CC BY
38
Лесопромышленный комплекс. Транспортно-технологические вопросы
59
УДК 630*36:630
С. Е. Арико, ассистент (БГТУ); С. П. Мохов, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой (БГТУ); В. А. Симанович, кандидат технических наук, доцент (БГТУ);
Д. А. Федоров, студент (БГТУ)
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ХАРВЕСТЕРНОЙ ГОЛОВКИ
Разработаны расчетные схемы для определения параметров харвестерных головок при создании предварительного натяга дерева и его протаскивании через сучкорезные ножи в процессе обрезки сучьев. Приведенная методика позволяет определять усилия прижатия подающих вальцов, усилие, необходимое для протаскивания дерева при обрезке сучьев, мощность, затрачиваемую на выполнение соответствующих операций.
Settlement schemes were developed to determine the parameters for harvester heads creating preliminary tightness tree and its dragging of a delimbing knives process of limbing. Presented method allows to determine the contact pressure is feed rollers, the effort required to drag the trees by pruning boughs power spent to perform relevant operations.
Введение. Опыт эксплуатации валочно-суч-корезно-раскряжевочных машин в Республике Беларусь показал, что их параметры не всегда соответствуют условиям эксплуатации. Высокий уровень выполнения технологических операций может быть достигнут за счет правильного выбора параметров технологического оборудования и базового шасси. При этом особое внимание следует уделить определению усилий, возникающих при взаимодействии харвестерной головки с деревом, и требуемой мощности привода ее отдельных элементов.
1. Основная часть. Первой операцией технологического цикла обработки дерева является валка. При ее выполнении необходимо создать усилие предварительного натяга дерева, в 1,21,4 раза превышающее вес обрабатываемого дерева, что позволит исключить зажим пильного механизма, уменьшить затрачиваемую на пиление мощность и образование сколов комлевой части дерева. Этот процесс (рис. 1) сопровождается возникновением нормальных сил на передних ^1п, F2п (Н), задних ^1з, ^2з (Н) подвижных и неподвижном F3п (Н) сучкорезных ножах.
На подающие вальцы и опорный ролик действуют соответственно силы и F3з (Н), что позволяет сделать следующее допущения:
_ F2h _ _ F2s = Frn
F4 = F5 = ^пв ,
(1)
где и ^пв - усилия прижатия подвижных сучкорезных ножей и приводных вальцов, Н.
Симметричное действие сил ^1п и ^2п, и ^2з, и относительно продольной оси хар-вестерной головки, а также расположение подающих вальцов посередине расстояния между неподвижным сучкорезным ножом и опорным роликом позволяет сделать допущение о равенстве нормальных реакций F3п и F3з.
Выразив возникающие силы трения Я1п, Я1з, ^2п, ^2з, Язп, Язз, ^4, ^5 (Н) через соответствующие нормальные силы, учитывая возможность установки приводных ножей и подающих роликов в количестве п1 и п2, а также то, что точки взаимодействия пары подвижных и одного неподвижного сучкорезных ножей с лесоматериалом образуют равносторонний треугольник (ан = 60°) и угол обхвата ствола вальцами рв составляет 60°, запишем условие обеспечения надежного удержания дерева в виде
F >
пв
6д • Кз -Fmi • щ • (1,25-ц + 0,25-ц2) n2 • (0,25-ц + 0,25-ц2 + ц3)
(2)
Рис. 1. Расчетная схема создания предварительно натяга дерева
где QR - вес дерева, Н; Кз - коэффициент запаса натяга дерева; ц2, ць ц3 - коэффициенты, учитывающие трения в опорном ролике, а также сучкорезных ножей и приводных вальцов по коре.
Усилие прижатия подающих вальцов Fпв определяется из рассмотрения процесса обрезки сучьев при протаскивании дерева через сучкорезные ножи. Разработанная расчетная схема (рис. 2) процесса обрезки сучьев кроме рассмотренных сил сопротивления учитывает действие на технологическое оборудование и дерево сил сопротивления срезанию сучьев Fсp (Н), инерции Ф (Н), трения кроны по земле Fкp (Н).
60 ISSN 1683-0377. Труды БГТУ. 2013. № 2. Лесная и деревообрабатывающая промышленность
Ф
Rin _—.
R2
е.
Рис. 2. Расчетная схема протаскивания дерева через сучкорезные ножи
при обрезке сучьев
При этом усилие ^пр (Н), необходимое для протаскивания дерева в процессе очистки ствола от сучьев, определяется по зависимости (3), в которой теоретически установленная сила срезания сучьев уменьшена в два раза, что связано с кратковременным действием максимального усилия.
Fnp = П1 • (Frn
е. •k
n1 + n2
) ^ + (0,25 • (FnH • n +
е. • k
+ FnB • П2 )--V-) • + Ц4) + n2 • (FnB +
е. •k
) • ^5+е. • (i - k) • /Кр +
П + n2
Q. •a +1575•lO3•on•as •nc• d2,
(3)
где к - доля силы тяжести дерева приходящаяся на захват; ц4, , /кр - коэффициенты сопротивления движению ствола по опорному ролику и приводным вальцам, перемещению вершинной части дерева по поверхности лесосеки; а, g - ускорение дерева при протаскивании и ускорение свободного падения, м/с2; ап, аз - поправочные коэффициенты на породу и угол резания; пс - количество одновременно срезаемых сучьев, шт.; dс - диаметр сучьев, м.
Для его решения рассмотрим условия реализации протаскивающего усилия по сцеплению, которое определяется при приводном опорном ролике по зависимости (4), а неприводном - (5). Совместное решение уравнений (3) и (4) или (3) и (5) позволяет определить усилия ^пв и ^пр, а также осуществить проверку выполнения условия обеспечения надежного удержания дерева (2).
Fp = [n2 • (FnB +
е.
. •k -)+
+ (0,25 • (Fni
• П1 + FnB
Fnp = n2
• (FHB +
• П2) -
е. •k
е. •k
) ^
)] •ч; (4)
(5)
где ф - коэффициент сцепления подающего механизма с деревом.
Перечисленные силовые параметры используются для определения мощности ^зр (Вт), затрачиваемой на привод зажимных рычагов и подающих вальцов, а также мощности Кпр (Вт), затрачиваемой на протаскивание дерева с одновременной обрезкой сучьев, которые определяются следующим образом:
пр
N3p =
(п1 • FnH + n2 • FnB ) •V;
F •v
N = пр cp
пр
(6)
П П2
где ^1, П2 - коэффициент полезного действия передачи от двигателя к приводу захвата и подающего механизма.
Заключение. Процесс валки и последующей обработки дерева состоит из отдельных операций и приемов работы, взаимовлияние которых необходимо рассматривать в комплексе факторов, присущих для технологического процесса. К ним относятся параметры обрабатываемого древостоя, конструктивные особенности и технические характеристики базового шасси и технологического оборудования, выполняемые операции и возможность их совмещения. Разработанные расчетные схемы и математические описания работы харве-стерной головки при захвате и протаскивании дерева через сучкорезные ножи позволяют выбирать параметры и режимы работы оборудования для различных условий эксплуатации.
Поступила 21.02.2013
пр
V
сР
