CC BY
8
УДК363.3 Здобувач А.В. Кий; доц. Б.О. Магура, канд. техн. наук -
НЛТУ Украти, м. Rbeie
СТ1ЙК1СТЬ РАМНО1 ОПОРИ КАНАТНО-ТРЕЛЮВАЛЬНО1
СИСТЕМИ
Запропоновано конструкщю перспективного устаткування для освоения люосш у складних умовах люоексплуатацп, дослiджено стiйкiсть рамно! опори канатно-тре-лювально! системи (КТС) пiд час первинного транспортування деревини. Здiйсненi теоретичш дослiджения показали, що найбiльш ращональною формою конструкци похило! щогли е не трапеце!дальна, а у виглядi трикутника, у вершинi якого встанов-лений напрямний блок.
Розроблення ресурсоощадних технологш та створення енергозбер^а-ючого та еколопчно безпечного устаткування для люозаго^вель у складних рельефних умовах е важливою задачею для науковщв люово! галузь
Дослщження з ц1е! проблеми неодноразово висвгглювалися в роботах таких вщомих науковщв, як Н.М. Бша, 1.Ф. Калуцький, Л.Д. Коржов, М.П. Мар-тинщв, В.1. Парпан, Т.М. Шюря та ш. [1-4]. Проте не можна сьогодш ствер-джувати, що це питання е повшстю виршеним, осюльки розвиток техшки, вдосконалення технологи та забезпечення сталого розвитку люокористуван-ня, ставить перед сусшльством дедал1 нов1 проблеми, над виршенням яких насамперед повинш працювати науковщ, зокрема й люово! галузь
На кафедр1 люопромислового виробництва та люових дор1г НЛТУ Ук-ра!ни запропоновано використати для первинного транспортування деревини комбшоваш канатно-трелювальш системи (патент на корисну модель № 45009 вщ 26.10.2009 р.), суть яких полягае у поеднанш можливостей шдвю-них канатних установок i трелювальних трактор1в.
Запропонована КТС схематично показано на рис. 1, яка складаеться iз самохiдного шас 1, виконаного з дугами безпеки 2, що спереду трактора шаршром 3 крiпиться до рами самохщного шасi 1, а шаршром 4 - до похило! щогли 5. Барабани 6 i 7 змонтоваш на плитi 8, що прикршлена болтами 9 до похило! щогли 5, i тому швидко можуть бути знят разом з плитою 8.
Похила щогла 5 виконана iз зубчастою планкою 10 та змонтованими на нш ручними лебщками 11, яю в разi використання канатно-трелювально! системи як мобшьно! канатно! установки, слугують для фжсаци привiдного трактора разом iз рамною опорою за допомогою кана^в 13, якi пропускають-ся через блоки 12 i кршляться до пенькiв або здорових ростучих дерев iз добре розвиненою кореневою системою, а в разi використання як трелювального засобу у виглядi трактора - для затягування на зубчасту планку 10 сортимен-™ чи стовбурiв з подальшою !хньою фiксацiею.
Вiд валу вщбору потужностi самохiдного шасi 1 через реверсивний редуктор 15 i карданний вал 16 обертовий момент передаеться на барабани 6 i 7, на яю намотуються, вiдповiдно, тягово-зворотнiй 17 та тяговий 21 кана-ти, яю з,еднанi мiж собою, утворюючи замкнуту систему, охоплюючи части-ну люосжи, де передбачаеться виконувати трелювальш роботи.
Рис. 1. Схема комбтованоХканатно-трелювальноХ системи: 1 - самох1дне шаа;
2 - дуги безпеки; 3, 4 - шарниры; 5 - похила щогла; 6, 7 - барабаны; 8 - плита;
9 - кртилът болти; 10 - зубчаста планка; 11 -ручт лебедки; 12 - блоки;
13 - канати; 14 - в1двал; 15 -реверсивний редуктор; 16 - карданна передача;
17 - тягово-зворотшй канат; 18 - напрямний блок; 19 - обв1дт блоки;
20 - стовбур, що трелюетъся; 21 - тяговий канат; 22 - верхнш склад; 23 - пт
КТС працюе таким чином. Шсля пршзду на люосжу, важелями само-хщного шас та ручними лебщками 11 встановлюють щоглу 5 в робоче поло-ження. Канатами 13 якорять рамну опору разом iз привщним трактором за пеньки 23 або ростучi дерева. Тягово-зворотнш канат 17 запасовують за об-вщт блоки 19, з'еднують з тяговим канатом 21, i установка готова до роботи. Починають виконувати трелювальш роботи, як звичайною мобшьною канат-ною установкою. Шсля завершення трелювання стовбурiв 20 на верхнш
склад 22, зшмають барабани 6 i 7, разом i3 плитою 8 i канатом 13 затягують стовбури i3 розвантажувально! площадки 22 на зубчасту планку 10, фжсують та транспортують !х до промiжного складу.
Як зрозумшо з рис. 1, тд час роботи запропоновано! канатно-трелю-вально! системи на первинному транспортуваннi деревини, вона обов'язково повинна бути заякорена за допомогою розтяжок з метою надання !й необхщ-но! стшкость Логiчно допустити, що зусилля, як виникатимуть у розтяжках, залежатимуть не тшьки вiд максимального навантаження в тяговому канал, але й вщ положення розтяжок та кутiв !хнього крiплення, як вертикальних, так i горизонтальних. Приведемо окремi теоретичнi дослщження стiйкостi вЫе! системи пiд час роботи в режимi канатно! установки.
Нехай комбшована канатно-трелювальна система перебувае в станi спокою пiд дiею сили Т, натягу тягового каната, сил Т1 i Т2 натягу в розтяжках, сил нормальних реакцiй (!х чотири - N1, N2, R1, R2) грунту в опорних точках i восьми сил зчеплення опорних точок рами з грунтом через наявшсть тертя ( Fix , Fw, F2x , F2y , Qx , Qy , Q2x, Q2y ), рис. 2.
Рис. 2. Розрахункова схема канатно-трелювально'1 системи
У процес трелювання деревини (cTOB6ypÍB, сортиментiв, дерев) згада-hí сили зрiвноваженi. Це означае, що мають мiсце píbmhm рiвноваги. Систему координат (показано на рис. 2) вибрано так, що площина VOZ е площи-ною симетри.
£ Xi = FXx + F2x + Q\x + Q2x + T ■ cos a ■ cos /3- T ■ cos ai ■ cos в - T2 ■ cos a2 ■ cos в2 = 0; (1) ^ Yi = F1y + F2y - Q1y - Q2y + T ■ cosa ■ sin в- T1 ■ cosa1 ■ sin Д - T2 ■ cosa2 ■ sin в2 = 0; (2) ^ Zi = N1 + N2 + R1 + R2 - G - T ■ sin a - T1 ■ sin a1 - T2 ■ sin a2 = 0; (3)
^ mix = G ■ a1 - (R1 + R2) ■ (a1 + b) + T ■ (h + R) ■ sin a ■ cos у -T cos y sin в(h + R ) x x sin у + T1 cos a1 ■ sin в ■ h sin у + T1 sin a1 ■ h cos y + T2 cos a2 ■ sin в2 ■ h sin у + ; (4)
+T2 sin a2 ■ h cos у = 0
X miy = (N1 + R)(c + hctgS) - (N2 + R2)(c + hctgS) + T cos a ■ cos 0(h + R) sin y -
5 \ /
-Ti cos ai ■ cos в ■ h sin y- Tisin ai ■ c + T2 cos a2 cos /32 ■ h sin y + T2 sin a2 ■ c = 0
X mz = ((Fy - Fiy) + (Qiy - Q2y)) (c + hctgS) + (Qix + Q2x)(ai + b) +
+T cos a cos e(h + R) cos y- Ti cos a1 cos в ■ h cos y + Ti cos a1 sin Д ■ c +. (6)
+T2 cos a2 cos в2 ■ h cos y- T2 cos a2 sin в ■ c = 0
У запис рiвняння (4), (5) i (6) знехтувано внутршшм радiусом робочо-го блока, nopÍB^HO з po3MÍpoM h рами. У поданих вище рiвняннях складовi сил зчеплення (тертя) опорних точок рами з грунтом Fix, Fiy, F2x, F2y,
Q1x, Qiy, Q2x, Q2y виражаються через нормальнi сили реакцш i коефщенти зчеплення.
Отже, система рiвнянь (1...6) рiвноваги мютить шiсть невiдомих Ni, N2, Ri, R2, Ti, T2) i силу T - натяг тягового каната.
У випадку втрати стшкос^ системи (наприклад, вщрив вiд грунту в точках Ai,Ci i C2), рiвняння (i_6) набувають вигляду:
F2x + T cos a cos в - Ti cos ai cos в + T2 cos a2 cos в = 0 (ii)
F2y + T cos a sin в - Ti cos ai sin в - T2 cos a2 sin в2 = 0 (2i)
N2 - G - T sin a - Ti sin ai - T2 sin a2 = 0 (3i)
G ■ ai + T(h + R)(sin a cos y - cos a sin в sin y) + T\ ■ h(cos a sin Д sin y + (4 i) sin ai cos y) + T2h(cos a2 sin в2 sin y + sin a2 cos y) = 0
-N2(c + hctgS) + T cos a cos /3(h + R) sin y- Ti cos a cos h sin y - (5 i) -Ti sin ai ■ c + T2 cos a2 cos в ■ h sin y + T2 sin a2 ■ c = 0
F2y ■ (c + hctgS) + T cosacos в (h + R)cosy-T cosacos в ■ h cosy + K
(6 )
Ti cos aisin /в ■ c + T2 cos a2 cos в ■ h cos y- T2 cos a2 sin в2 ■ c = 0 Тепер iз рiвнянь (З1) i (5i) маемо:
N2 = G + T sin a + T1 sin a1 + T2 sin a2 (7)
N2(c + hctgS) = T cos a cos fi(h + R)ciny - T1(h cos a1 cos в sin y + c ■ cia) +
(8)
+T2(h cos a2 cos в sin y + c sin a2) Звщси, вилучаючи невiдому N2, знайдемо
G(c + hctgS) + T [-(h + R) cos a cos в sin y + (c + hctgS) sin a] +
+T1 [(c + hctgS) sin a1 + h cos a1 cos в sin y + c sin a1)] + (9)
+T2 [(c + hctgS) sin a2 - h cos a2 cos в sin y- c sin a2 ] = 0
1з (41) отримаемо: G ■ a1 + T(h + R)(sin a cos y - cos a sin в sin y) + T1h(sin a cos y + sin в sin y) + ( +T2h(sin a2 cos y + cos a2 sin в sin y) = Введемо, з метою спрощення записiв, позначення -(h + R) cos a cos в sin y + (c + hctgS) sin a = t (c + hctgS) sin a1 + h cos a1 cos в sin y + c sin a1 = t1 (c + hctgS) sin a2 - h cos a2 cos в sin y - c sin a2 = t2
(h + R) sin a cos y - cos a sin в sin у) = z h(cos ai sin в sin y + sin ai cos y) = z\ h(cos a2 sin Д sin y + sin a2 cos y = z2 Тепер рiвняння (9) i (10) запишемо так:
G(c + hctgS) + T ■ t + T1 ■ t1 + T2 ■ t2 = 0 (91)
Ga1 + T ■ z + T ■ z1 + T2 ■ z2 = 0 (101)
I Í3 системи рiвнянь (91) i (101) можемо знайти зусилля, що виникають в розтяжках:
T1=-
T2 =■
G
^ c + hctgS a1 л
t2
+ T
z2 J
t2 z2
G
/ c + hctgS a1 л t1 z1 J
+ T
(11) (12)
Як видно Í3 отриманих залежностей, до 1хнього складу входять кутовi параметри положення розтяжок, а також геометричш параметри точок мюця 1хнього крiплення у прийнятш системi координат. Це дае змогу при подаль-шому аналiзi даних залежностей визначити найбiльш оптимальш кути вста-новлення розтяжок - a15 a2, в, в2 •
Величина реакци сил тертя, F2y, в опорнiй точцi рами А2, виходячи iз рiвняння (21), рiвна
F2y = T1 cos a1 ■ sin Д + T2 cos a2 sin в2 - T cos a sin в (13)
Значення величини реакци сил тертя, F2y, можемо також знайти, ви-користовуючи залежнiсть (6'). Виконавши певнi математичнi перетворення, отримаемо:
T(h cosa1cos Д cos y- c ■ cosa1sin в) - T2(h cosa2cos Дcosy- c cosa2sin в) - T(h+R) x cosacos в cosy F2y=-TTT-
c+hctgo
Цшком очевидно, що значення F2y, визначенi iз (13) i (14), будуть рiз-ними. Це пояснюеться тим, що F2y, визначене iз (13), забезпечуе неможли-вiсть перемiщення опорно! точки A2 у напрямку ос 0y, а значення F2y, знайдене iз (14), забезпечуе неможливють повороту системи навколо ос 0Z. Отже, iз цих двох значень необхщно вибрати бiльше iз них. Саме воно забез-печить зменшення зусилля у напрямку ос 0y i неможливiсть повороту системи навколо ос 0Z.
Рiзниця за величиною значення F2y, визначеного iз залежностей (13), (14), наводить на думку, що показана на рис. 1 конструкщя канатно-трелю-вально! системи потребуе вдосконалення, оскiльки за наявностi тако! принци-тально! схеми установки, сили T1 i T2 створюють моменти, як можуть спри-чинити повороти системи навколо осей 0Z i 0y.
Щоб уникнути цих поворолв вважаемо, що закрiплювати розтяжки необхщно в точцi, яка розташована на ос ОК повороту рухомого блока i так,
щоби лши ди сил T, T i T2 перетинали вюь ОК повороту рухомого блока в однш точцi. Це вщповщае умовi, що с = 0 .
У цьому випадку piB^HM (61) запишемо
F2y • hctgS + T(h + R) cos a cos в cos у - Th cos a1 cos в cos у + T2h cos s2 cos в cos / = 0 (611)
Де h > h i буде близьким до h.
Звщки значення F2y
^ (T1 • cos a1 cos в- T2coss2cos в2) • h - T (h + R) cos a cos в ^ лк
F2 y =-—"--co^. (14)
hctgo
Висновки. Запропонована конструкщя канатно-трелювально! систе-ми, на корисну модель яко! отримано патент, е одним i3 перспективних нап-pямiв створення устаткування для первинного транспортування деревини в складних умовах люоексплуатаци.
Отpиманi теоpетичнi залежностi (11, 12) дають змогу, виходячи з умов стшкосп рамно! опори КТС шд час роботи, визначити найбiльш оптимальш кути встановлення розтяжок та !хшх геометричних паpаметpiв.
Здiйсненi теоpетичнi дослщження показали, що найбiльш рацюналь-ною формою конструкци похило! щогли 5 (рис. 1) е не трапецеидальна, а у виглядi трикутника, у вершит якого встановлений напрямний блок i напря-ми ди сил T, T T2 пеpесiкаються в однiй спiльнiй точцi на напрямному блощ.
Л1тература
1. Белая Н.М. Канатные лесотранспортные установки / Н.М. Белая, А.Г. Прохоренко. -М. : Изд-во "Лесн. пром-сть", 1964. - 299 с.
2. Калуцький 1.Ф. Рекреацшш гipськi люи на Iвано-Фpанкiвщинi та особливосп веден-ня господарства в них / 1.Ф. Калуцький., А.М. Гаврусевич, А.П. 1ванюк, М.М. Запоточний // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ Украши. - 2009. - Вип. 19.5. - С. 152-155.
3. Мартинщв М.П. Проблеми первинного транспортування деревини в прських умовах i шляхи !х виpiшення / М.П. Маpтинцiв // Науковi пpацi Лювничо! академп наук Украши : зб. наук. праць. - Львiв : НУ "Львiвська полггехтка". - 2004. - Вип. 3. - С. 114-118.
4. Шкчря Т.М. Машини та обладнання лiсосiчних i лiсо-складських роб^ : пiдpучник / Т.М. Шюря. - Львiв : Вид-во "Тpiада Плюс", 20058. - 436 с.
Кий А.В., Магура Б.О. Стойкость рамной опоры канатно-трелевоч-ной системы
Предложена конструкция перспективного оборудования для освоения лесосек в сложных условиях лесоэксплуатации, исследована стойкость рамной опоры канат-но-трелевочной системы (КТС) во время первичной транспортировки древесины. Осуществленные теоретические исследования показали, что наиболее рациональной формой конструкции наклонной мачты является не трапецеидальная, а в виде треугольника, в вершине которого установлен направляющий блок.
Kyj A.V., Magura B.O. Stability of frame support of cable-skidding system
The construction of a new-designed equipment for cutting areas development in hard forest usage conditions has been proposed. It has been studied stability of a frame support of the cable-skidding system during the primary transporting of timber. Carried out theoretical researches described that the most rational form of construction of sloping mast is not razor, but as a triangle a sending block is set in the top of which.
