Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

МОДЕРНИЗАЦИЯ ВАЛОЧНО-ПАКЕТИРУЮЩЕЙ МАШИНЫ

Егоров А.Л. 1 Костырченко В.А. 1 Мадьяров Т.М. 1 Ловков Д.А. 1
1 ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет»
В статье рассмотрено развитие строительства дорог, большинство из которых проходят через леса. В связи с этим при строительстве магистралей, транспортных узлов возникает необходимость вырубки большого количества деревьев и кустарников. Рассмотрена актуальность создание универсальных машин, которые выполняют сразу несколько операций, что позволяет экономить время и материальные ресурсы заказчика, и самое главное – наносят меньше вреда окружающей среде. Описаны основные элементы технологического цикла валочно-пакетирующей машины. Произведена модернизация валочно-пакетирующей машины за счет усовершенствования захватно-срезающего устройства. Выполнены необходимые расчеты. Определены геометрические характеристики сечения захватного рычага. Добавлены дополнительные пары захватных рычагов, что позволило увеличить количество захватываемых деревьев до 7 шт., тем самым повысив производительность валочно-пакетирующей машины на 7?%.
валочно-пакетирующая машина
захватно-срезающее устройство
захватные рычаги
лесозаготовка
древесина
модернизация
1. Костырченко В.А., Мадьяров Т.М., Слезов М.А., Васильев А.П. Обзор методов и конструкций по утилизации древесных отходов для создания машины по производству пеллет // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 11–1. – С. 66–70.
2. Костырченко В.А., Мадьяров Т.М., Мерданов Ш.М. Основные аспекты развития транспортной инфраструктуры крайнего севера // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 3–1. – С. 31–36.
3. Кречетников Е.Г., Слезов М.А., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М. Обзор конструкций харвестеров для подготовительных работ при строительстве дорог В сборнике: Наземные транспортно-технологические комплексы и средства материалы Международной научно-технической конференции. Министерство образования и науки РФ; Тюменский индустриальный университет. – 2016. – С. 145–148.
4. Ловков Д.А., Слезов М.А., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М. Применение валочно-пакетирующей машины для подготовительных работ В сборнике: Наземные транспортно-технологические комплексы и средства материалы Международной научно-технической конференции. Министерство образования и науки РФ; Тюменский индустриальный университет. – 2016. – С. 157–161.
5. Мерданов Ш.М., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М., Ахмадуллина Л.Г., Плохов А.А. Модернизация зажимного коника трелевочного трактора ТТ-4М // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 11–1. – С. 53–58.
6. Мерданов Ш.М., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М., Ахмадуллина Л.Г., Плохов А.А. Обоснование необходимости модернизации машин для лесозаготовительных работ на примере трелевочного трактора ТТ-4М // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 10–3. – С. 516–520.

Российская Федерация активно осваивает новые территории. Для их развития необходимо строительство дорог, большинство из которых проходят через леса. В связи с этим при строительстве магистралей, транспортных узлов возникает необходимость вырубки большого количества деревьев и кустарников. Для облегчения данного процесса используется различная лесосечная техника, применение таких машин позволяет сократить время расчистки территории и вывоза сырья к месту его переработки. Такую технику целесообразно применять в комплексе. То есть машины выполняют сразу несколько операций, начиная от валки деревьев, заканчивая их разгрузкой на пункте приема. Как правило, формируются бригады рабочих. Особенностью таких работ является взаимопомощь, совмещение рабочих профессий и взаимозаменяемость в работе. Это приводит к снижению утомляемости рабочих, повышается коллективная заинтересованность всех членов бригады в выполнении задания, уменьшаются простои оборудования, что позволяет повысить производительность труда на 10–15 % [1].

При разработке новых просек составляется карта технологического процесса, исходя из исследования леса, выбирается технология его рубки. В Российской Федерации много разновидностей лесов. В соответствии с экономическим, экологическим и социальным значением участков лесного фонда, их местоположением и выполняемыми ими функциями производится разделение лесного фонда по категориям лесов.

Технологический процесс определяется числом операций, выполняемых на лесосеке, характером этих операций и последовательностью их выполнения.

Полученная в ходе разработки участка, древесина поставляется на деревообрабатывающие заводы. Изначально древесину использовали в качестве топлива, затем – строительного материала, позднее – для изготовления бумаги, нужд химического производства и многого другого. На сегодняшний день она считается самым экологически чистым и безопасным материалом. Однако ее добыча – это очень трудоемкий и затратный процесс. Он включает в себя различные виды работ. Поэтому создаются новые универсальные машины, которые выполняют сразу несколько операций, что позволяет экономить время и материальные ресурсы заказчика, и самое главное – наносят меньше вреда окружающей среде.

Одна из таких машин – валочно-пакетирующая машина (ВПМ), сконструирована на базе одноковшового экскаватора. Машина предназначена для срезания деревьев и укладки их в пачки, удобные для трелевки. Внешнее устройство машины аналогично устройству экскаватора, только вместо ковша имеется механизм для захвата и срезания деревьев.

Такой вид машин получил название машины манипуляторного типа. Они позволяют разрабатывать ленту в два раза большое длины манипулятора, за счет большого вылета, что позволяет в значительной мере сохранить молодой подросток. ВПМ относят к широкозахватным машинам и позволяют с одного захода спиливать несколько деревьев.

В зависимости от характеристик машины их могут использовать для рубки деревьев с различным диаметром стволов. Обычно это 0,5–0,6 м на высоте 1,0–1,5 м от земли, расположенных преимущественно на равнинной местности, реже в слабохолмистой с максимальным уклоном 15–20 °, на грунтах, несущая способность которых выдерживает работу машины со средним статическим давлением до 0,1 МПа, при высоте снежного покрова до 1 м. ВПМ состоит из следующих основных узлов [1]:

– базовый гусеничный или колесный трактор;

– манипулятор (навесное технологическое оборудование);

– гидросистема;

– ходовая часть;

– опорно-поворотное устройство;

– поворотная платформа с кабиной;

– система управления;

– захватно-срезающее устройство (ЗСУ).

Все рабочее оборудование машины работает за счет гидравлического привода (рис. 1) [1].

Основные этапы работы ВПМ представлены на рис. 2 [1].

Машина является начальным звеном в системе работы лесосечных машин: валочно-пакетирующая машина – трелевочный трактор – сучкорезная машина – челюстной погрузчик, что позволяет выполнять лесосечные работы на основе комплексной механизации без применения ручного труда [2].

Встречаются различные разновидности ВПМ. Их классификация в основном производится по двум критериям. Это тип ходового оборудования:

– гусеничный;

– колесный.

egor1.tif

Рис. 1. Валочно-пакетирующая машина ЛП-19Б, где 1 – ходовая часть машины; 2 – рама с опорно-поворотным устройством и поворотной платформой; 3 – кабина оператора; 4 – силовая установка; 5 – отсек гидросистемы; 6 – кондиционер; 7 – манипулятор; 8 – захватно-срезающее устройство (ЗСУ)

egor2.tif

Рис. 2. Основные элементы технологического цикла

И направление манипуляций технологического процесса:

– полноповоротные;

– фронтальные;

– фланговые.

Как и все транспортные средства, валочно-пакетирующая машина имеет свои преимущества и недостатки.

К преимуществам данной техники можно отнести:

– универсальность;

– выполнение нескольких операций;

– возможность применения сменного оборудования;

– наличие большой базы технической документации;

– автоматический контроль за всеми системами;

– экономичность в сравнении с зарубежными аналогами;

– местное производство, что позволяет в кратчайшие сроки доставать нужные запасные части, документацию для улучшения работы каких-либо узлов, возможность непосредственного контакта с производителем;

– отличную приспособленность к различным климатическим условиям, таким как жаркий климат южных широт и суровые северные условия;

– относительную простоту конструкции, что позволяет производить ремонт непосредственно на участке работы;

– надежность всех систем;

– максимальная автоматизация управления; снижает утомляемость оператора, повышает его работоспособность и желание работать;

– машина придумана и произведена в Российской Федерации, и как преимущество можно отметить то, что гораздо легче будет найти квалифицированного оператора, так как в стране есть сеть учебных заведений, готовящих кадры для работы на этом типе машин, и в какой-то степени будет решена проблема безработицы.

К недостаткам можно отнести:

– плохую устойчивость машины при максимальном вылете манипулятора;

– сплетение сучьев деревьев между собой в пачке;

– сложность гидропривода;

– применение дорогих видов горюче-смазочных материалов в связи со сложностью конструкции;

– необходимость применения высококачественных материалов, для изготовления ответственных деталей машины;

– как недостаток можно отметить и то, что после работы данной машины должна следовать другая техника для вывозки полученных пачек.

Высокопроизводительная машина конкурентоспособна на рынке. Повысить производительность машины и тем самым сократить сроки проведения подготовительных работ при строительстве транспортных узлов, транспортных магистралей и различных объектов, проходящих через леса, поможет увеличение количества захватываемых в один цикл деревьев.

Применяемая в современном строительстве техника позволяет механизировать практически все технологические операции. Ее применение полностью устраняет тяжелый труд рабочих, в несколько раз повышает производительность, значительно улучшает условия труда. Дальнейшее совершенствование техники ведется в направлении повышения производительности, уменьшения травматизма на рабочих местах, улучшения экономичных и эргономичных показателей, снижения вредного воздействия на окружающую среду. При всех этих плюсах человечеству нужно стремиться к снижению стоимости такой техники, что повысит ее привлекательность для потенциального заказчика. Таким образом, более эффективное использование лесных богатств положительно отразится не только на экономике региона, но и улучшит экологическое состояние страны.

egor3.tif

Рис. 3. Валочно-пакетирующая машина

egor4.tif

Рис. 4. Модернизированное захватно-срезающее устройство ВПМ

На рис. 3 представлен общий вид валочно-пакетирующей машины.

Проектирование и расчет модернизированного захватно-срезающего устройства (рис. 4) ВПМ [5].

Определение геометрических характеристик сечения захватного рычага [5].

Толщину стенки определим по формуле

egor01.wmf м. (1)

Принимаем δ = 0,006 м.

Размеры сечения в опасной точке: В = 0,065 м, Н = 0,086 м.

Определим геометрические характеристики сечения

Момент инерции относительно оси Х:

egor02.wmf м4.

Момент инерции относительно оси Y:

egor03.wmf м4.

Площадь сечения:

egor04.wmf м2. (2)

Момент инерции при кручении:

egor05.wmf, (3)

где egor06.wmf м, egor07.wmf м.

egor08.wmf м4.

Момент сопротивления при кручении:

egor09.wmf м4. (4)

Статический момент наружной стенки относительно оси Y:

egor10.wmf (5)

Расчет рычага на прочность [4]. Максимальные нормальные растягивающие напряжения возникают в точке Е. Их величина, определяется по формуле

egor11.wmf, (6)

где [σ] – допускаемое напряжение для материала рычага, МПа. Вычисляется по формуле

egor12.wmf МПа, (7)

где σТ – предел текучести, для стали 14Г2 σТ = 340 МПа по ГОСТ 4543–71.

egor13.wmf

Условие выполняется.

Максимальное касательное напряжение, обусловленное кручением данного сечения:

egor14.wmf МПа. (8)

В точках L и M возникают также касательные напряжения t от нагрузок QX и QY, определяемые по формуле Журавского

egor15.wmf, (9)

где Q – поперечная сила, Н; SCT – статический момент отсеченной части, м3; J – момент инерции относительно соответствующей оси, м4, l – ширина сечения в рассматриваемом слое, м.

Приблизительно эти напряжения можно принять равными:

egor16.wmf (10)

egor17.wmf, (11)

где [τ] – допускаемые касательные напряжения материала. Вычисляем по формуле

egor18a.wmf

egor18b.wmf МПа.

Принимаем [t] = 200 МПа.

Тогда суммарные касательные напряжения с учетом кручения и касательной силы в точках L и М:

egor19.wmf;

egor20.wmf

Условие выполняется.

В ходе проделанной работы в конструкцию захватно-срезающего устройства добавлена дополнительная пара захватных рычагов, что позволило увеличить количество захватываемых деревьев до 7 шт. Результатом модернизации является повышение производительности на 7 %, что уменьшает время на подготовительные работы и снижает материальные затраты.


Библиографическая ссылка

Егоров А.Л., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М., Ловков Д.А. МОДЕРНИЗАЦИЯ ВАЛОЧНО-ПАКЕТИРУЮЩЕЙ МАШИНЫ // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 12-2. – С. 272-277;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=41082 (дата обращения: 25.10.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074