ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УДАЛЕНИЯ ПНЕЙ МЕХАНИЗМОМ С ГИДРОПУЛЬСАЦИОННЫМ ПРИВОДОМ
С целью повышения эффективности процесса удаления пней на гарях и мелколесье разработана перспективная конструкция машины с гидропульсационным приводом. Для определения оптимальных технологических и конструктивных параметров машины составлена математическая модель процесса удаления пней механизмом с гидропульсационным приводом.
Корчевание пней является энергоемкой операцией при проведении лесохозяйственных работ. Для удаления пней на вырубках применяются разнообразные рычажные корчеватели (КМ-1А, МПР-1,5 и другие), фрезерные машины (МУП-4, МДП-1,5). На гарях, мелколесье, а так же при реконструкции придорожных и полезащитных лесных полос эти машины использовать не целесообразно из-за их высокой энергоемкости, металлоемкости и повреждения почвенного покрова движителями тягового средства. Поэтому получают распространение машины манипуляторного типа со сменным технологическим оборудованием дискретного действия [1].
Учеными Воронежской государственной лесотехнической академии разработан механизм с гидропульсационным приводом для корчевания пней, как сменное технологическое оборудование к экскаваторам и лесным манипуляторам, позволяющий повысить эффективность процесса удаления пней небольшого диаметра на гарях и мелколесье [2].
Механизм содержит раму с несущими брусьями 1 и присоединительным кронштейном 2 для навешивания на манипулятор, вертикальные стойки 3 с закрепленными на них рабочим органом с режущей кромкой в виде двух треугольников с верхней заточкой 4 и полуковша 5 в задней его части (рисунок 1).
Рама с несущими брусьями выполнена в виде П-образной формы с треугольными зубчатыми упорами 7 на внутренней части поперечного бруса. Вертикальные стойки 3 и рабочий орган 4 образуют двуплечий рычаг, который может
поворачиваться гидроцилиндрами 8, полости которых соединены с
137
распределителем 9 через гидропульсатор 10 или регулируемый дроссель 11. Несущие брусья 1 выполнены консольными, они снабжены шарнирами 12 крепления вертикальных стоек. Нижняя кромка лезвия рабочего органа 4 в исходном I и конечном II положениях расположена на уровне или ниже опорной поверхности О-О.
Рисунок 1 - Технологическая (а) и гидрокинематическая (б) схемы механизма для корчевания пней
Механизм работает следующим образом: П-образная рама опускается на пень, регулируемый дроссель 11 закрывается и включается пульсатор 10, который обеспечивает пульсирующее давление рабочей жидкости колебательное движение штоков гидроцилиндров и рабочих органов 4. При повороте рабочих органа в положение 2 зубчатые упоры на поперечной балке рамы внедряются в нижнюю часть пня и фиксируют положение оборудования относительно пня. После вырезания пня оборудование поднимается над подпневой ямой, за счет вибрации происходит отряхивание почвы, которая осыпается в яму, затем гидропульсатор выключается, и манипулятор транспортирует пень в древесный вал или транспортное средство.
С целью обоснования и оптимизации основных параметров механизма для удаления пней была разработана математическая модель процесса работы механизма. Уравнение моментов действующих сил на рабочий орган и шток гидроцилиндра относительно оси ОУ имеет вид
где Ршт - усилие на штоке гидроцилиндра, Н;
h - плечо силы Ршхотносительно оси ОУ м; /г = / * cos ; I = ОЛ,м;
Рр - сила резания, Н;
R - плечо силы Рр относительно оси О У, м;
Jnp- приведенный момент инерции подвижных элементов к точке О, кг*м2; (р - угол поворота вертикальной стойки от горизонтали, рад.
Из уравнения моментов имеем
Так как гидропульсатор работает по синусоидальному закону, то изменение величины усилия на штоке гидроцилиндра можно выразить зависимостью [3]
где ро - давление в гидроприводе предохранителя при включенном гидропульсаторе, Па;
рт - амплитудное значение давления, развиваемое гидропульсатором, Па; / и у/ - частота и начальная фаза пульсации давления в гидроцилиндре; Sn- рабочая площадь гидроцилиндра, м2:
При изучении процесса резания грунта клиновидным лезвием установлено, что главный вклад в величину момента сил сопротивления резанию дают нормальные компоненты сил, приложенные к режущей кромке резца. При этом влиянием сопротивления на верхней и нижней фасках режущего элемента можно пренебречь.
На фаске лезвия лобовая сила сопротивления считается преобладающей, поэтому
TjiQPp - сила сопротивления, приложенная к лезвию резца,
ЪР — толщина лезвия,
1Р - длина лезвия,
Окончательная формула для определения силы сопротивления резанию имеет вид [4]
где xi,zi - координаты точки приложения силы; dk - диаметр корня, м;
Рр - сила сопротивления, приложенная к лезвию резца;
- 8Р - толщина лезвия;
- 1Р - длина лезвия.
Для описания рабочих процессов гидропривода механизма используем уравнение расхода рабочей жидкости
где кр - коэффициент, учитывающий упругие свойства гибких трубопроводов и рабочей жидкости.
р - давление насоса, Н/ м2;
ау- коэффициент утечек,
Определяем скорость штока гидроцилиндра из следующего выражения
Подставим силу резания в уравнение моментов (1), получим математическую модель процесса удаления пня механизмом с
гидропульсационным приводом в виде системы дифференциальных уравнений
Произведя расчеты, по заданному множеству, к = и
геометрическим характеристикам резцов для любого положения рабочего органа машины для удаления пней можно определить, на каком из элементов лезвия осуществляется срез корня пня, а на каком происходит процесс резания почвы [5].
Таким образом, разработана математическая модель процесса удаления пня механизмом с гидропульсационным приводом с целью определения его оптимальных технологических и конструктивных параметров.
Список литературы
- 1. Попиков, П.И. Повышение эффективности гидрофицированных машин при лесовосстановлении на вырубках [Текст]: монография / П.И Попиков. - Воронеж: ВГЛТА, 2001. - 156 с.
- 2. Патент на полезную модель 126889 РФ, МПК В66С13/42. Выкопочная машина [Текст] / П.И. Попиков, Р.В. Юдин, ДЮ. Дручинин [и др.] ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО "ВГЛТА". -№ 2012146324 ; заявл. 30.10.2012 ; опубл. 20.04.2013.
- 3. Посметьев, В.И. Модель процесса вибрационного взаимодействия с почвой дисковых рабочих органов лесных орудий [Текст] / В.И. Посметьев, В.В. Посметьев // Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления лесного комплекса: сб. научн. тр. - Воронеж, 1999. - Вып. 4. - С. 5-9.
- 4. Дручинин, Д.Ю. Математическая модель взаимодействия рабочего органа выкопочной машины с почвой и корнями растений [Электронный ресурс] / Д.Ю. Дручинин, О.Р. Дорняк, М.В. Драпалюк // Электронный журнал КубГАУ. - Краснодар, 2011. - № 68 (04).
- 5. Дручинин, Д.Ю. К вопросу учета взаимодействия рабочего органа лесных машин с почвой и корнями растений при математическом моделировании [Текст] / Д.Ю. Дручинин // Молодой ученый. - Чита, 2011. - № 7.-С. 25-28.
УДК 630*232.32
