе получены следующие параметрические модели:

U =65.24(JMO-°'66053(I-0,0Q2IS2(M+& -IS,9)2)x

хи-0,1(&-&Ж1-0,15^<М9) ; (19)

?=0.22293(М+О, )I,4S7(I+0,275( Q, ) )х z {Х-С, :0CI392 (М+ &,-17,76)2) (1+0,12а/1'I59)х

х(1-О,О125(^(&-&,))Р*а07) . (20)

Здесь: Ы - месса существушей или искомой лесозаготовительной машины, т; Э* - грузоподъемность иаданы, т; ©т - масса пачки перемещаемого лесометериала,т; - максимально допустмвЛ уклон местности, град.

Не основе моделирования технических даитгх 9 гусеничных и 14 колесник отечественных и зарубежных ЛЗМ получены уравнения ддв расчета предельной скорости перемепгёния:

- - гусеетгчные Л31 24^=(2С^79^,ОС)0122а^»5770)<арэ(-0,20еШ0,62К) ; (21) - колесные ЛЗМ

¿¿*ж«19ОД41&^312»0*бг54)€^о£-1,2ВО1М0'1285) - (22)

Для различных типов двигателей составлены таблицы предельных скоростей в интервале изменения массы ЛЗМ 5...24 т. Модели (21) в (22) доказывают гипотезу об апериодическом изменении транспортной скорости ¿¿»с. Достижение значений ¿¿км- требует перекомпоновки рабочих органов и манипуляторного оборудовании.

5. Исследование параметров манипуляторного оборудование. Модульный принцип удачно разрешает потребность в функциональной новизне (для потребителя) и конструктивной преемственности (для изготовителя) перспективных ЛЗМ.

Появлению ЯП типа Ш~ 19 способствовало внедрение в лесное машиностроение экскаватора четвертой размерной группы. Дальнейшее утяжеление (ЛП-19Б) не дало успеха, поэтому более удачными стали варианты конструкций ЛП-19А и ЛЦ-1Э&-01. Анализ рабочей залы ШМ позволяя получить эмпирическую трехфак-торную сввзуппую формулу

Ы-ЗД6Жа'7£(1+0у82ЖР0^16) =0 ; (23) *

где К - максимальный шлет, м. Ери Р=0 получим предельный ю-лет [И] =16,3 ^16*2 У12,3 соответственно для ыеро» ЛП-1ЭА^ЛП-19Б-01^ лп-60. Коэффициент исаакьзования предельного вылета ^ =&/[Я1 (где В. - фактическое значение максимального вшета) будет равен 0,47^ 0.62^0»67. Ддя комплектации этих »юрок ЗПМ предложены различные технические решения рабочих органов.

Многофакторное иоделнроваше £Ш 15 отечественных к 4 зарубежных) позволило создать систему уравнений, необходимых для прогнозирования значений параметров назначенж искомых аанипуляторных ЛЗМ.

- 19 -

Q -0^26.1(Г441'90В7С143,93

x( 1+0,1239?) (1,54238-1) ; ' (24)

ЛМ,215+0,547$? +2,1бЗЗ^»145$?^4'8178+0,е479?; (25) . ^¿>=49,955(1-0,0019944)(1+0,18745)(1+0,0521^

-0Д045Геу0,5375)(1+0.С12бгЗЙ (1+0,03464)6 ; . (26) ,4(M+I,4748# )u0,1 i^'W+0,3543&Ф&1) ; (27) /7»Q>X72350'6667CI-»e,2224E-0,I428R?) (1+0,2177^ . -0^71^0'743) (1+0,1257^ (I+i),III5?) ; (28)

Здесь: Q - грузоподъемность при максимальном вылете, т; -

максимальный диаметр среза дерева, см; Таг - тип срезающего устройства: I - ножевой; 2 - дисконокавои; 3 - дисковый; 4 -цепнопильный; ? - число деревьев в:накопителе ЗСУ, гат; «б -максимальный вылет, м: М - масса маш; ;та, т; М - номинальная мощность двигателя, кВт; К - наибольшая скорость движения £Ш, км/ч; - допустимый уклон местности, град; П - максимальная производительность работы, мз/ч; И/г , - мощности на манипулирование, перемещение, кВт.

По моделям (24-27) наилучшей по массе является марка Ж1-

19Б-01, а по резерву мощности - ЛП-60. Зарубежные ЗПМ лучше

обоснованы по параметрам назначения. В интервале ^=7,5...

Ю и производительность растет в 1,26 раза. Способ сортимент-

ной заготовки непосредственно на растущем дереве может быть

реализован с уменьшением Q и увеличением Е.

Дли оценки схем работы перспективных ЛЗМ с новым манипу-

ляторныи оборудованием предложен коэффициент ^полезного

использования «оличества движения при обработке деревьев

к& - Q(u +Q)u ) , (29)

где: со - скорость ^вдекия, рад/с; Ми - масса линейно движущихся частей; А1(*> - касса вращающихся частей- JEM.

Цри со =0 получается {¿g = fa ^Q/iM^Q), где /¿«г -коэффициент полезного использования кассы ЛЗМ по В.Б.Прохорову. Отношение fCp = KsJf)m является коэффициентом динамичности функционярсвания. Он из II типов ВПМ наименьший у ЛП-'19Б-01 (более инертная массе при Нср =1,25) и наибольший у Ш-Ш { Кф =1,81).

Расчеты показали, что по действиям в рабочем цикле сорти-ментная обработка растущих деревьев с помощью ВШ ЛП-19Б-01,

осиащениой малогабаритным захватно-среэазаиим устройством (ЗСУ) при Q »0,8 т к I? =18 м, будет э#егашней при рубках ухода по сравнению со срезанием деревьев с последующей раскряжевкой на земле.

6. Предпроектное обос.- г зание модульных рабочих органов. Главным функциональна; узле:; многих видов рабочих органов является чепнопильный механизм. Моделирование процесса опиливания деревьев было выполнено по замерам в ходе работы ЛП-19А. По 162 дереву осины получена система регрессионных уравнений:

675+0,згбвф^аобад^'6894///'476) ; . сзо)

^ =1,5708-а2£ ¿1 (0,6492Д°' ^1 -0,8068Д.-0• 68Ч

-и.

2,476 !

(31)

К.* 0, 1775 • I О7(1-0,0506^+0,00937^ '5037) (1+6, 7Э73х хеф<-0,4448У/))(Х-0,2799^1,72852^+0,0113 Д1''381)х х( 1+0,00082(1^-37,624)2) ; (32)

14-ю , (33)

• Здесь: IX- - диаметр дерева около грунта, см; Ип - высота

пня, см; V - угол.встречи с волокнами, рад; К - удельная работа резания, Па; - время спиливание, с.

' На рис.4 приведены расчетные схемы спшгивания дерева при

высоте-срезки -</4- ■______

Рис.4. Расчетные схемы: а - для построения моделей эиергосило-вых показателей спилившие дерева; б - срезания деревьев пилънш аппаратом машины ЛП-19А

При срезании кроны или части ствола дерева диаметр среза для березы изменяется по формуле

ч - 21 -

где: Не - диаметр корневой шейки, см; Ус - высота срезки, м; «е - высота корневой шейки, см; - код бревна: I - комлевое; 2 - срединное; 3 - вершинное.

Минимальные значения К при спиливании пильной цепью ВДУ-ЗСБ в околопневой зоне наблвдаются при На «10....12 см. Угол ветре-ш Р с волокнами до высоты /4 изменяется по сложной зависимости. От корневой шейки к грунту время опиливания увеличивается в несколько раз. После/4 »А* время возрастает от увеличения процесса заклинивания пильной цепи в пропиле.

С учетом ЯшМъ для составления параметрических рядов Д> , Я и Г (размерная группа) для обработки растущих берез I бонитета (по условию предельного кагружения ЗСУ и манипулятора) на лесоматериалы (срезанные деревья, долготье, сортименты), предложен комплекс моделей:

'Л,=0,7732^ Ц =0,0742,9Д,0'6; V«, »о.оооггД^1//0»5135;

А^=0, С017Э Д З3» 30б+13,266е^( -О, 0СГ?8дз) -7,78 ;

$3 = 0,9322 &+0,001/4^; М

^ =0,4644/(1-0,001994Д)( 1+0,1874/^)(1+0,02623^ ); (35)

' 24=5,60^М-°«бб053(1-0,С021К(й-18,9)2) ;

/7 =0,2129^0*66б7(1+0,125724)(1-»а,2224Е-0,1426Е?2) ;

^ =28,37 (У/Л* -I) ;д

¿/ Г_о .1565 У___

^№+1,4748^(5/**'+0,35435«*^)

где: Ме - масса базового трактора без оборудования, т; -предельно допустииая скорость холостого движения базового гу-сегатадого модуля, км/ч.

При адаптации к размерным группам трелевочных тракторов ТДГ-55А и ТТ-4Ы-01, а также экскаваторов 3, 4, 5 типоразмеров, лгагитируюцим условием становится В диссертации приведе-

ны примеры расчетов. Например, на базе ТДГ-55А можно создать Ш с параметрами: М =9,9 т, # = М» =0,3"т, ЪР =21 см, 16 см, Я=13 м, /V =56,8 кВт, и =12,8 км/ч, 11=6,3...21,1 м3/«, с£ =17°. При этом масса манипулятора с ЗСУ должна быть не более 2,1 т. На базе ТТ-4И-01'возможны два варианта Ш: I вариант - М=16,9 т, Д» =34 см» Д.3=26 см, Е=8 м, Ы =95,6 кЭг, 2/ =

8,8 км/ч, 1Ы1 ,¿...25,5 мэ/ч, el «=18°; 5 вариант - М=19,6 т (срЛП-60 о U=I9,3 т),^» =34 СМ» Д,=26 см, 8=13 и, ¿/ » 95,6 кВт, 2/ =8,0 ям/ч, IW-35 =»13°. Uacca оборудова-

ния соответственно делена fcn не более 2,9 и 5,6 т.

К группé Г=0 0ть;сятс5: дакроЕШ, которые требуют выносной опоры манипулятора. Ь дпример, ва базе Бобмт-443 рациональной областью применения колесных ЖШ становится смл 8=3...

,13 м. Параметры назначения: M =1,63 т,Ад =10 см, Л/ «11,8 кВт, d =18°, Д=3..»9,4 м3/ч, U =8,4 км/ч. Рекомендуемая ШИ на базе экскаватора Э0-2621В относится к Г=2 и имеет следующие значения napaiseTpôê назначения:^ =5,с4 т, Ъ? -21 си,Дл = 16 СИ, В=Ю M, d =10°, П=8,7...24,0 м3/^, масса оборудования до 1,64 т.

Дяя манипуляторных ЖЖ рекомендуется следующий ряд размерных групп: Г*0 приМ* 2 г, Г=1 при M =2...4 т, Г-2 при М-4...7 т, Г=3 пра ДГ .7.„15 г, Г=4 при Л =15.. .26 т, Г=5 пра /И =26...40 т, Г=6 при A*=4Q...60 т. Например, без конструктивного изменения экскаватора 3Q-3I22J* и 20-4125 могут оснащаться рабочими органами с параметрами: I вариант - Q-M* =0,3 т, Щ, =21 см, См =16 см, £ =15 и; 1 вариант - =0,46 т,

4=25 см, 25,.s -19 си, & =18 и. '

7. Оптимизация параметров рабочих органов персдектийньр* машин._ Варианты принципиально новых ЯЗИ синтезируются относительно рабочего органа блочно-модульной компомовкой разлиодых типов манипуляторов и (шги) транспортно-знергетических модулей. Ддя оптимизации по критерию пригодности ЛЗМ к древостаям предложены различные виды ф^ исцт'оналов действий системы "древостой - ЛБЯ". В общей случк а плевая модель показателя эффективности через функцио^ ллы , ;ействкй ЛЗМ (Si, ), древесшх . материалов (2>э), древостоя по фитошссе (SSj) и мсртмассе (2Ç") выражается формулой

определенно» в диссертации в интервале A*2Q..J3Q лет. Проблема измеримости функционала (36) рейва на основе выявления биотехнического закона-и разработки большого »ожества передаточных моделей.

Доя процессов рубок модель (36) приводится к системе уравнений и неравенств (ограничения здесь не показаны) для целевой .чсд».г-(

к^-Пг/м - (з?)

где Ы - массе деревообрабатьгвавде-транспортной малины для комплекса машин для заготовки сортиментов. Для упрощения модели С37) вводятся следующие два жестких приоритета: 1) древостой-< сортименты-<ЛЗМ; 2) ЛЗМ •< манипуляторов оборудовакке-С рабочий органаинструментальная головка. Тогда отображение свойств древостоя начинается с оптимизации действий инструментальных головок.

Инвариантным действием, присутствуют!! в любых структурах процессов обработки деревьев, становится действие срезания на некоторой высоте А^//, где И - высота дерева. По рекомендациям З.Н.Андреева введены метрики в пространство целевых функций (36)и (37). 3 рамках критерия энергетического ислульса получены различные комплексные показатели оптимизации. В диссертации численные расчеты по границам классов возраста древо-стоев выполнены по показателю энергоемкости процесса обработки деревьев.

Затраты энергии на урезание равны

-Кйг , т)

где: К - удельная ссбота зрезгнпя, 1Ша (для цепноплльных механизмов по формуле (ЗОЛ; о - ширина пропила, м (для ПЦУ-ЗСБ <5=0,025 им); - удельная площадь среза на гектаре леса, м^/га; Ьу - площадь обрабатываемых лесоучастков, га; Пг - объем древесины, превращаемой р стружку, Ф.

В предельном случав, когда пилмеханизм от ЛП-19Б-01 скашивает отведенные в рубку деревья, удельная энергоемкость, действия срезки равна Эр/Яг -К, т.е. удельной работе резания. Относительно возраста А древостоя лпбой процесс заготовки древесины можно описать аддитивными функционалами удельной энергоемкости, записываемыми в форме уравнения Лагранжа,

АКсСА) ' . (39)

где ' - номер операции-действия, - общее число действий в маршруте обработки растущих деревьев.

Удельная энергоемкость срезания деревьев цепнопильным механизмом, подвешеннш к летательному аппарату, определяется формулой .

игр Г2/ ; РоВо -ию/ДГ ;

Г^47,40Г°'13И^о(-6,;М9А"0'4533) ;

=2,9390А"0' ^елрС -26,1560Г1 *а2Б0) ; ^аОДОгЗА1'3232«^-^,«*®^1»47^ ;

1,6135А0'441Х4хр< >00977А° 'З282) ; Я* =5474,Зе«Д-0,03455А1'2564)+

+88,944А° '54а9в^( -0,072631°'7282) ; /?„ =52Б7,7б^-0,077ША1'а9106)+102,ЗА_ ,2213 ; /г, =4а«ехрС-0 .ОХЬаБА1'3074)^,56А°' 798%ср (-О,0397А);

=18813^о( -0 ,0251А1 '4675)+40,46А1 •8595е</р(-0,4044А0'6431

где: д =9,-81 ы/с^-.1ооР -путь обработки, и/га; ^ - сопротив-ление^движенмо (0.01 для воздуха); // - масса вертолета Ми-8 с: лесозаготовительным устройством, кг;г&^> - расстояние между соседними обрабатываемыми растущими деревьями,,ч/га;- су» ма площадей сечений обрабатываемых деревьев, й2/га; численность (точечная густота) обрабатываемых деревьев на участк леса, гт/гь.

По модели (40) а табл.1 приведены результаты расчетов, относительно которых оптимальное скашвание деревьев вертолетом Ми-8 (МрП т) обеспечивается при проречиЕ. чии леса (А=40 лет).'

Таблица I

Удельная энергоемкость .-резания деревьев вертолетом

Ми-8 с подвесным цепне- ль ным устройством

Параметр " древостоя 4»_Л2Т

1 10 ! 20 1 40 ! 60 ! 80 ! 100 ! Щ)

К. 1Ша 32,1 32,5 34,9 42 »8 59,9 82,9 . 101,5

¿С, хг 300 300 500 700 1000 1400 1800

м/га 9267 3964 1591,4 967,2 554,9 311,4 172,8

м^/га 4,18 3,06 3,38 2,55 1,44 0,73 0,36

Ш1а 132,3 91,1 56,6 60,6 78,4 104,1 110,3

56 24,3 35,7 61,7 70,6 76,4 79,с 92,0

* - масса инструментальной головки с двигателем вн'треннег сгорания, поэтому М=ИООО+/^Г.

- 25 -

Воздушная и назоеше способы обработки рассмотрены цо раз-дачным структурам действий. Например, удельная энергоемж>сть заготовки деревьев лесозаготовительным поездом на базе Л11-19Е-01 с прицепом-накопителем определится по формулам:

(41)

, /«0,2 ,

/$> , /=0,01 ,

где Мгя^3£> т, От -15 т,^ =5,3 т,^ =15,1 т, & =2,5 т, £ -Ю м, А =20 м=11,5 т, & =0,025 м, Н„ =10 см,

=0,95 (вероятность обработки берез), - максимальная масса березового дерева I бонитета, ¿г. , ¿л - удельные энергоемкости перемещения поезда, манипулирования со сре-зашым деревом и поворотов платформы.

В табл.2 сравнены различные спог. ;бы обработки деревьев.

Таблица 2

Удельная энергоемкость (Ш1а) способов заготовки деревьев

Способ

Возраст древостоя А, лет.

<10 ! 20 ! 40 \ 60 ! 80 ! .100 ! 120

Наземное скашивание

Воздушное скашивание

Перевозка Ми-8

Наземная пачяовая заготовка

Пачковая заготовка Ми-8

330 435 397

132 91 - 1392

12 695

61 812

- 2068 Г646

873

78. 922

1654

1000

104

ПО

1824 2044

- 1483 752 Пршечание: оптимальные значения /(^подчеркнуты. Воздушное ска пившие дзрзаьев вертолетом Ми-8 с подвесной инструментальной голозкой характеризуется наименьшей удельной энергоемкостью. Этот способ выгоден при расчистке трасс, уборке опасных деревьев, приисковых рубках.

Из наэенных •технологий пачковая заготовка деревьев выгоднее в сравнении с поштучной обработкой с помощью ВПМ и трелевочного трактора. Кроме того, с использованием ВПМ с активным прицепом исключаются прохода трелевочных тракторов по коридорам.

- 26 -

8. Разработка и внедрение манипуляторных кусторезов. На базе серийных опорных подшипников рекомендован ряд сменных кусторезов и древоредоэ, содержащих низкоскоростнне инструментальные головки с зуб^птьда; ложами бесстружечного перерезания деревьев. Модульный к.у^горе-■ диаметром 2,3 м (рис.5) может быть установлен на различные типн манипуляторных машин.. Диско-ножевые кусторезы с__дислом оборотов 9 и 18 об/мин аффективны

из-за того, что когут обрабатывать деревья диаметром 0...16 см око ло ловерхности грунта полосами 4...21 м с про изгбдительностью более 3 га/смену.

Привод кустореза конвертирован от механизма поворота платформы ЛП-19Б-01. Этот модульный привод обеспечи вает применение различных типов инструмента®» ных головок для лесохо-зяйственных, дорожно-строит'льных и иннх видов раоот.

По данным Г.И.Редько принята точечная густота березы с 10-кратным загущением (А=1..,12 чет)

П^558,aA3'5ffi4e,^cí-3,I27Cnü'55a2)+40,4 . (42)

При этом средний диаметр березы равен

J55=O,I052AI'2679«9B(-0,0C0899AI''4Ia7) . ' (43)

"Если принять рабоч>1» зону, при боковом скашиватгл поворотом платЛср*»»jxtóHotf 0,•£?«/( c¿ *2.,3 и), то мввсамальноз число одновременно срезаеяд кустов Q2** будет ршяеи

. (44)

По Г.И.Редько рост лиственных молода«ков характеризуется несколькими волнами активности, поэтому ревомвидуится той типа сменных кусторезов СК-8, CK-I2 и CK-I6 (числа означают .

В диссертации основное вникание уделено обоснованию параметров CK-I6.

Ркс.5. Варианты модульной навески кустореза

- 27 -

9- Эффективность изготовления и применения модульных рабочих органов. Математическая модель выпуска ВПМ типа ЛП-19' имеет вид ( t =0 для 1974 г., t =0.,.I9 лет)

Z , =2426,3876 / 2'I795ev/>(^Q,O9227zLl'3032) , (45)

4 =0,000022^'7592-°'ö655I2a'84^o(0,5874ziI'W5) , (46) где i^, - интенсивности выпуска ВПМ, шт/год.

•Переход в.изготовлении ЛП-19 (¿^)->ЛП-19А практически (в 1983-1984 гг.) был прерывистым. Новый этап развития ВПМ с модульными рабочими органами начался с 1993 г-

Для возмоящости увеличения срока службы манипуляторной базы ЛП-19В, с использованием в течение года нескольких сменных рабочих органов, предложены класса использования машин по времени, производительности, грузоло; темности к нагручсния привода инструмента.

Для оценки перспективных ЛЗМ по относительной эффективности предложен комплекс формул (табл.3): '

, (47)

, 07326А3'2540^(-1,7507А° '4228) ,

где: Sf- текущий прирост ели в модальном древостое, м3./год; ~Тн - нормативный срок службы ЛЗМ (7 лет);Ms - масса базы,т; Mcs- масса манипулягорного оборудования, т; M«масса срезанной части дерева, т.

Таблица 3

Относительная эффективность обработки растущих деревьев перспективными ЛЗМ на сортименты

Параметр т i Ю ! 20 ! ^»v ' , MI 40 £> U V А 60 Л ч Jt^ 1 ! 80 ' 100 120

База Э0-2621В ЭО-3323 Э0-4321Б ЛП-19Б-01

М, т 5,7 14,0 19,3 23,5 23, iS 23,5. 23,5

Ms, т 4,0 11,5. 15,0 16,5 16,5 1С,5 16,5

McS, Т 1,7 2,5 4,3 7,0 7,0 7,0 7,0

'•¿¡t, м3/(га.год)1,28 2,51 2,89 2,28 1,62 I.II 0,75

(prr,«X> m ■I I I 2 3 ' 4 5

MZ'* ™ 146 226 641 1200' 1200 1100 800

М^а, кг 300* 300 300 ' 500 500 500 500

[PJ, м 21 20 12. 10,7 10,7 11,6 16,0

1&Г,мэ/(т. га)1,57 1,26 1,05 0,68 0,48 0,33 "0,22

^члг- число резов на стволе дерева,^су - масса ЗСУ с цепно-пильньги механизмом,* ЗСУ с емкостью для арборицидной жидкости, - предельно допустимый радиус действия ЗСУ, при этом

Предельный радиус дейс.зия может быть реализован при 12 м с помощьп автома.ячее1 ; действующих аутригеров. Из табл. 3 видно, что по относ;-тёльн л биотехнической эффективности наиболее необходимы ыашдны для осветления и прочисток. Расчетами получен 5, что в возрасте А=10...40 лет выгодно срезание деревьев, а при А=40...130 лет - срезание отдельных сортиментов от растущих деревьев.

Заключение

Результаты анализа эволюции ЛЗИ показали, что в новых экономических условиях хозяйствования при-гцшш комплексного, многоцелевого и рационального пользования лесными ресурсами не могут быть реализованы без обоснования на перспективу многоотраслевой системы машин лесного хозяйства и лесозаготовок.

Основными итогами выполненного исследования являются: выделение из всей совокупности проектно-конструкторских работ этапа аванпроектирования; разработка эволюционного подходе к отображении свойств древостоев на параметры перспективных машин.

Коренное отличие разработанной методологии обоснования па' раметров заключается в том, что перспективная ЛЗМ синтезируется относительно множества рабочих органов, ;определенных по возрастам древостоев и соответствующим эти.- возрастам значениям таксационных показателей. Причем эти рабочие органы могут быть установлены «а раз.:-.:чн.»»е типы наземжяс макипудяторныг машин многоотраслевого нзэк;.ченкя, а также на летателыше аппараты.

.Из полученных результатов теоретических я экспериментальных исследований исходят следующие сснатые вывода и рекомендации:

I. На начальных стадиях проектирования'процесс обработки деревьев следует рассматривать как биотехническое взаимодействие участка леса, лесоматериалов и оборудования при заданных свойствах персонала. Возраст обрабатывав««го древостоя рекомендуется принять в качестве системообразующего параметра, относительно которого должны определяться параметры проектируемых рабочих органов и ЛЗИ. Для этого следует использовать ком плехсы математических моделей: конкретных древостоев; технико

- 29 -

экономических данных множества существующих ЛЗМ; операций-действий по преобразованию деревьев в сортименты.

2. Таксационные показатели учитывается как спектральные рассмотрения на возраст 10...130 лет, а рост и развитие древостоя рассматривается как стационарный случайный процесс, относительно которого распределяется по технологическим маршрутам действия вновь создаваемых рабочих органов. Доказано, что задачи оценивания случайных процессов обработки растущих деревь-

' ев и создания различных типов устройств сводятся к установлению и разрешение уравнений регрессии, в большинстве случаев соответствующих предложенному биотехническому закону.

3. В соответствии с программой рубок в сложных ельниках смоделированы функционалы действий по конкретным способам и средствам обработки"растущих деревьев. Изучена эволюция способов рубки деревьев с древнейших времот: и предложены эволюционные уравнения, позволяющие прогнозировать новые способы обработки деревьев. Предложен способ сорткментной обработки растущих 'деревьев с помощью ВПМ, оснащенной малогабаритным цепно-пильным ЗСУ и специальным манипулятором с вылетом до 18 м и более.

4. На основе ретроспективного анализа и последующего моделирования выявлены закономерности строения и развития" ВШ,

. в частности:

- пятое поколение БШ"характеризуется многофункциональными рабочими органами типа МЛ-20 и ЫЛ-118 и имеет период морального старшин 16 лет; в нашей стране процессорные и харвестер- . ные~головки серийно должны были выпускаться с 1985-1986 годов; по эволюционной линии пятое поколение завершает свое становление в 2001-2002 годах;

- необходимо своевременно, готовиться к освоению ЗПМ шестого поколения, начинавшего свое развитие с 1994-1995 годов с периодом морального старения 18 лет.

5. По значениям параметров существующих гусеничных и колесных обоснованы критерии скорости передвижения и тягового усилия, для расчета которых предложены универсальные

шогофакторные модели. Разработаны технические решения новых рабочих органов, манипуляторного оборудования и ЛЗМ на уровне изобретений.

6. Структурный анализ конструкций и схем движений манИпу-ляторного оборудования существующих JI3M позволил систематизировать законы движения рабочих органов при обработке деревьев, предложить методику пс !ска нлвых законов движения создаваемых рабочих органов.

Предложен коэф$игчент предельно возможного вылета для оценки резерва увеличения радиуса действия данной ЕШ. Для марок J1Í1-Í9A, 1П-19Б-01 и ЛП-60 этот коэффициент соответственно равен 0,47, 0,62 и 0,67.

7. По отечественным и зарубежным ЯМ получеки многофакторные нелинейные модели, с малой относительной погрешностью описывающие изменение массы, мощности на ма.и.гулирование'с деревом, мощности на движение ЖШ, грузоподъемное^- рабочего органа, производительности работы БПМ. Предложены системы уравнений

для имитационного моделирования функционирования перспектив. ных ЗИМ. *

Яредпроектное обоснование нагрузочных свойств вновь создаваемой манипуляторной ЛЗМ рекомендуется выполнить по предложенному коэффициенту полезного использования количества движения (импульса обработки) рабочих органов с обрабатываемыми частями дерева.

3. Предложены многофакторные модели изменения диаметра среза, времени цикла обработки и удельной работы срезания частей дерева цепкопилыдам механизмом от ВШ ЛП-ТЗА.. По мере опускания пильной шины от прикорневой шейки дерева к грунту время опиливания увеличивается в несколько раз. Выше прикорневой шейки время срезания начинает гспр&стать из-за увеличения сил заклинивания пильной цепи и л;: ы « пропиле. Наименьшие значения времени и удельной работы р> ан/я наблюдаются на высоте среза ттеюева nv.

9. Оптимизацию параметров модульных рабочих органов предложено вести по критерию энергетического импульса, в общем случае характеризующего соответствие между действиями древостоя, лесоматериалов и ЛЗМ. На основе обобщенного функционала действий разработаны частные показатели относительной биотехнической эффективности процессов обработки деревьев.

На основе анализа математических моделей действи:1 цепно-лильного механизма предложены типоразмеры ЗСУ машин д.~л рубок ухода за лесом. Удельная работа срезания, при выносе срезанной

части березы без касания крон оставляемых елей, составляет основную долю энергоемкости процесса обработки цепнопильными ЗСУ. При этом максимальная относительная биотехническая эффективность ожидается при рубках прореживания сметанных ельников.

Ю. Машку ЛП-19Б-01 рекомендуется применять в качестве базового модуля при наземном скашивании деревьев (А=0...40 лет), наземной пачковой заготовке деревьев или сортиментов при выборочных рубках (А=40...120 лет). В первом случае следует применять ыанипуляторнзе кусторезы, а во втором - активные прицепы-накопители, конструкции которых защищены изобретениями.

II. Серийно изготовляются дисконожевые кусторезы с модульным приводом для скашивания дрепесно-кустарниковой растительности. Для экскаваторов и ВПМ обоснованы параметры назначения манипуляторного кустореза мощно.'тыо 60 кВт, обеспечивавшего срезание 0...16 см и одиночных деревьев диаметром 16... 25 см с производительностью более 3 х /смену при скашивании полос шириной 4...21 м.

Основное содержание диссертации опубликовано в книгах: . I. Чеченкин В.Е.,Мазуркин П.М. Бесструткечное резание древесины. - М.: Лесн.пром-сть, 1966. - 144 с. 1

■ 2. Мазуркин П.М. Поисковое проектирование лесотехнических объектов. - Красноярск: Изд-во Краснояр.ун-та, 1990. - 192 с.

3. Мазуркин П.М. Поисковое конструирование лесотехнического оборудования. - Саранск: Изд-во Сарат.ун-та, 1990.

- 304 с.

4. Мазуркин П.М. Идентификация функпионированил ттркродо-хозяйствекных систем/ Map.политех.ин-т. - Йошкар-Ола, I98s.

- 335 с. Деп. ШШИЗИлеспром, № 2535-лб89.

5. Мазуркин П.М. Эвристический регрессионный анализ при-родохозяйственных явлений и процессов/ Map.политех.ин-т. -

- Йошкар-Ола, 1989. - 316 с. Деп. ВНИПИЭЙлеспром, № 2554-лббЗ.

6. Мазуркин П.14. Алгоритмы расчета бесстружечного резания древесины/ Map.политех.ин-т. - Йошкар-Ола, 1989. - 211 с. Деп. ШЩШЭИлеспром, № 2482-лб89.

7. Мазуркин П.М.,Пинчук З.М.,Котиков В.И. Манипуляторные кусторезы. - Йошкар-Ола: МарПй, 1992. - 106 с.

8. Мазуркин П.М. Предпроектное обоснование технических функций, конструкций и параметров ЛЗМ/ Map.политех.ин-т. -Йошкар-Ола, 1993. -.487 с. Деп.ВНИШЭИлеспром, № 2868-л6S3.

9. Мазуркин П.!Л. Биотехническое проектирование (слравоч-но-методическое пособие). - Йошкар-Ола: ЫарПИ, 1994. - 348 с.

10. Мазуркин П.М.,Поля•лв И.П. Способы лесозаготовки: Учеб.псс. - Йоажар-Ол: ' , 1994. - 144 с.

в бро;тсра \ и сч л ;ьях:

11. Печенкин В.Е.,Мазуркин П.М. Новые способы резания древеси :ы: Учеб.пос. - Горький: Изд-во Горьк.ун-та, 1979.- 88с.

12. Мазуркин П.М.»Лоловинкин А.И. Методы поискового проектирования. - М.': 1989.. - 103 с. - Деп. НШШ, № 908-89.

13. Морфологический анализ и синтез при формировании систем машин/ Г.Г.Коваленко, В-И.Святошгаж,П М.Мазуркин, Б.И.Андронов. - и.: РосНШШ, 1992. - 72 с.

14. Мазуркин П.М. Алгоритмы расчета ¡.-¿жимов пиления древесины: Метод.разработки. - Йошкар-Ола: МарПИ, 1981. - 62 с.

15. Мазуркин П.М. Анализ технических функций/ Марлтолитех. ин-т. - Йошкар-Ола, 1989. - 114 с. Деп. ВНИШШлеспром,

% 2436-лб89.

16. Мазуркин П.М.,Котиков В.'Л.,Поляков И.Н. Ветверезы и обрезчики деревьев. - Йошкар-Ола: 1994. - 42 с.

17. Проектирование систем биотехнических требований на основании мониторинга выращивания спецсортиментов/ Алексеев

П.В. .Мазуркин ПЛ.,Федотов З.И. Мар.политех.ин-т. - Йошкар-Ола, 1992. - 121 с. Деп. ВШШЗИлеспром, » 2835-лб52.

18. Расчистка лесных площадей и трасс вое -„утиных линий электропередачи/ С.М.Гордеев,П.М.Мазуркин,В.М.Линчук,В.И.Котиков,И.Н.Поляков. - Йошкар-Ола: МарПМ, 1992. - 94 с.

19. Кочегаров В.Г.Даз'окиг: П.М.,Печенкин В.Е. Расчет усилия резания при поперечном г,сстружечном делении древесины// Машины и орудия для механизмами лесозаготовок: Межвуз.сб.научн, тр./ ЛТА. - I., 1976. - С.7Ь-63.

20. Мазуркин П.М.,Половинкин А.И. Методика ретроспективного анализа эволюции лесной техники// Автоматизация конструирования в приборостроении: Межвуз.сб.научн.тр./ ГТУ. - Горький, 1978. - С.121-131. ' .

21. Мазуркин ПЛ..Половинкин А.И.,Соболев А.Н. Методика " поиска новых решений в лесной технике// Автоматизация проектирования транспортного и мелиоративного освоения леенг: массивов. - Петрозаводск: КФ АН СССР, 1979. - С.9-17.

22. Кочегаров 8.Г. .Мазуркин П.М.,Печенкин З.Е. Анализ расчета усилия при поперечном бесстружечном резании древесины

зубчатым ножом// Машины и орудия для механизации лесозаготовок и лесного хозяйства: Межвуз.сб.научн.тр./ J1TA. - Л., 1979. -С. 21-24.

23. Сурьянинов А.И. ,Печенкин' В.Е. .Мазуркин П.!/.. Применение системы машин ЛП-2, ТБ-1, ЛО-72, ЛЛ-2 в условиях постепенных рубок// Сб.по обмену производственным и научным опытом. Вып.9. - Йошкар-Ола: Маркнйгоиздат, 1980. - С.91-94.

24. Половинкин А.И. .Соболев А.Н..Мазуркин П.1.1. Разработка специализированного эвристического метода поиска новых технических решений// Применение- математических методов и ЭШ в управлении лесной-промышленностью: Сб.научн.тр./.ВНШИЭИлес-пром. - М., i960. - С.140-146.

25. Мазуркин П.М..Новоселов Ю.М. Морфологическое исследование лесовалочных устройств// Автоматизированные подсистема поискового конструирования: Межвуз.С- научн.тр./ ГГУ. - Горький, 1981. - С.75-83.

26. Мазуркин Ü.M. Проектирование новой техники// Лесной журнал. - 1984. - 1= 5. - С.48-52.

27. Мазуркин ILM. Эвристико-матсматическое моделирование// Научно-': ихническое творчество: проблемы зврилогии/ Институт философии и права.-- Рига, 1987. - С.234-236.

28. Мазуркин П.М. 0 критерии прогрессивности проектируемых машин// Интенсификация лесозаготовительного и лесохозяй-ственного производства на основе перспективных машин: Межвуз. сб.научн.тр./ ЛТА." - Л., 1987. - С.65-70.

29. Мазуркин П.М. Об особенностях возникновения, строения и развития лесотехнолог.ических Комплексов// Применение законов развития и строения техники в поисковом конструировании: Сб. научн.тр./ ВолгПИ. - Волгоград, 1987. - С.65-72.

30. Моделирование показателей выпуска малины ЛП-19/ П.М. Мазуркин, В.И.Кретинин,В.Н.Соболев,В.И.Загайнов,В.Г.Бобров// Лесной журнал. - 1988.' - № 3. - С.31-34.

31. Мазуркин П.Ы.,Шевчук В.Д. Моделирование технического, уровня гусеничных тракторов// Автоматизация выбора и оценки проектных решений: Межвуз.сб.научн.тр./ МарПИ. - Йошкар-Ола, 1988. - С.88-96.

32. Мазуркин П.Ы.,Майоров Л.И. Анализ срезания деревьев машиной ЛП-19// Лесосечные, лесоскладские работы и транспорт леса: Межвуз.сб.научн.тр./ ЛТА. - Л., 1988. - С.24-28.

33. Мазуркин П.М. Поиск функциональных структур комплексов лесозаготовительных машин// Интенсификация лесозаготовитель-

ных и десохозяйственных производств: Межвуз.сб.научн.тр./ ЛТА..

- Л», 1989. - С.70-75. '

34. Мазуркин П.М.,Майсуов Л. И. Рабочий орган машинн для рубок ухода за лесом/, Инге '-¡ифшсация лесозаготовительных и десохозяйственных прО',эводег;Межвуз.сб.научн.тр./ ЛТА- - Л.: 1989. - С.75-78.

35. Мазуркин П.М;,Гордеев С.М..Захаренко Г.П. О моделях автоматической'оценки деревьев в условиях машинной валки// Лесосечные, лесоскладские работы и транспорт леса: Межвуз.сб. научн.тр./ ЛТА. - Л., 1989. - С.18*21».

36. Мазуркин П.М. Функциональное про-аТйрование систем машин// Проблемы формирования систем «air/.-i и техники новых по-, колени*. Том Г. Часть I/ ВИИЖМ. - М., ;.. J. - C.I06-I2I.

■ 37. Мазуркин П.М. Функционально-модульное агрегатирование лесозаготовительных машин// Обоснование параметров машин и механизмов для лесозаготовок и лесного хозяйства: Межвуз.сб. научн.тр./ ЛТА. - Л., 1990. - С.61-67.

58. Мазуркин П.М. функциональное расширение технологического поведения- лесозаготовительных машин// Лесосечные, лесоскладские работы и транспорт леса: Межвуз.сб.научн.тр./ ЛТА,

- Л., 1990. - С.10-18.

39. Мазуркин П.М. Бесстружечное срезание кустарника и поре ал к// Лесной журнал. - 1991. - № I. - С.35-39.

40. Мазуркин П.М. Классификация техничес-их функций лесозаготовок// Лесосечные, лесоскладские работы v транспорт леса: Межвуз.c6.HayuH.TO - / JTOUj- Л., 199!...

_ -jx' ii-oypKvtrt ц.м. Конц-пцк-i механизации лесозаготовок "требует пересмотра// Лесн.г- ;м-сгь. - 1991. - № 12. - C.2I.

42. Мазуркин П.М. Модгмдрг.зание объема сучьев// Лесоводство, лесные культуры и по^ юведенке: Метауз.сб.научн.тр./ ЛТА. - Л., 1991. - С,32-36.

43. Мазуркин П.М.'Дулепоаа O.A. Моделирование технически данных отечественных гусеничных тракторов// Повышена;-' качеств лесных машин в процессе проектирования, изготовления, эксплуа тации и ремонта: Межвуз.сб.научн.тр./ ЛТА. - Л., 1991. - С.53 60.

44. Мазуркин П.М. .Пинчук 8-М. .Котиков В.И. Конвертирован ние лесозаготовительных машин// Яесн.пром-сть. - 199~. -5 1.

- С.26-27.

45. Мазуркин П.М. Моделирование технических данных одно-

ковшовых гидравлических экскаваторов// Строительные и дорожные машины. - 1992. - № 4. - С.15-17.

46. Мазуркин П.М..Царев Е.Ы. конвертирование машины ЛП-17А// Лесн.пром-сть. - 1992. - .¥ В. - С.23-24.

47. Мазуркин П.М- Манипуляторы для ЗЛЫ/ Лесн.пром-сть. 1994. - № I. - С.22^23.

48. Мазуркин П.М. функциональная классификация лесных машин. - Лесной журнал. 1994. № I. - С.47-50.

49. Мазуркин П.М. Производительность лесозаготовительной машины. - Лесной журнал. 1994. № 2. - С.42-46.

50. Мазуркин П.М. Биотехническая эффективность проектируемых лесозаготовительных маши. - Лесной журнал. 1994. № 2.

- С.46-52.

в авторских свидетельствах и патентах: 815432, 843859Г 888868, 997631, 102С1/72, 1061998, 1064910,

1100221, 1102525, 1140720, 1184483, I[84679, 1186477,1191291,

1197841, 1230823, 1246945, 1250455, 1291074, 1337257, 1391889,

1393353, 1393641, 1437224, 1445637, 1451055, 1471991, 1475784,

1553412. 1554825, 1562135, 1572818, 1585156, 1594018, 1606021,

1629181, 1652056, 1653653, 1653958, 1653958, 1657379, 1666294,

1667732, 1681771, 1684046, 1685860, 1688561', 1702950, 1706142,

1711721, 1719956, 1720577. 1724097, 1731697, 1734598, 1736908,

1757551, 1761564, 1764572, 1764573, 1766310, 1771601, 1783272,

1782458, 1782459, 1790874, 1791112, 1791354, 1794406, 1794407,

1808261, 18210Э4, 1822672, 1822673, 1824097, 2008232, 2013237,

2013238, 2013239, 2013939, 2015658, 2015660, 2016505, 2016790,

2017404, 2019088, 2019486.