CC BY
16
СОЭКСПЛУАТАЦИЯ
УДК 630*375.1 А.Ю. Ширнин
ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПОДЪЕМА ПЕРЕДНЕГО КОНЦА ПАЧКИ ХЛЫСТОВ ПРИ ЛЕБЕДОЧНОЙ ТРЕЛЕВКЕ*
Приведена математическая зависимость расстояния от места подъема переднего конца хлыстов до мачты от объема пачки, представлены теоретическая и экспериментальная кривые этой зависимости.
Ключевые слова: трелевка хлыстов, тяговый канат, математическая зависимость, регрессионное уравнение.
По заявленному в патенте [1] способу трелевку хлыстов (деревьев) осуществляют в два этапа. На первом используют лебедку, установленную на раме пакетировочно-трелевочной машины (ПТМ), и опорный блок на грейферном захвате манипулятора ПТМ, через который пропускают тяговый канат и который поднимают манипулятором на заданную высоту с упором в дерево-мачту. Первый этап комбинированной трелевки исключает движение ПТМ по пасечным волокам, что обеспечивает сохранность подроста и допускает разработку переувлажненных лесосек.
На втором этапе деревья, хлысты или сортименты трелюют ПТМ по магистральному волоку на лесопогрузочный пункт в полуподвешенном, полупогруженном или погруженном положении в зависимости от типа ПТМ и принятого технологического процесса.
Экспериментальные исследования [3] показали, что с увеличением высоты закрепления опорного блока (высоты мачты) возрастает расстояние от мачты до начала подъема переднего конца хлыстов, что обеспечивает свободное перемещение (без упора в пни) трелюемой пачки. С увеличением объема трелюемой пачки это расстояние уменьшается в соответствии с полученным регрессионным уравнением (при высоте установки блока 6 м):
Ь = 83,878 - 2,4755 М - 0,0942 М2. (1)
* Работа выполнена по государственному контракту № 02.442.11.7334 при финансовой поддержке Федерального агентства по науке и инновациям в рамках Федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники» на 2002-2006 гг.
Цель нашего исследования - получить математическую зависимость, позволяющую определить значение L при всем многообразии влияющих на процесс факторов, а также проверить адекватность полученной модели экспериментальным данным.
Спроектируем на оси х и у (рис. 1) силы, действующие при трелевке по горизонтальному волоку:
£ X = Fw - Z cos Ф = 0;
Z Y = Z sin ф-G + N = 0, (2)
где Fp - сила сопротивления движению пачки по волоку, H;
Z - сила натяжения каната, H;
Ф - угол между канатом и волоком;
G - сила тяжести пачки, H;
N - реакция силы тяжести, H.
Силу сопротивления движению пачки хлыстов по волоку определяем по уравнению
Fp = mn ,
(3)
где ц - коэффициент сопротивления движению.
Вертикальную составляющую силы натяжения каната находим из выражения
P = Z sin ф .
Расстояние от места подъема переднего конца пачки до мачты равно
^ = — - (4)
tgф
где H - высота мачты, м.
Из уравнения(2)находим
N = G - Z sin ф = G - P . Подставляя (5) в выражение (3), получаем F =m(G - P) = Z cos ф.
(5)
i у
к
Z sin ф
г Z cos q> 1 « Гт^ i- ф --—П
■»- -^— -blG Fw
Рис. 1. Схема сил, действующих на пачку при ее перемещении по волоку
Исходя из приведенных формул, tg— определяем по формуле
Z sin m P
^Ф = Z-- = (г ,л . (6)
Z cos - щи - P)
Подставляя (6) в формулу (4), получаем
L = - lj . (7)
В работе [2] Г.Н. Петруша определяет нагрузку на опору от вершин хлыстов (P) в статическом состоянии. Длина приподнятой части хлыста обозначена b'x (рис. 1). Далее он рассматривает процесс движения, при котором на хлыст кроме силы P (Z sin —) действует сила T (Z cos—), спрямляющая изогнутую ось хлыста за счет противодействия равной и противоположно направленной силы сопротивления движению. При этом длина приподнятой части хлыста возрастает до b , происходит перераспределение нагрузок (в сторону увеличения) от хлыста на грунт и на трелевочное средство. В работе [2] получена формула для определения вертикальной составляющей P' при перемещении одного хлыста:
( ____, 2L, С(л , ту\2 \\
í
р,= У™0 К
48
(l + K)2 + 2
K 2
G _ у™ 0 К
48
(1 + K) + 2
K 2
+ ^-^-^. (8)
bxf
Здесь у - объемный вес древесины, Н/м3;
й0 - диаметр хлыста в верхнем отрубе, м; К - параметр размеров и положения хлыста,
К =
1 + ШоК
где ш0 - величина, зависящая от геометрических размеров хлыста, г
шо =-т;
й о
г - сбег хлыста;
Н - высота подъема переднего конца, м;
О = Му;
Ьх - длина поднятой части хлыста в движении м; f - коэффициент, учитывающий увеличение Ьх и незначительное увеличение Р'. Уравнение (8) получено для одного хлыста. Чтобы получить значение Р, которое учитывало бы всю пачку хлыстов, необходимо Р' умножить на число хлыстов п, которое определяется делением объема пачки М на средний объем хлыста V. В результате получаем следующее выражение:
1 — 2
чч
\\
Рис. 2. Графики зависимости расстояния от места подъема переднего конца хлыстов до мачты от объема пачки хлыстов: 1 - экспериментальная; 2 - теоретическая кривая
Р =
уж/02Ь'ХМ ((1 + К)2
МцИ
48V
К2
+ 2
Му-
у^Ь(
48
(1 + к)
к2
2
+2
+
/у
ьх1У
. (9)
Подставляя выражение (9) в формулу (7), после преобразований
имеем
Ь = цН
V (Ьх/)
пЛ о2 Ь'ХЬХ/((1 + К )2
48
К2
+ 2
+ цИ
М -
о2ь'х (
48
(1 + к )2
-1 .
(10)
к2
+2
На рис. 2 представлены теоретический и экспериментальный графики на основе формул (10) и (1). Теоретическая кривая построена при следующих значениях: ц = 0,25 ; Н = 6 м; у = 8430 и/м3 ; Л0 = 0,05 м; ^ = 0,024; Ь'х = 2,6 м; Ьх = 3,3 м ; И = 0,005 м; f = 1,28; V = 0,33 м3. Экспериментальная кривая построена при значении коэффициента корреляции г = 0,9968.
Из рис. 2 видно, что максимальное расстояние между кривыми имеет место при объеме пачки 5 м3 и равно 2,1 м, что в процентном отношении составляет 3,2 %.
Таким образом, математическая зависимость (10) адекватна результатам экспериментальных исследований. Она позволяет находить расстояния от мачты до места подъема переднего конца пачки в разных природно-производственных условиях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пат. 2224417 Российская Федерация, МКИ7 A 01 G 23/02. Способ и машина для трелевки [Текст] / Ширнин Ю.А., Шестаков Я.И.,. Ширнин А.Ю; заявитель и патентообладатель Марийск. гос. техн. ун-т. - № 2002110040; заявл. 16.04.02; опубл. 27.02.04, Бюл. № 16. - 8 с.
2. Петруша, Г.Н. Некоторые вопросы взаимодействия хлыстов с трелевочными механизмами [Текст] / Г.Н. Петруша // Тр. ЛТА. - Л., 1959. - № 83. -С. 83-98.
3. Ширнин, А.Ю. Экспериментальные исследования канатной подтрелевки [Текст] / А.Ю. Ширнин // Лесн. вестн. - 2006. - № 1. - С. 72-75.
Марийский государственный технический университет
Поступила 29.05.06
A.Yu. Shirnin
Investigation of Lifting Process for Front End of Tree Lengths Bundles in Drum Logging
Mathematical dependence of distance from place of lifting the front end of tree lengths to mast on the bundle volume is provided; theoretical and experimental curves of this dependence are given.
