автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Выбор и обоснование динамических параметров узкозахватной валочной машины

Р1Б ОЛ

■БЕЛОРУССКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ С.М.КИРОВА

На правах рукописи

АСМОЛОВСКИЯ МИХАИЛ КОРНЕЕБИЧ^ /

ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

узкозл.свлтаоа вмочной машины

Специальность 05.21.01. - Технопгия и машины лесного хозяйства и лесозаготовок

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степей» кандидата технических наук

Минск - 1923

Работа выполнена в Белорусском технологическом институте.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор ЖУКОВ A.B.

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент

МАНКО И.П.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор БОГДАН Н.В. - кандидат технических наук КЕИЗЕР Г.И.

Ведущая организация - Министерство лесного хозяйства

Республики Беларусь

Защита состоится Ж " /Zab.sffaХ99Э г. в_час.

на заседании специализированного Совета К.056.01.01 в Белорусском технологическом институте.

Адрес: 220630, г.Штск, y>i .Свердлова, 13а, корпус 4, зал заседаний.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусского технологического тетитута.

Автореферат разослан ^ *7 1993 г.

и

Ученый секретарь

ТРОФИМОВ С.П.

специализированного Совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из направлений научно-технического прогресса в лесозаготовительной отрасли является переход к ресурсосберегающим технологиям и рациональному использованию лесных ресурсов, что предполагает дальнейшее развитие механизации лесозаготовительных работ.

В Европейской части стран СНГ и в Республике Беларусь в результате интенсивного лесопользования запасы древесины сократились при возросшей потребности в ней. В этих регионах преобладаю-" среднеполнотные леса (0,6-0,7). Покрытие недостатка в древесине в густонаселенных ра'энах за счет привозного леса экономически не всегда выгодно.

Резервом улучшения потребления, древесины является повышение объемов заготовки и вовлечение ,в промышленную эксплуатацию тонкомерной и низкокачественной древесины от рубок промежуточного пользования и сокра.,зние потерь древесины при главном пользовании. В Республике Беларусь объем заготовок тонкомерной древесины составляет лишь 185?, а заготавливается ежегодно 10-11 млн.м3. Ежегодный дефицит дел"вой древесины по данным Госэкономплана составляет около 3 млн.м3.

Существующие техпроцессы, базирующиеся на машинных методах проведения работ,могут проводиться с использованием машин манипуляторного и фронтального типов.

Однако опыт применения узкозахватных валочных машин (УВЧ) фронтального типа в отечественном производстве отсутствует. Поэтому, учитывая специфику и условия работы таких машин, связанных с перемещением срезанных деревьев в вертикальном положении под пологом леса, 'является актуальным проведение исследований по оценке работоспособности УЕМ,

Цель работы. Выбор и обоснование динамических параметров узкозахватной валочной машины на сазе трактора МТЗ-82.

Задачи исследований:

- провезти анализ мирового лесозаготовительного произвол :тва, методов рубок леса и существующих машинных способов проведения работ;- провести п<олиэ работ по исследованиям в власти обоснования ди? "Нических параметров машин общего и специального назначения;

- разработать методики оценки и обоснование основных

технико-эксплуатационных показателей (ТЭП) УШ с учетом экологических и экономических требований, условий эксплуатации и комплексности возмущающих воздействий;

- провести теоретические исследования по разработанной математической модели, учитывающей взаимосвязь крутильных колебаний в трансмиссии с колебаниями машинк с деревом и возмущающее воздействие от ДЕС, дороги, ветровой нагрузки и сил сопротивления цепляни : за ветви;

- провести экспериментальные и производственные испытания и оценить эффективность применения машины на рубках ухода;

- разработать практические рекомендации, направленные., на совершенствование конструкции захватно-срезашего устройства (ЗСУ) и машины в целом.

Научная новизна работы заключается в разработке математической модели функционирования УШ в ьертикапьно-перемеща-емым деревом с учетом комплексного воздействия от неровностей опорной поверхности, ветровой нагрузки, сил сопротивления со стороны стоящих деревьев и двигателя, как источника • заданной ограниченной мощности. Получены новые эксперимен-' тальные и расчетные данные по нагруженности, устойчивости и производственной эксплуатации ЛМ.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанные методики исследований, реализованные в виде программных средств для ЭШ, позволяют на этапе проектирования и доводки конструкций производись обоснование и выбор основных ТЭП. Практические рекомендации по результатам расчетных, производственных и экспериментальных исследоь -ний устанавливают сферу и возможности применения УШ.

Реализация результатов работы. Разработанные методики и проведенные исследования, а также апробация УЕМ на базе трактора МТЗ в слоеиях Негорельского учебно-опытного лесхоза позволили совершенствовать технологический процесс рубок ухода, исключить ручной труд на валке и трелевке древесины. Фактический годово, экономический эффект от использования УЕМ в ценах 1991 г. составил 1,02 тыс.руб.

На защиту выносятся: методика оценки динамических показателей системы "двигатель-трансмиссия-движитель-предмет труда" узкоэахватной валочной машины; методика ресчета напряжен-

но-деформированного состояния несущей конструкции ЗСУ с учетом специфики нагружения от вертикально-транспортируемого под пологом леса дерева; результаты влияния взаимосвязанных подсистем на устойчивость, динамическую нагруженность машины.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Всесоюзном научно-техническом совещании в г.Тюмени (июль 1937), Всесоюзной научно-технической конференции в ШЛИ. г.Москва (октябрь 1987г.), на международном научном семинаре ' в республике Польша, г.Взршава-Рогов (ишь 1990г.) и на научно-технических конференциях ВТИ им.С.М.Кирова по итогам НИР за 1915-1992 г.г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 разделов, списка использованной литераторы и при^жений, содержит 170 страниц машинописного текста, 51 рис., Ю табл. библиографический список включает 139 наименований литературных источников.

СОДЕРЖАНИЕ. РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, дана общая характеристика работы, приведена научная новизна исследований, изложены научные положения, выносимые на защиту, а также кратко изложены основные результаты исследований.

В первом разделе проведен анализ применяемых методов рубок с заготовкой древ. сипы. Рассмотрено современное состояние лесозаготовок^ выявлены.перспективные направления развития техпроцессов рубок ухода и заготовки тонкомерной древесины, а также '■утей исключения потерь древесины. Проанализированные технологические схемы и системы машин рубок главного и промежуточного пользования как отечественном, так и зарубежном производстве. Приведена классификация мэлшн в зависимости от х5'-рак-.-?ра выполняемых операций и выделены группы которые не нашли.широкого распространения в отечественном производстве. Отмечена сложившиеся тенденций в создании лесозаготовительной техники и соворшенствэвпчия техпроцессов рубок ухода, а также обобщены традиционный те' нологии в наиболее развитых лесояаготовитг^ъних с грянях. На осново проьеденного анализа установлено, что ввиду р^э^ообрадия при-

(

родно-климатических и производственных условий, для обеспечения безопасной и про*, родительной работы по заготовке древесины, необходимы сочетания, как манипуляторных, так и уз-козагватных валочных «ашин. С учетом отечественного и зару-, бежного опыта создания различных типов лесохозяйственных и . лесных машин наиболее приемлемым является исгользование в ; качестве базы сельскохозяйственных тракторов. Особенно важно это с точки зрения сокращения сроков и стоимости работ по созданию машин Для Республики Беларусь, где имеется производство тракторов МТЗ и раьвернуты работы по созданию семейства лесных машин на их базе.

Общая теория проектирования валочных машин основана на выборе способа валки и транспортирования предмета труда, основных компановочных параметров, обеспечивающих требуемые динамические показатели.

Исследованиями динамики машин общего назначения посвящены работы Е.А.Чудакова, Д.Л.Чудакова, Р.В.Ротенберга, A.C. Литвинова, Я.М.Певзнера, Я.Х.Закина, Н.И.Яценко, Л.А.Хачату-рова, А.А.Силаева, В.М.Семенова. Большое внимание уделено нагруженности трансмиссии в работах А.М.Маклеева, Н.С.Лунева, П.П.Лукина, В.М.Семенова, И.С.Цитов'ича, С.И.Иванова, В.П.Москалева, А.М.Фрумкина, Н.Ф.Боча^ва, И.Г.Пархиловского, В.И. Гусева, Г.А.Смирнова, Б.С.Фалькевича, В.А.Симановича, С.М. • Кудрявцева, И.Л.Островерлова, Л.И.Бойко. Основополагающими работами в теории проектировгния специальных лесньи машин являются труды С.Ф.Орлова, М.И.Зайчика, Б.Г.Гастева, В.И.Мельникова, Е.И.Лаха, Г.М.Анисимова. Дальнейшее развитие вопросы теории колебаний лесотранспортных машин получпи в работах Ю.Д.Силукова, А.ВДукова, В.С.Николют'а и др. Исследованием динамики, устойчивости и управляемости сельскохозяйственных и машино-тракторных агрегатов на их основе посвящены работы В.П.Горячкина, .ГА.Чудакова, В.Ф.Коновалова, Л.В.Гячева, A.B. Лурье, В.В.Гуськова, А.В.Войтикова.

Методы оценки устойчивости и динамической нагруженности, вопросы взаимодействия лесотранспортных машин и предмета труда нашли свое отр^ _ние в работах В.И.Алябьева, В.Н.Андреева, К.Н.Баринова, А.М.Артамонова, Г.М.Анисимова, Б.Г.Виноградова, В.М.Котикова, С.АЛилина, Т.С.Бурмина, И.В.Лямнна, А.И.Смея-на, В.С.Сюнева, А.Ы.Кочнева и др.

Задача динамической устойчивости машино-тракторных агрегатов рассматривалась целым рядом исследователей. К числу работ по теории устойчивости следует отнести труды А.М.Ляпунова, Д.А.Чудакова, Е.Д.Львова, В.Ф.Коновалова.

Основополагающими работами по исследованию динамической нагру^енности на основе метода конечных элементов (МКЭ) являются работы К.Бате, Е.Вильсона, Р.Клафа, О.Зенкевича, В.А. Постнова и др. Дальнейшее развитие МКЭ для инженерных расчетов получил в работах Л.А.Розина, А.П.Филина, А.Ф.Смирнова.

Исследованию динамической нагруженности несущих конструкций лесных машин посвящены работы В.М.Семенова, Г.М.Ани-симова, А.ВЛукова, В.А.Александрова. В.Н.Андреева, А.Р.Горо-новского, С.П.Мохова, В.В.Янутакг.

Проведенный обзор работ, посвяненных динамике специальных лесных машин показал, что до настоящего времени проведено мно^о исследований по оценке их параметров. Однако работы по обоснованию и выбору параметров узкозахватных валочных машин, рабочий процесс которых связан с перемещением вертикально-закрепленных деревьев, отсутствуют.

Во втором разделе произведена оценка эффективности применения узкозахватных валочных машин на рубках ухода за лесом на примере УВМ на базе трактора МТЗ. Описаны конструктивные особенности УВМ и возможные варианты компоновки с использованием гаммы тракторов кл. 0,63,0. ЗСУ (рис.Т) .устанавливается на заднюю трехточечную навеск, базового трактора без внесения существенных изменений в конструт ira. Вместо верхней тяги |.авески испо/ >зуется гидроцилиндр, служащий для наклона ЗСУ. Привод подулю-чен к гидравлической системе трак-ора и управляется из кабины. ЗСУ состоит РвсЛ- 3avBaTHO-cpn-из двух захвотных-механизмов СП. устг- э-ающее устройство нэпенннх на двух стойках (2>, в пик- 3_ 'ОПОрН1та Плита,

ней части к которым приварен?:-, ооорнго 4- срез8Ю":ее устрой-плитн (3), между которыми расположена ство срс/зающее устройство ножевого типа с приводом от ги* роии-линдров. Работа УШ происходит ел с 7 таим браэом. Оператор

выбирает отмеченное дерево и производится наводка 3СУ на него. При контакте с деревом, ^СУ опускается на поверхность земли, включается привод захватов, ножевого устройства и происходит захват и срезание дере а, После чего оСУ с деревом поднимается в транспортыое положение и машина выносит дерево из-под полога леса. В результате производственных испытаний в условиях Логойского лесничества и Негорельского учебно-опытного лесхоза, фотохронометражных наблюдений, установлено, что среднее время цикла обработки одного дерева при среднем расстоянии выноса 60 м находилось в пределах 152-159 с. На срезание дерева расходовалось 5,9-13,2 %, на переместительные оп рации около 85 % и на укладку деревьев в.пакет - 1,9-9,9 % всего времени цикла. При этом, часоБая производительность машины составила 1,97-2,59 мэ/ч.

По результатам испытаний установлено, что производительность машины определяется такими факторамг, как расстояние выноса деревьев, скорость движения машины, объем предмета труда, которые в конечном итоге определяют продолжительность рабочего цикла. Кроме того, преимуществом применения ножевых . срезающих устройств является снижение затрат на обслуживание • и ремонт, что способствует увеличению времени.основной работы 1! производительности.

Проведен сравнительный анализ затрат времени цикла в зависимости от расстояния в? носа дерева из-под полога леса с помощью УШ, по результатам испытаний, а также ЕПМ "Чаккери" и переносной лебедки ЛТ-400 при прореживании для одинаковых условий и характеристик лесонасаждений (рис.2). Установлено, что затраты времени, начиная с расстояния выносл 1*20 м машиной "Маккери" меньше, чем УШ. При расстоянии выноса I •=■ «=■ 60 м время цикла УВМ на 16 % больше, чем "Маккери". Обусловлено это тем, что контурная площадь ВПМ "Маккери" на 33 % меньше, чем УШ и маневрирование ее под пологом леса более облегчено, несмотря на то, что диапазон реализуемых скоростей' выше у УШ. Однако, несмотря на несколько меньшую продолжительность рабэчего цикла, высокая стоимость ВПМ "Маккери" отрицательно сказывается на эффективности ее применения в условиях Республики Беларусь. Затраты времени при работе переносной лебедкой ЛТ-400 значительно выше сравниваемых машин на всем диапазоне расс! «ний выноса.

«ТТЛ;,

Рис.2. Зависимость продолжительности рабочего цикла Ти от расстояния выноса о : I4-ВПМ "Макке-ип, 2- УЕМ, 3-ЛТ-400

Для комплексной оценки влияния на производительность УВМ скорости движения, расстояния выноса и объема ирэдметр труда,по данным производственных испытаний получена номограмма (рис.3), позволяющая про- -изводить выбор режимов движения и приемов работы, для обеспечения необходимой производительности при проведении рубок ухода в насаждениях различного возрастного состава, '¿ак, например, анализ номограммы показывает, что с увеличением расстояния выноса до 80 м, производительность снижается на 26 %, по сравнению с I = 60 м. При увеличении же эксплуатационных скоростей движения до 5-6 км/ч при I =» 80 м, по сравнению с I = 60 м и скоростями 3-4 км/ч, производительность возрастает на 30 5!.

Эффективнгя работа УЕМ будет обеспечена при обязательном наличии сети технологических коридоров с ^постоянном между ними 40-60 м. Такая организация лесосечный ьабот обеспе"чт использование повышенных скоростей (до 10 км/ч) движения по технологическому коридору. На номограмме линиями сгязи у.;азян »бход графиков, отражающих зредние значения плраме+ров,

полученных при испытаниях Рис.3. Номогрпммл определения

, технико-эксплуг.т-ди энных по-

'Ь; • калателей УВМ

Наряду с фотохроме^ряж-1ым.. наблюдениями, при испитяниях производилось тЗследовииИ'?

- г -

местности на предмет оставляемых повреждений. Повреждения оставляемых на корню деревьев не превышали 5 %. Воздействие ходовой части УВМ на поверхность технологич^ .:кого коридора характеризовалось образованием в некоторых местах колеи глубине/! 8-10 см. Установлено, что машины такого типа имеют возможность обрабатывать до 85-92 % намеченных к рубке деревьев при густоте древостоя до 2-2,5 тыс./га. Кроме того, УВМ целесообразно использовать при уборке горельников, прокладке трасс под ЛЭП и.дороги, при освоении лесосек с многоярусными насавдениями, а также на зг-раженных радионуклидами лесных массивах.

Третий раздел посвящен разработке математической модели процесса работы УВМ. В ходе решения поставленной задачи мо- ' делировался процесс движения узкозахватной валочной машины, как многомассовой динамической системы "двигатель-трансмис-сг--движитель-предмет труда". При создании математической модели учитывались специфические условия ее функционирования, связанные с воздействием на УЕМ возмущающих факторов со стороны вс -,ителя и внешней среды, носящих случайный характер, а . также присущими переходными процессами (разгон-торможение, . преодоление единичных препятствий, работа технологического оборудования, воздействия со стороны предмета труда от зацепа за ветви, ветровой нагрузки и др.). Основные узлы УВМ (двигатель, трансмиссия, ведущие мосты, движители,ЗСУ и дерево) компонуются в виде подсистем, которые соединяются между собой посредством упругих элементов. Таким образом математическая модель УВМ позволяет описывать свойства динамической системы с учетом взаимодействия ее подсистем, воздействия внешней среды, управляющих воздействий и решить широкий круг задач динамики. Расчетная схема колебаний УЕМ приведена на рис.4 и имеет одиннадцать степеней свободы. В ной приняты следующие обозначения: , 3Сч , о, , , , дпр - соответственно момен I инерции вращающихся частей двигателя, ведомой части сцепления, выходного вала коробки передач, переднего и заднего колес, массы трактора с деревом; М, , ГПмо»

ни - соответственно масса трактора, переднего моста и дискретных масс дереве; Сэн,; , Сэз , С£м1 . С йм1 , Смл , С; -соответственно, ку—'чьные жесткости коробки передач на | -той передаче, главной передачи, шин; вертикальные жесткости

Рис.4. Расчетная схема УЬМ

шин и подвески переднего моста, дерева; ■Uj г передаточные числа трансмиссии; Lt , • Ь-ri ? hn - геометрические параметры УВМ. Положение УВМ определяется следующими обобщенными координатами: углами"поворота ¡элементов трансмиссии -Ч^дь • » « fun » ^кь ; угловыми-перемещениями массы трактора - 4V ; вертикальными перемещениями центра тяжести трактора и переднего моста - Ут , Умо ; продольным перемещением машины - Хт ; углами поворота дискретных масс дерева -01, ©2 .

В результате система дифференциальных уравнений, описывающих колебания УШ в продольной плоскости имеет вид:

Заь'^а.» - Млб + Мсц = о;

дсц-Усц- Мсц -» Мэк,^ «О:

Эк'^к- Мэк,^ Мы/UK.j = О;

Jkb-Tm- ManUon ♦ Мы ми « -Pfm'^n ;

Jk»-Vifb- Маа-Ымз ♦ Mwmj = - Р^гъ• Гкъ Зпр- Фт ~ С Мшмп/ГГкп)-( Мимь/fM^"

»о-г«ь> ■ егя -puyMV егл - • еА< -

- Рл" ■ £д« = - Pwt • bwr - PwA • eA1

Мт'Хт - Мш„/Гкп-Мвмь/гч» ♦ Pw + РГ'- РЛм-pwT- ;

Мт-Ут-Рпмп ~ Рммь =0-,

Шмп-Умо- Вмп * Ршня -о; '

3«-©f - PiSr'iAi - Pa*- - а - fV*Zm ;

J2-02 - PI* елг = - Pi Ы • р"л ■ 2ла ,

где Мд&и Моц, - соответственно, крутящие моменты двигателя и сцепления; крутящий момент на j. -той передаче, при-

веденный к первичному валу КП; Мб** Мэп+ Мээ - крутящий момент на выходном валу КП, Мэп(а)- круч.пиий момент в ветвях привода переднего (заднего) мостов; Мшмп(мъ) ~ реактивный момент в шинах ведущих мостов; Р^тп(ь) - сила сопротивления качению колес; FVa - силы сопротивления воздушного потока трактора и дерева; Рпмп , Puta , fait,* - соответственно, приведенные силы подтеки переднего моста и задних шин; Расу , Рд - приведенные силы навески ЗСУ и центра масс дерева, Рз -сила сопротивления тцепа.

Решение системы дифференциальных уравнений производилось

на ЭШ методом Рунге-Кутта четвертого порядка точности. Возмущающее воздействие от неровностей пути принималось с учетом его запаздывания и сглаживающей способности шин. Сила зацепа определялась на основании энсггриментальных исследований.

Оценка нагруженности ЗСУ производилась с использованием метода конечных элементов (МКЭ). При этом учитывалось комплексное возмущающее воздействие от транспортируемого дерева и усилий, развиваемых гидроцилиндрпми. Величина нагрузки воздействия предмета труда определялась ни основании моделирования процесса движения по разработанной математической модели: . Нагрузки при

срезании деревг определялись по результатам исследовательских испытаний. Конечно-элементная модель ЗСУ представлена на рис. 5. Расчетная схема ЗСУ представляет собой комбмчированную конечноэле-ментную модель, в которой стойки, места крепления гидроцилиндров и ножей силового рез&ния .представлены в виде стержневых элементов, а балки -пластинчатыми. Модель содержит 19 стержневых и 126 листовых элементов, стыкующихся в 176 узлах. Для определения жесткости всей конструкции использовались стандартные матрицы. Полученная система линейных алгебраических уравнений решалась относительно неизвестных узловых перемещений, по которым определялись силовые факторы для нахождения напряжений.

Оценка точности разработанных математических моделей и методик ргсчета производилась путем сравнения с данными эксперимента. Среднее расхождение находилось в пределах 5-14 %. Производилась также оценка соответствия расчетные и экспериментальных спектральных плотностей процессов с помощью статики З)2 эквивалентности энергетических спектров. Величина ЛЭ находилась в пределах 10,3-2С,4 .при области принятия гипотезы У2 равной 27,^9, что указывает об удовлетворительной сходимости результатов. .

Рис.5. Конечно-элементная модель ЗСУ

В четвертом разделе изложены цель, задачи и методика исследовательских лабораторно-эксплуатационных испытаний на-груженности и динамической устойчивости УЕМ. Целью испытаний являлось определение основных динамических пар метров УВМ при проведении выборочной рубки по двухстадийной технологии и при проведении рубок у..ода, а также оценки адекватности разработанпй модели. В задачи входили вопросы по определению инерционных жесткостных параметров машины и предмета труда при лабораторных измерениях; исследование процессов работы гидропривода ЗСУ и определение напряженно-деформированного состояния конструкции ЗСУ при различных режимах работы, а также процессов динак:лч.;ской нагруженности и устойчивости машины.

Исследования гроводились при всех операциях рабочего цикла, начиная со срезания де};ва и заканчивая укладкой на грунт. При атом моделировались различные режимы движения -трогание с места, движение с различными скоростями под пологом леса и по технологическому коридору, переезд единичных неровностей в виде пней с различной высотой и диаметром. Измеряемыми параметрами являлись: давление в магистралях гидропривода ЗСУ, усилия на штоке гидроцилиндра наклона ЗСУ, деформация конструкции ЗСУ, усилья на переднем мосту УШ, вертикальные ускорения масс УВМ, углы продольного и поперечного наклона остова машины, перемещения дерева в продольной и поперечной плоскостях относительно остова машины и скорость движения. Запись исследуемых параметров производилась на осциллограмме в различных сочетаниях. Обеспечивалась необходимая повторяемость опытов для выбранных режимов движения и па-рамзтров деревьев. При этом использовалась измерительная аппаратура а составе источника постоянного тока, тензоусилите-, ля Топаз-4-01 и светолучевого осциллографа .4-12-22 и комплекта преобразователе?. В зависимости от типа датчика исполрэо-' в<< тись потенцииметричег :.ий и тенэометрический методы измерений. Ппаметры преобразователей выбирались исх^тя из частот и диппазо! амплитуд объекта исследований, а также с учетом возможности их размещения и уточ. ллись по результатам пробных заездои. Обеспечение точно"ти измерений и оценка погрешности П} извомвлась путем градуировки измерительной аппаратуры пе- -ргд началом после проведекля каждой серии гпытов с необхо-

димой повторяемостью, в зависимости от вида преобразователя и метода измерений. Тарировочные характеристики применяемой аппаратуры имели линейный характер.

При лабораторных измерениях осуществлялось определение численных значений массы отдельных частей УШ и предмета труда, жесткостных и демпфирующих свойств, компоновочных параметров и инерционных характеристик. Измерения проводились отдельно для машины с деревом и для консольно-закрепленного на стенде дерева. Массы дерева и машины определялись взвешиванием с использованием динамометров и весов. Яесткостные характеристики шин и дерева определялись при ступенчатом статическом нг.гружении бялластным грузом. Демпфирующие свойства определялись при моделировании свободных колебаний, путем подъема (отклонения) машинп (дерева) и мгновенного сброса. Производилась также оценка критических статических углов ..ре-на пут.рм наезда малины с деревом на ук.;он известной величины в продольной и поперечной плоскостях.

Программой эксплуатационно-исследовательских испытаний предусматривалась регистрация отмеченных параметров мыпины при выполнении всех операций производственного процесси. При исследовании процессов срезания производилось варьирование величинами диаметров обрабатываемых деревьев в диапазоне от 10 до 22 см породным составом (ель, сосна, береза). Транспортирование срезанного дерева происходило при следующих режимах и воздействующих факторах: трогакие с места, переезды неровностей в виде пней и поваленных деревьев, движения с различными скоростями в диапазоне 1,5-7 км/ч по неровностям опорной поверхности пасеки и волока с наличием возмущающего воздействия от ветровой нагрузки и от зацепа за ветви растущих деревьев.

Исследования процесса укладки дерева на грунт при формировании пачек проводились для различных параметров деревьев и известной крутизной склонов.

Варьируемыми фзкторами являлись: интенсивность разгона, скорость движения, геометрические и массовые характеристики дерева, условия движения.

Записанные нп осциллограмму процессы оСг.г-Лчтыезлись различными способами и зсьисимости от задач дальнейшего их анализа. Стлтнстическчя обра^отк.!г. случайных процессов производи-

лась с использованием ..омплекса технических средств на базе ПЭВМ IBM PC/AT и EC-I842. Обработка осциллограмм с переходными процессами заключалась в общем анализе характера изменения исследуемых процессов и получения значений параметров • с учетом масштабных коэффициентов. Общая суммарная погрешность измерений находилась в пределах 2,3-4,9 %.

Пя.ый раздел содержит общие результаты исследований по обоснованию и выбору динамических параметров узкозахватной валочной машины иа базе трактора МТЗ-82.

На основе анализа и показателей сложных дииамических процессов, возникающих начиная от подъезда и срезания, последующего .отрыва дерева от пня и транспортирования к месту пакетирования, установлено многообразие взаимосвязанных факторов, влияющих на работоспособность таких машин. Исследования процесса срезания дерева показали, что сила резания зависит от величины развиваемого давления в гидросистеме, породы и диаметра деревьев и сопровождается при этом различными затратами времени. При срезании березы, диаметром 21 см в комле, максимальное давление рпания составлк э 14,8 МПа и время срезания б с. Сосна с диаметром 24 см срезалась при давлении 13,2 МПа за время 7 с. Время спезания также зависит от темпа нарастания давления в гидросистеме, т.е. от подачи гидронасоса. В результате исследований процесса срезания обоснованы приемы управления гидроаппаратурой. Оценка нагруженности элементов ЗСУ в процессе срезания показала, что наибо,"'.шие нагрузки возникают в опорных, плитах срезающего устройства. Характер иэмененит напряжений (деформаций) подобен изменению величины давления. Максимальные напряжения при срезании различных деревьев достигали 45,5-50 МПа, что указывает на значительный запас прочности конструкции.

При трогании fc места машины с деревом возможен отрыв колес от повер чос'ы и потеря устойчивости управления в зависимости от интенсивности процесса. Однако исследования показали, что 1.ри ускорении системы ( Хт ж 0,25 g ) динамическая реакции передних колес для различных П"; ■метров деревьев не превышала 5,Ь кН. При этом продольное отклоне^.к? ствола дерева состав- ■ ляет ^,03-0,06 м, а его последующие кс'.ебания происходят с частотой 0,5 Гц. Анализ полуденных данных показал, что основной причиной (Лвыяеняя уровня динамической - 1Груженности УВМ яв-

ляются неровности рельефа и воздействия, возникающие вследствие зацепов транспортируемого дерева за ветви растущих деревьев.

При моделировании движения УВМ с различными скоростями с дерером (ГПд - 220 кГ) по макронеровности с уклоном пути до 15° установлено, что колебания дерева и возникающие нагрузки в навесной системе машины взаимосвязаны. Усилия на штоке гидроцилиндра наклона достигают величин 6,3-7,7 кН при амплитуде колебаний дерева 0,03-0,07 м относительно верха кабины. Причем, 1ри скупости движения 4 км/ч, указанные' пара-мэтры на 13-19 % вине, чем при V = 2 мл/ч. Динамическая реакция переднего моста при движении на небольших скоростях на уклоне изменяется почти пропорционально изменению угла наклона пути (рис,5) При этом колебания „ерева и воз-дейсгзия от микронеровностей не оказывают сущест- 12-° венного влияния на харак- 1ао тер ее изменения. При уве-ао личении же скорости до 4 йо км/ч, интенсивность коле- 4о баний значительно воэ-г.о растает, и, при углах наклона пути от 10 и более 0 20 40 60 00 100 ,го ¿ГР1Э-градусов („не.5) возможна Рис.5. Зависимость изменения потеря устойчивости улрав- -^ГуШо? ■ ления при наличии всех во- I - при движении V » 2 км/ч, здействующих факторов. По- ^ V* = 4 км/ч этому при работе на уклонах пути более 10° необходимо предусмотреть мероприятия , обеспечивающие необходимый запас ус-тойчи: зсти (установка противовесов, эксплуатация на скоростях не более 3-4 км/ч и др.).

Проведенные исследования установившегося ^ечшма движения машин показали, что с увеличением массы перемещаемого дерева с 200 до 300 кГ происходит некоторое смешение максимумов спектров продольно-угловых колебаний остова малин в диапазоне от I до 5 Гц и их возрастание на 26-^2 %. Увеличение скорости движения по волоку с 4 км/ч до 7,5 приводит к сглаживанию спектра динамической реакции переднего моста п сыесе-

ниго экстремумов в область более высоких частот при неизменных параметрах динамической системы.

Среднеквадратические отклонения при этом режиме исследований сходились в пределах 2,07-3,96 кР.

Исследования явления зацепа дерева показали, что по величине воздействия моуг ввделить четыре фазы: цепляние за отдельные ветви ( ЯГ0* я 0,7 кН); частичная сомкнутость крон растущих деревьев ( РаГ"** = 1»4 -Ч); сплошная сомкнутость крон ( Р$аА = 2,1 кН) и самый неблагоприятный случай - зависшее дерево ( Ра°* в 2,8 кН). При моделировании явления зацепа перемещаемого дерева массой 200 кГ, поведение динамической системы устойчи о. С деревом массой 400 кГ возможен проезд машины с частичной сог'нутостыо крон. Поэтому при движении машины в условиях пасеки, т.е. под пологом леса, обязательным является установка противовеса массой 420 кГ для обеспечения требуемого запаса устойчивости.

Переезд неровностей в форме пней различной высоты показал, что воздействие в этом случае носит кратковременный характер. Существенных колебаний ствола дерева, а также корпуса трактора но наблюдаетел. Однако при комбинированном воздействии различных по происхождению факторов и как следствие, наложение амплитуд колебаний 01 каждого из них,-возможна потеря уетойчивлсти управления, что затрудняет маневрирование машины при движении по пасеке.

Исследования показали, что при переезде с деревьями массой 300 и 400 кГ через неровности высотой 0,15 м возможен кратковременный отрыв управляемые колес и обязательным является установка противовеса. Неровность высотой 0,1 м имеется возможным преодолевать со скоростями до 3,6 км/ч для дерева * 300 кГ и 1,2 км/ч для ГТ1| » 400 кГ. Установка проти-, вовеса увеличивает диапазон скоростей до 3 км/ч. Изменение динамической реак ии переднего моста в зависимости от м.ссы рати и овес а ь скорое". * движения через неровности различной высот'' с деревом, массой 2С.1 кГ приведены на оис.б.

Из~ ргженные зависимости позволяют определить критически' диапазоны скоростей преодо. ..ния неровностей и необходимость установки 1.ротивовгса. Так, неровности высотой Н» » О,К и следует преодолевать при скоростях 2,4-4 км/ч; Ни - 0,1 м пр- V" - 4,6-6,3 км/ч и Ни » 0,05 при 17" - Ю-

13 км/ч.

Таким образом, оправданным является применение ножевого срезающего устройства, обеспечивающего высоту оставляемого пня не более 0,05 м. При этом снижает ся уровень динамической нагруженности машины и расширяется диапазон рабочих скоростей движения до 10-13 км/ч.

8

Рис.6. Зависимость изменения динамической реакции от скорости при переезде неровностей УБМ , тэ =200 кГ

Основные выводы и предложения

Т. Анализ современных способов лесозаготовок и состояния вопроса по заготовке тонкомерной древесины показал, что использование УШ, наряду с машинами манипуляторного типа, в зависимости от конкретных природно-производственных условий позволяет машинизировать весь комплекс лесосечных работ,улучшить условия труда, снизить затраты на заготовку древесины. Однако, до настоящего времени в отечественной практике отсутствует опыт создания и применения такого класса машин, рабочий процесс которых связан с вертикальным перемещением предмета труда ходом машины.

2. Исследования в производственных условиях УШ на базе •«колесного трактора класса 1,4 показали ее эффективность при

существующих техпроцессах проведения рубок ухода и заготовки древесины при разработке двухярусных насаждений, на зараженных радионуклидами лесннх массивах, уборке горельника, подготовке трасс под линии электропередач.

При проведении прореживаний со средним расстоянием выноса деревьев 60 м, производительность машины составила 1,97 -2,59 м3/ч. Резервом повышения производительности УЕМ является применение системы накопления нескольких тонкомерных деревьев, сокращение времени рабочего цикла, увеличения времени основной работы, а также использование рациональных г ;ециально разработанных для данной машины технологических приемов роботы.

3. Агрегатирование базового трактора и нгвесного захвят-но-срезаюпего устройства обеспечивает универсальность мапкнн

за счет расширения сферы ее применения на различных видах ле-сохозяйственных работ.

Преимуществом применения ЗСУ с ножами силового резания, наряду с простотой конструкции, высокой надег 'остью в работе, является высокая производительность чистого резания, повышение об-ьема заготовки дрчвесины за счет получения невысоких пней и снижение эксплуатационных затрат по сравнению с другими, традиционными срезающими устройсг ->ами.

Наиболее важннми показателями, характеризующими работоспособность таких машин, работа которых связана с вертикальным выносом деревьев из под полога леса, являются динамическая нагруженность и ус тойчивость при выполнении всех операций технологического цикла.

4. Разработанная расчетная схема и математическая модель взаимосвязанной системы "дд чгатель-трансмиссия-движитель-пред-мет труда" позволяет с достаточной точностью моделировать процессы работы, выбирать и обосновывать параметры УШ с учетом взаимообязанности крутильных колебаний трансмиссии с вертикальными и продольно-угловыми колебаниями массы трактора на упругих элементах подвеск., шин и вертикально закрепленного дерева, в также комплексного возмущающего воздействия от неровностей опорной поверхности, ве-.ровой нагрузки, сил,сопротивления при цеплянии за ветви стоящих деревьев и двигателя, как источника заданной ограниченной мощности.

Сопоставление результатов расчетных и экспериментальных исследований показало их удовлетворительную схопчмосль, что дает основание рекомендовать разработанные методики при проектировании УШ.

5. В результате проведенных исследований установлено:

. при срезании дерева и снятии его с пня наиболее нагруженными элементами являются опорные плиты ср .ающего устройства, 1Дв максимальные напряжения достигают значений 45-50 МПа*. На-

• г~яжения в тр^чатой сойке, соединяющие захвлтние и срезают„е устройства незначительны и м превышают 26 МПя. Сила резания зависит г)- величины развиваемого давления в гидросистеме, породы и диаметра деревьев. Среза! деревьев боле- твердых по-

• род (береза) проис содит при максимальном давленш' 14,8 МПа и

перерезания 6-7 с. В момент кэшакта ЗСУ с деревом значительны* ударны« ногруз и испытывают рычпги навесной системы, Ре * 5-8 кН;

при трогаиии малины с деревом имеет место отклонение ствола дерева на величину 0,035-0,06 м и соответствующее появление реактивного момента, разгружающего передний мост машины на 3,2-^,1 кН в зависимости от интенсивности трогания и параметров предмета труда;

исследования взаимодействия транспортируемого дерева в результате зацепа за растущие, показали, что при движении УЕМ с деревом массой 400 кГ под пологом леса обязательным условием сохранения запаса устойчивости является установка противовеса массой 4?0 кГ; . •

переезд неровностей, как наиболее неблагоприятный случай нагружения, -озволил определить граничные условия и критические диапазоны скоростей движения УЕМ через препятствия различной высоты с различными массами деревьев;

поведение рассматриваемой динамической системы на уклоне при наличии всего комплекса воэдейстьующих факторов показало, что работа машины на уклонах местности до 10° практически безопасна. На более крутых склонах целесообразно проведение мероприятий по обеспечению запаса устойчивости машины.

6. По результатам исследований сформулированы рекомендации, направленные на совершенствование конструкции УЕМ и рабочих приемов:

снизить металлоемкость конструкции, уменьшив толщину листа опорной плиты до 6 мм;

в маггстрали захвата-срезания предусмотреть установку гидрозамка;

обеспечить давление рабочей жидкости в магистрали захвата-среза.,ия на протяжении всего процесса срезания;

при осуществлении наводки ЗСУ на дерево использовать хо-доуменыпитель;

явести в конструкцию ЗСУ механизм накопления нескольких деревьев;

при работе на уклонах местности 10-15° использовать коле» трактора по задним колесом не менее 1,8 м при обязательном наличии противовеса массой 420 кГ.

7. Годовой фактический экономический эффект от внедрения УЕЛ составил 1,02 тыс.руб (в ценах 1Э9Г г.).

Основные положения и результяты диссертации опубликованы в следующих работах:

I.. Млйкэ К.П., Меркуль Г.В., лСмэлоеский М.К. "Узкэз'лге-лт-

нал валочная машина для "/бок ухода" // Лесоэксплуатация и лесосплав Н.Т.Реф.сб.,вып.5, M.I987 г.

2. Майко И.П., Шпилевский Л.Н., Асмоловский М.К. Захват-но-срезаюцее устройство для рубок ухода .// У соэксплуатация и лесосплав. Н.Т. реф.сб., вып.6, M.I967.

3. ^уков A.B., Май.<о И.П., Асмоловский М.К. Применение узкозахвс ных валочных машин в лесохоэяйственном проиэводст- . ве. Лесное хозяйство, M.-I988. И.

4. Хуков A.B., Майко И.П., Асмоловский м.К. Динамическая нагруженность захватно-срезающего устройства валочных машин. Кзв.вузов. Лесной журнал, №5, 1989 г.

5. л^ков A.B., Х.ико И.П., Асмоловский М.К. Экспериментальная оценка динамически показателей узкозахватной валоч-ной машины на базе трактора МТЗ-82 // Технология и оборудование заготовки и переработка древесины, Ын.,Вышэйш.школа,вып.4. 1969г.

6. Нуко! a.B., Майко И.П*, Асмоловский М.К. К применению узкозахватных валочных машин.-Лесная промышленность, №4,1990г.

7. Майко И.П., Чуков A.B., Асмоловский М.К. К применению узкозахватных валочных машин в лесохозяйственном проиэвод -стве // Вопросы механизации лесозаготовок в Польше и ^лару-си.Варшава - Рогов,-1990г. стр. 12-13. . '•

8. Жуков A.B., Асмоловский М.К. и др. Прогнозирование ресурса несущих конструкций транспортнык средств. Обэ. инф. БелНИИТИ, Мн.,1990г.

9. Куков A.B., Гороновский А.Р., АсмоловскгЙ M..I. Оценка параметров колесных тракторов при агрегатировании с лесозаготовительным технологическим оборудованием.-Изв.вузов, Лесной яурнал,- №5,1991г.

Ю.Яуков A.B., Асмоловский М.К. и др. Конструктивные осо-* бедности и применение колесных машин на лесозаготовках.Обэ. инф. БелНЮШ.Мн. 1992г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями просим присылать \;о адресу: 220630, Республика Беларусь -.Минск, ул.Свердлова, 13 а,ВТИ,Ученый совет.