автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Технологический процесс бесстружечного срезания пней и параметры ножевого рабочего органа

ВВЕДЕНИЕ - 4

1.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИСОДЕДОВАНИЙ

1.1. Способы понижения высоты пней и применяемые средства механизации -11

1.2. Обзор исследований технологического процесса бесстружечного резания. -23

1.3. Сравнительная оценка режущих органов по удельной работе резания -29

1.4. Задачи исследования -32

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ШЕЙ -35 2*1. Определение количества пней, подлежащих срезанию при полосном освоении вырубок -35

2.2. Определение допустимой высоты пней в осваиваемых полосах -42

2.3. Обоснование технологической схемы удаления пней -47

2.4. Характеристика пней твердолиственных пород -54

2.5. выводы -64

3. ОБОСНОВАНИЕ ТЕХН0Л01ЖЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОРГАНА

3.1. силовой анализ процесса взаимодействия волокон древесины с лезвием ножа -66

3.2. Анализ силы нормального давления волокон древесины на грани рабочего органа -75

3.3. Определение сил трения волокон древесины о плоскости ножа и общего усилия резания -85

3.4. Повышение устойчивости ножа -88

3.5. Выводы -91

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОРГАНА

4.1. Программа исследований

4.2. методика исследования технологических параметров рабочего органа

4.2.1. Оборудование и аппаратура для резания древесины - 94

4.2.2. Характеристика образцов древесины для опытов по бесстружечному резанию - 97

4.2.3. Характеристика рабочих органов душ нолевого резания древесины -I06-II

4.3. результаты лабораторных исследований' процесса резания - по

4.3.1 Определение геометрических параметров и типа рабочего органа для срезания шей -II0-I

4.3.2. результаты определения составляющих усилия резания -I22

4.3.3. Влияние конструкции рабочего органа на показатели срезания пней -131

4.3.4. Технологический процесс ножевого срезания шей и выбор основных параметров устройства -I36-I4I

4.4. Выводы -141-143 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ И ВНЕДРЕНИЯ МАКЕТНОГО ОБРАЗЦА

УСТРОЙСТВА ДЕЯ СРЕЗАНИЯ ШЕЙ .

5.1. разработка устройства для срезания пней -144

5.2. Производственные испытания макетного образца орудия-149

5.3. экономическая эффективность внедрения устройства для срезания пней -150

5.4. Выводы -158

0тдельны1ми исследователями и механизаторами созданы эксперимент а/п^ ные образцы машин и орудий для удаления и понижения высоты ш-1ей методом фрезерования, шления и т.п. одаако они, как правило, очень энергоемки или неработоспособны, это объясняется малой изученностью пней как объекта срезания и особенностью работы ре^ кущего органа в этих условиях, до настоящего времени нет рабочего органа, отвечающего основным требованиям: достижению нат1еньших затрат времени на понижение высоты пней, а также - наибольшей работоспособности его в промежутках между заточкаг^и. необходимость в изыскании такого режущего органа возникла из-за низкого уровня механизации понижения высоты пней как дополшительной технологической операции при освоении малодоступных для техники вырубок.2. после корчевки пней.3. С одаовременнысл измельчением порубочных остатков, поросли и пней.4. после измельчения порубоч1-1ЫХ остатков, поросли и пней.В Новочеркасском инженерно-мелиоративном институте освоен другой метод снижения объема удаляемой почвы с осваиваемых вырубок, основанный на предварительной подрезке боковых корней корчуемых пней специально изготовленным корнерезом/"97/.Эта дополнительная технологическая операция облегчает процесс корчевки и способствует уменьшению объема прикорневого кома в 2-3 раза, с учетом особенностей работы орудия, базирующейся на подрезке боковых корней методом "седлания" обязательныгл условием является челночное перемещение агрегата, что затрудняет управление машиной, особенно на участках, вышедашх из-под леса естественного происхождения, где пни бессистемно рассредоточены по площади. При седлании пней на проходимость - 9 агрегата будет влиять их высота, которая не должна цревьшать клиренс трш^тора. однако высота пней на вырубках подлежащих освоению нередко достигает 60-80 см от поверх110сти почвы^48j.В связи с этим обработка вырубок, с хаотичным располо]йением пней на осваиваемой шющади, по предложенному способу затруднена.С о д н о в р е м е н н ы м и з м е л ь ч е н и е м п о р у б о ч н ы х о с т а т к о в , п о р о с л и и п н е й осваиваются участки вырубок с легкой почвой /торфяник, минеральные без кагленистых включений/ и наличием пней диаглетром до 20 см. для этого используются в нашей стране фрезерные машины МТП-42, MT1I-44, IvHIT-I,? ^"47,65} , МФ-0.9 и Ш1Ф-0.8/"62,1037 . Производительность таких машин зависит от глубины подготовки почвы и времени проводимых работ. Tsi ,^ с увеличением глубины фрезерования почвы в летни11 период с О до 15 и 30 см производительность машины 1.'1ПГ-1,7 за смену снижается соответственно в 1,18 и 2,17 раза/^477 . При проведении работ в зжлний период в сравнении с летншл производите:П)Ность агрегата уменьшается в 1,07, 1,22 и 1,30 раза, в связи с этим, как отмечают ji.Д.лyкьяtюв и в.К.Пятковский /SsJ , фрезеровш1ие почвы зшсустаренных участков хотя и относится к перспективным способам обработки, но широкое применение его сдерйшвается из-за низкой производительности применяемых фрезерных машин и высокой стошлости выполняемых работ.Кроме того, при использовании фрезерных машин на вырубках, где диаметр пней превышает 20 см^ резко снизится их надежность и работоспособность.В связи с перечисленными недостаткаг^ш такие машины могут найти применение только на больших, концентрированных вырубках, при подготовке дна водохранилищ, на прокладке трасс электролиний и газопроводов, при освоении участков ох'раниченных размеров и удаленных один от другого на значительное расстояние применение катков экономически не выгодно^25j.ИЗ выше^изложенного следует, что применяемые в нашей стране и за рубежом различные способы освоения вырубок недостаточно совершенны и не отвечают в полной мере агротехническшд требованиям лесовосстшювлення. учитывая несовершенство известных способов, в системе машин для комплексной механизации лесохозярхственного производства на I98I-I990 гг. [э5] важное внимание уделено совершен- II ствованию технологии и механизации рабошах процессов освоения сведшх вырубок. В настоящее время разработаны способы освоения вырубок, основанные на срезании /понижении высоты/ гшей Б местах проектируемой посадки растенрш. исследования последних лет/"26,27,88-90 и др.} показывают, что качество подготовки почвы, сохранность и рост посаженных культур на вырубках зависят от высоты пней в местах посадки растений, для срезания пней существует ряд машин и орудий с различными рабочими органами. Однако в большинстве эти устройства не обеспечивают надежной работы на свелсих вырубках с наличием пней твердолиственньЕх пород и являются очень энергоемшт^и. такое полол{ение обусловлено тем, что конструкции машин и орудий для срезания пней создавались без достато^шого научного обоснования.Технологические параметры, которые определяют собой качественные и количественные показатели работы таких устройств, выбирались без пpeдвapитeJП)HЫx аналитических и экспериментальных исследований, до настоящего времени недостаточно изучены параметры пней и строение их надземной части, это снижает эффективность применения средств механизации.В мещерском лесничестве подольского лесокомбината опробован оригинальный способ полосного освоения вырубок, защщенБ.Ш. а.С. JV2 360014 [Э1] , который зшшочается в подготовке по^ шы на нераскорчеванных участках с объездом niiet, встречаемых на пути почвообрабатывающего агрегата, формируя непрерывные криволинейные борозды или полосы, после этого пни, црилегаемые к обрабатываемым полосагд шш бороздам, срезаются на уровне поверхности почвы. та1 а^я последовательность проведения работ способствует сокращению числа понилсаемых пней в освааБаемых полосах, одшако обрабатываемые полосы к-деют большей частью искривленную форму в своем направлении, особенно если количество шей на единице осваиваемой площади превышает допустимое число /бии шт/га/. искривленность подготавливаемых полос затрудняет проведение работ по посадке, посеву леса и, тем более, уходу за ншл. Кроме того, удаление надземной части пней рекомендуется проводить мотоинструментом, что затруднит процесс освоения вырубок. для осуществления перечисленных способов понижения высоты пней используются машины и механизмы, отличающиеся по принципу работы и конструктивному жстляеншо режущих органов.С учетом отличительных особенностей их можно разделить на три типа: I . пильные. - 15 2. йрезерные.3. ножевые. il и л ь н ы е режущие органы устройства для понижения высоты шей состоят из пильной цепи шш дисковой ш/1лы£б9,70, 104J(рис.1 . I а ,б) . Так, для достижения пршлолинейности полос подлежащих освоению, в да^ленец-цодольском лесхоззаге Хмельницкой области изготовлен и опробован макетный образец агрегата для срезания надземной части niien большого диа1^летра/"б97, У которого механизм срезания вюдочает пильную цепь, приводную звездочЕ^у и шину долиной 800 ш-а. Шипзная цепь собрана из звеньев трех типов, изготовленных из стшш у-9. На рел^ ущей части цепи наплавлены пластинки из твердосхыава ВК-8. kiar цепи 25 мм, а ширина пропила 20 "^м.Ышштньш образец навешивается сзади гусеничного траютора класса тяги 30 кн и снабжен MexaiiH4ecKHM и гидрообъемныгл приводами, первы1'1 из которых предназначен для привода механизма срезания, а второй - его надвигания. удаление надземной части ш-юй в пpmvюлинeйныx полосах облегчает работу почвообрабатывающих агрегатов. Одна1Ш выполнение рабочего органа бо.'^ ьшой длины и срезание пней на уровне noBepxiiocTH почвы способствует частому контакту звеньев пи.льной цепи с почвогрунтом. это ускорит процесс затупления резцов цеш! и сократит срок службы с1грегата. хфоме того, режущий орган формирует в понижаемых пнях пропил в 2,5 раза шире,чем он делается при использовачии бензине- и электромоторных Ш'Ш, что увеличивает энергоемкость срезаги-ш.В ^KpCiUi разработшш таасже агрегатная машина для лесохозяйственньис работ, которс1Я может производить срезание надземной части Ш1ей, куст%л1нка и деревьев ма^ чого диалетра ^70J.Х'а::ой машиной осуществл;дотся транспортные и лесохозш'! от венные - 1 6 " о ^ J)e>*<yu(uu орган у рис.1-1. Способы удаления надземной части пней: а) опиливание пильной цепью; б) опиливание дисковой пилой; в) измельчение цилиндрической фрезой; г) измельчение конической фрезой; д) срезание кусторезом; е) -срезание ножницасли. - 17 работы, рубки ухода за лесом и переработка древесины, особенностью устройства является наличие трех видов привода рабочих органов: механический, гидрав;шческий и электрическш. Агрегатная машина смонтирована на трелевочном тракторе ТДТ-4(1У1.ИолоШ'Ггельной стороной тасой малшнн является то, что она с ояюй стош-1ки может производить понижение нескольких пней, которые расположены в осваиваемых полосах, однако производительность машины при удалении пней диа¥1етром более 40 см снижается, особенно, если осваиваются вырубки твердолз-ютвенных пород, кроме того, lviyiI-4 относится к одЕ-юоперационны^ л маш1ша1Л и демонтаж ее трудно выполшш. это oipaiinm-maeT использование тягового средства /трактора ТДТ-55/ на других работах в тот период, когда понижение пней в хозяйствах не проводится, например, зимой. При этом машина для удаления надземной части пней очень энергоеьжа.С целью снижения cnjni резш1ия в КарНШ'Ш1е сконструирован MaiceTHHi'i образец устройства для срезания деревьев, у которого ножи выполнены с зубчатой заточкой /^94). Устройство имеет две щеки свободно закрепленные на поперечной 6ajnce. максжлальный цросвет устройства уменьшается до требуемого за счет - 22 одновременного приближения щек при помощи силовых гидрощлиндров. Калщая щека шлеет паз прямоугольной формы с прорезью, в котором перемещается клиновидный ре}кущий орган, цри срезании деревьев режущие органы скользят в пазах щек и, выходя из них, сближаются, двигаясь одновременно в двух направлениях, в опытных целях для перерезания образцов древесины использовались ножи с зубьями и без них. толщина режущих органов 4 мл.В результате сравнительного опробования установлено, что ножи с зубчатой заточкой требуют меньшего усилия для перерезания образцов древесины определенного диа^1етра, но они сложны в изготовлении и эксплуатации. Иа основании этого Б.С Селезнев /947цриходит к выводу, что ре:'^ ущш'1 оргэл без зубьев является более перспективныгл.В разработанном устройстве перерезание волокон древесины осуществляется со скольжением за счет перемещения клиновидных ножей. Это позволило уменьшить толщину режущих органов и снизить усилие резания. ОДаш^ о опробование устройства проводилось только на хвойных породах древесины, кроме того, конструктивное исполшение механизма срезания усло}кнено и шлеет повьш1енную металлоемкость, цри использовании устройства для срезания деревьев . твердолиственных пород потребуется его совершенствование, направленное на утолщение -^ещщшх органов и усиление их привода, это приведет к еще большей металлоемкости срезающего механизма, цри этом устройство не приспособлено для срезания надземной части пней.Тагшм образом, проведенные! нами анализ раз;шчных устройств для срезания пней и деревьев cвидeтeJПзCтвyeт о том, что почти все они далеки до совершенства, главными недостатками являются: сложность конструктивного исполнения, повышенная металлоемкость устройств и малая приспособленность этих срезаю- 23 щих механизмов для понижения высоты ш^ей. это связано с тем, что разработка машин и орудий для этой технолох-ической операции велась без предварительного научного обоснования основных тех£10логических параглетров и конструктивных элементов создаваемых устройств. Кроме того, разработшжагли срезающих механизмов не изучались и не брались во вншдание особенности строения надземной части пней как объекта срезания.С учетом наделшости работы срезающих устройств при понижении высоты пней нами уста140влено, что на этой технологической операции более приемлемым является бесструлдашюе резание.

7. Выводы и предложения. для более широкого опробования устройства в производственных условиях комиссия рекомендует внедрить экспериментальный образец понизителя пней в ильинецком лесхоззаге.

З^щиректор Ильинецкого лесхоззага в.Ф.Баксаляр

Главный лесничий Ильинецкого ,;.-. лесхоззага С.М.Ольховой

-ди^ктор винницкой лос. к.с.-х.н. Л.Н.Орлов

•;:^0ойрший инженер-механик г^^М Винницкой ЛОС Н.И.Малышкин

-хЮ&^ладший научный сотрудник Крымской ГЛ0С Н.Н.Агапонов

Копия верна:: ученый секретарь укрШШХА, к.с.-х.н. д.С.Кравцова Л

1. материалы JQQ'I съезда ШЮС М-: Политическая литература, I98I, 223 с. 2. материалы внеочередного пленума центрального комитета lUIGG (13 февраля 1984 года), м.: Политиздат, 1984, 32 с.

2. Агапонов Н-Н. Исследование и выбор формы ножа для понижения пней силовы л^ бесстружечны^л резанием. - лесоводство и агролесомелиорация, киев: урожай, 1977, вып.47, с80-84 .

3. Агапонов И.Я. Обоснование понихюния пней и выбор рабочих параметров машин для BHno^ iCHHfl этих работ. - лесоводство и агролесомелиорацрш. киев: удо&т, 1978, вып.52,с.84-91.

4. Агапонов Н.Н., Шумейко И.М. Мернай вишса - реф.вып: лесо- хозяйственная информация, м. , ЦБНТИлесхоз, 1978, ^ 8, C.9-II.

5. Агапонов Н.Н. Совершенствование режущего паструмента для бесстружечного резания древесины. - лесоводство и агроле-сомелиорац1'1я. киев: ypojicaJi, 1982, вып.63, с.47-51.

6. Агапонов Н-Н. Понизитель пней. - лесоводство и агролесомелиорация. киев: Урожа11, 1982, вып.63, с.51-55.

7. Агапонов Н.Н. Способ понижения пней. - новое в науке и тех£-1ике лесного хозяйства, м., ЦБНТИлесхоз, 1982, ^^ 16, с.5-6.

8. Агапонов Н-Н- Нонил-сение пней для облесения вырубок. - - 164 -лесоводство и агролесомелиорация, рсиев: ypoiicaii, 1983, вып. 66. с.42-45.

9. Агрегаты для уничтожения гшей. - лесохозяйственная информация. М., ЦЕНТИлесхоз, 1973, лз 2, с. 19-20.

10. Азаренок в.А. Влшшие процесса резания с образованием и без образования стружи. - труде СНШШТ. Свердловск, 1972, с.80-84_

11. Андреев м.И. Новое в области резания древесины. - механическая обработка древесины, 1940, J^ 2, с.56-57.

12. Аристов г.ф. Анализ сил трения при высокоскоростной резке. - Обработка мета/июв давлением в машиностроении. Харьков, 1970, вып.5, с.69-73. '

13. Ашкенази Ё.К. И др. Анизотро1Шя механических свойств древесины и фанеры. М.-Л.: гослесбумиздат, 1958, 140 с.

14. Бастры1шн G.H. и др. методические указания по определению экономической эффективности внедрения научных достижений и новой TexHi-iKH в лесном хозяйстве. Щ'шкино,1975, 120 с.

15. Воскресенский А. резание древесины. м.-Л.:Гocлecбyм- издaт, 1955, 200 с.

16. Галанов Б.Н. Мехагмзация расч.^ 1стки лесных площадей при лесовосстановлении. - экспресс информация, м., ЦБНТИ-лесхоз, 1979, вып.2, 26 с.

17. Гордиенко М-И., Нагорная р.в. Влияние раскорчевки на плодородие почвы и физиологичесрсую ак;тивность хвои сосны. - нayчiыe труды укрсюи Киев, вып.233, с.139-143.

18. Дерюлзсин Р.И., Енькова Е.И., Сухов И.В. Совершенствовать способы восстановления дубрав. - лесное хозяйство, 1980, J'^ 2, с.23-25.

19. Захаров В.В. Вопросы совершенствования инструмента для бесстр^'Жечного резания древесины. - труды ЩШШЭ« Хим-, ки, 1971, Л2 120, с.41-51.

20. Захаров в.В., Гершкович м.и. Безопилочное резание древесины. /обзор/. М., ВШ1Ш'1Элеспром, 1972, 52 с

21. Захаров В-К. Лесная тш^сапдя. М.: высшая школа, I96I, 360 с.

22. Иванов в.М. и др. математическая статистика, м.: Высшая школа, 1975, 398 с. 43. ивановский Е-Г. резшию древе силы, м.: Лесная промышленность, 1975, 200 с.

23. Изюмский П.И. рубки ухода в дубовых насаледениях. - лесное хозяйство, 1976, ii 5, с.31-34.

24. Калиниченко Н.Ц., Чернышев В.В. Новая технология, машины и орудия для возобновления леса на вырубках с дрениван-ны|\ли почвагда. М.: Лесная промышленность, 1963, 64 с.

25. Калуцкии РСК., Смирнов Н.А. Лесовосстановление в дан аде.- экспресс информация, м. , ЩГШлесхоз, 1982, вып.4, 32 с.

26. Камышенцев Л.Л., Нетреба Л-Н. Мелиоративные работы в зимнее время. М.: Россельхозиздат, 1974, 120 с.

27. Касж'ЮВ В.Д., Филин А.И. Об изменениях лесоводственных требований к высоте пней на вырубках. - лесное хозяйство, 1983, i^ I , с.75.

28. Кацев П.Г. Статистические методы исследования рейсущего инструмента. М.: Машиностроение, 1974, 240 с.

30. Клячко А.Б., Спверцев В.Д. рациональное движение тракторного агрегата по вырубке. - лесное хозяйство, 1979, J^ 4, с.42-43.

31. РСорщунов А.И. Исследование процесса резания древесины различны1)ли ре1{ущ1ши инструмент шли перпендикулярно к направлению волокон, диссертация на соискание ученой степени к.т.наук. Л., 1955, 296 с.

32. Крагельский и.В. Трение волокнистых веществ. М.-Л.: ГЙП- ролегцром, I94I, 128 с.

33. Леонов Б.А. исследование процесса нолювой раскряйсевки - 169 -круглых материалов, диссертащш на соискание ученой степени к.т.наук. xmiKH, I97I, 230 с.

34. Леонтьев H.JI. Техника испытания древесины. м.:лесная промышленность, 1970, 160 с.

35. Лукьянов А.Д., Иятковский в.К. способы освоения закуста- ренных земель. М.: Колос, 1979, 96 с.

36. Макаров л.Д. Оптшлизапдя процессов резания. м.:Машиност- роение, 1976, 278 с. 67. машогрш т.Т. Об оптимальных технологических параметрах некоторых лесохозя11ственных машин и орудш'!. - научные труды УкрСХА. киев, 1974, вып.93, с91-94 .

37. Новосельцева А.И. Лесовосстановдение в одиннадцатой пятилетке. - лесное хозяйство, 1982, Ji^ I , с.29-31.

38. НОСОВСКИЙ Т.А. Влияние затупления деревообрабатывающих инструментов на усилие резания с учетом направления волокон и породы. - известия ВУЗов "лесной журнал". Архангельск, 1963, с.102-106.

39. НОСОВСКИЙ Т.А. влжтше затупляемости дереворежущего инструмента на процесс реза1ия. - деревообрабатывающая промышленность, 1964, i^^ 5, с.13-14.

40. ОБЧРШНИков В.В. возмоясности применения бесстружечного резания при раскряжевке леса. - лесоэксплуатация и лесосплав. М., ВНЖШЭлеспром, 1975, it^ 8, с.9-10.

41. Петер Кох. Процессы механической обработки древесины. М.: лесная промышленность, 1969, 328 с.

42. Пивень П.и. Корчевка деревьев трелевочныгли тракторами.- лесное хозяйство, 1982, Jl^ I I , с.45-46.

43. Полищук А.П. Валка леса. М.: Лесная промьшшенность, 1972, 176 с.

44. Поршнев Б.И. Способ полосной подготовки почвы на вырубках. - лесохозяйствелная информация, м. , ЦБПТИлесхоз, 1973, iii 21 , с.22.

45. Селезнев Б.С ре}кущий орган для безопилочного резания.- Лесная промышленность, 1968, J'*^ 12, с 13-14.

46. Система машин для комплексной механизадрш сельскохозяйственного производства на I98I-I990 годы, часть 1У. лесное хозяйство и защитное лесоразведение, под ред. рьл. Столбз^ шкина и др. м. I98I, 260 с.

47. Скоропанов Г. Освоение и использование торфяно-болот- ных почв. МИНСК, I96I, 250 с. 97. совков А.Ф. АКТИВНЫ?! рабочий орган черенкового нолса на подрезке боковых корней. - лесное хозя1'1Ство, I98I, ^^ 12, с.45-46.

48. Справочн1Ш конструктора сельскохозяьгственных машин, том I . под ред.Кравченко А.В., М., I960,.с.635-655. 99. справочник по заработной плате на предприятиях лесного хозяйства, под ред.Киселева Г-М. М.; Лесная промьшиюн-ность, 1977, 272 с

49. Труль О.А. Математическая статистика в лесном хозяйстве. Минск: высшая шадла, 1966, 234 с.

50. Уголев Б.Н. Древесиноведение с основа^ли лесного товароведения. м.:Лесная промышленность, 1975, 384 с. 107. харазов A.M., Цвид С-Ф. Методы оптимизации в технической диагностике машин. М.: Машиностроение, 1983, 132 с.

51. Хренов л.С Геодезия. М.-Л., Гослесбумиздат, 1955, 512 с.