CC BY
0УДК 630 32
Г. Ш. Гасымов,
кандидат технических наук
В. А. Александров,
доктор технических наук
КОМПОНОВОЧНО-КИНЕМАТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ВАЛОЧНО-ПАКЕТИРУЮЩИХ МАШИН ДЛЯ ВЕДЕНИЯ ПОСТЕПЕННЫХ И ВЫБОРОЧНЫХ РУБОК ЛЕСА
Виногоровым Г. К., Ягудиным Ю. Н. [1], а затем и Иевинь И. К. и Ро-зинь Т. Я. [2] дано обоснование средней ширины пасеки при ведении несплошных (постепенных) рубок в пределах 25-30 м. При этом ширина волока (технологического коридора) рекомендуется до 5 м. Одновременно Маркеленковым В. Г. [3] дается обоснование вероятностного вылета ВПМ. Математическое ожидание вылета манипулятора, исходя из потока деревьев подлежащих валке, может быть определено как
{ EMBED Equation. 3 }
где гтах , rmm - соответственно максимальный и минимальный вылеты манипулятора.
Поэтому если принять гтах = 17,25 м, как рекомендуют лесоводы [2], и rmm = 3,6 м, то получаем, что вылет максимальный манипулятора должен быть в пределах 11,5-12,0 м.
Рассмотрим возможные, на наш взгляд, компоновочно-кинематические схемы валочно-пакетирующих машин, реализующие эту задачу. На рис. 1 представлены компоновочно-кинематические схемы широкозахватных валочно-пакетирующих машин.
Схема а предусматривает реализацию необходимого вылета за счет увеличения геометрических размеров основных звеньев - стрелы и рукояти. Как показали предварительные расчеты [4], такая схема может быть реализована, но она связана с рядом существенных недостатков:
- масса стрелы и рукояти при неизменной грузоподъемности в этом случае увеличивается по сравнению с массами этих элементов серийной ВПМ ЛП-19А в 2,5-2,7 раза;
{ EMBED CorelPhotoPaint.Image.10 }
{ EMBED CorelPhotoPaint.Image.10 }
{ EMBED CorelPhotoPaint.Image.10 }
Рис. 1. Компоновочно-кинематические схемы широкозахватных валочно-пакетирующих машин
- время цикла обработки дерева увеличивается в среднем на 25-30 %;
- ухудшается устойчивость (нужны аутригеры);
- появляется проблема, связанная с транспортировкой машины (необходим демонтаж стрелы и рукояти).
В то же время схема имеет такие достоинства, как отработанная (классическая) схема манипулятора и минимальное число звеньев в кинематической цепи манипулятора.
Испытания ВПМ с 10,5-метровой стрелой (манипулятором) [5] показали реальность такого решения. Однако, на наш взгляд, в этом случае необходимо для уменьшения металлоемкости манипулятора снижать грузоподъемность на максимальном вылете до 1,0—1,2 т (без учета массы захватно-срезающего устройства). Деревья большого объема и соответственно большой массы на середине пасеки в этом случае должны обрабатываться бензино-моторными пилами.
Схема б. По этой схеме предусматривается установка на основном манипуляторе дополнительных телескопических секций. Причем для разгрузки основного манипулятора захватно-срезающее устройство (ЗСУ) опирается на колесо в процессе выведения дерева из древостоя до основного манипулятора.
Эта схема заслуживает внимания, хотя и имеются некоторые проблемы кинематического характера.
Схема в отличается от схемы б тем, что вместо телескопических секций на основном манипуляторе смонтирован дополнительный манипулятор [7]. Эта схема уступает схеме б. Она более сложна в исполнении.
Схема г (авт. свид. № 978783) предусматривает превращение обычного трелевочного трактора в валочно-пакетирующую машину. С этой целью на шасси машины на поворотной колонне устанавливается выдвижная балка, которая фиксируется с помощью захвата на растущем дереве. По этой балке перемещается манипулятор, снабженный ЗСУ. Положительные моменты:
- в качестве базы используется серийный отработанный трелевочный трактор;
- металлоемкость ВПМ, выполненной на базе трелевочного трактора, в 1,4—1,6 раза ниже ВПМ, выполненной по классической схеме;
- более высокая производительность, т. к. увеличивается число срезаемых деревьев с одной стоянки;
- лучше сохраняется подрост.
Схема д отличается от схемы г тем, что манипулятор смонтирован неподвижно на конце телескопической балки (стрелы). В этом случае производительность машины несколько меньше по сравнению с ВПМ, выполненной по схеме г, вследствие того, что каждое срезанное дерево доставляется в технологический коридор перемещением манипулятора и телескопической стрелы. Однако достоинством этой схемы является то, что технически она исполнима более просто и менее металлоемка по сравнению со схемой г.
Рассмотрим теперь приведенные компоновочно-кинематические схемы ВПМ с позиции нагруженности при ведении постепенных и выборочных рубок леса.
В связи с тем, что ранее [6] изучена динамика ВПМ, выполненных по схеме а , и схема в мало отличается от нее, рассмотрим лишь нагружен-ность ВПМ, приведенных на схемах б и д.
При этом рассмотрим наиболее характерный режим работы — перемещение (движение) выносимого дерева через обособленную неровность.
На рис. 2 представлена расчетная схема механической (динамической) системы ВПМ - предмет труда - дерево.
Рис. 2. Расчетная схема
Принятые обозначения:
J1 - момент инерции платформы ВПМ относительно оси ее поворота;
J2 - момент инерции манипулятора и ЗСУ, приведенный к оси поворота платформы;
J3 - момент инерции выводимого из древостоя дерева, приведенный к оси поворота платформы;
ф1 , ф2 , ф3 - угловые перемещения масс соответственно с моментами инерции
JЪ J3;
{ EMBED Equation.3 } - приведенная угловая жесткость выравнивателя платформы;
с12 - приведенная угловая жесткость комбинированного манипулятора;
с0 - приведенная угловая жесткость опорного механизма ЗСУ;
с23 - приведенная угловая жесткость комлевой части дерева и захватов ЗСУ;
Од - сила тяжести дерева.
Допущения:
1. Сопротивлением воздушной среды при движении через обособленную неровность пренебрегаем.
2. При переезде обособленной неровности изгибная жесткость телескопических вставок const.
Система дифференциальных уравнений имеет вид
{ EMBED Equation.3 } + { EMBED Equation.3 }ф1 = с12(фі - Ф2) ,
{ EMBED Equation.3 }{ EMBED Equation.3 }{ EMBED Equation.3 }{ EMBED Equation.3 }{ EMBED Equation.3 }
Полагая, что
{ EMBED Equation.3 }{EMBED Equation.3 }, { EMBED Equation.3 }{ EMBED Equation.3 }, { EMBED Equation.3 };
{ EMBED Equation.3 }, { EMBED Equation.3 }, { EMBED Equation.3 }. (2)
Подставляя значения (2) в систему уравнений (1) и преобразуя, получаем выражения для нахождения максимальных перемещений масс рассматриваемой механической системы:
{ EMBED Equation.3 }
{ EMBED Equation.DSMT4 } (3)
Здесь: А = { EMBED Equation.DSMT4 }
Динамическая нагрузка на манипулятор (упругая связь с12) определяется как { EMBED Equation.3 } на базу ВПМ - { EMBED Equation.3 }.
Для оценки динамического воздействия при преодолении обособленной неровности рассмотрим пример применительно к модернизированной ВПМ ЛП-19А.
Исходные данные:
{ EMBED Equation.3 } { EMBED Equation.3 } { EMBED Equation.3 }
{ EMBED Equation.3 } { EMBED Equation.3 } { EMBED Equation.3 }
{ EMBED Equation.3 } { EMBED Equation.3 } 1/с.
1. Находим по выражениям (3) максимальные перемещения ф2 и ф1:
{ EMBED Equation.3 } { EMBED Equation.3 }.
2. Определяем добавочные динамические моменты в упругих связях соответственно с12 и { EMBED Equation.DSMT4 }:
{ EMBED Equation.3 },
{ EMBED Equation.3 }
Мы рассмотрели экстремальный случай, когда выводимое из древостоя дерево перемещается телескопической вставкой со значительной скоростью через обособленную неровность большой высоты. Как показывают исследования, на лесосеке наиболее часто встречаются неровности высотой 7-23 см.
Так если перемещение срезанного дерева объемом 2 м3 осуществляется на той же скорости 0,5 м/c, но через неровность высотой 7 см, то в этом случае { EMBED Equation.3 }, { EMBED Equation.3 } Соответственно добавочные динамические моменты в упругих связях будут
{EMBED Equation.3 },
{EMBED Equation.3 }.
В переводе на добавочную динамическую нагрузку это составит:
на манипулятор -
{ EMBED Equation.3 } на базу (на привод выравнивателя) -
{ EMBED Equation.3 }
коэффициент динамичности нагрузки на выравниватель платформы { EMBED Equation.3 }.
Если же уменьшить скорость перемещения ЗСУ с деревом через обособленную неровность высотой 23 см до 0,2 м/с, то в этом случае угловые перемещения масс системы составят:
{ EMBED Equation.3 } { EMBED Equation.3 }
Добавочные динамические моменты будут следующими:
Таким образом, с уменьшением скорости перемещения ЗСУ с деревом через обособленную неровность в 2,5 раза динамическая нагрузка (динамические моменты) уменьшается соответственно в 1,77 и 1,83 раза.
Сравнивая полученные результаты вычислений с предыдущими исследованиями динамики серийных ВПМ ЛП-19А [6], можно заключить, что с позиций нагруженности рассматриваемая компоновочнокинематическая схема ВПМ вполне допустима.
Выводы. При модернизации серийных валочно-пакетирующих машин с целью расширения зоны применения их для ведения постепенных и выборочных рубок леса может быть рекомендована компоновочнокинематическая схема технологического оборудования с монтажом на серийный манипулятор дополнительных телескопических вставок (телескопического манипулятора). При этом для снижения нагрузок на основной манипулятор захватно-срезающее устройство, монтируемое на конечной телескопической вставке, целесообразно опирать на подрессоренное колесо.
В случаях, когда валочно-пакетирующая машина создается на базе трелевочного трактора, наиболее приемлемой компоновочно-кинематической схемой является схема д.
Библиографический список
1. Виногоров Г. К., Ягудин Ю. Н. Основные технологические принципы несплошных рубок // Механизация лесосечных работ: Тр. ЦНИИМЭ, № 141. Химки,
1974. С. 15-27.
2. Иевинь И. К., Розинь Т. Я. Доступность деревьев при машинной рубке выборочным способом // Комплексная механизация рубок ухода. Рига: Зинатне,
1975. С. 61-74.
3. Маркеленков В. Г. К моделированию потока деревьев, подлежащих валке // Механизация лесосечных работ: Тр. ЦНИИМЭ, № 141. Химки. 1974. С. 38-45.
4. Александров В. А. К вопросу развития отечественных многооперационных лесосечных машин // Известия СшЛтА, № 169. СПб.: СПбГЛТА, 2003. С. 118-128.
5. Озолиньш И. П. Создание валочно-пакетирующей машины «Дятел-2» и перспективы усовершенствования ее конструкции // Комплексная механизация рубок ухода. Рига: Зинатне, 1975. С. 139-150.
6. Гасымов Г. Ш., Александров В. А. Нагруженность валочно-пакетирующих машин на постепенных и выборочных рубках леса. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2005. 192 с.
7. А. с. 1122268 СССР, МКИ А 01 G 23/08. Лесозаготовительная машина / Зайцев Г. П., Запольский Б. А., Тарасович В. Э., Соколов И. О., Питеев В. Г./ № 343 2199/29-15; Заявл. 29.04.82. Опубл. 07.11.84. Бюл. № 41. 5 с.
Дан анализ компоновочно-кинематических схем валочно-пакетирующих машин для ведения постепенных и выборочных рубок леса.
* * *
In the article is given analysis of component-kinematical schemes of forest cutting and packing machines for partial and selective forest cuttings.
Файл: гасымов
Каталог: C:\Documents and Settings\User\MoH документы\выпуски\184\ворды-184
Шаблон: C:\Documents and Settings\user.LAUTNER\Application
Data\Microsoft\Шаблоны\Normal.dot Заголовок: Х
Содержание:
Автор: Лена
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания: 28.10.2010 15:40:00
Число сохранений: 2
Дата сохранения: 28.10.2010 15:40:00
Сохранил: user
Полное время правки: 3 мин.
Дата печати: 29.10.2010 9:04:00
При последней печати
страниц: 8
слов: 1 655 (прибл.)
знаков: 9 439 (прибл.)
