CC BY
35
// Почвоведение, 1963. № 11. С. 71-77.
6. Гудков А.Н. Теоретические положения, определяющие пути современного развития рабочих процессов машин сельскохозяйственного производства // Земледельческая механика. Сб. трудов. М., «Машиностроение», 1971. - Т. XIII. - С. 93-101.
7. Гячев Л.В. Теория лемешно-отвальной поверхности. Зерноград, 1961. 319 с.
8. Джон С., Рейнхардт. Действие волн напряжений в горных породах // Сборник докладов на научной VI конференции. М., 1962, С. 142-150.
9. Дубровский А.А. Основные принципы применения вибрации для повышения эффективности почвообрабатывающих орудий. Л., 1965, с. 42-43.
10. Егоров Г.Г. Теория дробления и тонкого измельчения. М. - Л., 1938, 71 с.
11. Желиговский В.А. Основы теории технологического процесса вспашки // Доклады ВАСЗНИЛ, 1947, вып. 11.
12. Заславский М.Н. Эрозия почв. М., «Мысль», 1979, 245 с.
13. Кирпичев В.Л. Журнал русского химического и физического общества. Часть физическая. М., 1874, т.в. вып. 9., с. 152.
УДК 630*24.002.5
ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗГОНА И УДАРА ЦЕПИ РОТОРА О СТВОЛ ТОНКОМЕРНОЙ ДРЕВЕСНО-КУСТАРНИКОВОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры механизации лесного хозяйства
и проектирования машин Л. Д. Бухтояров студент Д. С. Сергиенко ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
vglta-mlx@yandex.ru
При выращивании лесных культур необходимо проводить их осветление, то есть срезание поросли второстепенных пород. Для срезания применяются машины с роторными рабочими органами [1]. Во время проведения полевых экспериментов было установлено, что после срезания ствола в виду его большой длины происходит наклон и попадание уже срезанных стволов в рабочую зону ротора, после чего происходит их отбрасывание в сторону. Энергоёмкость столкновения и отбрасывания поросли предположительно меньше,
чем затраты на её срезание, но исследований в данном направлении не проводилось [2].
Нами разработана имитационная модель ротора кустореза, которая позволяет определить кинематические и динамические характеристики процесса отбрасывания срезанной поросли. В модели были учтены инерционные силы, силы тяжести и характеристика разгона, контакт между звеньями цепи и стволами. Общая постановка задачи выглядит следующим образом:
[М Щ) + [С ) + [ К ) = / (t), где [К] - матрица жесткости;
[С] - матрица демпфирования;
[М] - матрица масс;
- вектор перемещения; ) - вектор скорости; ) - вектор ускорения.
Начальное положение ротора и стволов показано на рис. 1.
Массовые характеристики исследуемых звеньев и расположения их центра масс в начале движения приведены в табл.
I
Рис. 1. Ротор и стволы поросли
Таблица
Положения центра масс и масса звеньев
Ротор Первое звено цепи Второе звено цепи
Масса, кг 10,89 0,357 0,357
Положения центра масс звена относительной начальной системы координат, мм
X 0 -144,6 -148,46
Y 10 17,43 101,5
Z 0 2,68 2,79
Примем, что разгон ротора происходит в соответствии с рис. 2.
Рис 2. Характеристика разгона ротора
Введём данную характеристику в виде исходных данных и получим диаграм-
мы ускорения и рывка ротора (рис 3).
ыл,
^ь-'ерПА.'Нивд сАжюАа
"•Гнит Л»■■ мн
]| 2 и ] =вдлл.-ы.>и
к
Ъ ЕЗСС-.З]^^:'?:^
и
':сс- эзгродшииъ
75 ""Г!" 33ГНИДОЙ
-илч-1Г:,1 \*'хл цЧч.пь 0
Иймэг ||
Р " ГНр» -ПГТ>1 ИГР гр«г»*1»
ь аа
««1.0
У «ИХО /
Е; я /
л ?л 1Л =з.п Й г..п П.П 7.П
■ИДД! и Ч ад« и | лддд .и у иды и / | 1 \ -
! ~ -ШИЛ 1Л 5.: пл ?л
'ШУМ
ц^-н О
/ : ^ ; о ¡л ел I о
\1
1 1 1 г
■«аил
I (К I | 01"!-: | СТ(
Рис. 3. Характеристика разгона ротора
Для того чтобы произвести моделирование падения ствола, на шкале времени начиная с 2 с выключим связи, удержи-
вающие ствол в покое и на 0,2 с включим момент вращения одного из стволов.
име^Па ги-
ша
5мш винтик; П= ^исгммс
Д ЧИП*!!.1! ПУт
Пр-ЧД
% гцюмг
Ьшшцрттгн;:
в^гкчп -тч^сге- шв4
д. (и-тлл 1ыаТ
Ц ЬашшрлниЛ "ф, XI !Ь-4.ТЯС.Р|1 Гис№иммк-:Г
!-I йчЛЛЗ! Г'Л.-:1> |Пг;,ич>о.>п1л'-. -:I
- ф « МИвпМ» Лв
- ЙвкНЬго^З» рЪрчегчигиа»-! •|1|[ Грутты■:
г Ц Он« рттср* ш П.Ч:с■:■>:-V
Д- К'йп-иг Пь.1 с сг&р (ВмФ.
йН^.-'-п - й 13
-д (чь --»-ЫООВ м ч N ¥ *
. \*гг Р.= .I"'1 Iй
. I'
Рис. 4. Временная шкала с индикаторами выключения связей стволов и запуска момента
Зададим 3D контакт между звеньями ротора и двумя стволами, которые упрощённо представлены в виде цилиндров
(рис. 5). Синим цветом выделены звенья, для которых показаны свойства 3D контакта.
^ к
*
3=' о-,:, -
ййбстнитп» А
ЬАнвротжш
V [Н31К1К
Ккшп.: ДЬЬ'А^
ГЦ ь
1 £ "
е1
-.ли» 00 - —
а б
Рис. 5. Задание контакта между звеньями ротора: а - контакт звена цепи со стволом; б - контакт звеньев цепи между собой и с ротором
На рис 6. показана траектория полета ствола после его контакта с цепью. Ствол отлетает на 2 м.
Рис. 6. Траектория полета ствола после его контакта с цепью ротора
Кроме визуально полученных траекторий также определены кинематические и
динамические характеристики процесса.
V г1, м/с . I
20
■а. к. J 1 .....ь ■ . .
||,т,: " 'ИП1»
/ 1 ■И
_1 г
2 г
1 1
]
г
/
1 Ьс
Т 1,=
Рис. 7. Изменение скорости центра тяжести первого и второго звеньев цепи
В соответствии с рис. 7 значительное изменение окружной скорости звеньев цепи происходит только во время разгона
ротора и отражает заданную нами на рис. 2 характеристику разгона.
"ПЧЧрт!
|ГП
гп
7
Ек п2. Рр, 160
14«
120
100
£0
ео
20
к
ш! 'птр7 Ш м", " .,., ПАиДИшИМ ■ .-1.. 1 ьШ 1, 1| 1.1
У
г
V
7
Рис. 8. Изменение кинетической энергии первого и второго звеньев цепи
Так как кинетическая энергия, накапливаемая в звеньях цепи, зависит от их
скорости, то и характер её изменения соответствует рис. 7.
Ц|||1Ы Л. Их.. 1.4____
±
г I, с
7 «.=
й энергии первого и второго звеньев цепи
При разгоне ротора происходят разнонаправленные колебания звеньев цепи, что приводит к изменению потенциальной энергии, и только по достижению рабочего режима эти изменения становятся незначительными. Поскольку после окончания разгона величина потенциальной энергии цепи изменятся в одинаковых пределах, то это значит, что контакт срезанных стволов с цепью, который происходит на 2-3 секундах, при исследуемых начальных условиях не оказывает значительного влияния на работу ротора.
Таким образом, разработанная имитационная модель позволяет определить характер отбрасывания стволов, срезанных ранее и падающих в рабочую зону ротора. Кроме траектории движения получены затраты энергии на процесс ударного взаимодействия цепи ротора и поросли. Для рассматриваемых параметров ротора и
стволов было установлено, что происходит разгон первого и второго звеньев цепи до средней скорости 15 и 23 м/с, средняя кинетическая энергия достигает значений 42 и 90 Дж, а средняя потенциальная энергия 0,09 и 0,38 Дж соответственно.
Библиографический список
1. Конструкции и параметры машин для расчистки лесных площадей [Текст] : монография / И. М. Бартенев, М. В. Драпа-люк, П. И. Попиков, Л. Д. Бухтояров. М. : Наука : Флинта, 2007. 208 с.
2. Бухтояров Л. Д. Разработка конструкции и обоснование параметров инерционно-рубящего рабочего органа кустореза для удаления лесной поросли. Дисс. канд. техн. наук: 05.21.01: защищена 30.04.04. Воронеж. гос. лесотехн. акад. Воронеж, 2004. 189 с.
