автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Оценка вибронагруженности оператора валочно-пакетирующей машины при обработке деревьев, подверженных ветровалу

На правах руко) ум

Бучникова Наталья Борисовна

Оценка вибронагруженности оператора валочно-пакетирующей машины при обработке деревьев, подверженных ветровалу

05.21.01 - «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2014

005548171

005548171

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова» (ФГБОУ ВПО СПб. ГЛТУ)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Александров Валентин Александрович,

Официальные оппоненты:

Сидыганов Юрий Николаевич, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры эксплуатации машин и оборудования ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет».

Карпилович Андрей Иванович, кандидат технических наук, советник генерального директора «Рослесинфорг»

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ухтинский государственный технический университет: 169300, г. Ухта, ул. Первомайская, 13.

Защита диссертации состоится «05» июня 2014 г. в 11.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.220.03 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова» (194021, г. Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, главное здание, зал заседаний).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте www.ftacademv.ru Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета им. С.М. Кирова

Автореферат разослан «^Т*» - 2014 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета ^¿ХХС^/^ Алексей Романович Бирман

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Многолетний отечественный и зарубежный опыт использования на лесосечных работах валочно-пакетирующих машин /ВПМУ показал их перспективность и в будущем. При ведении валочно-пакетирую-щими машинами сплошных и выборочных рубок леса достигаются: высокая производительность труда, сохранение подроста, меньшее по сравнению с традиционными технологиями и машинами отрицательное влияние на окружающую среду. В то же время исследованиями выявлено, что работа валочно-пакетирующих машин сопровождается большими динамическими нагрузками в упругих связях, вызывающими значительные колебания её платформы, которые создают неблагоприятные условия для работы оператора.

В настоящее время дальнейшее развитие валочно-пакетирующих машин идёт в направлении увеличения вылета манипулятора, введения накопителя в захватно-срезающее устройство, придание возможности поворота его в плоскости перпендикулярной манипулятору, расширения зоны применения /на пересечённом рельефе/ за счёт введения выравнивателя платформы, а также рассматривается вопрос использования этих машин на разборе завалов леса после ветровалов.

Учитывая, что при разборе завалов леса после ветровалов валочно-пакетирующие машины будут работать в экстремальных условиях не только при движении по захламлённой лесосеке, но и при оперировании с предметом труда - вырванными с корнями деревьями или обломами деревьев, на первый план выходит задача - оценить возможность использования их не только с позиций нагруженности технологического оборудования и силовых установок, но и с позиций вибронагруженности операторов.

В связи с этим при создании новых и модернизации существующих валочно-пакетирующих машин возникает проблема согласования конструкции машины, технологии производства лесозаготовительных работ и возможностей человека - оператора.

Разработка высокопроизводительных валочно-пакетирующих машин, полностью использующих, но не превышающих возможности человека опepatoра является актуальной задачей.

Цель работы. Повышение эффективности валочно-пакетирующих машин путём использования на этапе проектирования аналитических методов расчёта и научно-обоснованного выбора параметров, обеспечивающих снижение вибронагруженности операторов до уровня, регламентированного ГОСТ 12.1.012-90 «Вибрация. Общие требования безопасности» и санитарными нормами СН 2.2.4/2.1.8.566-96.

Задачи исследования: 1. Разработать математические модели для изучения вибронагруженности операторов валочно-пакетирующих машин в процессах: выравнивания платформы, перенесения дерева поворотом платформы, стопорения, ава-

рийного сброса дерева, движения по поверхности лесосеки, протяжки стволов деревьев и очистки их от сучьев.

2. Исследовать вибронагруженность операторов валочно-пакетирующих машин при разборе завалов леса после ветровалов и выявить основные закономерности возникновения динамических воздействий.

3. Разработать рекомендации по снижению вибронагруженности операторов валочно-пакетирующих машин.

4. Оценить возможность с позиций вибронагруженности оператора использования валочно-пакетирующих машин при разборе завалов леса после ветровалов.

Методы исследования. В основу изучения вибронагруженности операторов валочно-пакетирующих и валочно-сучкорезно-раскряжёвочных машин положены: математическое моделирование, компьютерные программы (метод Рунге-Кутга) и эксперимент (обработка методами экстремума и максимума).

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Математические модели динамической /механической/ системы для исследования вибронагруженности операторов валочно-пакетирующих машин в процессе взаимодействия с предметом труда при разборе завалов леса.

2. Математические модели динамической системы «Оператор - валочно-пакетирующая машина - предмет труда» для исследования вибронагруженности операторов в процессе движения и преодоления препятствий при технологических переездах.

3. Результаты исследований вибронагруженности операторов валочно-пакетирующих машин при разборе завалов леса после ветровалов.

4. Закономерности возникновения динамических нагрузок в упругих связях валочно-пакетирующих машин.

5. Рекомендации по снижению вибронагруженности операторов валочно-пакетирующих машин при разборе завалов леса после ветровалов.

Научная новизна работы заключается в:

- разработке многофакторных математических моделей, позволяющих исследовать на этапе проектирования валочно-пакетирующих и валочно-сучкорезно-раскряжёвочных машин вибронагруженность операторов в процессе разбора леса после ветровалов;

- проведении комплексных исследований вибронагруженности операторов валочно-пакетирующих и ВСР машин на разборе леса после ветровалов на основе использования математического моделирования, компьютерных программ и эксперимента, отличающихся тем, что оператор рассматривается как активный элемент динамической системы «Оператор - валочно-пакетирую-щая машина - предмет труда»

Теоретическая и практическая значимость работы.

Разработанные математические модели для исследования вибронагру-женности операторов валочно-пакетирующих и валочно-сучкорезно-раскряжёвочных машин, результаты исследований дополняют теорию лесных машин и являются базой для дальнейшего совершенствования существующих конструкций и создания новых, а также являются составными элементами автоматизированной системы проектирования (САПР).

Использование в практике проектирования теоретических разработок позволяет:

- научно-обоснованно производить выбор основных параметров валочно-пакетирующих и валочно-сучкорезно-раскряжёвочных машин, обеспечивающих минимальные динамические нагрузки на машину и снижение виброн-агруженности операторов до уровня, регламентированного санитарными нормами СН 2.2.4/2.1.8.566-96;

- повысить качество проектирования при сокращении его стоимости;

- сократить сроки создания и доводки машин;

- повысить производительность машин.

Достоверность полученных результатов. Достоверность полученных результатов, изложенных в диссертации, подтверждается использованием обоснованных расчётных схем математических моделей, основанных на фундаментальных законах физики, удовлетворительным соответствием результатов расчёта и экспериментального исследования. Оценка корректности разработанных моделей производилась методом сравнения теоретических и экспериментальных данных по максимальным и среднеквадратичным значениям выходных параметров моделируемых процессов. Погрешность теоретических расчётов не превышает 8-13.5%. Экспериментальные данные получены с использованием современных метрологически проверенных измерительных средств и обоснованием длительности и количества опытов.

Апробация работы. Основные результаты диссертации внедрены в ООО «Лестехком» и в учебные процессы Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета и Ухтинского государственного технического университета при чтении лекций по дисциплинам: «Математические основы моделирования технологических процессов лесных машин», «Математическое моделирование при проектировании лесных и деревообрабатывающих машин», выполнении курсовых работ и в дипломном проектировании при подготовке инженеров по специальности 15.04 «Машины и оборудование лесного комплекса»; бакалавров по направлению подготовки 151000 «Технологические машины и оборудование»; написании магистерских диссертаций при подготовке магистров по направлениям 150400 «Технологические машины и оборудование» и 151000 «Технологические машины и оборудование».

Основные положения и результаты диссертационных исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях Санкт-Петербургской лесотехнической академии (2009, 2010 и 2011 г.г.), Ухтинского государственного технического университета (2010,2011 г.г.).

Публикации. Материалы диссертации в виде статей опубликованы в шести изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования научных исследований. Авторский вклад составляет 2 печатных листа.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, выводов и рекомендаций, списка литературы и приложения.

Общий объём работы составляет 200 страниц, из них 196 основного текста и 4 страницы приложений. Работа включает 54 рисунка, 23 таблицы и 113 наименований использованных источников.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы, задачи исследования, объекты, предмет и методы исследований, научная новизна, вклад в теорию и практику и основные научные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе изложено современное состояние вопроса применения валочно-пакетирующих машин на заготовке леса.

В разделе рассмотрены вадочно-пакетирующие машины для ведения сплошных и выборочных рубок леса, приведена классификация машин по компоновке, рассмотрены основные технологические операции, выполняемые при ведении рубок леса, а также при разборе завалов леса; проанализированы методы определения динамических нагрузок в грузоподъёмных машинах и вибронагруженности операторов. Обзор и анализ исследований, посвящён-ных определению нагруженности лесосечных машин, выполненных Александровым В.А., Безносенко П.Д., Бурмаком П.С., Жуковым A.B., Полетайкиным В.Ф., Рахманиным Г.А., Максимовым Л.П., Емтылем З.К. и другими, позволил сделать следующий вывод:

- Изучению динамики лесных машин с манипуляторами посвящено значительное число работ. В качестве метода исследований в большинстве работ принято математическое моделирование.

Обзор и анализ исследований, посвящённых изучению вибронагруженности операторов /машинистов/ лесосечных машин, осуществлённых Гольд-ман Э.И., Горбачёвым В.П., Горбачёвым H.H., Ромашкиным Н.Д., а также работ посвящённых изучению вибронагруженности водителей автомобилей, машинистов /трактористов/ машин общего назначения показал:

- До настоящего времени процесс разбора завалов леса после ветровала остаётся недостаточно механизированным с большим удельным весом применения ручного труда. Использование валочно-пакетирующих машин на разборе завалов леса не производилось и, естественно, вибронагруженностъ операторов не изучалась.

- Исследованиями Р.В. Ротенберга, В.В. Иванова, А.А. Хачатурова и других установлено, что повышенный уровень вибрации на сидении приводит к увеличению ошибок оператора в управлении машиной, недоиспользованию мощности силовой установки и снижению производительности.

- Вибронагруженность операторов валочно-пакетирующих машин в процессе: преодоления препятствий, переориентирования ходовой системы с целью перемены направления движения методом «вывешивания», стопорения при натяжении ствола дерева или облома, перенесения дерева или облома на технологический коридор, аварийного сброса не изучалась.

- При изучении вибронагруженности оператора валочно-пакетирующей машины его можно представить в виде сосредоточенной массы, помещённой на упругом основании. Жёсткость основания и затухание колебаний в такой системе определяется жёсткостью сидения и затуханием в нём, жёсткостью ягодиц и их демпфированием пренебрегают.

На основании изложенного и учитывая тенденции развития лесосечных машин в диссертации поставлены задачи исследований, приведенные на с. 3,4 автореферата.

Второй раздел посвящён теоретическим исследованиям вибронагруженности операторов валочно-пакетирующих машин в процессе пакетирования дерева /деревьев/.

В нём разработаны математические модели для исследования вибронагруженности операторов в режимах: выравнивания платформы, перенесения дерева или облома поворотом платформы и стопорения с последующим обрывом связей (размыканием ветвей и сучьев). На рисунке 1 приведены расчётные схемы динамических систем «Оператор - ВПМ - предмет труда» для исследования вышеперечисленных режимов.

а)

б)

Рисунок 1. Расчётные схемы для исследования вибронагруженности оператора ВПМ в режимах: а - выравнивания платформы; б - перенесение дерева или облома поворотом платформы; в - стопорения /ВПМ классической компоновки/; г - стопорения /ВПМ с выравнивателем платформы/; д - аварийного сброса дерева /облома/.

Принятые обозначения:

- приведенные моменты инерции соответственно платформы (схемы а, б, в, г и д); манипулятора с ЗСУ (схемы а, в. д); манипулятора, ЗСУ и дерева (схемы б, г); дерева (схемы а, в); оператора (схемы а, б, в, гид);

Фо'ФьФг ифз - угловые координаты (перемещения) масс соответственно с

моментами инерции 10,11,12 и 13; с0,сс,с12,с2з,сп,ск - приведенные угловые жесткости соответственно привода выравнивателя (схемы г, д), сиденья (схемы а, б, в); сиденья (схемы г, д); манипулятора (схемы а, б, в, г, д); дерева (схемы а, в); привода платформы (схема б); корневой системы (схема г); Р - усилие на штоках гидроцилиндров привода выравнивателя платформы

(схемы а, г); на штоках гидроцилиндров привода стрелы (схемы в, г); г - плечо силы Р; Оп - сила тяжести платформы; Ь - вылет манипулятора; Од - сила тяжести дерева;

Мс - приведенный момент сопротивления перемещению дерева и платформы (схема б); момент статического сопротивления повороту платформы (схема в);

Ок - приведенная сила тяжести манипулятора и ЗСУ;

г0,Г! - соответственно радиусы поворота оператора относительно оси поворота платформы (схемы б, д) и (а, в, г).

Математическое описание динамических систем в режимах выравнивания платформы, перенесения дерева поворотом платформы представлено в виде дифференциальных уравнений шестого и четвёртого порядков вида

^ -Фо^ + А^ -Фо^ + ед -ФоНСХФ! -Фо) = Д.

(фГ

(1)

где

в _ РЗСОС12(12+1О+11) + (12+1З)ГРО + ^)с0С23 + ^С23С12]+ ^оС2зС12> .

^ _ [^2 + Ь )Уо + ^ )С0 + *0С0 ^ + С0 + + .

--2 '

10121з

_ с12МдС23 С12МсС23 _ С12С23 (Мд - Мс)

111213

Частное решение уравнения (1) представляет собой приведенную статическую деформацию упругой связи «со» ©2 = Д/С.

Решение однородного дифференциального уравнения будет ©! = (С^совкг + С25Ш 1Й) + (СзСОБ^ + С45П1 1Й) + (С5созой + С^Ш юг). (2) Угловые перемещения оператора на сидении определятся в режимах: - стопорения

(р0 = ЦдАрт (р^ + «[) + ДюА^т (р2Х + а2) + ДцА^т (р^+а3)-ь + {112А45т(р4Х + а4).

Здесь

(3)

Мю

со

Ми =

(с0-10р4)

(с0-^Р12)' (со— ^оРг)' (с0-10Рз)'

А], А2, Аз, и А4 - амплитуды колебаний масс системы. - аварийного сброса и натяжения ствола дерева

ср0 = А1 зт(р^ + а1)+А2 Бт(р21 + а2 )+А3 5т(р31 + а3 ) ,

где

А, =

(4)

РгоИз "1-й-" . Из.

.Из . Рг(И4Из-И1Иб)+ 1 —— . Из_ Рг(ИзИ5 —ИгИб)

Р2 Ё2_ -1

.Из

1 _Н1_ Р1

Из.

ФгоИз 1-й . Из.

Н2_! >3 . Р2(ШИз-Ц1Иб)+ 1-й. Из. Рг(ИзИ5-И2Иб)

02<>Из . Из.

И1-1 .Из . Р2(И4Из-И1Иб) + 1-Й. Из. РгСИзИз-ИгИб)

X- Р2 И2_ .Из -1 И2 02оИз 1 Из.

1 _И1. Из. Р1 ИзРз Ё2 .Из -1 (И4ИЗ-И1И6) + 1-й . Из. (ИзИз-ИгИв)

В выражениях для А\, Аг, и Аз обозначено: В! _(сс-10р?). _В2 _(сс--Г0р^. _В3 _(сс-10рЬ , А1 сс А2 сс А3 сс

Ц4-С1 _С12(Сс-^Р?) . -С12(СС-^Р2>. Ць_ С3 _С12(СС~^РЗ)

4 А1 сс(с12-.Г2р?)' 5 А2 сс(с12-12р2)' А3 сс(с12-12Рз)

В результате исследований установлено, что в режимах пакетирования деревьев операторы ВПМ подвержены вибрационному воздействию, превышающему допускаемые по санитарным нормам СН 2.2.4/2.1.8566-96 в 3.3...9 раз. Определяющее влияние на уровень ускорений оказывает интенсивность форсирования пуско-тормозных режимов, объём пакетируемого дерева и жёсткость сиденья. Вылет манипулятора имеет меньшее значение. Диапазон изменения ускорений в зависимости от жёсткости сиденья и объёма пакетируемых деревьев составляет 1.67... 12.84 м/с2. Частоты колебаний оператора на сидении составляют 1.21...17.31 1/с. При этом перемещения оператора на сиденье достигают 0.126...0.210 м.

Анализ амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) на сидении оператора (см. рисунок 2), отражающих реакцию динамической системы на внешнее воздействие показывает, что основная полоса пропускания частот находится в диапазоне 3.14...12.36 1/с. Максимальные значения приходятся на частоту

р = 8.79 и р = 10 1/с. Появление одной резонансной области на АЧХ объясняется ограничением диапазона частот 0... 17.31 1/с.

Результаты исследований указывают на ограниченные возможности снижения вибронагруженности оператора за счёт варьирования жёсткости сиденья. Более эффективным является увеличение времени разгона (торможения) и снижение скорости перемещения дерева.

Вибронагруженность оператора в режиме перенесения дерева поворотом платформы менее значительна (1.48... 1.68 м/с2), но также превышает нормативные значения.

В режимах стопорения с последующим обрывом связей (размыканием ветвей и сучьев) угловые перемещения оператора на сидении достигают 0.101 и более радиан, что в переводе на линейные перемещения состав-о 2 з 4 5 'р. Гц ляет 0.1212 м. Уровень ускорений

Рисунок 2. Амплитудно-частотные ха- также велик.

рактеристики ускорений на сидении Как уже отмечалось выше, рабо-

оператора при пакетировании деревь- та ВПМ на разборе завалов леса после ев ветровалов и выборочных рубках со-

У = 20м3 Ь=8м с =14 4103 Нм' провождается частыми режимами сто-ф/ ф / . порения из-за сплетения ветвей обра-

1_/чр=10/с2; 2_/1р=1'5/с2' батываемых деревьев с соседними.

При освобождении кроны пакетируемого дерева от крон соседних деревьев операторы применяют различные приёмы. При этом часто происходит аварийный сброс дерева или деревьев из ЗСУ. Вследствие мгновенного освобождения манипулятора ВПМ совершает «подскок» с последующими угловыми колебаниями динамической системы. При этом оператор, как объект системы, подвергается вибрационному воздействию. Анализ результатов вычислений показал, что при аварийном сбросе деревьев объёмом 0.5...3.5 м3 уровень виброускорений при жёсткости сиденья 5 кН/м находится в диапазоне 2.09. ..14.225 м/с2. При этом перемещения оператора достигают 15.5...21.8 см.

Операция натяжения ствола дерева или облома манипулятором также протекают с некоторым превышением нормативных виброускорений.

В разделах 3, 4 исследована вибронагруженность оператора валочно-пакетирующей машины в процессе технологических переездов и очистки стволов деревьев от сучьев.

На лесозаготовках, особенно при разборе леса после ветровалов, операторы часто применяют приём вывода срезанного дерева или облома из древостоя ходом машины. В этих случаях наиболее характерны три основных случая движения: через обособленные неровности, по непрерывно чередующимся периодическим неровностям, со случайным микропрофилем. Возможны технологические переезды и при отсутствии неровностей.

На рисунке 3 приведены расчётные схемы динамических систем для исследования вышеперечисленных режимов.

а)

Рисунок 3. Расчётные схемы для исследования вибронагруженности оператора ВПМ в режимах: а - движения по поверхности без неровностей; б - преодоления обособленной неровности; в - преодоления неровности методом вывешивания или переориентирования ходовой системы; г - протяжки ствола и очистки его от сучьев.

Принятые обозначения:

~ приведенные моменты инерции соответственно платформы (схемы а, б, г), захватно-срезающего устройства и манипулятора (схема в); манипулятора, ЗСУ (схемы а, б, г), поворотной платформы (схема в); дерева (схемы а, б, г); оператора (схемы а, б, в, г); Фо.ФьФг И(РЗ ~~ угловые координаты (перемещения) масс соответственно с

моментами инерции и

с0,сс,с12,с2з - приведенные угловые жесткости соответственно привода выравнивателя платформы (схемы а, б, г), сиденья (схема в); сиденья (схемы а, б, г); манипулятора (схемы а, б, в, г); дерева (схемы а, б, г); Р - усилие на штоках гидроцилиндров привода стрелы; г - плечо силы Р (схема в), радиус поворота сиденья (схема а, б); г0 - радиус поворота сиденья относительно оси поворота платформы

(схема г); Од - сила тяжести дерева;

Б - сила резания;

- сила тяжести корпуса ВПМ.

Угловые перемещения оператора на сидении в рассматриваемых случаях описываются выражениями: - преодоление обособленной неровности

(5)

с С..(ПГ

<Ро=-

(Сс-:0р)

с12 + сс + с0-11р2

С23 + С12 --^Р

(Сдьт + с23-;3р)

протяжка ствола и очистка его от сучьев сссирь[(0дь1+сгз)-;3р2]

©» =

° " «Сц +си)[(ОдЬт + св)-/Зр2]-}2р2[(ОдЬ7 '

(с0+сс+с12)-;,р2-

__сЬКОА+СаЫ.рЧ

: (Сс-^Р)х

{(с12+с2зЖ0дь1+са)-;3р2]-;гр2[(0дьг+с;о)-;зР2]-4}

(6)

В результате исследований установлено, что выведение срезанного дерева из древостоя ходом ВПМ по лесосеке без неровностей сопровождается вибрационным воздействием на оператора близким к нормативному в диапазоне 2-4 Гц. При этом изменение линейной жёсткости сиденья в пределах 5... 15 кН/м не оказывает существенного влияния на вибрационные характеристики. Преодоление обособленных неровностей высотой 12 см и более с деревом в ЗСУ на скоростях свыше 0.5 км/час вызывает вибрационное воздействие на оператора, превышающее нормативное по ускорению в 5 - 7 раз.

Виброперемещения оператора на сидении в этом случае достигают 15...30 см. На уровень вибронагруженности оператора, кроме скорости передвижения ВПМ, значительное влияние оказывает жёсткость сиденья и высота преодолеваемого препятствия. С уменьшением жёсткости сиденья наблюдается рост виброперемещения, виброскорости и виброускорения. Переезд обособленной неровности без дерева в ЗСУ позволяет снизить вибронагру-женность оператора примерно в два раза. Преодоление обособленной неровности методом «вывешивания» сопровождается также значительным уровнем вибрационного воздействия на оператора.

На рисунке 4 приведены характерные графики изменения вибрационных характеристик в этом случае.

При очистке стволов деревьев от сучьев малых объёмов уровень вибрационного воздействия на оператора превышает санитарные нормы, при очистке стволов деревьев больших объёмов превышает незначительно. Сни-

жение вибрационного воздействия на оператора при обработке деревьев больших объёмов происходит вследствие больших статических моментов от них.

Рисунок 4. Графики изменения вибрационного воздействия на сиденье оператора в режиме преодоления препятствия методом «вывешивания» при с0 = 117.6 • 103 Н • м (с^ = 15 кН/м). Обозначено:

(1) - виброперемещение; Н^О) - виброускорение.

В разделах 5, 6 приведены соответственно: методика экспериментальных исследований, экспериментальные исследования и результаты. Экспериментальные исследования по определению вибронагруженности операторов проводились частично в лабораторных условиях на натурном стенде, включающем манипулятор трелёвочного трактора ТБ-1, оснащённый захватно-срезающим устройством и в производственных условиях на серийно выпускаемой валочно-пакетирующей машине ЛП-19А.

В соответствии с поставленными задачами, основными целями экспериментальных исследований являлись:

1. Определение уровня вибрационного воздействия на сидении оператора в процессе выполнения технологических операций.

2. Выявление наиболее вибронагруженных режимов работы.

3. Установление закономерностей возникновения вибрационного воздействия на оператора.

4. Оценка погрешности математических моделей.

5. Санитарно-гигиеническая оценка вибрации на рабочем месте оператора валочно-пакетирующей машины.

В процессе исследований замерялись: угловые перемещения платформы, давления в приводе стрелы манипулятора и опорно-поворотного механизма, ускорения на сидении оператора (см. рисунок 5). Запись регистрируемых параметров осуществлялась на осциллографе. В связи с тем, что часть экспериментов проводилась на натурном стенде (режим выравнивания платформы), для оценки корректности математического моделирования нами были проведены дополнительные теоретические исследования на математической модели применительно к стенду. Полученные теоретическим путём результаты затем сравнивались с экспериментальными данными. Было установлено, что расхождение между теоретическими и экспериментальными данными в

зависимости 8.0... 13%.

от объёма обрабатываемых деревьев (обломов) составляет

9

Рисунок 5. Схема устройства стенда и расположения датчиков на нём: 1 - рама; 2 - ферма; 3,4- гидроцилиндры выравнивателя платформы; 5 - механизм поворота манипулятора; 6 - сиденье; 7 - манипулятор; 8 - ЗСУ; 9, 10 - датчики давления; 11 - датчик углового перемещения выравнивателя; 12 - акселерометры.

При проведении экспериментальных исследований вибронагруженно-сти операторов в производственных условиях на ВПМ ЛП-19А были осцил-лографированы режимы работы: перенесение дерева поворотом платформы, стопорение с последующим размыканием ветвей и сучьев и преодоление обособленной неровности методом «вывешивания».

На рисунке 6 приведена типовая осциллограмма вибронагруженности оператора в режиме стопорения. В процессе исследований режима перенесения дерева поворотом платформы выявлено, что в зависимости от объёма обрабатываемых деревьев, интенсивности пуско-тормозных режимов и жёсткости сиденья уровень виброускорений находится в диапазоне 1.23... 1.74 м/с2. При этом оператор подвержен двухчастотному воздействию вибрации. Высокочастотная вибрация находится в пределах 14.45... 17.97 рад/с (2.3...2.86 Гц), низкочастотная 6.43...8.96 рад/с (1.02... 1.43 Гц). Определяющее влияние на уровень виброускорений оператора имеет интенсивность пуско-тормозных режимов и объём обрабатываемых деревьев. С увеличением объёма (массы) деревьев уровень вибрационного воздействия снижается. Это связано с уменьшением колебаний базы ВПМ при пакетировании больших деревьев.

В режимах стопорения с последующим размыканием связей (ветвей) вибрационное воздействие на оператора по ускорению превышает нормативные значения в 7-9 раз. При этом амплитуды перемещений оператора на си-

дении составляют 11.6... 15.7 см. Частоты колебаний находятся в диапазоне 8.9...9.81 рад/си 1.08... 1.66 рад/с.

Рисунок 6. Осциллограмма режима стопорения дерева с последующим размыканием ветвей и сучьев: 1 - угловое перемещение платформы в вертикальной плоскости; 2, 3 - давления в приводе стрелы манипулятора; 4 - ускорение на сидении оператора.

Анализ экспериментальных данных вибронагруженности оператора в процессе преодоления обособленных неровностей показывает также на значительное превышение виброускорений на сидении допускаемых по санитарным нормам.

Расхождение между расчётными данными и экспериментальными колеблется в пределах от 2 до 13.5%.

Общие выводы

Разработанные в диссертации комплексы многоинформационных математических моделей позволили произвести оценку возможности, с позиций вибронагруженности операторов, применения валочно-пакетирующих машин для разбора леса после ветровалов и сформулировать следующие выводы:

1. Работа валочно-пакетирующих машин в режимах выравнивания платформы, перенесения дерева или облома поворотом платформы в горизонтальной плоскости, режимах стопорения сопровождается высоким вибрационным воздействием на оператора, превышающим нормативные значения по СН 2.2.4/2.1.8.566-96 в несколько раз.

2. В основных режимах работы валочно-пакетирующих машин операторы подвержены воздействию вибрации (колебаниям) частотой в диапазоне 0.164...8.43 Гц, то есть наиболее опасной, так как ранее установлено, что частоты ниже 5 Гц передаются через человеческое тело практически неуменыпенными. Кроме того, исследованиями установлено, что при вертикальных колебаниях сидящего человека основной резонанс наблюдается чаще всего при частоте колебаний 4-5 Гц.

3. Учитывая, что подвеска валочно-пакетирующих машин ЛП-19А, ЛП-19Б-01 в режимах выравнивания платформы, перенесения дерева поворотом

1

I с

4

платформы, «вывешивания» корпуса, аварийного сброса дерева не обеспечивает соответствия максимальных значений ускорений корпуса в месте установки сиденья частотам в диапазоне 8-9 рад/с, благоприятно переносимому человеком, сиденье необходимо подрессоривать. При этом наиболее приемлемая жёсткость сиденья 10 кН/м.

4. Преодоление валочно-пакетирующей машиной обособленных неровностей высотой до 12 см и более с деревом в захватно-срезающем устройстве на скоростях свыше 0.5 км/ч вызывает вибрационное воздействие на оператора, превышающее нормативное по ускорению в 5-7 раз. При этом виброперемещение оператора на сидении достигает 15...30 см. Переезд обособленной неровности без дерева в ЗСУ позволяет снизить виброн-агруженность оператора в два раза.

5. Аварийный сброс дерева из ЗСУ большого объёма сопровождается значительным вибрационным воздействием на оператора, превышающим санитарные нормы в несколько раз.

6. Разработанные математические модели для исследования вибронагружен-ности операторов валочно-пакетирующих машин с погрешностью 8.0... 13.5% позволяют получить на стадии разработки конструкторской документации на машину данные о предстоящей вибронагруженности оператора и произвести научно-обоснованный выбор совокупности параметров, обеспечивающих в случае превышения снижение вибронагруженности до уровня, регламентированного санитарными нормами СН 2.2.4/2.1.8.566-96.

7. Использование валочно-пакетирующих машин на разборе леса после ветровалов возможно после предварительного улучшения условий работы оператора.

8. Перспективой дальнейших исследований должно явиться изучение вопросов, связанных с обоснованием параметров и разработкой средств, обеспечивающих снижение вибровоздействий на операторов, и с последствиями воздействия вибрации на организм операторов валочно-пакетирующих машин.

Рекомендации

1. В связи с тем, что уровень виброускорения на сидении ВПМ в горизонтальной продольной плоскости превышает ускорения в вертикальной плоскости в среднем в 1.3 раза и учитывая, что колебания в горизонтальной плоскости переносятся человеком хуже вертикальных, рекомендуется устанавливать на ВПМ сиденье на параллелограммных рычагах, обеспечивающих вертикальное положение корпуса оператора, то есть передачу только вертикальных колебаний при угловых колебаниях платформы.

Кроме того, кабину целесообразно устанавливать ближе к оси поворота платформы. Это уменьшает амплитуду горизонтальных колебаний.

2. Для снижения угловых колебаний валочно-пакетирующей машины при пакетировании деревьев большого объёма и следовательно оператора на сиденье, необходимо силовую установку устанавливать на раме с возможностью перемещения в продольном направлении. В этом случае силовая установка выполняет роль противовеса и уменьшает угловые колебания платформы.

3. Для создания удобств оператору и снижению вибронагруженности при работе на склонах или пересечённом рельефе целесообразно вместо введения в конструкцию ВПМ выравнивателя платформы ввести выравниватель кабины.

Список опубликованных трудов:

1. Мартынова Н.Б. К вопросу вибронагруженности операторов валочно-пакетирующих машин [Текст] / Н.Б. Мартынова, В.А. Александров. - С.Пб.: Известия С.Пб. ГЛТА, вып. №186, 2009. - С. 100-109. - ISBN 978-5-9239-0151-1.(0,25/0,25)

2. Мартынова Н.Б. Вибронагруженность оператора валочно-пакетирую-щей машины в режиме преодоления препятствия методом «вывешивания» [Текст] / Н.Б. Мартынова, В.А. Александров. - С.Пб.: Известия С.Пб. ГЛТА, №188, 2009. - С. 155-161. - ISBN 978-5-9239-0174-0. (0,25/0,25)

3. Мартынова Н.Б. Вибронагруженность оператора валочно-пакетирую-щей машины в режиме аварийного сброса пакетируемого дерева [Текст] / Н.Б. Мартынова. - С.Пб.: Известия С.Пб. ГЛТА, №189,2009. - С. 111-118. - ISBN 978-5-9239-0196-2. (0,5)

4. Мартынова Н.Б. Вибронагруженность оператора валочно-пакетирую-щей машины с харвестерной головкой в режиме протяжки ствола и очистки дерева от сучьев [Текст] / Н.Б. Мартынова. - С.Пб.: Известия С.Пб. ГЛТА, №191,2010. - С. 118-126. - ISBN 978-5-9239-0281-5, ISSN 2079-4304. (0,5)

5. Мартынова Н.Б. Вибронагруженность оператора валочно-пакетирую-щей машины при выравнивании платформы [Текст] / Н.Б. Мартынова, В.А. Александров. - С.Пб.: Известия С.Пб. ГЛТА, №193, 2010. - С. 172-179. -ISBN 978-5-9239-0281, ISSN 2079-4304. (0,25/0,25)

6. Мартынова Н.Б. Вибронагруженность оператора валочно-пакетирующей машины в режиме стопорения с последующим обрывом связей (размыканием ветвей и сучьев) [Текст] / Н.Б. Мартынова, В.А. Александров, A.B. Александров. - С.Пб.: Известия С.Пб. ГЛТУ, №198,2012. - С. 95-104. - ISBN 978-5-9239-0421-5, ISSN 2079-4304. (0,25/0,25)

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д 212.220.03 или прислать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу: 194021, г. Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова, учёному секретарю.

БУЧНИКОВА НАТАЛЬЯ БОРИСОВНА АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать с оригинал-макета 28.03.14. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать цифровая. Уч.-изд. л. 1,0. Печ. л. 1,25. Тираж 100 экз.

Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет Издательско-полиграфический отдел СПбГЛТУ 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5.

Отпечатано с готового оригинал-макета. ТИПОГРАФИЯ ООО «ГАЛАНИКА» 194021, Санкт-Петербург, Лесной проспект, д. 94, тел.: (812) 294-3776

Санкт - Петербургский государственный лесотехнический университет им. С.М. Кирова

На правах рукописи

04201¿59356 Бучникова Наталья Борисовна

ОЦЕНКА ВИБРОНАГРУЖЕННОСТИ ОПЕРАТОРА ВАЛОЧНО-ПАКЕТИРУЮЩЕЙ МАШИНЫ ПРИ ОБРАБОТКЕ ДЕРЕВЬЕВ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ВЕТРОВАЛУ

05.21.01. - «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства»

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель, доктор технических наук, профессор Александров В.А.

Санкт - Петербург 2013 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ...............................................................................5

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПРИМЕНЕНИЯ ВАЛОЧНО-ПАКЕТИРУЮЩИХ МАШИН НА

ЗАГОТОВКЕ ЛЕСА...................................................................12

1.1 Обзор валочно-пакетирующих машин.......................................12

1.2. Методы определения динамических нагрузок в грузоподъёмных машинах.............................................................................20

1.3. Обзор исследований динамики лесосечных машин манипуляторного типа...........................................................21

1.4. Обзор исследований по вибронагруженности операторов /машинистов/ лесосечных машин.............................................33

1.5. Выводы. Постановка задач исследований..................................36

2. ВИБРОНАГРУЖЕННОСТЬ ОПЕРАТОРА ВАЛОЧНО-ПАКЕТИРУ-

ЮЩЕЙ МАШИНЫ В ПРОЦЕССЕ ПАКЕТИРОВАНИЯ ДЕРЕВА ... 38 2.1. Вибронагруженность оператора валочно-пакетирующей машины

при выравнивании платформы /четырёхмассовая расчётная схема/ ..38

2.2. Вибронагруженность оператора валочно-пакетирующей машины

при выравнивании платформы /трёхмассовая расчётная схема/.......52

2.3. Вибронагруженность оператора валочно-пакетирующей машины

в режиме перенесения дерева поворотом платформы.................. 61

2.4. Вибронагруженность оператора валочно-пакетирующей машины в режиме стопорения с последующим обрывом связей (размыканием ветвей и сучьев).............................................. 69

3. ВИБРОНАГРУЖЕННОСТЬ ОПЕРАТОРА В АЛОЧНО-ПАКЕТИ-РУЮЩЕЙ МАШИНЫ В ПРОЦЕССЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ПЕРЕЕЗДОВ......................................................................78

3.1. Вибронагруженность оператора валочно-пакетирующей машины

при выведении срезанного дерева из древостоя ходом машины по поверхности без неровностей............................................. 78

3.2. Вибронагруженность оператора валочно-пакетирующей машины

в процессе преодоления обособленной неровности......................85

3.3. Вибронагруженность оператора валочно-пакетирующей машины

в режиме преодоления препятствия методом «вывешивания»........ 95

4. ВИБРОНАГРУЖЕННОСТЬ ОПЕРАТОРА ВАЛОЧНО-ПАКЕТИРУЮЩЕЙ МАШИНЫ С ХАРВЕСТЕРНОЙ ГОЛОВКОЙ........... 107

4.1. Вибронагруженность оператора валочно-пакетирующей машины

в режиме протяжки ствола и очистки его от сучьев.....................

4.2. Вибронагруженность оператора валочно-пакетирующей машины

в режиме аварийного сброса пакетируемого дерева......................118

4.3. Вибронагруженность оператора валочно-пакетирующей машины

в режиме натяжения ствола дерева /облома/ манипулятором......... 128

5. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВИБРОНАГРУЖЕННОСТИ ОПЕРАТОРА ВАЛОЧНО-ПАКЕТИ-РУЮЩЕЙ МАШИНЫ.......................................................... 137

5.1. Задачи исследований............................................................137

5.2. Методика проведения экспериментальных исследований............. 137

5.3. Измерительная и регистрирующая аппаратура............................ 139

5.4. Подготовка измерительной и регистрирующей аппаратуры

к записи исследуемых параметров.......................................... 143

5.5. Определение числа опытов.................................................... 150

6. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВИБРОНАГРУЖЕННОСТИ ОПЕРАТОРА ВАЛОЧНО-ПАКЕТИРУЮЩЕЙ МАШИНЫ........................................................................ 153

6.1. Экспериментальные исследования вибронагруженности оператора валочно-пакетирующей машины в режимах

выравнивания платформы..................................................... 153

6.2. Оценка корректности математического моделирования вибронагру-женности оператора/стендовые исследования/........................... 160

6.3. Экспериментальные исследования вибронагруженности оператора валочно-пакетирующей машины в производственных условиях ... 172

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ........................................ 180

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ............................... 184

ПРИЛОЖЕНИЯ........................................................................ 197

ВВЕДЕНИЕ

Многолетний отечественный и зарубежный опыт использования на лесосечных работах валочно-пакетирующих машин /ВПМ/ показал их перспективность и в будущем. При ведении валочно-пакетирующими машинами сплошных и выборочных рубок леса достигаются: высокая производительность труда, сохранение подроста, меньшее по сравнению с традиционными технологиями и машинами отрицательное влияние на окружающую среду. В то же время исследованиями [13] выявлено, что работа валочно-пакетирующих машин сопровождается большими динамическими нагрузками в упругих связях, вызывающими значительные колебания её платформы, которые создают неблагоприятные условия для работы оператора.

Исследованиями, проводимыми Н.Д. Ромашкиным [107], было установлено, что из-за вибрации на сидении 32% опрошенных операторов валочно-пакетирующих машин ЛП-19 жалуются на болевые ощущения в спине, а 52% - в пояснице. По данным Т.П. Фролова [103] в общей структуре заболеваний машинистов более 25% приходятся на долю опорно-двигательного аппарата. Кроме того, исследованиями [31, 106] выявлено, что операторы из-за вибрации недоиспользуют 35% мощности двигателя.

В настоящее время дальнейшее развитие валочно-пакетирующих машин идёт в направлении увеличения вылета манипулятора, введения накопителя в захватно-срезающее устройство, придание возможности поворота его в плоскости перпендикулярной манипулятору, расширения зоны применения /на пересечённом рельефе/ за счёт введения выравнивателя платформы, а также рассматривается вопрос использования этих машин на разборе завалов леса после ветровалов.

Учитывая, что при разборе завалов леса валочно-пакетирующие машины будут работать в экстремальных условиях не только при движении по захламлённой лесосеке, но и при оперировании с предметом труда - вырван-

ными с корнями деревьями или обломами деревьев, на первый план выходит задача - оценить возможность использования их не только с позиций нагру-женности технологического оборудования и силовых установок, но и с позиций вибронагруженности операторов.

В отличие от выполняемых технологических операций ВПМ в обычных условиях /см. рис. 1.2, 1.3/ работа валочно-пакетирующей машины при разборе завалов леса сопровождается дополнительными операциями такими как:

- перевод ствола облома в вертикальное положение поворотом захватно-срезающего устройства «снизу - вверх»;

- вытаскивание обломанного или вырванного с корнем дерева из завала стрелой или рукоятью или одновременным включением обеих;

- преодоление препятствий при технологических переездах методом «вывешивания машины»;

- перенесение /переориентирование/ ходовой системы в вывешенном положении относительно корпуса.

Одновременно с вышеотмеченным, технический прогресс в лесной отрасли идёт в направлении дальнейшего повышения производительности машин. Повышение производительности машин в основном достигается увеличением мощности силовых установок, рабочих скоростей и форсированием пуско - тормозных режимов. При этом также неизбежно будет возрастать вибронагруженность оператора.

В связи с этим при создании новых и модернизации существующих ва-лочно-пакетирующих машин возникает проблема согласования конструкции машины, технологии производства лесозаготовительных работ и возможностей человека - оператора.

Таким образом, разработка высокопроизводительных валочно-пакетирующих машин, полностью использующих, но не превышающих возможности человека - оператора является актуальной задачей.

Цель работы. Повышение эффективности валочно-пакетирующих машин путём использования на этапе проектирования аналитических методов расчёта и научно-обоснованного выбора параметров, обеспечивающих снижение вибронагруженности операторов до уровня, регламентированного ГОСТ 12.1.012-90 «Вибрация. Общие требования безопасности» и санитарными нормами СН 2.2.4/2.1.8.566-96.

Из поставленной цели вытекают следующие задачи исследований:

1. Разработать математические модели для изучения вибронагруженности операторов валочно-пакетирующих машин в процессах: выравнивания платформы, перенесения дерева поворотом платформы, стопорения, аварийного сброса дерева, движения по поверхности лесосеки, протяжки стволов деревьев и очистки их от сучьев.

2. Исследовать вибронагруженность операторов валочно-пакетирующих машин при разборе завалов леса после ветровалов и выявить основные закономерности возникновения динамических воздействий.

3. Разработать рекомендации по снижению вибронагруженности операторов валочно-пакетирующих машин.

4. Оценить возможность с позиций вибронагруженности оператора использования валочно-пакетирующих машин при разборе завалов леса после ветровалов.

Объекты исследования. Объектами исследований являлись валочно-пакетирующие машины ЛП-19А, ЛП-19Б-01 и вал очно-сучкорезно-раскряжёвочные машины, выполненные на их базе.

Предмет исследования - вибронагруженность операторов в процессе применения валочно-пакетирующих машин на разборе завалов леса после ветровалов.

Методы исследования. В основу изучения вибронагруженности операторов валочно-пакетирующих и валочно-сучкорезно-раскряжёвочных машин

положены математические модели динамических систем «Оператор - машина - дерево», компьютерные программы и эксперимент.

Научная новизна работы заключается в:

- разработке многофакторных математических моделей, позволяющих исследовать на этапе проектирования валочно-пакетирующих и валочно-сучкорезно-раскряжёвочных машин вибронагруженность операторов в процессе разбора леса после ветровалов;

- проведении комплексных исследований вибронагруженности операторов валочно-пакетирующих и ВСР машин на разборе леса после ветровалов на основе использования математического моделирования, компьютерных программ и эксперимента.

Вклад в теорию и практику. Разработанные математические модели для исследования вибронагруженности операторов валочно-пакетирующих и ва-лочно-сучкорезно-раскряжёвочных машин, результаты исследований дополняют теорию лесных машин и являются базой для дальнейшего совершенствования существующих конструкций и создания новых, а также являются составными элементами автоматизированной системы проектирования (САПР).

Использование в практике проектирования теоретических разработок позволяет:

- научно-обоснованно производить выбор основных параметров валочно-пакетирующих и валочно-сучкорезно-раскряжёвочных машин, обеспечивающих минимальные динамические нагрузки на машину и снижение вибронагруженности операторов до уровня, регламентированного санитарными нормами СН 2.2.4/2.1.8.566-96;

- повысить качество проектирования при сокращении его стоимости;

- сократить сроки создания и доводки машин;

- повысить производительность.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Математические модели динамической /механической/ системы для исследования вибронагруженности операторов валочно-пакетирующих машин в процессе взаимодействия с предметом труда при разборе завалов леса.

2. Математические модели динамической системы «Оператор - валочно-пакетирующая машина - предмет труда - дерево» для исследования вибронагруженности операторов в процессе движения и преодоления препятствий при технологических переездах.

3. Результаты исследований вибронагруженности операторов валочно-пакетирующих машин при разборе завалов леса после ветровалов.

4. Закономерности возникновения динамических нагрузок в упругих связях валочно-пакетирующих машин.

5. Рекомендации по снижению вибронагруженности операторов валочно-пакетирующих машин при разборе завалов леса после ветровалов.

Достоверность полученных результатов. Достоверность полученных результатов, изложенных в диссертации, подтверждается использованием обоснованных расчётных схем математических моделей, основанных на фундаментальных законах физики, удовлетворительным соответствием результатов расчёта и экспериментального исследования. Оценка корректности разработанных моделей производилась методом сравнения теоретических и экспериментальных данных по максимальным и среднеквадратичным значениям выходных параметров моделируемых процессов, а также использованием критериев достоверности.

Экспериментальные данные получены с использованием современных метрологически проверенных измерительных средств и обоснованием длительности и количества опытов.

Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации. Диссертация является результатом теоретических и эксперименталь-

ных исследований автора, который обосновал тему, определил цель и задачи исследований, разработал комплексы математических моделей для изучения вибронагруженности операторов в основных режимах работы валочно-пакетирующих машин и предложил научные рекомендации на проектирование и эффективное использование рассматриваемых машин на разборе завалов леса после ветровалов.

Реализация работы. Основные результаты диссертации внедрены в учебные процессы Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета и Ухтинского государственного технического университета при чтении лекций по дисциплинам: «Математические основы моделирования технологических процессов лесных машин», «Математические основы моделирования технологических процессов лесохозяйственных машин», «Математическое моделирование при проектировании лесных и деревообрабатывающих машин», выполнении курсовых работ и в дипломном проектировании при подготовке инженеров по специальности 15.04 «Машины и оборудование лесного комплекса»; бакалавров по направлению подготовки 151000 «Технологические машины и оборудование»; написании магистерских диссертаций при подготовке магистров по направлениям 150400 «Технологические машины и оборудование» и 151000 «Технологические машины и оборудование».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационных исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях Санкт-Петербургской лесотехнической академии (2009, 2010 и 2011 г.г.), Ухтинского государственного технического университета (2010, 2011 г.г.).

Публикации. Материалы диссертации в виде статей опубликованы в шести изданиях, рекомендованных ВАК для опубликования научных исследований.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов, выводов и рекомендаций, списка литературы и приложения.

Общий объём работы составляет 199 страниц, из них 196 основного текста и 3 страницы приложений. Работа включает 54 рисунка, 23 таблицы и 111 наименований использованных источников.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПРИМЕНЕНИЯ ВАЛОЧ-НО-ПАКЕТИРУЮЩИХ МАШИН НА ЗАГОТОВКЕ ЛЕСА

1.1. Обзор валочно-пакетирующих машин

Как уже отмечалось, отечественный и зарубежный опыт использования валочно-пакетирующих машин на лесозаготовках показал их перспективность и в ближайшем будущем. На рис. 1.1 приведена классификация валочно-пакетирующих машин. Все выпускаемые валочно-пакетирующие машины по компоновке агрегатов могут быть подразделены на две основные группы [82]:

- классическая компоновка - шасси /рама/ - полноповоротная платформа с манипулятором, оснащённым захватно-срезающим устройством, силовой установкой и кабиной, вращающаяся относительно неподвижного зубчатого колеса, расположенного на шасси;

- шасси - полноповоротная платформа с кабиной, манипулятором, захватно-срезающим устройством, установленная на шасси с возможностью выравнивания при работе на пересечённом рельефе.

Отечественные валочно-пакетирующие машины разрабатываются или на базе трелёвочных тракторов (ЛП-2, МВП-35, ЛП-54) или на базе экскаватора и трелёвочного трактора (ЛП-19, ЛП-19А, ЛП-60 «Абакан», ЛП-19Ф и

ДР-)-

Зарубежные машины разрабатываются обычно на базе экскаваторов путём замены ковша на захватно-срезающее устройство /см. рис. 1.4... 1.7/.

Отечественные машины, разработанные на базе трелёвочных тракторов, предназначены для использования в древостоях со средним объёмом деревьев 0.15...0.40 м3, на базе экскаватора и трелёвочного трактора для крупного леса/см. рис. 1.8...1.10/.

Рис. 1.1. Классификация валочно-пакетирующих машин.

Рис. 1.2. Основные технологические операции, выполняемые BUM при ведении сплошных рубок.

Рис. 1.3. Основные технологические операции, выполняемые ВПМ при ведении выборочных рубок леса.

Рис. 1.4. Валочно-пакетирующая машина Огой 40ЬС: а - общий вид; б - выравниватель платформы.

Рис. 1.5. Валочно-пакетирующая машина ОБА.

Рис. 1.6. Тимбко Хайдролисс.

Рис. 1.8. Валочно-пакетирующая машина ЛП-19А.

Рис. 1.10. Валочно-п�