CC BY
31
УДК 629.114.2
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛЕСНЫХ ДИСКОВЫХ ОРУДИЙ С ПОМОЩЬЮ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ВИБРАЦИИ ИХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ
А. И. Третьяков
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
prem@vglta.vrn.ru
Важной составляющей повышения эффективности лесных дисковых орудий является снижение энергозатрат при выполнении технологических операций по первичной подготовке почвы и многократных уходах за лесными культурами на вырубках, гарях и других неудобиях. При этом очевидно, что наибольшие энергозатраты приходятся на агрегатируемые тракторы лесных почвообрабатывающих агрегатов (ЛПА), выполняющих наиболее энергоемкие операции при обработке почвы. По разным оценкам исследователей расход топлива у двигателей агрегатируе-мых тракторов ЛПА выше на 15...20 %, чем у используемых на лесных объектах с более благоприятными условиями работы и на 20.35 % выше, чем у двигателей тракторов аналогичных сельскохозяйственных почвообрабатывающих агрегатов [1].
Результаты многочисленных исследований свидетельствуют, что основными факторами, влияющими на увеличение энергозатрат традиционных ЛПА, являются: высокое удельное сопротивление лесных почв; вынужденное частое маневрирование агрегатов на лесных объектах при объезде препятствий; отсутствие надежных средств защиты от перегрузок, что приводит к увеличению металлоемкости,
а, следовательно, и массы лесных почво-
обрабатывающих орудий (ЛПО); непроизводительные затраты энергии при транспортировании массивных орудий от мест базирования к местам работы и обратно; слабая заглубляющая способность дисковых рабочих органов вынуждает догружать балластом такие орудия, что соответственно дополнительно увеличивает их массу со всеми вытекающими из этого отрицательными последствиями; необходимость использования агрегатируемых тракторов завышенного тягового класса с целью гарантированного преодоления пиковых нагрузок из-за тяжелых условий работы ЛПА на вырубках [2, 3].
Одним из важнейших обобщающих факторов, потенциально способных повлиять на снижение энергозатрат ЛПА, является степень использования эффективной мощности Nэф двигателя трактора ЛПА, которая характеризуется тяговым коэффициентом пт его полезного действия [4]
Vm =(N„ + N,„ + N„ )/М,ф, (1)
где Nm, NeoM и NZH - мощности, соответственно тяговая, на валу отбора мощности (ВОМ) и затрачиваемая гидронасосом агрегатируемого трактора. Значение цт, даже при полной загрузке гусеничного трактора, составляет
0,68.0,75, для колесных тракторов с четырьмя ведущими колесами - 0,60.0,70, а
с двумя - 0,50.0,60. Такие низкие значения коэффициента щт объясняются неизбежными потерями мощности в силовой передаче трактора на его самопередвижение, буксование, преодоление подъемов и др. Как следует из выражения (1), двигатель трактора, в зависимости от условий работы, оказывается недогруженным на 25.50 % и, очевидно, что для повышения цт имеется возможность в пределах указанной величины нагружать двигатель за счет отбора мощности Nвом для целей повышения интенсификации процесса и качества обработки почвы. В этой связи заметно снизить энергозатраты и отрица-
тельные последствия большинства из других рассмотренных факторов можно за счет использования на ЛПО надежного предохранительного механизма (ПМ) и вибрационных рабочих органов. С этой целью была усовершенствована конструкция серийного лесного дискового культиватора КЛБ-1,7 путем оснащения его рабочих органов гидравлическими вибрационным механизмом и ПМ (рис. 1). Его конструкция обеспечивает надежную защиту орудия от перегрузок и одновременно создает принудительную вибрацию на рабочих органах за счет частичного отбора мощности от двигателя трактора [5].
15 6 9 10 11 14
--- ^
\ .^ ч/
Рис. 1. Принципиальная схема гидравлических вибрационного и предохранительного механизмов рабочих органов дискового почвообрабатывающего орудия:
1 - рама орудия; 2 - стойка дисковой батареи; 3 - дисковый рабочий орган; 4 - пружина вибрационного механизма; 5 - гидроцилиндр рабочих органов; 6 и 7 - корпус золотника и золотник; 8 - плунжер; 9 - пружина золотника; 10 - отводящий трубопровод; 11 и 12 - клапаны обратные; 13 - дроссель регулируемый; 14 - гибкий трубопровод; 15 и 16 - напорная и
сливная магистрали
Предлагаемая конструкция гидравлического ПМ рабочих органов культиватора включает шарнирно закрепленную на раме 1 орудия поворотную стойку 2 с дисковыми рабочими органами 3, пружину 4 и рабочий гидроцилиндр 5. Гидравлический вибрационный механизм включает в себя все перечисленные элементы конструкции ПМ, а также золотниковое устройство, состоящее из корпуса 6, золотника 7 и связанного с ним плунжера 8 меньшего диаметра. Автоматическое управление золотником 7 осуществляется с помощью регулируемой возвратной пружины 9, обратных клапанов 11 и 12, а также регулируемого дросселя 13. Золотниковое устройство, с одной стороны, обеспечивает надежное срабатывание ПМ при встрече рабочих органов с неперерезаемыми препятствиями (пнями, валунами и т.п.), а с другой - устойчивый ход дисков орудия на заданной глубине обработки почвы, насыщенной растительными включениями, с помощью наведенной вибрации.
Работа вибрационного механизма заключается в следующем. Рабочая жидкость из напорной магистрали 15 подводится к проточке «а» и плунжеру 8 золотникового устройства. При этом в условный начальный момент времени отводящий трубопровод 10 перекрыт золотником 7. Давлением жидкости плунжер 10 перемещает золотник 7 и сжимает пружину 9. При дальнейшем движении золотник 7 вначале с помощью проточки «в» отсоединяет трубопровод 10 от сливной магистрали 16, а затем соединяет его через проточки «а» и «б» с напорной магистралью 15. Одновременно жидкость подается в проточку «г», под торец золот-
ника 7, площадь которого значительно больше торца плунжера 8, что обеспечивает ускоренное движение (релейное переключение) золотника. Следствием такого движения золотника является импульсный выброс рабочей жидкости через проточку «б» в отводящий трубопровод 10 и далее в гидроцилиндры 5 ПМ. Так как давление рабочей жидкости в гидроцилиндрах 5 снижается по мере движения его штока, соответственно уменьшается и давление в проточке «г» гидропульсатора. Благодаря этому, золотник под воздействием усилия сжатой пружины 9 возвращается в исходное положение и рабочий цикл вибрациионного механизма повторяется.
Таким образом, при движении дискового рабочего органа в почве на заданной глубине обработки почвы, он вместе со стойкой совершает вынужденные колебания в упругой системе "рабочий орган 3 - пружина 4 - почва" под воздействием пульсаций рабочей жидкости в гидроцилиндрах 5 ПМ, передаваемой по трубопроводам 10 и 14 от золотникового устройства. При этом гидроцилиндры 5 в конструкции культиватора, в зависимости от цикла срабатывания, совмещают в себе функции вибродвигателя и гидроцилиндра ПМ.
При встрече рабочих органов культиватора с неперерезаемым препятствием, рабочая жидкость под возросшим давлением вытесняется из гидроцилиндра 5, посредством гибкого трубопровода 14 и обратного клапана 11, в напорную магистраль 15 и далее через редукционный клапан гидрораспределителя (на рисунке не показаны) - в масляный бак гидросистемы трактора.
Регулирование амплитуды колебаний рабочего органа 3, а, следовательно, и глубины обработки в зависимости от удельного сопротивления обрабатываемой почвы и других факторов, осуществляется с помощью регулируемых обратного клапана 12, дросселя 13 и пружины 4 вибрационного механизма.
Необходимую частоту колебаний рабочих органов устанавливают путем изменения жесткости пружины 9 золотника, регулируемой с помощью винта (на рис. не показано). Удержание рабочих органов на заданной глубине обработки обеспечивается за счет поддержания давления рабочей жидкости в гидроцилиндрах 5, передаваемого в них по гибкому трубопроводу 14 через регулируемый дроссель 13.
Выполненные в лабораторных и полевых условиях сравнительные эксперименты с опытным образцом лесного дискового культиватора и серийным культиватором КЛБ-1,7 в целом подтвердили работоспособность и эффективность предложенной конструкции вибрационного механизма и ПМ. Анализ результатов экспериментов показал, что использование новой конструкции ПМ с гидропульсатором рабочей жидкости позволяет:
отказаться от применения на дисковых ЛПО бесполезно возимого балласта и как следствие - в 1,5-2,0 раза снизить динамические нагрузки на орудие и агрегати-руемый трактор при транспортировании орудия с места базирования и обратно, а также при его работе на лесных объектах;
уменьшить в среднем на 20.25 % коэффициент вариации глубины обработки почвы по сравнению с серийным культива-
тором и таким образом обеспечить более высокое качество обработки почвы на вырубках;
повысить надежность ЛПО за счет снижения вдвое нагрузок на элементы конструкции орудия при маневрировании ЛПА на вырубке и преодолении рабочими органами препятствий;
уменьшить не менее чем на 15.20 % металлоемкость ЛПО за счет снижения нагрузок, как на орудие, так и на агрегати-руемый трактор;
при примерно равных энергозатратах непосредственно на обработку почвы, снизить на 15.20 % суммарные энергозатраты, связанные с транспортированием ЛПО, простоями из-за поломок, маневрированием на вырубках и др., по сравнению с традиционными аналогичными конструкциями ЛПО.
Достоинством предложенных вибрационного механизма и гидравлического ПМ является также высокие унифицированность и доступность элементов конструкции, простота монтажа и эксплуатации. Это позволяет выполнить модернизацию серийных ЛПО силами самих эксплуатирующих организаций и по сравнению с аналогичными разработками [5, 6], существенно повысить эффективность ЛПО.
Библиографический список
1. Посметьев В.И. Методологические основы повышения эффективности почвообрабатывающих орудий с помощью предохранителей: монография / Воронеж: ВГЛТА, 1999. 196 с.
2. Посметьев В.И. Обоснование пер-
спективных конструкций предохранителей для рабочих органов лесных почвообрабатывающих орудий: монография / Воронеж: ВГЛТА, 2000. 248 с.
3. Бартенев ИМ., Посметьев В.И. Об эффективности предохранителей лесных почвообрабатывающих орудий // Лесное хозяйство. 1997. № 3. С. 44-46.
4. Зима И.М., Малюгин Т.Т. Механизация лесохозяйственных работ: учеб. для вузов. М.: Лесная промышленность, 1976. 416 с.
5. Посметьев В.И., Посметьев В.В. Модель процесса вибрационного взаимо-
действия с почвой дисковых рабочих органов лесных орудий / Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления лесного комплекса: сб. науч. тр. // ВГЛТА. Воронеж. 1999. С. 202206.
6. Посметьев В.И., Зеликов В.А., Ли-ференко А.В. Гидравлический предохранитель с гидропульсатором рабочей жидкости для дисковых почвообрабатывающих орудий / Материалы 4-ой МНТК. Т. 2. ВоГТУ. Вологда, 2008. 214 с.
