CC BY
34
УДК 630*:65.011.54
К ВОПРОСУ КЛАССИФИКАЦИИ ВИБРАЦИОННЫХ МЕХАНИЗМОВ ЛЕСНЫХ
ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ ОРУДИЙ А. И. Третьяков
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
ргеш@уаИ;а. угп . ги
Эксплуатируемые в настоящее время пассивные рабочие органы ЛПА испытывают повышенные удельные сопротивления почвы, имеют высокую энергоемкость и недостаточную эффективность при функционировании на лесных объектах. Также по результатам многочисленных исследований известно, что одним из основных факторов, влияющих на увеличение энергозатрат традиционных ЛПА, является необходимость использования агрегатируемых тракторов завышенного тягового класса для гарантированного преодоления пиковых нагрузок при столкновении рабочих органов с препятствиями. В результате чего двигатель трактора до встречи с препятствием, в зависимости от условий работы, оказывается недогруженным на 25...50 %. Помимо этого большое количество «паразитной» энергии ЛПА расходуется на вынужденные колебания трактора при работе в условиях многочисленных неровностей опорной поверхности нераскорчеванных вырубок [4, 6, 7]. Таким образом, очевидно, что из-за тяжелых условий работы ЛПА большое количество энергии не удается полезно реализовывать.
Одним из возможных способов повы-
шения эффективности ЛПА и качества культивации почвы на вырубках является использование наведенной вибрации на рабочие органы почвообрабатывающих орудий. Преимущество вибрационной и импульсной техники состоит в том, что концентрируя энергию во времени, она дает возможность расходовать ее более рационально и эффективно [5].
Наличие большого количества разнообразных конструкций вибрационных рабочих органов свидетельствует о том, что исследователями ведется активная работа в создании совершенных механизмов и систем. Однако в отдельности разрабатываемые конструкции имеют те или иные недостатки. Для изучения наиболее эффективных вибрационных рабочих органов и избегания явных недостатков менее удачных конструкций была разработана соответствующая классификация (рис. 1). Вибрационные рабочие органы классифицируются по: источнику энергии, способу воздействия на рабочие органы, месту расположения на орудии, типу привода к рабочим органам, типу управления, энергосбережению.
Рис. 1. Классификация вибрационных механизмов рабочих органов
По источнику энергии вибрационные механизмы подразделяются на рабочие органы с приводом от двигателя, от автономного источника энергии и от рабочих органов орудия. Наиболее распространенным способом возбуждения колебаний является привод с помощью основного ДВС, требующий дополнительный расход энергии на работу вибратора. Автономный источник энергии подразумевает наличие помимо основного источника энергии еще какого-либо источника, который кратковременно может подпитывать привод вибрационного механизма, либо применение отдельного небольшого двигателя, который будет вырабатывать энергию, непосредственно для вибрационного механизма. Возбуждение колебаний от рабочих органов орудия заключается в самовозбуждении вибрации путем установки дополнительных приспособлений, например, амортиза-
торов.
Привод вибрационного механизма от основного и автономного источников отличаются значительными затратами энергии, необходимой для работы вибратора, однако имеют высокую эффективность вследствие большого диапазона возбуждения амплитудно-частотных характеристик. В то время как возбуждение колебаний от рабочих органов орудий практически не требует дополнительных затрат энергии, значения возможных величин вибраций ограничены и, следовательно, возможности такого способа возбуждения имеют определенные пределы и недостаточно эффективны.
По способу воздействия на рабочие органы вибрационные механизмы подразделяются на действующие: непосредственно на рабочие органы, через промежуточные звенья и автоколебательного типа.
Наибольший интерес представляют вибрационные механизмы с непосредственным приводом на рабочие органы. Это обеспечивает полную передачу возмущающего воздействия на рабочие органы, исключает воздействие колебаний на раму и другие элементы машины, что не приводит к негативным последствиям, таким как развитие профессиональных заболеваний у оператора и низкая эффективность используемого способа вибровозбуждения. Наличие у вибрационного механизма промежуточных звеньев во многом усложняет конструкцию и делает ее более дорогой, менее надежной и удобной. Механизмы автоколебательного типа, с точки зрения удобства, достаточно компактны и недороги, но, как правило, в основном применяется принудительный способ возбуждения вибрации, так как автоколебания имеют очень посредственные результаты в работе.
По месту расположения на орудии вибрационные механизмы можно разделить на располагающихся на: раме орудия, группе рабочих органов, каждом рабочем органе, а также комбинированное исполнение. Расположение вибратора на раме ведет к таким отрицательным последствиям как: рассеивание энергии колебаний, ухудшающее качество выполняемых работ; снижение комфорта оператора с развитием в последующем вибрационной болезни; разрушению самой рамы. Наилучшим вариантом монтажа является расположение на каждом рабочем органе, что дает вибрационным механизмам максимально концентрировать энергию колебаний. На группе рабочих органов имеет смысл устанавливать вибратор при непо-
средственной близости рабочих органов друг относительно друга. Возможны комбинации компонования на орудии, например, расположение вибрационного механизма на раме с одновременной передачей вибрации непосредственно к рабочим органам.
По типу привода к рабочим органам вибрационные механизмы делятся на механические, гидравлические, пневматические, электромеханические, электромагнитные, возбуждаемые генератором автоколебаний и комбинированные. Механические вибраторы имеют определенное распространение, однако им присущи недостатки: шумность в работе, сравнительно быстрый износ трущихся деталей, невысокие значения КПД. Пневматические вибрационные механизмы, несмотря на кажущуюся простоту, требуют дополнительную компрессорную станцию, место для ее установки и значительную металлоемкость [3]. Электрические вибрационные механизмы компактны, гибки. Однако и у них есть недостатки. Например, электромеханические вибраторы имеют необходимый пусковой момент, превышающий на порядок значение мощности, необходимой в работе. Электромагнитные вибраторы требуют установки дополнительных генераторов, потребляющих определенную мощность двигателя. К недостаткам электрических вибраторов относят трудность регулирования амплитудно-частотной характеристики и ограничение минимальных величин колебаний определенными значениями [1, 3]. Более современным и перспективным способом возбуждения колебаний является гидравлический. К досто-
инствам гидравлического типа привода относят повышенную удельную мощность, возможность в широком диапазоне варьировать амплитуду и частоту вибраций, низкую шумность в работе, небольшие габариты. Кроме того большинство технологических машин гидрофицированы, и позволяют встраивание гидровибраторов в гидросистему машины [2].
По типу управления механизмы, генерирующие колебания, делят: с ручным, автоматическим и комбинированным способом управления. Наилучшими в эксплуатации являются вибраторы с автоматическим управлением, которые в зависимости от условий работы могут менять параметры вибрации автоматически. На практике же, чаще всего, используются комбинированный или ручной способы управления, так как в точности установить необходимые параметры вибрации, как правило, не представляется возможным, а в процессе работы требуется дополнительная регулировка параметров колебаний под те или иные условия, или выставление этих параметров перед началом работы.
По энергосбережению вибрационные механизмы можно разделить на: без рекуперации энергии, с частичной рекуперацией, с полной рекуперацией. Использование рекуперативных систем позволит аккумулировать бесполезные потери энергии в процессе работы и разгрузить двигатель машины. Частичная рекуперация подразумевает аккумулирование энергии только в определенные периоды, например, при движении машины к месту выполняемой работы, когда вибрационный механизм можно отключить, а энергию на его работу
запасти при помощи дополнительного аккумулятора.
Выполненная на основе анализа классификация позволит систематизировать существующие вибрационные рабочие органы, а также существенно ускорить разработку и модернизацию существующих конструкций в научно-исследовательских и проектных организациях, конструкторских бюро для дальнейшего внедрения этих конструкций на серийных машинах.
Библиографический список
1. Аипов Р.С. Колебательный линейный электропривод машин в сельскохозяйственном производстве // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2005. № 11. С. 12-13.
2. Варсанофьев В.Д., Кузнецов О.В. Гидравлические вибраторы. - Л.: Машиностроение. Ленигр. отд-ние, 1979. 144 с.
3. Демьяченко А.Г. Вибрационные технологии и вибровозбудители в сельхоз-производстве // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2006. № 11. С. 34-35.
4. Зима И.М., Малюгин Т.Т. Механизация лесохозяйственных работ: учеб. пособие. - М.: Лесная промышленность, 1976. 416 с.
5. Дубровский А.А. Вибрационная техника в сельском хозяйстве. - М.: Машиностроение, 1968. 204 с.
6. Посметьев В.И. Обоснование перспективных конструкций предохранителей для рабочих органов лесных почвообрабатывающих орудий: монография. - Воро-
неж: ВГЛТА, 2000. 248 с.
7. Третьяков А.И. Повышение эффективности лесных дисковых орудий с помощью принудительной вибрации их
рабочих органов // Лесотехнический журнал. Научный журнал / ГОУ ВПО «ВГЛТА». Воронеж, 2011. № 4. С.118-122.
