О конструкции дросселирующе-предохранительного клапана Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Разработка новых типов датчиков и устройств для контроля и управления системами различного назначени

плазмы. Видно, что вблизи источника велика доля электронов с энергией более 10-16 эВ, которые способны ионизовать как атомы аргона (15,7 эВ), так и металла (7,5 эВ). С увеличением расстояния доля таких электронов уменьшается, тем не менее, даже на расстоянии 20 см имеет место ионизация.

Спектральные измерения показали, что с увеличением мощности разряда интенсивность излучения атомов аргона и меди возрастает гораздо медленнее, чем интенсивности ионов аргона и меди, что указывает на достижение больших степеней ионизации потоков распыленных атомов, которая для меди достигает 60 %, а для алюминия и титана до 80 %.

На рис. 8 а, б приведены фотографии с электронного микроскопа пленок металла на глубокой канавке и отверстии.

Профили слоев на различных поверхностях структур указывают на анизотропный

характер заполнения: козырек на верхней части структур отсутствует. По измеренным толщинам пленки на верхней поверхности глубокой канавки (поток атомов и ионов металла) и на ее дне (поток только ионов металла) можно оценить степень ионизации потока. Для алюминия и титана он превышает 70 %, для меди - до 60 %.

Библиографический список

1. Полуэктов, Н.П. Экспериментальная технологическая установка с СВЧ-ЭЦР плазмой / Н.П. Полуэктов, Ю.П. Царьгородцев // Приборы и техника эксперимента, 1996, № 4. - С. 150-155.

2. Vyas V., Kushner M.J. Scaling of hollow cathode magnetrons for ionized metal physical vapor deposition // J. Vac.Sci.Technol. - 2006. - A24. - P. 1955-1969.

3. Царьгородцев, Ю.П. Магнетронный разряд с полым катодом / Ю.П. Царьгородцев, Н.П. Полуэктов, В.Н. Харченко, И.А. Камышов // Известия вузов. Электроника, 2009. - № 3. - С. 5-10.

О КОНСТРУКЦИИ ДРОССЕЛИРУЮЩЕ-ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО

КЛАПАНА

B. В. ЦЫПЛАКОВ, проф. каф механизации лесного хозяйства и лесомелиорации СГАУ им. Н.И. Вавилова, д-р с.-х. наук,

C. В. ФОКИН, доц. каф. механизации лесного хозяйства и лесомелиорации СГАУ им. Н.И. Вавилова, канд. техн. наук

Территория Среднего Поволжья относится к степной и лесостепной климатическим зонам. Леса этих зон представлены, в основном, твердолиственными породами (дуб - 52 %, липа - 9 %, сосна - 21 %). Так как в настоящее время в Среднем Поволжье лесокультурные работы осуществляются при расчистке нераскорчеванных вырубок с использованием узкополосной расчистки (2,5-6,0 м) от порубочных остатков и пней [1-3], то при этом возникает проблема измельчения пней, так как исследования форм поверхности торцевого среза пней показали, что в Среднем Поволжье наиболее распространены пни со сложной формой торцевой поверхности пней.

В связи с данным фактом процесс торцевого фрезерования пней, имеющих слож-

feht@mail.ru

ную поверхность среза, можно разделить на 2 этапа: начальный - неустановившийся режим резания, основной - установившийся режим резания. Начальный этап непродолжителен по времени. Однако вследствие кратковременной неравномерной загрузки рабочего органа и отсутствия жестких наложенных связей возможно отклонение оси вращения конструкции от нормали, что может сказаться на работоспособности оборудования [4].

Поэтому в целях совершенствования технологических схем расчистки вырубок от пней в степной и лесостепной зонах Среднего Поволжья предлагается машина для измельчения пней, оснащенная конической фрезой с жидкостным наполнителем (КФЖН), имеющей в конструкции центрирующее перьевое

178

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2012

Разработка новых типов датчиков и устройств для контроля и управления системами различного назначени

сверло и крестовидную муфту для присоединения к механическому приводу (рис. 1) [5, 6]. Предлагаемый рабочий орган способен измельчать пни со сложной формой торцевого среза.

Для измельчения пней КФЖН можно применять следующие технологические приемы:

1 Технологический прием (применяемый)- за счет привода, обеспечивается равномерная угловая скорость вращения фрезы ю = ю0 = const и за счет предохрани-тельно-дросселирующего клапана, входящего в состав гидравлической системы лесохозяйственной машины [7] обеспечивается равномерная скорость подачи v = v0 = const. Для обеспечения необходимой величины подачи конической фрезы машина для измельчения пней обеспечена гидравлической системой.

2 Технологический прием (рекомендуемый)- за счет использования силы тяжести фрезы и жидкости в ее корпусе. При таком технологическом приеме обеспечивается равномерная угловая скорость вращения рабочего органа ш = ш0 = const, существенно изменяя роль привода вертикальной подачи фрезы.

Привод подачи помогает центрировать фрезу и компенсировать действующие силы резания и силы тяжести. При этом представляется возможным в процессе резания варьировать подачей фрезы П = v(0^0 и за счет изменения компенсирующей силы привода фрезы влиять на сталкивающие силы, образующиеся на режущих кромках рабочего органа, вследствие их неравномерной загрузки.

Реализация такого технологического приема в настоящее время невозможна вследствие того, что существующие гидросистемы лесохозяйственных машин не позволяют осуществлять регулируемую принудительную подачу рабочих органов агрегатных машин с небольшой их скоростью и обеспечивать необходимую компенсирующую силу привода путем плавной подачи конической фрезы при измельчении пня и быстрому переводу рабочего органа в транспортное положение. В

настоящее время лесохозяйственные машины имеют одинаковую скорость подъема и опускания рабочих органов.

Для реализации данного положения предлагается усовершенствованная гидравлическая система лесохозяйственных машин (рис. 2), включающая: насос 1, напорную 3 и вспомогательную 4 магистрали, гидрораспределитель 2, силовой гидроцилиндр 5, гидрозамок 6, состоящий из корпуса 11 с установленным в нем обратным подпружиненным клапаном 7, дросселирующе-предохра-нительный клапан 8 (рис. 3) [1], состоящий из корпуса 19, входной 12 и выходной 13 полос-

Рис. 1. Общий вид машины, оснащенной конической фрезой с жидкостным наполнителем

Рис. 2. Схема гидравлической системы лесохозяйственных машин

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 7/2012

179

Разработка новых типов датчиков и устройств для контроля и управления системами различного назначени

Рис. 3. Схема гидрозамка с дросселирующее-предохранительным клапаном

тей, разделенных между собой перегородкой 18 со сквозными отверстиями 14 и центральным отверстием 15, в котором установлен подпружиненный, при помощи пружины 17, дросселирующий клапан тарельчатого типа 16, тройника 9 с манометром 10.

Предлагаемая гидравлическая система работает следующим образом: от гид-

рораспределителя 2, трактора или самоходного шасси рабочая жидкость (масло) при помощи насоса 1 нагнетается в корпус 11 гидрозамка 6. Через входную полость 12 дросселирующе-предохранительного клапана 8 и сквозные отверстия 14 перегородки 18 часть масла поступает в выходную полость 13. Совместно с пружиной 17 масло прижи-

180

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2012

Разработка новых типов датчиков и устройств для контроля и управления системами различного назначени

мает дросселирующий клапан тарельчатого типа 16 к внутренней поверхности выходной полости 13, выполненной в форме, идентичной форме тарельчатого клапана, уменьшая расход жидкости, проходящей через выходную полость 13 до конструктивных параметров. Затем рабочая жидкость через присоединенный к корпусу 19 дросселирую-ще-предохранительного клапана 8 тройник 9 с манометром 10 и напорную магистраль 3 нагнетается в надпоршневую полость силового гидроцилиндра 5, заставляя выдвигаться шток силового гидроцилиндра 5. Избыток рабочей жидкости в нагнетательной магистрали 3 перепускается через обратный подпружиненный клапан 7 во вспомогательную магистраль 4. Сюда же поступает масло из нижней (подпоршневой) полости силового гидроцилиндра 5. Выдвижение штока силового гидроцилиндра 5 осуществляется принудительно, с постоянной скоростью и меняется только при изменении диаметра тарельчатого клапана 16.

Применение данной гидросистемы позволит более качественно производить операции при выполнении лесовосстановительных работ на нераскорчеваных вырубках степной и лесостепной климатических зон Среднего Поволжья.

При предлагаемом технологическом приеме имеют место следующие уравнения, описывающие движение фрезы при измельчении пней [8]

ш = ш0 = const, (1)

Mv = Mg cos a- Pz - Fk. (2)

где Fk - компенсирующая сила подачи, Н.

Для численного интегрирования полученных уравнений движения фрезы методом Рунге-Кутта разработана компьютерная программа [9, 10], которая позволяет определять. значения скорости конической фрезы 9(t), пройденного ею расстояния z(t), сталкивающих сил RA(t) и сил реакции RB(t) верхнего крепления фрезы, значения режущих сил и величину подачи n(t) .

Для качественной оценки возможностей предлагаемого технологического приема измельчения пня с использованием компенсирующей силы привода допустим, что

v0,7 ~ v. Тогда из уравнения (2) получим лине-

аризованное уравнение

п

v = g C0S a- Pz*~ Fk -

(3)

где

P .=Ev, E=k

3R( HB)0

F;

Pz

F = —

k_

M

nM ш07

После преобразований выражения получим следующее уравнение поступательного движения рабочего органа

v + Ey = g cos a - Fk . (4)

Его аналитическое решение с учетом начальных условий v(0) = v0 имеет вид

(

v =

V0

g cos a - Fk

E

Л

- EJ

+

g cos a - Fk

E

. (5)

Как видим из уравнения (5), варьируя начальной скоростью v0 и приведенной компенсирующей силой Fk, можно добиваться необходимых переходных процессов измельчения пня и минимизации сталкивающих сил или сил реакции в верхнем креплении рабочего органа.

Например, можно проводить измельчение пня с нулевой начальной скоростью. Вращающаяся с постоянной угловой скоростью ш = ш0 = const и скоростью подачи v0 = 0, фреза устанавливается на торцевую поверхность пня. Это возможно при использовании компенсирующей силы поддерживающего привода, равной силе тяжести конической фрезы с жидкостным наполнителем Fk = gcosa.

Затем, с помощью поддерживающего привода компенсирующую силу уменьшают до заданной величины, и за счет силы тяжести механизм начинает измельчение пня. При таком технологическом приеме сталкивающая сила и сила реакции плавно возрастают от нуля до постоянной минимальной величины, в отличие от применяемого технологического приема с постоянной подачей, когда эти силы резко изменяются от некоторой постоянной величины, не равной нулю, до другой постоянной величины.

Кроме изменения характера действия сталкивающих сил и сил реакции, при рекомендуемом технологическом приеме можно управлять временем переходных процессов измельчения пня.

e

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2012

181

Разработка новых типов датчиков и устройств для контроля и управления системами различного назначени

Небольшим наклоном на угол а, полностью заполненного жидкостью фрезы, можно еще уменьшать сталкивающие силы до минимальных значений, следя при этом, чтобы силы реакции не превышали допустимых значений.

Для выбора оптимальных технологических параметров при помощи автоматизированного расчета получены регрессионные уравнения, описывающие зависимости силы сталкивания Ra и силы реакции Rb в верхнем креплении конической фрезы от начальной скорости подачи и0 и угловой скорости вращения а и компенсирующей силы Fk при угле наклона режущих кромок Я = 45°

Ra = 555061497 + 2809,8652 W2 - 5,8388 F2 (6) a (0< W, 1/с< 16; 9720 < F, H < 9800)

Rb = 9,258 - 21280,801 W2- 97,4964 Fk2 (0 < W, 1/c < 20; 9740 < F, H < 9800). (7) Анализ значений, полученных при помощи уравнений, показал, что наименьшую величину сталкивающая сила Ra и сила реакции Rb имеют при угловой скорости вращения 5-15 1/с, начальной скорости подачи, равной 2-4,5 мм/с и компенсирующей силы 9740-9800 Н.

Библиографический список

1. Винокуров, В.Н. Машины и механизмы лесного хозяйства и садово-паркового строительства: учебник для вузов / В.Н. Винокуров, Г.В. Силаев, А.А. Золотаревский; под ред. В.Н. Винокурова.

- М.: Академия, 2004. - 400 с.

2. Галанов В.Н. Механизация расчистки лесных площадей при лесовосстановлении : экспрессинформация / В.Н. Галанов. - М.: ЦБНТИ, 1979.

- 26 с.

3. Машины и механизмы лесного хозяйства. Оборудование для корчевки пней и подготовки почвы на вырубках: метод. указания к лабораторно-практ. работам / сост. И.М. Бартенев, М.В. Драпалюк, Е.В. Карамышев. - Воронеж: ВГЛТА, 2007. - 24 с.

4. Цыплаков, В.В. Об измельчении пней конической фрезой с жидкостным наполнителем / В.В. Цыплаков, С.В. Фокин // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2009. - № 2. - С. 115-117.

5. Рабочий орган для измельчения пней: Пат. на полезную модель 68853 Рос. Федерация: А 01 G 23/06 / Цыплаков В. В., Васильев А. Н., Шпортько О. Н., Фокин С. В.; заявитель и патентообладатель Саратовский ГАУ - № 2006109842; заявл. 27.03.2006; опубл. 10.12.2007, Бюл. № 34.

6. Машина для измельчения пней: Пат. на полезную модель № 75133 Рос. Федерация : А 01 G 23/06 / Цыплаков В. В., Шпортько О. Н., Фокин С. В.; заявитель и патентообладатель Саратовский ГАУ. - № 2008110127; заявл. 17.03.2008 ; опубл. 27.07.2008, Бюл. № 21.

7. Гидравлическая система лесохозяйственных машин: Пат. 2386233 Рос. Федерация : А 01 В 63/104 / Цыплаков В. В., Фокин С. В, Рыхлов Р.А.; заявитель и патентообладатель Саратовский ГАУ. - № 2008144084; заявл. 05.11.2008 ; опубл. 20.04.2010, Бюл. № 11.

8. Яблонский, А.А. Курс теоретической механики / А.А. Яблонский - Ч. 2 / Динамика.- М.: Высшая школа, 1977.- 283 с.

9. Цыплаков, В.В. Компьютерная программа для расчета технологических параметров измельчения пней конической фрезой с жидкостным наполнителем / В.В. Цыплаков, С.В. Фокин // Инновации в науке и образовании. - 2008. - № 6(41). - С. 13.

10. Расчет технологических параметров измельчения пней конической фрезой с жидкостным наполнителем: программа для ЭВМ / Цыплаков В.В., Фокин С. В.; правообладатель Саратовский ГАУ - Заявка № 2009613442. - Св-во о гос. рег. программ для ЭВМ № 2009614671; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 01.09.2009.

182

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 7/2012