CC BY
59
УДК 631.316:630*231.331
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ЛЕСНЫХ МАШИН С ГИДРОПУЛЬСАЦИОННЫМ ПРИВОДОМ П. И. Попиков, Р. В. Юдин, А. В. Бакаев
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
В настоящее время исследованиями установлено, что наложение знакопеременных нагрузок положительно влияет как на увеличение усилий на исполнительных механизмах лесных машин, так и на качество показателей рабочего процесса. На современном этапе развития лесной отрасли одной из наиболее важных проблем является снижение энергозатрат, а также уменьшение металлоёмкости агрегатов. Отчасти решить эти проблемы можно внедрением различных механизмов, оснащенных виброобразующими устройствами [6].
В ВГЛТА разработан дисковый культиватор, в котором используется перспективный способ повышения заглубляемости и стабильности хода дисковых рабочих органов на заданной глубине обработки почвы, достигаемый за счет использования принудительного вибрационного воздействия. В данном случае непроизводительно рассеиваемую энергию при движении массивного почвообрабатывающего агрегата на вырубках предлагается рекуперировать и использовать в рабочем процессе для привода вибрационного механизма навесного дискового почвообрабатывающего орудия (рис. 1). Аккумулирование энергии осуществляется от систем: рекуперации предохранителя почвообрабатывающего
орудия, ходовой части и навесного устройства трактора. В качестве накопителя энергии служит пневмогидравлический аккумулятор. Работа всех трех механизмов рекуперации основана на насосном эффекте, возникающем при возвратно-поступательном движении штоков гидроцилиндров и соответствующей работе обратных клапанов.
Компьютерное моделирование функционирования на вырубке лесного почвообрабатывающего агрегата с вибрационными рабочими органами (частотой 5...7 Гц и амплитудой 20.30 мм) и системой энергосбережения показали экономию топлива не менее чем на 20.25 % [5].
В разработанной конструкции корне-подрезчика [2] (рис. 2) введены ползуны, движущиеся в направляющих посредством гидравлического вибратора 6 (связанного с гидромагистралью трактора 7) с заданной частотой, совершая возвратно-поступательное движение. На ползунах закреплены вертикально подрезающие боковые корни вибрирующие рабочие органы 9.
-Г - 1 !
- с Н™1 К
Рис. 1. Схема гидропривода лесного почвообрабатывающего агрегата с механизмами рекуперации энергии и вибрации рабочих органов дискового
почвообрабатывающего орудия: 1.. .3 - системы рекуперации предохранителя почвообрабатывающего орудия, подвески и навесного механизма трактора, соответственно; 4 - гидрораспределитель трактора; 5 - насосно-аккумуляторный узел; 6 - гидропульсатор вибрационного механизма; 7 - пружина; 8 - отводящий трубопровод; 9 - золотник; 10 - плунжер; 11 - гидроцилиндр предохранителя и вибрационного механизма рабочих органов орудия; 12, 14, 15, 16, 18, 20, 23, 24, 29 - клапаны обратные; 13 - дроссель регулируемый; 17 - гидравлический амортизатор подвески трактора; 19 - дроссель нерегулируемый; 21 - гидроцилиндр навесного механизма; 22 - мультипликатор давления; 25 - пневмогидроаккумулятор; 26 - манометр; 27 - клапан разгрузочный автоматический; 28 - насос; 30 - фильтр; 31 - гидробак; 32 и 33 - напорная и сливная магистрали
Рис. 2. Корнеподрезчик: 1 - рама, 2 - опорные колеса, 3 - направляющие, 4 - съемные поперечины, 5 - подшипниковый узел, 6 - гидравлический вибратор, 7 - гидромагистраль, 8 - ползуны, 9, 10 - рабочие
органы, 11 - большая стойка, 12 - малая стойка
Корнеподрезчик работает следующим образом. Для подрезки боковых корней саженцев на ползунах закрепляются вертикально подрезающие вибрирующие рабочие органы, а вибратор крепится на большой стойке, обеспечивая вертикальные возвратно-поступательные движения рабочих органов. Давление из гидромагистрали трактора поступает в гидравлический вибратор, который перемещает с заданной частотой ползуны в направляющих, прикрепленных к раме. При этом
вертикально подрезающие вибрирующие рабочие органы, прикрепленные к ползунам, подрезают боковые корни саженцев [2].
В качестве генератора механических колебаний использован разработанный нами гидравлический вибратор (патент РФ №2433001) (рис. 3). Техническим результатом изобретения является расширение технологических возможностей применения гидравлического вибратора и упрощение его конструкции.
1
■
1
Рис. 3. Гидравлический вибратор
Это достигается тем, что гидравличе- выполненный в виде вала со взаимно пер-
ский вибратор содержит корпус, в котором пендикулярными отверстиями, и каналы
расположен распределительный золотник, подвода рабочей среды. Согласно изобре-
тению, на валу золотника выполнены четыре (попарно взаимно перпендикулярных) отверстия, а в корпусе вибратора выполнены четыре канала, позволяющие при возможности независимого регулирования частоты вращения золотника поочередно подавать рабочую жидкость в поршневую и штоковую полости гидроцилиндра, обеспечивая возвратно-поступательное движение его штока (рис. 3).
Гидравлический вибратор работает следующим образом. Рабочая жидкость под номинальным давлением Рвх из штуцера 13, проходя канал 9, отверстие в золотнике 3 и штуцер 20 по трубопроводу 27 и штуцер 29, поступает в поршневую полость А гидроцилиндра, заставляя перемещаться шток 30, соединенный с поршнем. При этом рабочая жидкость начинает вытесняться из штоковой полости Б гидроцилиндра через штуцер 28, трубопровод 26, штуцер 17, канал 12, отверстие в золотнике 4 и штуцер 15 гидравлического вибратора. При повороте распределительного золотника 2 на угол 90° путь рабочей жидкости через отверстия 3 и 4 оказывается закрыт, а через отверстия 5 и 6 - открыт. Рабочая жидкость из штуцера 13, проходя трубопровод 21, штуцер 14, канал 10, отверстие в золотнике 5, штуцер 19, трубопровод 23, штуцер 17, трубопровод 26 и штуцер 28, поступает в штоковую полость Б гидроцилиндра, заставляя перемещаться шток 30, соединенный с поршнем, в обратном направлении. При этом рабочая жидкость начинает вытесняться из поршневой полости А гидроцилиндра через штуцер 29, трубопровод 27, штуцер 20, трубопровод 24, штуцер 18, канал 11, от-
верстие в золотнике 6, штуцер 16, трубопровод 22 и штуцер 15 гидравлического вибратора под давлением Рвых. Таким образом, обеспечивается возвратно-поступательное движение штока 30 гидроцилиндра 25 при номинальном давлении потока рабочей жидкости. Повышение качества подрезки саженцев происходит благодаря уменьшению повреждаемости саженцев, из-за возвратно-поступательного движения вертикально подрезающих вибрирующих рабочих органов и возвратно-вращательного движения горизонтально подрезающего вибрирующего рабочего органа [3].
Применение гидропульсационного привода возможно на механизме для корчевания пней. Механизм работает следующим образом (рис. 4). После подхода рабочих органов к почве запорный вентиль 1 закрывается и включается гидропульсатор 2, который обеспечивает колебательные движения штоков гидроцилиндров 3 за счет пульсирующего давления рабочей жидкости, а, следовательно, с вертикальными стойками и рабочими органами. За счет вибрации рабочих органов происходит снижение рабочего сопротивления подрезки корней пней. При полном смыкании режущих кромок лезвий скобы и упора происходит перерезание всех корней пня, и механизм поднимается в транспортное положение гидросистемой трактора, а за счет вибрации происходит осыпание кома почвы через окна в днище полуковша в подпнёвую яму. После этого выключается гидропульсатор и пень транспортируется в отведенное место.
рт
Рис. 4. Гидрокинематическая схема механизма для корчевания пней
Для изучения эффективности прессования древесины с применением пульсирующей нагрузки были проведены дополнительные исследования. Предложена конструкция гидравлического вибратора, которая позволяет получить пульсирующую нагрузку на поршень гидроцилиндра при номинальном давлении, что необходимо для выполнения технологического процесса прессования древесины мягколи-ственных пород от рубок ухода. Гидравлический вибратор содержит корпус 1, в котором расположен распределительный золотник 2, выполненный в виде вала с двумя взаимно перпендикулярными отверстиями (рис. 5). Для устранения перетекания жидкости на валу золотника 2 предусмотрено уплотнение 3. Вал золотника имеет кинематическую связь с валом гидромотора 4. Корпус 1 жестко соединен с распределительной панелью 5, в которой
установлены обратные клапаны 6 и 7, гидровентиль 8 и заглушка 9. Гидравлический вибратор работает следующим образом. Рабочая жидкость из входной полости вибратора поступает в гидромотор 4, который вращает вал золотника 2, расположенный в корпусе 1.
Рабочая жидкость из входной полости вибратора через взаимно перпендикулярные отверстия золотника периодически поступает через обратные клапаны 6 и 7, и открытый запорный гидровентиль 8 в рабочую полость вибратора, выполненную в распределительной панели 5, а из рабочей полости вибратора поступает в рабочую полость силового гидроцилиндра, поршень которого совершает колебательное движение. При условии закрытого гидровентиля 8 и открытой заглушки 9 пульсирующий поток жидкости поочередно поступает в две рабочие полости вибратора, которые
соединены с поршневыми полостями гидроцилиндров, обеспечивается согласован-
ная групповая работа двух или нескольких гидроцилиндров.
Рис. 5. Гидравлический вибратор
Согласно математической модели процесса прессования получен график за-
висимости давления (в гидросистеме) от времени деформации (рис. 6).
Рис. 6. График зависимости давления (в гидросистеме) от времени деформации
При прессовании без применения гидропульсатора затрачивается больше времени и усилия, а соответственно и
энергии, на деформации одного и того же прессуемого материала [5].
Таким образом, мы с вами видим, что гидропульсационный привод находит своё
широкое применение на машинах в различных отраслях народного хозяйства, и является перспективным для лесной техники.
Библиографический список
1. Драпалюк М.В., Попиков П.И., Кондратов М.В. Математическая модель процесса подрезки корней сеянцев и саженцев в питомниках // Изв. вузов Сев. -Кавк. регион.: Техн. науки, 2006. Приложение к № 3. С. 111-114.
2. Пат 2446654 РФ, МПК A 01 B 39/12 Корнеподрезчик / Драпалюк М.В., Снятков Е.В., Платонова М.А., Платонов А.А.; заявитель и потентообладатель ВГЛТА. № 2010130440/13; заявл. 20.07.2010; опубл. 10.04.2012
3. Пат 2433001 РФ, МПК B 06 B 1/18
Гидравлический вибратор / Попиков П.И., Юдин Р.В.; заявитель и потентообладатель ВГЛТА. № 2010114610/28; заявл. 12.04.2010; опубл. 10.11.2011
4. Пат 49739 РФ, МПК В 06 В 1/18 Гидравлический вибратор / Попиков П.И., Юдин Р.В.; заявитель и потентообладатель ВГЛТА. № 2005119945/22; заявл. 27.06.2005; опубл. 10.12.2005
5. Посметьев В.И., Третьяков А.И. Повышение заглубляющей способности дисковых рабочих органов путем их принудительной вибрации// Лесотехнический журнал. Научный журнал / ГОУ ВПО «ВГЛТА». Воронеж, 2011. № 2. С. 79 -85.
6. Конструкции и параметры машин для расчистки лесных площадей / Бартенев И.М., Драпалюк М.В., Попиков П.И., [и др.]. - М. : Наука : [Флинта], 2007. - 208 с.
630*31
АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Ф. В. Пошарников, Н. Ю. Юдина, А. С. Буланов, П. С. Леденцов
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
Лесозаготовительная промышленность является базовой отраслью и основным поставщиком сырья для предприятий лесопромышленного комплекса - деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной отраслей, а также лесоматериалов предприятиям горнодобывающей, строительной и других отраслей промышленности и сельского хозяйства.
Масштабы и условия лесосырьевых
территорий нашей страны предъявляют особые требования к технике и наряду с состоянием региональных профильных предприятий определяют ситуацию на рынке. За последнее время в мире заметно увеличился парк лесозаготовительных тракторов и машин, в нем большое разнообразие типов и моделей.
Определяющим фактором высокой эффективности работы лесозаготовитель-
