автореферат диссертации по , 05.06.02, диссертация на тему:Разработка и обоснование основных проектных параметров устройства для рубок ухода с разделкой деревьев в близком к вертикальному положении

ВВВДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Обзор машин, выполняющих начальные операции лесозаготовительного процесса

1.2. Конструкции протаскивающих механизмов лесозаготовительных машин.

1.3. Задачи исследований.

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ТЯГОВО-СЦЕПНЫХ СВОЙСТВ ПРОТАСКИВАЮЩЕГО МЕХАНИЗМ.

2.1. Основные положения методики.

2.2. Экспериментальная установка

2.3. Особенности обработки осциллограмм

2.4. Планирование эксперимента.

2.5.'Методика обработки результатов эксперимента

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ТЯГОВО-СДЕПНЫХ СВОЙСТВ ПРОТАСКИВАЮЩЕГО МЕХАНИЗМ.

3.1. Уравнения регрессии для определения тягово-сцеп-ного усилия,развиваемого протаскивающим механизмом

3.2. Анализ влияния факторов на тягово-сцепное усилие, развиваемое протаскивающим механизмом

3.3. Оценка погрешностей уравнений регрессии

4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПРОТАСКИВАНИЯ ДЕРЕВЬЕВ В ВЕРТИКАЛЬНОМ И БЛИЗКОМ К НЕМУ ПОЛОЖЕНИИ

4.1. Разработка математической модели

4.2. Анализ колебаний центра масс верхней свободной части обрабатываемого дерева

4.3. Определение динамических нагрузок, действующих в устройстве для рубок ухода с разделкой деревьев в близком к вертикальному положении

5. МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ПРОТАСКИВАНИЙ ДЕРЕВЬЕВ В ВЕРТИКАЛЬНОМ И БЛИЗКОМ К НЕМУ" ПОЛОЖЕНИИ.1.НО

5.1. Основные положения методики . НО

5.2. Конструктивные особенности экспериментальной установки . Ш

5.3. Методика проведения эксперимента . . П

5.4. Особенности обработки экспериментального материала.П

5.5. Результаты экспериментальных исследований

Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до 1990 года, принятыми на ХХУ1 съезде КПСС, поставлена задача: "Лесному хозяйству обеспечить постепенный переход к ведению его на принципах непрерывного и рационального лесоиспользования, улучшение качественного состава лесов." /I/.

Эффективное решение поставленной задачи может быть достигнуто путем резкого повышения производительности труда лесохозяй-ственных работ на осноье их комплексном механизации с учетом экологических требований, учитывающих сохранение окружающей среды.

В настоящее время рубки ухода имеют низкий уровень механизации, причем большая часть операций этих работ выполняется ручным трудом /2,3,4/. В связи с этим возникает необходимость механизации рассматриваемых работ с учетом указанных выше требований.

Механизация данных работ с использованием обычных лесозаготовительных машин не приводит к желаемым результатам в связи с тем, что эти машины не отвечают лесоводственным требованиям/5,6/.

Машина, отвечающая указанным требованиям, должна быть приспособленной для работы под пологом леса - иметь малые габариты, высокую маневренность и проходимость, а также движитель, незначительно повреждающий почвенный покров /5,7,8/. Кроме того, при несплошных рубках желательно Еести заготовку деревьев .минуя операцию валки, чтобы исключить повреждения подроста и рядом стоящих деревьев. Подобная машина гложет быть создана на основе принципа обработки деревьев в вертикальном или близком к нему положении с совмещением операций обрезки сучьев и раскряжевки, и передачей нагрузок при этом на корневую систему самого обрабатываемого дерева /9,10,11,12/.

Базой для такой машины, наиболее полно удовлетворяющей лесоводственным требованиям, могут являться лесохозяйственные модификации колесных тракторов класса тяги 6 кН ТЛ-28, Т-25А, Т-30 или Т-ЗОА /9,13/. Такие тракторы способны работать под пологом леса полнотой 0,8 и даже 0,9 (хвойные и смешанные насаждения Ш и 1У класса возрастов) /9/.

В настоящей работе рассматривается создание машины для рубок ухода на базе колесного лесохозяйственного трактора, указанного класса тяги, основным элементом которой является устройство для рубок ухода с разделкой деревьев в близком к вертикальному положении /9,14/.

Однако, разработка представленного устройства, тлеющего свои специфические особенности в функционировании, значительно затруднена отсутствием методики,расчета динамических нагрузок,возникающих при обработке дерева и методики исследования тягово-сцепных свойств протаскивающего механизма указанного устройства, который выполняет основную, наиболее отвественную операцию.

Целью настоящей работы является: разработка методик определения динамических нагрузок, действующих в устройстве для рубок ухода с разделкой деревьев в близком к вертикальному положении, и исследования тягово-сцепных свойств его протаскивающего механизма, а также обоснование рекомендаций по Еыбору основных проектных параметров данного устройства.

На защиту выносятся следующие основные научные положения:

1. Математическая модель для определения динамических нагрузок, действующих в устройстве для рубок ухода с разделкой деревьев в близком к вертикальному положении.

2. Методика экспериментальных исследований процесса протаскивания деревьев.

3. Методика исследований тягово-сцепных свойств протаскивающего механизма. 4. Рекомендации по выбору основных проектных параметров устройства для рубок ухода с разделкой деревьев в близком к вертикальному положении.

Результаты работы использованы в JITA им. С.М.Кирова при выполнении хоздоговорной научно-исследовательской работы с Ленинградским ЛПО "Разработка машины для рубок ухода с вертикальной разделкой деревьев" {№ гос.per. 81052997 в I98I-I983 гг.) и внедрены в конструкции экспериментального образца машины для рубок ухода с обработкой деревьев в близком к вертикальному положении.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Анализ лесозаготовительных машин по принципу их действия показывает, что наиболее приемлемым для рубок ухода является принцип обработки деревьев в близком к вертикальному положении с передачей нагрузок на корневую систему обрабатываемого дерева.

2. Сравнение различных протаскивающих механизмов лесозаготовительных машин по качеству обработки деревьев, тягово-сцепным свойствам, конетруктдвным параметрам и массе показало, что предпочтение следует отдать протаскивающему механизму, выполненному в виде двух приводных рябух.

3. Разработанная методика оценки тягово-сцепных свойств протаскивающего механизма позволяет, в отличие от известных, получать информацию о рассматриваемых свойствах в установившемся движении.

4. В результате стендовых испытаний протаскивающего механизма установлены закономерности изменения его тягово-сцепных свойств в зависимости от пород и диаметров стволов обрабатываемых деревьев, условий обработки, шага установки контактных пластин рябух и усилия прижима рябух. Установлено, что при рекомендуемых значениях шага установки контактных пластин рябух Б равном 0,036 м и усилия прижима рябух Р равном 20 кН протаскивающий механизм развивает максимальные тягово-сцепные усилия. При данных значениях Б и Р нижние значения максимального тягово-сцепного усилия, развиваемого протаскивающим механизмом, в зависимости от диаметров стволов обрабатываемых деревьев изменяются в пределах порядка от 5 кН до 8 кН, а верхние - от 8 кН до 10 кН. При этом, нижние значения данного усилия имеют место при обработке осины в зимних условиях, а верхние при обработке ели в летних условиях*

5. Достоверность полученных уравнений регрессии для определения тягово-сцепного усилия, развиваемого протаскивающим механизмом, подтверждена результатами серии проверочных опытов, при этом выявленная их точность составляет не менее 90%»

6. Разработанная математическая модель процесса протаскивания деревьев в вертикальном и близком к нему положении дает возможность определять величины и характер динамических нагрузок, действующих на элементы устройства для рубок ухода с разделкой деревьев в близком к вертикальному положении. Установлено, что при рекомендуемом расстоянии между протаскивающим и сучкорезнем механизмами данного устройства равном 0,8 м поперечная динамическая нагрузка на этих механизмах не превысит 3 кН. Максимальное значение динамических нагрузок достигается в начальный момент обработки дерева.

7. Разработанная методика экспериментальных исследований процесса протаскивания деревьев в вертикальном и близком к нему о положении позволила установить реальный закон поперечного движения центра масс верхней свободной части обрабатываемого дерева и оценить точность математической модели данного процесса, которая по частотам колебаний составляет не менее 87%.

8. Установлено, что демпфирование кроны оказывает существенное влияние на амплитуды поперечных колебаний верхней свободной части обрабатываемого дерева. Так при учете демпфирования кроны точность разработанной математической модели по амплитуде колебаний составляет не менее 84%, в то время как без учета демпфирования кроны данная точность не превышает 50%.

9. По результатам исследований разработаны новые технические решения, защшценые авторскими свидетельствами Ш 1033072, 1043675, 1046087, 10841.32, а также имеющие положительные решенш о выдаче авторских свидетельств по заявкам .ОД 3533081, 3563724, 35680X4, 3568617, и рекомендованы промышленности. Полученные в работе технические рекомендации обоснованы и внедрены в экспериментальном образце машины для рубок ухода с разделкой деревьев в близком к вертикальному положении, расчетный экономически!'] эффект от внедрения одной такой машины в год составляет 3125 рублей.

Ю. Предложенная математическая-модель для определения поперечных динамических нагрузок может быть использована при проектировании лесозаготовительных машин, осуществляющих протаскивание деревьев с обрезкой сучьев.

130

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. - М.: Политиздат, 1981. - 223 с.

2. Иевинь И,К., Кажемак А.Я. Проблемы технологии рубок ухода.- Рига.: Изд. "Зинатне", 1973. 296 с.

3. Божак В.Л., Шахов E.H., Иевинь И.К. и др. Технология рубок ухода за лесом. Лесное хозяйство, 1982, .£ 5, с. 45.

4. Прокопдев В.В. Повторные рубки ухода с поквартальной организацией работ. Лесное хозяйство, 1982, 1J 7, с. 19-21.

5. Иевинь И.К. О влиянии техники на развитие лесных насаждений.- Лесное хозяйство, 1982, Ji II, с. 18-19.

6. Аглиуллин Ф.В. О технологии и механизации ухода за лесом. -Лесное хозяйство, 1977, JE 2, с. 18-19.

7. Белятко А.Н., Ермаков В.И. Проведение рубок ухода за лесом в Карельской АССР. Лесное хозяйство, 1982, 1" 9, с. 70-71.

8. Кажемак А.Я., Пейлане В.А. Состояние насаждений после механизированных рубок ухода. Лесное хозяйство, 1977, Я 2, с. 4243.

9. Гуцелюк H.A. Перспективное направление в развитии технологии и машин для рубок ухода за лесом. Лесное хозяйство, 1982, Г. 5, с. 48-50.

10. A.c. В 820742 (СССР). Устройство для разделки деревьев на сортименты в вертикальном положении. Опубл. в Б.И., 1981, & 14.

11. Патент Jv 3974866 (США). Способ валки деревьев и машина для осуществления этого способа. Реф. сб. Изобретения за рубежом, 1977, .ff I.

12. Патент .ф 2275993 (Франция). Способ лесозаготовок и применяемое устройство. Реф. сб. Изобретения за рубежом, 1976, В 4.

13. Гуцелюк H.A., Козьмин С.Ф. Лесохозяйственный активный полу- прицеп к тракторам ВТЗ имени А.А.Жданова. В сб.: Машины иорудия для механизации лесозаготовок и лесного хозяйства.: Вып. II. Л.: ЛТА, 1982, с. 51-53.

14. Разработка машины для рубок ухода с вертикальной разделкой деревьев.: Отчет по НИР/ЛТА игл. С.М.Кирова; Руководитель темы Гуцелюк H.A.; № ГР 81052997; Тема 3422. Л.: 1982. -51 с.

15. Некрасов P.M., Зотов Г.А., Машин Г.К. Агрегаты и специализированные лесозаготовительные машины. М.: ЦШИТЭИлеспром,1967. 83 с.

16. Барановский В.А., Некрасов P.M. Системы машин для лесозаготовок. ГЛ., "Лесная промышленность", 1977. - 248 с.

17. Беккер И.Г. Конструкции зарубежных многооперационных лесозаготовительных машин. М., ВНИПИЭИлеспром, 1975. - 48 с.

18. HaMlla P.,WojclI?Т. Т-Л inning young pine stands arltfi the MaWi t^acto* lnPo(!ancL, Fofila Fo^esiaila, N453,He£$lnJk,49ÄG. 29 S.

19. Нерман B.M., Попов В.П., ВасюкоЕ В.А. Испытания машины "Ма-кери" на прореживаниях. Лесное хозяйство, 1984, I, с. 55-58.

20. Кусакин Н.Ф., Носиков A.A., Минаков И.Ф. Зарубежная лесозаготовительная техника. Экспресс-информация по зарубежным источникам. - М., ВНИПИЭИлеспром, 1980, вып. II. - 28 с.

21. Каневский М.В., Скиба И.А., Березин Н.И., Гершкович Н.И. Вопросы механизации лесозаготовок в Канаде. Химки, ЦНИШЭ,1968. 64 с.

22. A.c. ¡1 801807 (СССР). Устройство для срезания деревьев. Опубл. в Б.И. IS81, J: 5.

23. Патент J' 3461928 (США). Машина для валки деревьев. "Офи-шел газет" 1969, Т.865, Я 3.

24. A.c. J." 791333 (СССР). Устройство для разделки растущих деревьев на сортименты. Опубл. в Б.И. i960, J3 48.

25. A.c. tf 873976 (СССР). Устройство для разделки деревьев на сортименты. Опубл. в Б.И. 1981, if- 39.

26. Виногоров Г.К. Новые лесосечные машины в СССР и за рубежом.- M.J: ВНИПИЭИлеспром, 1973. 51 с.

27. A.c. № 820741 (СССР). Лесозаготовительная машина. Опубл. в Б.И. 1981, № 14.

28. Доронин В.В., Югов В.Г. Самоходные сучкорезные машины. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1974. - 72 с.

29. Батьянов А.Н. Результаты производственных испытаний мобильной сучкорезной машины. В сб.: Лесоэксплуатация и лесосплав. - М.: ВНИПИЭИлеспром, 1979, & II, с. 6.

30. Зайцев Г.П., Запольекий Б.А., Севрюк A.A. Самоходная сучкорезная машина ЛП-51. В сб.: Лесоэксплуатация и лесосплав.- М.: ВНИПИЭИлеспром, 1981, ¿Г- 10, с. 7-8.

31. Петрухин Г.Г., Соколов В.Н. Поперечные колебания и прочность хлыстов при выходе из механизма подачи сучкорезных машин. -В сб. Труды ЦНИИМЭ.: Механизация обрезки сучьев. Химки, 1980, с. 39-44.

32. Сажин H.A., Голышихин А.Д., Подбрезский В.И. Экспериментальное исследование усилия сцепления ошинованного вальца с неокоренным стволом. В сб.: Труды ЦНИИМЭ: Механизация обрезки сучьев. - Химки, 1978, с. 16-20.

33. Фенчак В.А. Теоретические исследования усилия подачи пневмо-шинного механизма сучкорезных машин. В сб.: Труды ЦНИИМЭ:

34. Механизация обрезки сучьев. Химки, 1980, с. 52-57.

35. Обросов М.Я. Взаимодействие пневматической'шины подающего механизма со стволом дерева. В сб.: Труды ЦНИШЭ: Механизация обрезки сучьеЕ. Химки, 1978, с. 61-65.

36. Симонов М.Н. Методика расчета тяговых усилия и параметров подающих механизмов деревообрабатывающих станков. В сб. Труды ЦНИШЭ: $ 147: Механизация обрезки сучьев и окорки древесины. - Химки, 1975, с. 107-110.

37. Голышихин А.Д. Исследования процесса подачи деревьев вальцовым механизмом. В сб. Труды ЦНИИМЭ: Механизация обрезки сучьеЕ. - Химки, 1978, с. 21-27.

38. Джонсон Н,,Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке.: Методы планирования эксперимента. Пер с англ. М.: Мир, 1981. - 520 с.

39. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование в технике и науке: Методы обработки данных. Пер. с англ. М.: Мир, 1980. - 616 с.

40. Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Оптимизация эксперимента и химической технологии. М.: Высш. школа, 1978. - 319 с.

41. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента .при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 280 с.

42. Саутин С.Н. Планирование эксперимента в химии и химической технологии. Л., "Химия", 1975. - 48 с.

43. Андреев В.Н. Математическое планирование эксперимента. Методические указания. Л.: ЛТА, 1982. - 40 с.

44. Сенников В.В. К определению характеристик вертикального протаскивания дерева. В сб. Машины и орудия механизации лесозаготовок и лесного хозяйства. - Л.: ЛТА, 1984, с. 25-26.

45. Абрамов Е.И., Колесников К.А., Маслов В.Т. Элементы гидропривода. Справочник. Киев: Техника, 1977. - 320 с.

46. Тасман Д.М., Гедз Н.И. Применение тензометрии в лесной про-глышленности. М.: "Лесная промышленность", 1965. - 108 с.

47. Кузнецов E.H., Чукичев А.Н. Техника тензометрирования лесо-хозяйственных машин. Методические рекомендации. Л.: Лен-НИИЛХ, 1980. - 57 с.

48. Осадчий Е.П., Тихонов А.И., Карпов В.И. и др. Проектирование датчиков для измерения механических величин. М.: Машиностроение, 1979. - 48Ü с.

49. Стандарт СЭВ 1052-78. М.: Изд. Стандартов, 1979. - 39 с.

50. Разработка машины для рубок ухода с вертикальной разделкой деревьев.: Отчет по НИР/ЛТА им. С.М.Кирова; Руководитель темы Гуцелюк H.A.; № ГР 81052997; Тема 3422. Л.: 1983. - 89 с.

51. Виногоров Г.К. Лесосечные работы. М.: "Лесная промышленность", 1981. - 272 с.

52. Кириллов Е.В. К расчету максимального усилия срезания сучьев, В сб. Труды ЦНИИМЭ: Механизация обрезки сучьев. - Химки, 1978, с. 85-87.

53. Дорофеев Л.Г.- Зависимость сучковатости от толщины ствола. -В сб. Труды ЦНИИМЭ: Механизация обрезки сучьев. Химки, 1978, с. 40-45.

54. Сенников В.В. К определению динамических нагрузок на рабочие органы при протаскивании дерева в близком к вертикальному положении. В кн. Пути повышения научно-технического прогресса в лесном хозяйстве. - Саласпилс: НПО "Силава", 1983, с. 112.

55. Невзглядов В.Г. Теоретическая механика. М.: Физматгиз, 1959. - 584 с.

56. Бать М.И., Дженелидзе Г.Ю., Кельзон A.C. Теоретическая механика в примерах и задачах: Т.З. М.: Наука, 1973, - 448 с.

57. Камне Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М.: Наука, 1976. - 576 с.

58. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1980. - 976 с.

59. Баранов К.Н. Проектирование и расчет специальных лесных машин. Учебное пособие. Л.: ЛТА, 1983. - 72 с.

60. Федин В.В. Экспериментальные исследования по определению удельного коэффициента момента от ветровой нагрузки на деревья ели. В сб. Труды 1ЩИШЭ: Я 141. - Химки.: 1974, с. 92-98.

61. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1981.- 720 с.

62. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, 1981. - 720 с.

63. Бермант А.Ф., Арамович И.Г. Краткий курс математического анализа для втузов. М.: Наука, 1973. - 720 с.

64. Виноградов В.А. Математическая модель процесса протаскивания ствола в сучкорезной машине. В сб. Труды ЦНИИМЭ: Механизация обрезки сучьев. - Химки.: 1978, с. 10-15.

65. Клоков И.И. Исследование нагрузочных режимов самоходной сучкорезной машины ЛП-33. В сб. Труды ЦНИИМЭ: Механизация обрезки сучьев. - Химки.: 1978, с. 28-32.

66. Преловский Б.А. Экспериментальное исследование процесса силового срезания сучьев. В сб. Труды ЦНИИМЭ: Аг 140. - Химки; 1974, с. 54-61.

67. Симонов М.Н. Расчет сил резания сучьев и потребной мощности привода сучкорезных установок. В сб. Труды ЦНИИМЭ: .,- 140.- Химки: 1974, с. 62-69.

68. Обросов М.Я. Динамика протаскивающего механизма сучкорезных машин. В сб. Труды ЦНИИМЭ: Механизация обрезки сучьев.1. Химки: 1980, с. 14-26.

69. Фомичев А.И. Экспериментальное определение нагрузок на цепной протаскивающий механизм сучкорезных машин. В сб. Труды ЦНИИМЭ: Механизация обрезки сучьев. - Химки: 1980, с. 27-32.

70. Обросов М.Я. Моделирование на ЭВМ процесса нагрузки сучкорезных машин. В сб. научн. тр. ВНШИЭИлеспром: Применение математических методов и ЭВМ в управлении лесной промышленностью. - М.: 1980, с. 160-168.

71. Манухин Г.Ф., Клоков И.П., Шевалдышев H.A. Исследование процесса обрезки сучьев при обработке деревьев от вершины к комлю машинами ЛП-ЗОБ. В сб. Комплексная механизация лесозаготовок. - Химки: ЦНИИМЭ, 1982, с. 28-36.

72. Зайчик М.И., Орлов С.Ф. Голздберг А.М. Проектирование и расчеты специальных лесных машин. М.: "Лесная промышленность, 1976. - 208 с.

73. Сенников В.В. К вопросу об устойчивости машины для рубок ухода с разделкой деревьев в вертикальном положении. В сб. Машины и орудия для механизации лесозаготовок и лесного хозяйства: Вып. II. - Л.: ЛТА, 1982, с. 41-45.

74. Разработка машины для рубок ухода с вертикальной разделкой деревьев.: Отчет по НИР/ЛТА им. С.М.Кирова; Руководитель темы Гуцелюк H.A.; Jf ГР 81052997; Тема 3422. Л.: 1981. - 61 с.

75. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. М.: Наука, 1971. - 576 с.

76. Статистические методы обработки эмперических данных. Рекомендации. М.: Изд. Стандартов, 1978. - 232 с.