Универсальная машина для заготовки деревьев, хлыстов и сортиментов Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Лесозаготовительное производство и лесное машиностроение

t Пуск I gy Mfcrosoft Word - s,.. | ^ 3PM-W - Right

13:49

Рис. 4. Определение плоскости трансформирования тремя точками

Рис. 5. Расчет ортофото и распознавание спилов

22

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2012

Лесозаготовительное производство и лесное машиностроение

были реализованы в мобильной конфигурации. Эксперименты проводились для двух вариантов системы - TV и IP. Камеры располагались на штативах на платформе временного складирования лесоматериалов. Расстояние до измеряемой пачки составляло примерно 9 м.

Были выполнены процедуры калибровки и оценки параметров внешнего ориентирования комплекса и проведено тестирование функций системы, что показано на интерфейсе программного обеспечения после выполнения функций расчета ортофото и распознавания спилов на ортофото, рис. 5.

Проведение экспериментальных работ подтвердило работоспособность системы автоматизированного учета круглых лесоматериалов и основные технические характеристики системы:

- время измерений - 10 с,

- точность измерений трехмерных координат в рабочем поле системы - 0,1 %,

- относительная точность оценки диаметра спилов - 2 %,

- точность оценки объема пачки (в предположении известной длины пачки) - 4 %.

Для получения более статистически обоснованных оценок необходимо создать стационарную позицию на одном из лесоперерабатывающих предприятий и провести опытную эксплуатацию системы для сбора статистических данных и подтверждения технических характеристик.

Преимуществами системы автоматического учета круглых лесоматериалов являются:

- высокая степень автоматизации,

- высокая точность системы,

- автоматизированное формирование отчетных материалов,

- документальное сохранение данных о каждой пачке лесоматериалов в различных формах (масштабные фотографии торца пачки, результаты обработки изображений, производные формы отчетов),

- возможность накопления информации для анализа и совершенствования системы,

- возможность оперативной передачи информации,

- возможность удаленного режима измерений (в том числе и по сети Интернет).

Проведенные исследования позволили сформулировать ряд предложений по улучшению характеристик системы:

- упрощенный вариант калибровки системы,

- исследование способов повышения точности за счет оценки расстояния до каждого спила в пачки,

- повышение надежности распознавания за счет применения специального подсвета и робастных методов обработки изображений.

Библиографический список

1. Курицын, А.К. Организация учета круглых лесоматериалов на предприятии / А.К. Курицын // Леспроминформ. - 2003. - № 12.

2. Полищук, В.П. Оценка и учет лесоматериалов: учеб. пособие / В.П. Полищук, В.Н. Минаев, Л. Л. Леонтьев, Б.М. Локштанов. - СПб.: СПбГЛТА, 2003. - 108 с.

3. Анучин, Н.П. Определение объемов хлыстов и сортиментов / Н.П. Анучин. - М.: Лесная пром-сть, 1985. - 184 с.

УНИВЕРСАЛЬНАЯ МАШИНА ДЛЯ ЗАГОТОВКИ ДЕРЕВЬЕВ,

хлыстов и сортиментов

Д.В. КОНДРАТЮК, зам. гл. конструктора ФГУП «ГНЦ ЛПК», асп. МГУЛ

Р.А. ЛЮМАНОВ, вед. науч. сотрудник ФГУП

Одним из перспективных и экономически эффективных направлений машинизации лесосечных работ было и остается создание и широкое внедрение в различных лесозагото-

ГНЦ ЛПК», член-кор. РАЕН, канд. техн. наук

[email protected]

вительных регионах России универсальных лесозаготовительных машин, удовлетворяющих лесоводственно-экологическим требованиям.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2012

23

Лесозаготовительное производство и лесное машиностроение

Рисунок. Универсальная лесозаготовительная машина ЛЗ-4

Анализ применения отечественных и импортных лесозаготовительных машин на лесосечных работах РФ показывает, что наиболее перспективным и востребованным с учетом природно-производственных, технологических, лесоводственных и стоимостных требований является разработка, изготовление и внедрение новых гусеничных универсальных лесозаготовительных машин повышенной мощности, грузоподъемности, устойчивости и проходимости на слабоне-сущих грунтах с низким давлением на грунт 60-65 кПа. Такие универсальные машины будут широко востребованы и использованы для заготовки деревьев, хлыстов и сортиментов при сплошных и выборочных рубках.

Технология лесозаготовок многооперационными машинами предусматривает совмещение выполнения одной машиной операций валки, пакетирования и трелевки деревьев или валки, обрезки сучьев и трелевки хлыстов и др. Благодаря этому из технологического цикла исключаются повторные, нецелесообразные действия с предметом труда (деревом) на стыке между операциями, вследствие чего исключаются ненужные энергозатраты и снижается себестоимость заготовки 1 м3 древесины. Кроме того, таким

машинам присущи автономность, универсальность выполнения одной машиной (независимо от других) основных и подготовительно-вспомогательных работ на лесосеке как при работе в нормальных условиях, так и при работе в экстремальных условиях (разработка ветровалов, горельников и пр.).

Создание нового поколения таких машин на гусеничной базе имеет большие резервы для роста производительности труда и экономической эффективности лесозаготовительного производства.

ФГУП «Государственный научный центр лесопромышленного комплекса совместно с ОАО «Алтайское тракторостроительное объединение» в 2010-2011 гг. разработали универсальную лесозаготовительную машину ЛЗ-4 (рисунок) на модернизированном шасси трактора ТТ-4М-04-48 с повышенной поперечной и продольной устойчивостью и увеличенной площадью опорной поверхности гусениц.

Технологическое оборудование машины включает:

- манипулятор СФ-140Л с харвестор-ной головкой LogMax 5000C;

- зажимной коник для формирования и трелевки пакета деревьев, хлыстов;

24

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2012

Лесозаготовительное производство и лесное машиностроение

- толкатель для вспомогательных работ;

- кабина одноместная, шумовиброи-золированная с вентиляцией и обогревом и поворотным сидением, обеспечивающим разворот оператора на 180° с фиксацией в переднем и заднем положениях;

- гидросистема привода рабочего оборудования базируется на двух насосах FRR 074BLS фирмы SAUERDANFOSS, электро-гидравлическая система управления рабочим оборудованием - на базе джойстиков этой же фирмы, размещенных на подлокотниках кресла оператора.

Машина оборудована:

- системой управления, обеспечивающей выпиливание в автоматизированном (программном) или ручном режиме без переналадки не менее шести длин в любом наборе заданных сортиментов;

- системой управления и контроля над работой и учета выполненного объема работ motomitJT;

- вспомогательными системами (система терморегулирования рабочей жидкости и др.).

Для быстрого запуска дизеля в холодное время установлен предпусковой подогреватель с таймером, обеспечивающим программируемое предварительное включение подогревателя.

Основные параметры машины: эксплуатационная масса с гусеницей шириной 600 мм 18437 кг, мощность двигателя 95,5 кВт, диапазон скоростей движения 2,28-10,3 км/ч, колея 2550 мм. Габаритные размеры в транспортном положении: длина с толкателем 7070 мм, ширина 3100мм, высота 3950 мм. Оптимальная нагрузка 10 м3.

Машина ЛЗ-4 предназначена для выполнения:

- валки деревьев;

- обрезки сучьев;

- сбора и трелевки деревьев, хлыстов;

- раскряжевки хлыстов.

Машина может работать как по хлыстовой технологии, так и по сортиментной и в режиме:

- валка-трелевка деревьев - обрезка сучьев - трелевка хлыстов;

- валка деревьев - обрезка сучьев -раскряжевка;

- подбор поваленных деревьев - обрезка сучьев - трелевка хлыстов;

- подбор поваленных деревьев - обрезка сучьев - раскряжевка.

Машина ЛЗ-4 может использоваться при сплошных и выборочных рубках в лесонасаждениях со средним объемом хлыста 0,2-

1,1 м3 в районах как европейской, так и азиатской частей Российской Федерации на грунтах с несущей способностью не менее 60 кПа, при глубине снежного покрова до 1,2 м, на уклонах местности до 15° с преодолением отдельных препятствий высотой до 0,5 м, в районах с температурой окружающей среды от минус 40°С до плюс 40°С, при одно-, двух- и трехсменном режиме работы с обязательным соблюдением действующих лесоводственно-экологических требований и исключением производственного травматизма.

Порядок работы машины. Возможны несколько известных технологических вариантов работы машины при заготовке хлыстов в зависимости от периода года, влажности и состояния волока:

- валка - обрезка сучьев - трелевка пачки хлыстов за вершины;

- валка - обрезка сучьев - трелевка пачки хлыстов за комли;

- валка - трелевка пачки деревьев за комли на погрузочную площадку с последующей там же обрезкой сучьев и складированием хлыстов в штабель и др.

Во всех вариантах работы машина движется только по волоку, поэтому на вырубленной пасеке сохраняется подрост и не разрушается почвенный покров.

Ниже производится расчет рейсовой нагрузки и производительности машины при заготовке хлыстов.

Рейсовая нагрузка машины по неука-танному волоку и мягкому грунту на уклоне до 15° при трелевке пачки хлыстов за вершины равна

FK-P-(f+\0-i)

[^■(/1+10-0 + (1-Я>(/2+10-|)]- у’ где Q - рейсовая нагрузка, м3;

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2012

25

Лесозаготовительное производство и лесное машиностроение

F - касательная сила тяги машины, Н; Fk= (2650 Я г|) / V;

N - мощность двигателя, л.с.; N= 130 л.с.; V — скорость движения машины при номинальной частоте работы двигателя; принимаем скорость движения машины на 1-й передаче; V= 2,28 км/ч; г| - коэффициент полезного действия трансмиссии; г\ = 0,85.

При этих данных

F= (2650x130x0,85)/2,28 = 128432 Н;

Р - масса машины, т; Р= 18,44 т, f — удельное сопротивление движению машины, Н/т;/= 900 Н/т; i - величина уклона; i = tga-1000, это крутизна уклона i = h/L1000; где h - разница в высоте между начальной и конечной точками уклона;

L - длина уклона по горизонтали, перевод уклонов из градусов в тысячные: при угле 15° угол в тысячных % равен 270; i = 270;

f — удельное сопротивление движению пачки по волоку, Н/т; Р= 6500 Н/т; у - плотность трелюемой древесины, т/м3; у = 0,83 т/м3;

К - коэффициент распределения нагрузки пачки хлыстов между коником машины и волоком; практически К = 0,25-^0,35 при трелевке за вершины и К= 0,5-й),6 при трелевке за комли.

Величина рейсовой нагрузки при трелевке пачки хлыстов за вершины при вышеприведенных данных и К= 0,35 равна Q = 10,3 м3.

Величина рейсовой нагрузки при трелевке пачки деревьев (хлыстов) за комли и К = 0,6 равна Q = 10,5 м3.

Далее определяется производительность машины, при этом объем трелюемой пачки для всех рассматриваемых вариантов работы на основе вышеперечисленных расчетов принимается оптимальным - равным 10 м3.

Условия работы: смешанные хвойнолиственные насаждения, площадь лесосеки 25 га, эксплуатационный запас 180^-250 м3/ га, расстояние трелевки до 300 м, объемный вес свежесрубленной древесины 830 кг/м3. Средний объем хлыста 0,4 м3. Ус лесовозной

дороги проходит по центральной оси и делит площадь лесосеки на две равные части.

Производительность машины при валке-обрезке сучьев-трелевке пачки хлыстов за вершины определяется по формуле

Я

ТхК0П

СМ.ОП I I

nxt +-^ + ^ + t оп у у "

xqxn,

где Т — продолжительность смены-работы: Т= 480 мин,

К — коэффициент, учитывающий время чистой оперативной работы машины в смену; 7^=0,802,

п - количество хлыстов в пачке; п=25 шт.

оптимальный объем пачки qn=\ Ом3, q - средний объем хлыста, q = 0,4м3, t — время чистой оперативной обработки одного дерева в сек. (подвод ВСУ к дереву, зажим, опиливание, подтаскивание дерева, обрезка сучьев, укладка вершинной части хлыста в коник, укладка сучьев и вершинок на волок, переезд к следующей группе деревьев),ton=82 с/дерево,

/ и / - средние расстояние грузового и холостого хода машины в метрах, I =1 = 225 м,

Кх И V„ ~ скорость грузового и холостого ходов машины; V =2,28 км/ч, V =4,85 км/ч,

t - время на сброс и выравнивание пачки хлыстов на верхнем складе;

t = 0,9 мин.

пп 7

Производительность машины за чистое оперативное время в смену Псмоп = 88 м3,

Производительность за 1 час чистого оперативного времени работы П = 88 /

Г гг час.оп

8x0,802 = 13,7 м3,

Производительность за 1 час эксплуатационного времени работы П = 88 / 8 = 11 м3.

Производительность машины при валке - обрезке сучьев - трелевке пачки хлыстов за комли. Объем пачки хлыстов при трелевке за комли равен 10,0 м3. Количество хлыстов в пачке п = 25 шт. Остальные численные значения исходных данных в формуле производительности приняты прежними.

П =88 м3, Я

ГЯ4 ПП ' U/

13,7 м3, Я =11 м3.

26

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 8/2012