close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Лесотехнический журнал 2011 №1

код для вставкиСкачать
ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ
ЖУРНАЛ
Научный журнал
2011 г. № 1 (1)
Учредитель – Государственное образовательное учреждение высшего
профессионального образования «Воронежская государственная
лесотехническая академия» (ВГЛТА)
Главный редактор
В.М. Бугаков
Заместитель главного редактора
И.М. Бартенев
Члены редакционной коллегии
Д.Н. Афоничев
Т.Л. Безрукова
М.В. Драпалюк
В.К. Зольников
С.М. Матвеев
В.С. Петровский
А.Д. Платонов
Ф.В. Пошарников
А.И. Сиволапов
А.В. Скрыпников
С.И. Сушков
О.В. Трегубов
А.А. Филонов
Н.А. Харченко
М.П. Чернышов
Ответственный секретарь
С.В. Пономарев
Редактор
С.Ю. Крохотина
Компьютерная верстка
С.В. Пономарев
Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере
связи, информационных технологий
и массовых коммуникаций.
Свидетельство о регистрации
ПИ № ФС77-44148 от 09.03.2011 г.
Материалы настоящего журнала
могут быть воспроизведены только
с письменного разрешения редакционной коллегии
РИО ГОУ ВПО «ВГЛТА»
394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8,
телефон (473) 253-72-51,
факс (473) 253-76-51,
e-mail: lesteh@vglta.vrn.ru
© ГОУ ВПО «ВГЛТА», 2011
СОДЕРЖАНИЕ
Бартенев И.М., Пошарников Ф.В., Цыплаков В.В. А.И. Баранов – крупный
ученый и педагог…………………………………………………………………………...
6
АВТОМАТИКА И АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
Жданов Ю.М., Хорошавин В.Н. Автоматизация агротехнических процессов
в агролесомелиорации с использованием гидромеханических систем………………...
9
РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА
Бартенев И.М., Казаков В.И., Казаков И.В. Аналитические исследования
рыхлительно-подрезающих лап культиватора для питомников………………………..
17
Драпалюк М.В., Коротких В.Н. Определение энергетических показателей лесного
дискового плуга в лабораторных условиях ……………………………………...............
21
Жданов Ю.М. Подъемно-навесное устройство для агрегатирования с тракторами
технических средств для лесного хозяйства ………….....................................................
28
Журавлев И.Н., Титов П.И., Попиков П.И. Экспериментальные исследования
рабочего процесса лесной фрезерной почвообрабатывающей машины
с двухпоточным предохранительным устройством……………………………………..
32
Попиков П.И., Беликов Е.В., Титов П.И., Юдин Р.В., Сидоров А.А. Результаты
экспериментальных исследований фрезы на базе гидроманипулятора
для измельчения пней и проблемы непользования древесных отходов………………..
38
Попиков П.И., Титов П.И., Беликов Е.В., Гончаров П.Э. Теоретические
исследования фрезерного рабочего органа с гидроприводом для понижения пней
твердолиственных пород на лесных участках……………………………………………
44
Пошарников Ф.В., Усиков А.В., Серебрянский А.И. Применение
композиционного материала на основе полимера в узлах трения
лесообрабатывающего оборудования…………………………………………………….
51
Цыплаков В.В., Карпенко В.А. Обоснование параметров и режимов работы
ступенчатого рыхлителя для мульчирователя лесной комбинированной сеялки.........
56
Цыплаков В.В, Рыхлов Р.А. О подаче резца при фрезеровании пня…………………
62
Цыплаков В.В., Фокин С.В. О влиянии жидкости на динамические характеристики
конической фрезы для измельчения пней………………………………………..............
70
ТЕХНОЛОГИЯ ЗАГОТОВКИ ДРЕВЕСИНЫ
Абрамов В.В. Обоснование оптимальных параметров работы трелевочных средств
на несплошных вырубках………………………………………………………………….
76
Афоничев Д.Н., Пядухов А.В., Гоптарев С.М. Оптимальный угол примыкания
лесовозного уса к ветке……………………………………………………………………
80
ТЕХНОЛОГИЯ ЛЕСОВЫРАЩИВАНИЯ
Жданов Ю.М., Хорошавин В.Н., Шульга В.Д. Биотехнологическое обоснование
и техническая реализация омоложения защитных лесонасаждений…………………...
86
Родин С.А., Казаков В.И. Перспективные технологии и машины для лесного
хозяйства……………………………………………………………………………………
89
2
Лесотехнический журнал 1/2011
ТЕХНОЛОГИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ПРОЦЕССОВ И СТРОИТЕЛЬСТВА
Афоничев Д.Н., Папонов Н.Н., Васильев В.В. Выбор гибкого
водонепроницаемого материала для стабилизации плавучести сплоточных
единиц………………………………………………………………………………………
Васильев В.В. Выбор буксировщика для самотормозящихся плотов………………...
Стородубцева Т.Н., Харчевников В.И., Стородубцев С.А., Потатаев С.В.,
Обрезанов Р.А., Федянина Н.В. Использование отходов нефтехимии
в железнодорожных шпалах………………………………………………………………
ЭКОЛОГИЯ
Тувышкина М.А. Биоразнообразие малоценных дубовых насаждений
Воронежской области……………………………………………………………………...
ЭКОНОМИКА
Петров П.А. Оценка финансового состояния промышленных предприятий
в системе контроллинга……………………………………………………………………
АННОТАЦИИ НА АНГЛИЙСКОМ ЯЗЫКЕ…………………………………………
Лесотехнический журнал 1/2011
95
100
103
107
111
118
3
CONTENTS
Bartenev I.M., Posharnikov F.V., Tsyplakov V.V. A.I. Baranov – a prominent scientist
and educator ………………………………………………………………………………...
6
AUTOMATION AND TECHNOLOGICAL PROCESS AUTOMATION
Zhdanov Yu.M., Khoroshavin V.N. Automation of agrotehnical processes
in agricultural afforestation using hydro-mechanical systems………………………………
9
WORKING PROCEDURE OF FOREST COMPLEX MACHINES
AND EQUIPMENT
Bartenev I.M., Kazakov V.I., Kazakov I.V. Analytical studies of cut-ripping claws
of cultivator for arboretum……………………………………………………………..........
Drapalyuk M.V., Korotkihk V.N. Determination of energy datum of wood disk plough
in the laboratory……………………………………………………………………………..
Zhdanov Yu.M. Lifting and hitch device for aggregation with a tractor hardware
for forestry…………………………………………………………………………………...
Zhuravlev I.N., Titov P.I., Popikov P.I. Experimental studies of workflow of timber
milling tillage machines with two-way safety device……………………………………...
Popikov P.I., Belikov E.V., Titov P.I., Yudin R.V., Sidorov A.A. The results
of the experimental studies of milling cutter with hydraulic drive for stumps grinding
and issues non–use of waste wood…………………………………………………………..
Popikov P.I., Titov P.I., Belikov E.V., Goncharov P.E. Theoretical studies of mill
working body with hydraulic drive to reduce hardwood stumps on forest plots……………
Posharnikov F.V., Usikov A.V., Serebryansky A.I. Application of composite material
based on polymer in friction unit of woodworking machines………………………………
Tsyplakov V.V., Karpenko V.A. Substantiation of parameters and modes of operations
of the stepped ripper for mulcher of wood combined seeder………………………………..
Tsyplakov V.V, Rykhlov R.A. About applying of cutter in stump milling………………..
Tsyplakov V.V. Fokin S.V. The effect of fluid on the dynamic characteristics
of a conical mill for grinding stumps………………………………………………………..
LOGGING TECHNOLOGY
Abramov V.V. Substantiation of optimal working parameters of skid equipment
in non-continuous cutting……………………………………………………………………
Afonichev D.N., Pyadukhov A.V., Goptarev S.M. The optimal angle of contact
of timber-whisker to a branch……………………………………………………………….
TECHNOLOGY OF FOREST CULTIVATION
Zhdanov Yu.M., Khoroshavin V.N., Shulga V.D. Biotechnology substantiation
and technical implementation of rejuvenation of protective forests………………………...
Rodin S.A., Kazakov V.I. Promising technologies and machinery for forestry…………...
4
Лесотехнический журнал 1/2011
17
21
28
32
38
44
51
56
62
70
76
80
86
89
TECHNOLOGY OF TRAFFIC PROCESSES AND CONSTRUCTION
Afonichev D.N., Paponov N.N., Vasilyev V.V. Selecting of flexible waterproof material
to stabilize the buoyancy of raft sections………………........................................................
Vasilyev V.V. Choice of tow for self-stopping rafts………………………………………..
Storodubtseva T.N., Kharchevnikov V.I., Storodubtsev S.A., Potataev S.V.,
Obrezanov R.A., Fedyanina N.V. Usage of petrochemical waste in railroad sleeper…….
ECOLOGY
Tuvyshkina М.А. Biodiversity of low-grade oak stands of Voronezh region……………..
ECONOMICS
Petrov P.A. Assessment of the financial condition of enterprises in controlling system…..
ABSTRACTS……………………………………………………………………………….
Лесотехнический журнал 1/2011
95
100
103
107
111
118
5
И.М. Бартенев
Ф.В. Пошарников
В.В. Цыплаков
А.И. БАРАНОВ – КРУПНЫЙ УЧЕНЫЙ И ПЕДАГОГ
Александр Иванович Баранов
(1910–1992)
С именем Александра Ивановича Баранова, кандидата сельскохозяйственных
наук, доцента связано становление и развитие подготовки инженерных кадров по
специальности машины и оборудование
лесного хозяйства, организация в 30-х годах прошлого столетия кафедры механизации лесохозяйственных работ и лесомеханического факультета в 1948 году; проведение крупномасштабных научных исследований, связанных с реализацией Великого плана преобразования природы и решением вопросов разработки новой специальной техники и механизации лесного хозяйства.
А.И. Баранов родился 9 октября 1910
года в бедной крестьянской семье на хуто-
6
ре «Грибановский» Борисоглебского района Воронежской губернии, рано лишился
родителей.
В 1932 году Александр Иванович
окончил Воронежский сельскохозяйственный институт (ВСХИ) и был принят в аспирантуру на кафедру лесных культур по
специальности «Механизация лесохозяйственных работ». Под руководством профессора Самофала С.А. им была подготовлена и в 1937 году успешно защищена
кандидатская диссертация, а в 1938 году
он был утвержден в ученом звании доцента. В 1939 году был избран заведующим
кафедрой механизации лесохозяйственных
работ, в должности которой проработал 36
лет. С января 1938 года было поручено
вести самостоятельный курс «Лесокультурные машины и орудия», который впоследствии был преобразован в курс «Механизации лесохозяйственных работ», который стал самостоятельной дисциплиной
в учебном плане лесохозяйственного факультета.
В 1936–1941 гг. учился на вечернем
отделении факультета механизации ВСХИ.
Закончить учебу не удалось из-за начавшейся войны, фронт боевых действий которой достиг г. Воронежа в 1942 году.
А.И. Баранов в составе группы преподавателей подготовили и осуществили
эвакуацию института в п. Лубяны Татарской АССР. Возвращение в Воронеж про-
Лесотехнический журнал 1/2011
изошло после его освобождения от немецко-фашистских захватчиков в 1943 году.
Положение вуза было крайне тяжелое и
надо отдать должное коллективу преподавателей и студентов, на плечи которых
легли и учебный процесс, и восстановление разрушенного здания института, других учебных корпусов, общежитий и жилья.
В 1948 году при самом активном
участии Александра Ивановича открывается факультет механизации лесного хозяйства. Но руководимая им кафедра пока
остается в составе лесохозяйственного факультета. За спокойствие и доброжелательность к студентам, преподавателям и
обслуживающему учебный процесс персоналу руководство института назначило его
деканом ЛХФ с совмещением должности
заведующего кафедрой, с 1950 года деканом факультета механизации, а с 1966 по
1971 – проректором по научной работе института.
В октябре 1953 года за многолетний
труд и большой вклад в развитие высшего
лесного образования А.И. Баранов награждается орденом «Знак почета». На начало
1954–1955 учебного года коллектив кафедры состоял из 5 преподавателей. В
1953 году был произведен первый выпуск
инженеров-механиков лесного хозяйства и
лесной промышленности. Научная работа
кафедры развивалась по тем, направлениям, которые были определены решением
Совета Министров СССР и ЦК КПСС «Об
увеличении рубок леса в центральных,
южных и западных районах и улучшении
ведения лесного хозяйства в СССР». Установилась и крепкая связь с производством,
Лесотехнический журнал 1/2011
так как ученые решали важные задачи лесохозяйственного производства.
Под руководством А.И. Баранова
подготовили и защитили кандидатские
диссертации: П.С. Нартов, М.С. Лазарев,
Ю.И. Полупарнев, И.М. Бартенев, Ф.В.
Пошарников, В.В. Цыплаков, М.А. Гулий,
И.И. Гуров, Л.Н. Прохоров. Была создана
лесотехническая научная школа, руководимая доцентом Барановым, признанная
научной общественностью и производством не только в Советском Союзе, но и за
рубежом. Был открыт диссертационный
совет по специальности 05.21.01 – Технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок. Через эту научную школу прошли и стали учеными ведущие специалисты ВНИИЛМ, ВНИАЛМИ, ДальНИИЛХ,
ЛенНИИЛХ и ряда других организаций.
Лучшие традиции Воронежской научной
лесотехнической школы, заложенные Барановым А.И., продолжены и развиваются
его учениками.
В 1962 году лесные высшие учебные
заведения получили очень нужный и долго
ожидаемый учебник «Машины и механизмы лесного хозяйства», в котором Александр Иванович дал наиболее полное изложение теории, расчета и конструирования лесохозяйственных машин разного назначения. Этот учебник стал настольной
книгой и пособием для ученых, конструкторов, преподавателей и студентов лесных
вузов. Он не потерял своего значения и сегодня.
Родина в 1980 году достойно оценила
многолетнюю научно-педагогическую деятельность доцента Александра Ивановича
Баранова, наградив его орденом «Дружбы
7
народов». В Воронежской государственной лесотехнической академии организована учебная аудитория имени А.И. Баранова. Студенты новых поколений знако-
8
мятся с историей кафедры под руководством Александра Ивановича и достижениями коллектива сотрудников кафедры в
последующие годы.
Лесотехнический журнал 1/2011
Автоматика и автоматизация технологических процессов
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
УДК 633. 3.01:634.958
АВТОМАТИЗАЦИЯ АГРОТЕХНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
В АГРОЛЕСОМЕЛИОРАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ
СИСТЕМ
Ю.М. Жданов, В.Н. Хорошавин
ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации»
В статье анализируются существующие мероприятия повышения долговечности древостоев и предлагается новый способ с техническим средством для омоложения защитных лесных насаждений, с целью предотвращения их усыхания и сохранения мелиоративного влияния на прилегающую территорию.
Ключевые слова: древостой, повышение долговечности, омоложение защитных лесных
насаждений, техническое средство, мероприятие.
При проведении агролесомелиоративных работ выполняются технологические операции, связанные с обработкой
почвы, посевом и посадкой насаждений,
агротехническими и лесоводственными
уходами в лесонасаждениях. Основная
часть из них проводится различными машинами и механизмами, управляемыми
человеком, но ряд операций, в силу своей
сложности, быстротечности или опасности, должны выполняться с помощью автоматических устройств [1].
Во ВНИАЛМИ первое автоматическое устройство для регулирования глубины обработки почвы при работе прицепных
плугов на пересеченном рельефе разработано А. В. Селезневым в 1960-1970 гг. Оно
было гидромеханического типа и устанавливалось на плуге П-5-35М. Лабораторнополевые испытания показали, что применение следящего автоматического устройства при работе прицепного плуга на пересеченном рельефе значительно повышает
равномерность глубины обработки и сни-
Лесотехнический журнал 1/2011
жает тяговое сопротивление орудия [2].
При работе навесных машин на пересеченном рельефе колебания рамы трактора в продольно-вертикальной плоскости
отражаются на глубине хода их рабочих
органов. Например, кинематическая чувствительность η глубины пахоты агрегата из
трактора Т-4А и плуга ПН-4-35 (А.А. Князев, 1973) равна:
y
(1)
1,7 см/град,
где
Δy – изменение глубины пахоты;
Δα – изменение наклона рамы.
Известно также, что на глубину хода
рабочих органов прицепных орудий продольный наклон рамы трактора оказывает
значительно меньшее влияние, чем навесных. Это объясняется различной степенью
подвижности сельскохозяйственных машин относительно трактора.
Степень подвижности прицепных
машин определяется по формуле Чебышева [3]:
W=3n-2m-3=2,
(2)
9
Автоматика и автоматизация технологических процессов
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
где
n – число звеньев;
m – число шарнирных пар.
Навесные орудия имеют степень
подвижности:
W=3n-2m-3=1.
(3)
Добавление в навесное устройство
дополнительного шарнира и звена в виде
гидроцилиндра, увеличивает степень подвижности при плавающем режиме работы.
Но одним увеличением степени подвижности машин в рабочем положении, во
многих случаях, не удается обеспечить
требуемые показатели глубины хода рабочих органов по следующей причине: сила
тяжести орудия не обеспечивает необходимого заглубляющего момента, так как
статический и инерционный объекты регулирования машины с почвообрабатывающими или другими рабочими органами,
обладают свойствами запаздывания выходной величины, что особенно проявляется при работе на сильно пересеченном
рельефе.
С агротехнической точки зрения, выполнение требований предъявляемых к постоянству глубины хода рабочих органов
машин очень важно. Так, например, при
работе лесопосадочных машин это способствует правильному (без наклонов и загибов) размещению в почве корневых систем
сеянцев и саженцев и заделке их корневых
шеек на необходимую глубину. Особенно
трудно выдерживать равномерность глубины хода сошников посадочных машин
при работе на пересеченном рельефе склонов, бугристых и барханных песков, где
имеют место продольные наклоны трактора до 25°.
10
При движении лесопосадочного агрегата на таком рельефе, если длина участков с уклонами местности меньше длины
агрегата могут возникнуть случаи, когда
отдельные участки поверхности местности
образуют угол меньше 180° и больше 180°.
Для работы в таких условиях необходимо применение системы автоматического регулирования наклона рамы машины
по отношению к раме трактора, с использованием в качестве информационного
датчика изменения глубины хода рабочего
органа, копирующего полоза. Такая система регулирования разработана для навесной лесопосадочной машины МЛБ-1 (рис.
1) [4]. В случае, изображенном на рис. 2а, в
процессе перехода трактора с одного участка поверхности на другой через впадину
(при трехточечной навеске на трактор),
звено навески АВ поворачивается по отношению к поверхности почвы на угол α и
часть силы тяжести трактора передается на
раму посадочной машины, в результате
чего, сошник, установленный на ней,
сильно заглубляется. Кроме того, воспринимаемая дополнительную нагрузку от веса трактора, машина должна иметь повышенный запас прочности.
При использовании автоматического
управляющего устройства, рама посадочной машины, положение которой регулируется гидроцилиндром DC, будет нечувствительна к наклону трактора, так как гидравлическая система управления обеспечит
поворот ее вокруг дополнительного шарнира О и удержит сошник на заданной глубине.
Лесотехнический журнал 1/2011
Автоматика и автоматизация технологических процессов
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
1 – копирующий полоз, 2 – кулачок, 3 – трехпозиционный распределитель,
4 – реверсивный двухпозиционный распределитель, 5 – исполнительный гидроцилиндр,
6 – предохранительный клапан
Рис. 1. Принципиальная схема системы автоматического регулирования глубины хода
сошника лесопосадочной машины МЛБ-1
При движении агрегата, как это показано на рис. 2б, когда центр тяжести трактора проходит через вершину Е, образованную двумя участками, трактор совершает поворот вокруг мгновенного центра
вращения, лежащего на этой вершине. При
обычной трехточечной навеске звено АВ и
рама сажалки поворачиваются на угол α и
одновременно опускаются вниз. Если при-
а
нять, что скорость и допускаемая величина
опускания навески позволяют удерживать
опорное колесо на поверхности участка, то
глубина хода сошника будет находиться в
пределах величин, предусмотренных агротехническими требованиями.
б
а – через впадину; б – через вершину
Рис. 2. Схемы движения агрегата по поверхности участка
На рис. 3 представлены функциональная и структурная схемы системы автома-
Лесотехнический журнал 1/2011
тического управления (САУ) машиной
МЛБ-1. На датчик автоматической системы
11
Автоматика и автоматизация технологических процессов
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
– копирующий полоз действует сигнал
ε(t)=l(t)–y(t),
(5)
где l(t) – изменение рельефа почвы;
y(t) – изменение глубины хода сошника.
Через передаточный механизм с коэффициентом передачи К1 сигнал поступает в гидроусилитель нагруженный техно-
логической и инерционной нагрузкой. Передаточная функция такого гидроусилителя может быть записана в виде [5]
1
W S
Т1Т 2 S 2 Т 2 S
.
(6)
Функциональная схема САУ
f(t)
l(t)
Передаточный
механизм
Гидроусилитель
х
h
Рычажный механизм сажалки
y(t)
Структурная схема САУ
f(t)
l(t)
х
К1
1
Т1Т2S2 + Т2S
h
К2
y(t)
l(t) – изменение рельефа почвы; х – перемещение плунжера распределителя;
h – перемещение штока гидроцилиндра; y –изменение глубины хода сошника
Рис. 3. Функциональная и структурная схемы САУ машины МЛБ-1
Выходной величиной гидроусилителя является перемещение поршня гидроцилиндра h. Выходным сигналом системы
является изменение глубины хода сошника
y(t) = К2 h (t).
Согласно принятой методике расчета
подобных систем [6] коэффициенты при
передаточных функциях должны выбираться из условий.
l
K1 K 2
l
1
n
где
12
Т2
2
l
4 2
l 1
T
K1 K 2
T2
2
4
T12
,
;
(7)
(8)
ωl – частота сигнала, которую долж-
на обрабатывать система;
∆l – точность отработки;
ωf – частота помехи;
n – число, показывающее во сколько
раз ослабляется помеха.
Далее рассмотрим работу автоматических систем управления при проведении
агротехнических уходов в лесомелиоративных насаждениях.
Основные требования, предъявляемые к качеству работы машин и их рабочих органов следующие: максимальное
уничтожение сорняков и минимальное повреждение культурных растений. В насаждениях высотой до 1 м – это обеспечивает-
Лесотехнический журнал 1/2011
Автоматика и автоматизация технологических процессов
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
ся ротационными рабочими органами (лопастными, пальцевыми, зубовыми и др.), в
основном пассивного типа, в насаждениях
высотой более 1 м – выдвижными рабочими органами, плоскорежущего и фрезерного типов, установленными на выдвижных
секциях культиваторов.
Эффективность применения ротационных рабочих органов зависит от ряда
причин: точности копирования ими рядков
культурных растений, точности вождения
агрегата трактористом, качества посадки
сеянцев, когда их размещение относительно оси ряда имеет большие отклонения, а
также от сползания всего агрегата на тракторопроходимых склонах, вниз по склону.
Для повышения точности вождения
агрегатов по рядкам растений в производстве нашли применение автоматические
устройства. Такими устройствами оборудованы ботвоуборочная машина БМ-6А,
корнеуборочная машина РКС-6 и одна из
модификаций лесного ротационного культиватора КРЛ-1А [7].
Автоматическое устройство для направления ротационных рабочих органов
культиватора КРЛ-1А по рядкам растений,
названное стабилизатором, разработано во
ВНИАЛМИ. Принципиальная схема его
представлена на рис. 4.
1 – рама; 2 – гидроцилиндр; 3 – гидрозамок; 4 – предохранительный клапан;
5 – гидрораспределитель; 6 – суммирующий механизм; 7 – щуп; 8 – рабочий орган;
9 – зубчатое колесо; 10 – пружина возврата щупов
Рис. 4. Принципиальная схема стабилизатора культиватора КРЛ-1А
Лесотехнический журнал 1/2011
13
Автоматика и автоматизация технологических процессов
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Оно устанавливается на раме культиватора в виде съемного узла, а на навесном
устройстве трактора крепится гидроцилиндр, воздействующий на одну из боковых тяг разблокированной навески трактора. Управление культиватором осуществляется с помощью копирующих щупов,
которые охватывают ряд с двух сторон.
При повороте одного из щупов, вызванном
смещением культиватора относительно
стволиков растений, сигнал через рычажные и суммирующий механизм поступает
на гидрораспределитель. Масло из гидросистемы трактора подается в соответствующую полость гидроцилиндра, и культиватор в поперечной плоскости перемещается до тех пор, пока рабочие органы не
1
D1
займут заданное положение относительно
стволиков растений.
Особенностью разработанной системы автоматического направления культиватора по рядкам растений является наличие двух щупов по обоим сторонам рядка,
отклоняющихся независимо друг от друга,
а также наличие суммирующего механизма с двумя зубчатыми рейками и центральным зубчатым колесом. В такой конструкции учитывается специфика обработки приствольных полос в лесных насаждениях – наличие кроны у растений и других
помех, вызывающих отклонение щупа.
Функциональная схема этого автоматического устройства представлена на рис. 5.
ЭС
х1
СМ
х3
У
ГУ
ИМ
ОУ
2
D2
х2
D1, D2 – направляющие щупы; СМ, ИМ – суммирующий и исполнительный механизм;
ЭС – элемент сравнения; ГУ – гидроусилитель; ОУ – объект управления; 1, 2 – углы отклонения щупов; х1, х2 – перемещение зубчатых реек; х3 – перемещение центра зубчатого колеса, управляющего гидрораспределителем; У – перемещение объекта управления (рама с рабочими органами)
Рис. 5. Функциональная схема системы автоматического направления культиватора
по рядкам растений
С учетом того, что щупы поворачиваются в разные стороны, перемещение
зубчатого колеса находится по формуле:
х3=(х1-х2)/2.
(9)
Может быть три варианта совместной работы копирующих щупов управляющих рабочими органами:
14
перемещение зубчатой рейки х1 не
равно перемещению х2, на распределитель
подается разность перемещений в сторону
большего отклонения щупа и рабочий орган перемещается в сторону щупа, имеющего большее отклонение;
Лесотехнический журнал 1/2011
Автоматика и автоматизация технологических процессов
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
х1=х2, перемещение х3=0, а рабочие органы
не перемещаются, что имеет место при
одинаковом срабатывании щупов от кроны
деревьев; отклоняется один из щупов, х3=
х1/2 или х3=х2 /2, рабочие органы перемещаются в сторону щупа, имеющего отклонение.
При агротехнических уходах в приствольных полосах насаждений высотой
более 1 м вхождение в ряд плоскорежущих
или фрезерных рабочих органов, установленных на выдвижных секциях культиваторов может осуществляться с помощью
кривошипных и параллелограмных механизмов, управляемых автоматическими
устройствами, включающими щуп, пере-
даточные звенья, распределитель и гидроцилиндр. При соприкосновении щупа с
растением его перемещение передается
через механические звенья на плунжер
распределителя, который подает жидкость
в соответствующую полость гидроцилиндра, осуществляющего поворот кривошипа
с установленным на нем рабочим органом,
как предусматривает схема приспособления ПРВМ-11,000 к плугу-рыхлителю
ПРВМ-3, или осуществляет выдвижение
рабочего органа в ряд растений с помощью
параллелограмного механизма, установленного на культиваторах КВЛ-1, КВЛ-2,
КУН-4 и модернизированном культиваторе ФА-0,76 (рис. 6).
Рис. 6. Принципиальная схема фрезерного культиватора
с новой системой автоматического управления
Культиватор состоит: из рамы 1 с навеской, фрезерного рабочего органа 2 с
приводом от ВОМ трактора через карданные передачи и редуктор, и устройства
(следящего механизма) для управления
Лесотехнический журнал 1/2011
поперечным перемещением рабочего органа, включающего параллелограмный исполнительный механизм с кривошипами 3,
шатун 4 с удлинительной вставкой 14, копирующий щуп 5, передаточный механизм
15
Автоматика и автоматизация технологических процессов
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
6, трехпозиционный гидрораспределитель
7, гидроцилиндр 8, предохранительный
клапан 9, двуплечий рычаг 10 одно из плеч
которого имеет U-образную форму, пружину 11, два регулируемых упора 12 на
рычаге 10, расположенных с двух сторон
от упора 13, закрепленного на кривошипе
3. Рычаг 10 установлен на шатуне 4 параллелограмного механизма и соединен шарнирно со щупом 5 и распределителем 7.
Существенным преимуществом данной конструкции управляющей системы
является то, что регулирование начального
и конечного положения щупа и рабочего
органа в культиваторе осуществляется с
помощью упоров 12, а изменение длины
шатуна 4, при установке на нем дополнительной вставки 14, позволяет работать в
насаждениях с различной шириной междурядий.
В целом, все рассмотренные устройства для автоматизации различных агротехнических процессов в агролесомелиорации, реализованы в производстве, что
позволило улучшить качественные показатели работы машин, на которых они установлены, снизить энергозатраты и повысить их экономическую эффективность.
Библиографический список
1. Бартенев И.М. Перспективы автоматизации в лесном хозяйстве и защитном
лесоразведении // Лесное хозяйство. 1987.
№ 7. С. 60–61.
16
2. Селезнев А.В. Исследование влияния автоматического управления и размещения опор тракторного плуга на устойчивость хода его рабочих органов по глубине
// Конструирование и производство сельскохозяйственных машин. М., 1959.
С. 211–218.
3. Кожевников С.Н., Есипенко Я.И.,
Раснин Я.М. Механизмы // М.: Машиностроение. С. 7.
4. Агролесомелиоративная наука в
ХХ веке / А. Н. Каштанов и др. Волгоград:
изд. ВНИАЛМИ, 2001. С. 321–323.
5. Настенко Н.Н., Борошок Л.А. Основы автоматизации сельскохозяйственного производства // Из-во «Колос». М.:
1964.
6. Шеповалов В.Д. Динамика систем
автоматического регулирования пространственного положения молотилок // Труды
ВИСХОМ. Автоматическое управление
сельскохозяйственными машинами и технологическими процессами. М. 1969.
Вып. 61.
7. Хорошавин В.Н., Жданов Ю.М.
Состояние и тенденции совершенствования машин для ухода за почвой в защитных лесных насаждениях: обзор. информация / М.: ЦБНТИ Гослесхоза СССР.
1988. 24 с.
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
УДК 630*232
АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЫХЛИТЕЛЬНО-ПОДРЕЗАЮЩИХ ЛАП
КУЛЬТИВАТОРА ДЛЯ ПИТОМНИКОВ
И.М. Бартенев1, В.И. Казаков2, И.В. Казаков1
1 – ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
2 – ЦОКБ «Лесхозмаш»
В статье изложены результаты исследований по обоснованию параметров рыхлительно-подрезающих лап культиватора и дана оценка их по энергетическим показателям.
Ключевые слова: культиватор, рыхлительно-подрезающая лапа, обоснование параметров, энергетические показатели обработки почвы.
Основным рабочим органом культиваторов для агротехнического ухода за
растениями в лесных питомниках являются рыхлительно-подрезающие лапы, которые рыхлят почву с одновременным подрезанием корней сорной растительности.
Устройство такой лапы и силы, действующие на нее при движении в почве, показаны на рис. 1.
С целью анализа параметров рыхлительно-подрезающей лапы, принимаем: L –
общая высота стойки, l – длина крепежной
части; lраб – длина заточенной части лапы,
lраб=L–l;
– угол наклона заточенной части стойки
к направлению, перпендикулярному линии
хода лапы (к оси x);
– угол "атаки" ниж-
ней части лапы; – угол наклона нижней
части лапы к направлению движения; Вл –
ширина захвата лапы.
Рассмотрим процесс движения лапы
в почве. Результирующую силу сопротивления, а также ее составляющие по осям Х
и Z обычно определяют методом тензометрирования. В литературе приводятся
выражения для расчета продольной составляющей общей силы сопротивления
Лесотехнический журнал 1/2011
для культиваторных лап различного технологического назначения [1, 4].
В настоящее время эту величину
принято представлять как функцию глубины обработки почвы – h и ширины ее захвата – Вл. На наш взгляд выражения,
представленные в указанной литературе,
не являются универсальными, поскольку
позволяют рассчитывать рабочие сопротивления для отдельных рабочих органов.
В связи с этим целесообразно представить зависимость для определения продольной составляющей тягового сопротивления наклонной заостренной части лапы в
следующем виде:
Rx=kлsh=kлSф,
(1)
где kл – коэффициент удельного сопротивления почвы (эта величина определяется экспериментально);
s – толщина стойки лапы;
Sф – площадь фронтальной проекции
стойки (т.е. площадь стойки, спроецированная на плоскость, перпендикулярную
направлению движения лапы);
h – глубина обработки почвы (очевидно, h (L–l)).
17
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Рис. 1. Силы, действующие на рыхлительно-подрезающую лапу
Коэффициент удельного сопротивления почвы зависит от ее свойств (типа,
плотности, связности, влажности и т.п.), а
также от величины угла заточки рабочего
органа и от состояния рабочей поверхности лапы. Из-за сложности теоретических
подходов величину коэффициента удельного сопротивления почвы, имеющего
размерность Н/м2, в настоящее время оп-
18
ределяют экспериментально методом тензометрирования [2, 3].
Выражение (1) учитывает параметры
лапы и может быть применено для расчета
рабочих сопротивлений геометрически подобных рабочих органов.
На основании анализа силовой схемы, представленной на рис. 1, можно сделать следующие заключения. Результи-
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
рующая сила тягового сопротивления R и
ее составляющие (Rx и Rz) приложены в
точке О (в центре приложения сил сопротивления почвы). Положение точки О на
образующей АС зависит от степени заглубления лапы в почву. Составляющая
тягового сопротивления, направленная по
нормали к лезвию АС, определится так:
RN=RX/cos =RX sec .
Тангенциальная составляющая:
(2)
RT=RNf=fRX sec ,
(3)
где
f – динамический коэффициент трения почвы по материалу лезвия (по
стали).
Из векторного равенства общей силы
сопротивления сумме нормальной и тангенциальной составляющих можно выразить модуль суммарной силы сопротивления:
R
Rx2 sec 2
12
f 2 Rx2 sec 2
.
(4)
Последнее выражение (4) с учетом
формулы (1) после простых преобразований приведем к виду:
R
k л sh sec
1
f2
12
.
(5)
Принимая во внимание, что:
f=arctg ,
где
– динамический угол трения частиц
почвы по стали, окончательно можем записать:
R
k л sh sec 1 tg 2
12
.
(6)
Анализ полученного выражения приводит к следующим заключениям:
1. Тяговое сопротивление ножевого
участка лапы АС прямо пропорционально
толщине стойки, величине заглубления в
почву, а также удельному сопротивлению
почвы. Этот вывод хорошо известен и под-
Лесотехнический журнал 1/2011
твержден многочисленными экспериментами [1, 4].
2. Уменьшение угла заточки и поддержание рабочей поверхности лапы в хорошем состоянии (т.е. снижение ) приводит к уменьшению тягового сопротивления.
3. Увеличение угла наклона стойки
также влечет за собой снижение сопротивления.
В рассматриваемом случае общее тяговое сопротивление имеет составляющую
RZ, направленную вверх и препятствующую заглублению рабочего органа в почву. Угол между общим сопротивлением и
его нормальной составляющей равен углу
динамического трения. Следовательно, результирующая реакция сил сопротивления
направлена к горизонту (к оси Х) под углом ( - ) (рис. 1). Значит, вертикальная
составляющая всех сил сопротивления запишется так:
RZ=R sin( - ).
(7)
Для устойчивого хода лапы в почве
(т. е. для минимизации ее колебаний в вертикальном направлении в целях стабилизации глубины обработки) величину RZ необходимо компенсировать. Это можно
сделать за счет силы тяжести, конструктивно приходящейся на каждый рабочий
орган, либо за счет рациональной формы
самого рабочего органа.
Рассмотрим нижнюю часть лапы как
симметричную систему. Ее сопротивление
можно рассчитать по формуле (1) с учетом
формулы:
RX
k л Sфр .
(8)
Из схемы на рис. 1 следует, что дли-
19
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
ны образующих поперечного профиля
нижней части лапы можно рассчитать по
выражениям:
EM
0,5 Bл
s sec 1 ,
EP 0,5 Bл
s sec .
0,5EMEP sin
1
.
После простых преобразований получим:
Sфр
Bл s sin
1
/ 8 cos cos 1.
(9)
Суммарная сила сопротивления нижней
части лапы составит:
RXZ
RX sec .
RXZ sin
RX sec sin
RX tg . (10)
В двух последних выражения через
обозначен угол между суммарной реакцией всех сил сопротивления и ее продольной составляющей. Влияние различных
факторов на величину данного угла хорошо изучено экспериментально [1, 2]. Для
назначения величин указанного угла в наших расчетах, к примеру, можно воспользоваться данными, приведенными в работе
Н. И. Клеина и др. [1].
Формула (10) с учетом (8) примет
вид:
RZ
kл Sфр tg .
(11)
Учитывая формулу (9) и принимая во
внимание, что до сих пор рассматривали
половину симметричной схемы, величину
общей вертикальной нагрузки, направленную вниз и приложенную к нижней режущей части лапы, определим так:
20
1
tg sec sec 1.
(12)
Условие отсутствия выглубления лапы при
работе имеет вид:
RZобщ .
или с учетом выражения (7):
RZобщ .
R sin
(13)
Теперь запишем условие (13) с учетом ранее полученных соотношений (6) и
(12). Мы придем к заключению, что устойчивость хода лапы по оси Z будет обеспечена при соблюдении следующего неравенства:
Sh sin
Вертикальную составляющую можно определить по формуле:
RZ
2
0,25k л Bл s sin
RZ
Углы и 1 – конструктивно заданные величины. Площадь профильной проекции нижней части лапы:
Sфр
RZобщ
0,25 Bл
1 tg 2
1
2
sec
2
s sin
1
(14)
sec 1 sec tg .
Анализ полученного выражения (14) показывает следующее:
1. Поскольку тип и удельное сопротивление почвы сказываются в одинаковой
степени на величинах выталкивающей и
заглубляющей составляющих силы общего
тягового сопротивления, значение коэффициента удельного сопротивления почвы
практически не оказывает влияния на устойчивость хода лапы. Это означает, что за
счет рациональной геометрии рабочего органа можно обеспечить его устойчивый
ход при эксплуатации на любых типах
почв.
2. Заглубление лапы в почву влечет
за собой увеличение выталкивающей силы.
К аналогичному следствию приводит также увеличение угла наклона стойки .
3. Значительное влияние на величину
выталкивающей силы оказывают фрикционные свойства почвы. С увеличением угла трения указанная сила растет (посколь-
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
ку в пределах изменения угла трения, характерном для почв различных типов,
квадрат тангенса указанного угла увеличивается быстрее, чем уменьшается синус
разности ( - ).
4. Лучшие условия для устойчивого
хода лапы в почве создаются при увеличении ширины захвата и уменьшении угла
атаки
(поскольку угол
обратно про-
порционален углу ).
5. Увеличение угла (т.е. рост фронтальной площади нижней части лапы)
приводит к значительному увеличению
общего тягового сопротивления лапы, которое можно рассчитать по формуле:
R
общ
X
kл
sh 0,25 Bл
sin
1
s
2
sec sec
. (15)
1
Полученные результаты аналитических исследований использованы при определении рациональных сочетаний геометрических параметров рыхлительно-
подрезающих лап непосредственно в процессе расчета и проектирования рабочих
органов культиватора комбинированного
для лесных питомников ККП-1,5, который
успешно прошел приемочные испытания и
рекомендован в серийное производство.
Библиографический список
1. Кленин Н.И. Попов И.Ф., Сакун
В.А. Сельскохозяйственные машины: учеб.
М.: Колос, 1970. 456 с.
2. Синеоков Г.Н. Проектирование
почвообрабатывающих машин: учеб. М.:
Машиностроение, 1965. 304 с.
3. Синеоков Г.Н., Панов И.М. Теория
и расчет почвообрабатывающих машин:
учеб. пособие. М.: Машиностроение, 1977.
328 с.
4. Сельскохозяйственные машины:
учеб. / Б.Г. Турбин, и др. Л.: Машиностроение, 1967. 583 с.
УДК 630*237.1:631.312.87
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЛЕСНОГО ДИСКОВОГО
ПЛУГА В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ
М.В. Драпалюк, В.Н. Коротких
ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», michael1@yandex.ru
Представлены результаты экспериментальных исследований, оценки энергетических
показателей работы комбинированного лесного дискового плуга с гидроприводом.
Ключевые слова: лесной дисковый плуг, энергетические показатели, гидропривод, лабораторная установка, опыт.
В процессе лабораторных исследований получены осциллограммы тягового
усилия плуга. Тяговое усилие измеряется
тензо-датчиком. Сигналы от датчиков подаются через модули аналогового ввода-
Лесотехнический журнал 1/2011
вывода ADAM-4017 и ADAM-4016 на преобразователь интерфейса RS-232/RS-485ADAM-4520 и далее обрабатываются ЭВМ.
Результаты обработки сигналов показаны
на рис. 1.
21
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Рис. 1. Тяговое сопротивление дискового плуга
Изменение давления в подводящей
гидромагистрали отслеживается датчиком
давления, сигналы которого подаются через модули аналогового ввода-вывода –
ADAM-4017 и ADAM-4016, на преобразователь интерфейса RS-232/RS-485 –
ADAM-4520 и далее обрабатываются ЭВМ
и выражаются графически (рис. 2 и 3).
0,4875
0,455
0,4225
0,39
0,3575
0,325
0,2925
0,26
0,2275
0,195
0,1625
0,13
0,0975
0,065
0,0325
5
4
3
2
1
0
0
давление жидкости
при принудительном вращении с отвалом
Рис. 2. Давление жидкости в гидромоторе при принудительном вращении диска
оснащенного отвалом
Рис. 3. Давление жидкости в гидромоторе при принудительном вращении диска
без оснащения отвала
22
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Мощность определялась по формуле
NH=QH·PH,
где QH – номинальная подача насоса (для
гидродвигателя - номинальный расход рабочей жидкости),
PH – номинальное давление на выходе из насоса (для гидродвигателя - номинальное давление рабочей жидкости на
входе в гидродвигатель).
При обработке экспериментальных
замеров тягового усилия плуга получены
зависимости мощности NП мощность, затрачиваемая на поступательное движение
плуга и NВ – мощность, затрачиваемая на
вращение диска плуга от установки углов
атаки α, которые представлены на рис. 4
[2].
N, кВт
1,0
r
1
5
0,8
2
4
3
3
0,4
2
0,2
1
0
20
0,6
4
30
40
50
α, град
0,0
20
30
а
1 – мощность NП с отвалом; 2 – мощность NП без отвала; 3 – мощность NВ с отвалом;
4 – мощность NВ без отвала
Рис. 4. Зависимости мощности N дискового корпуса от угла атаки α
Из рис. 4 видно, что эти зависимости
имеют линейный характер. Мощность NП,
затрачиваемая на поступательное движение дискового плуга с отвалом, изменяется
в пределах от 1,8 кВт до 4,9 кВт, при изменении углов атаки α от 25° до 55°. Мощность NП дискового плуга, не оборудованного отвалом, изменяется в пределах от 1,8
до 4,5 кВт, при изменении углов атаки α от
25° до 55°.
Это говорит о том, что при поступательном движении плуга, оснащенного отвалом, мощность затрачивается больше на
0,4 кВт. Мощность NВ дискового плуга,
оборудованного отвалом, и без отвала, затрачиваемая на вращательное движение
Лесотехнический журнал 1/2011
4
дискового рабочего органа имеет линейный вид и возрастающий характер. Они
почти не отличаются друг от друга и изменяются от 1 до 1,9 кВт при α от 25 до 55°,
следовательно отвал при принудительном
вращении играет не существенную роль в
обороте пласта. При сравнивании мощностей NП и NВ рис. 4 можно сказать, что затраты общей мощности N, кВт, при α=25°
в среднем увеличивается с 1 кВт при мощности NП до 1,8 кВт при мощности NВ, а
при α=55° мощность N, кВт возрастает с
1,9 до 4,7 кВт. Из разницы мощностей затрачиваемых на движение дискового рабочего органа можно сделать вывод, что
энергетические показатели, затрачиваемые
23
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
на движение комбинированного дискового
корпуса плуга, значительно меньше при
вращении дискового орудия гидромотором. Даже при оснащении дискового корпуса отвалом мощность незначительно
возрастает [1].
В результате лабораторных исследований получены экспериментальные зависимости мощности дискового плуга, затрачиваемой на поступательное движение
корпуса плуга NП, оснащенного отвалом
(зависимость 1); NП, мощность, затрачиваемая на поступательное движение плуга,
не оборудованного отвалом (кривая 2) от
угла атаки α дискового плуга без гидропривода.
Зависимости мощности N, кВт от угла наклона диска β, которые имеют линейный характер, показаны на рис. 5.
1
N, кВт
2
4
3
3
2
1
0
4
10
15
20
β, град
.
1 – мощность NП с отвалом; 2 – мощность NП без отвала; 3 – мощность NВ с отвалом;
4 – мощность NВ без отвала
Рис. 5. Зависимость мощности дискового плуга от угла наклона диска
Мощность NП (зависимость 1) при
дисковом корпусе, оборудованного отвалом, затрачиваемая на поступательное
движение дискового плуга снижается от
4,5 кВт до 3 кВт при изменении углов наклона диска от 5…20°. Мощность NП, кВт
(зависимость 2) дискового плуга без отвала
немного меньше и при угле наклона 5° составляет N=3,2 кВт, при увеличении угла β
до 20° она постепенно снижается до 2,9
кВт. Из графиков 1 и 2 видно, что мощность NП, кВт при оснащении дискового
плуга отвалом незначительно возрастает
на всем протяжении угла наклона β от 5 до
20°, в среднем 0,7 кВт, но при увеличении
24
угла β мощность практически не одинаковая. При принудительном вращении дискового рабочего органа мощность NВ, кВт,
(зависимость 3), затрачиваемая на вращательное движение дискового рабочего органа, практически не изменяется на промежутке от 5° до 20°, даже нет различия
оснащен он отвалом либо нет (зависимость
3, 4), но существенно отличается от NП,
кВт. При обработке почвы глубина играет
значительную роль и сказывается на энергозатратах, которые несет агрегат в процессе образования борозды. На рис. 6 такие зависимости представлены в виде графического отображения.
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
NП, с отвалом
1,0
r
1
N, кВт
0,8
20
15
2
0,6
10
3
0,4
5
0
0,0
NП, без отвала
4
0,1
0,2
0,3
a, м
0,2
0,0
0,0
0,1
а
1 – мощность NП, с отвалом; 2 – мощность NП, без отвала; 3 – мощность NВ с отвалом;
4 – мощность NВ, без отвала
Рис. 6. Зависимость мощности дискового плуга от глубины обработки почвы
Дисковый рабочий орган при свободном вращении и оснащении отвалом
(кривая 1) NП, кВт, несет самые большие
энергозатраты, они возрастают от 0…30
кВт при увеличении глубины обработки
почвы от 0,05…0,35 м. Немного меньше
энергозатрат NП, кВт, несет агрегат при
свободном вращении дискового органа, не
оснащенного отвалом (кривая 2). На промежутке от 0,05…0,35 м энергозатраты
возрастают от 0…16,5 кВт. Большое различие в энергозатратах наблюдается при
сравнивании свободного вращения (зависимость 1,2) и принудительного вращения
дискового рабочего органа (зависимость
3,4), которые на промежутке от 0,05…0,35
м возрастают от 0…7 кВт, практически в 3
раза меньше, чем при свободном вращении
диска. Незначительные энергозатраты несет агрегат при принудительном вращении
дискового рабочего органа от гидромотора
между дисковым плугом, оснащенным от-
Лесотехнический журнал 1/2011
0,2
валом (зависимость 3) и без него (зависимость 2), который на промежутке от
0,25…1,75 м/с не изменяется и составляет
1,8 кВт.
При увеличении скорости агрегата
энергетические показатели существенно
видоизменяются (эти зависимости представлены на рис. 7), они имеют почти линейный вид и возрастающий характер.
Мощность NП, кВт, затрачиваемая на поступательное движение дискового плуга,
оснащенного отвалом (зависимость 1) и
без отвала (зависимость 2), стремительно
растет от 1 до 20 кВт при увеличении скорости агрегата ν от 0,27 до 1,7 м/с. Мощность NВ, затрачиваемая на вращательное
движение дискового рабочего органа, оснащенного отвалом (зависимость 3) и без
отвала (зависимость 4), имеет линейный
вид и остается неизменной на всем протяжении участка 0,27 до 1,7 м/с и составляет
N=2 кВт.
25
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
1,0
r
N, кВт
1
20
0,8
2
15
0,6
0,4
10
3
5
0
0,0
0,5
1,0
1,5
4
v, м/c
0,2
0,0
0,0
0,5
1,0
а
1 – мощность NП с отвалом; 2 – мощность NП без отвала; 3 – мощность NВ с отвалом;
4 – мощность NВ без отвала
Рис. 7. Зависимость мощности дискового корпуса от скорости движения тележки
При формировании борозды дисковым плугом, не малую роль влияния на его
энергетические затраты показатели параметры установки отвала, которые, представлены на (рис. 8). Зависимости NП –
мощности, затрачиваемой на поступательное движение плуга оснащенного отвалом
от угла поперечной установки, представлены графически виде (кривой 1). При
увеличении поперечного угла αо от
20…70° мощность NП значительно падает
от 7,5…3,2 кВт, это происходит лишь по
той причине, что дисковый плуг, при такой
компоновке отвала не задевает гребень, а
почвенный пласт при наползании на отвал
скользит по гладкой винтовой поверхности
отвала и ровно укладывает вдоль образуемой борозды. При увеличении поперечного угла отвала от 20 до 40° мощность NВ,
затрачиваемая на вращение диска плуга,
оснащенного отвалом, снижается от 2,5 до
1,5 кВт.
1,0
r
N, кВт
1
6
0,8
0,6
4
2
2
0
0,4
0,2
20
40
60
αо, град
0,0
1 – мощность NП с отвалом; 2 –aмощность NВ с отвалом
Рис. 8. Зависимость мощности N дискового корпуса от поперечного
угла αо установки отвала
26
Лесотехнический журнал 1/2011
20
40
б
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Зависимость мощности N от продольного угла β0 установки отвала представлена на рис. 9. Зависимость NП снижается от 3,7 до 2,8 кВт на промежутке β0 от 30 до -15°, затем немного возрастает с 2.8
до 3 кВт на промежутке β0 от -15 до -10°.
Зависимость NВ на промежутке β0 от -30 до
-10° находится практически без изменения
около 1,4 кВт.
N, кВт
1
4
3
2
1,0
r
0,8
0,6
2
0,4
1
0,2
0
-30
-20
-10 βо, град
0,0
-30
-
1 – мощность NП с отвалом; 2 – мощность NВ с отвалом
Рис. 9. Зависимость мощности N дискового корпуса от продольного
угла β0 установки отвала
Еще одним важным параметром,
влияющим на энергетические показатели
работы дискового корпуса, является высо-
та установки отвала hо. Зависимости мощности N, кВт от высота установки отвала hо
представлена на рис. 10.
1,0
r
N, кВт
1
6
0,8
0,6
4
2
2
0
0,4
0,2
-0,3
-0,2
-0,1 hо, м
0,0
-0,3
1 – мощность NП, с отвалом; 2 – мощность NВ с отвалом
Рис. 10. Зависимость мощности N дискового корпуса от высоты установки отвала hо
Кривая NП на промежутке высоты
установки отвала hо от -0,3 до -0,1 м плавно падает от 6 до 3 кВт. Кривая NВ прямо-
Лесотехнический журнал 1/2011
линейна и равняется 1,7 кВт на всем промежутке hо от -0,3 до -0,1.
27
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Получение экспериментальных данных закономерностей взаимодействия рабочего органа дискового плуга с почвой,
позволяет оценить качественные показатели дискового рабочего органа плуга с различными угловыми параметрами.
Принудительное вращение диска
приводит к облегчению поступательного
перемещения плуга (на 15 %) и ускорению
схода пласта с диска при незначительном
увеличении энергозатрат (на 1,43 кВт).
Оснащение плуга отвалом приводит
Библиографический список
1. Коротких В.Н. Дочкин Р.М., Балобанов С.А. Динамика гидропривода рабочего органа лесного дискового плуга //
Лес. Наука. Молодежь – 2008: Сборник
материалов
по
итогам
научно-
исследовательской работы молодых ученых за 2007–2008 гг. / ВГЛТА. Воронеж,
2008. С. 100–103.
2. Попиков П.И. Применение гидропривода в лесохозяйственных машинах //
к незначительным энергозатратам, затраты
Научно-технические проблемы в развитии
мощности увеличиваются всего на 8,6 %.
ресурсосберегающих технологий и оборудования лесного комплекса: Материалы
МНПК
/
ВГЛТА.
Воронеж,
1998.
С. 217–218.
УДК 633.3.01:634.958
ПОДЪЕМНО-НАВЕСНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ АГРЕГАТИРОВАНИЯ
С ТРАКТОРАМИ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ДЛЯ ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА
Ю.М. Жданов
ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации»
В статье рассматривается конструкция подъемно-навесного устройства, располагаемого
впереди трактора, для агрегатирования с тракторами различных машин для лесного и сельского хозяйства. Показываются его преимущества по сравнению с задней навеской трактора.
Дается конструктивная схема устройства и фотография машины для боковой обрезки ветвей,
навешенная с его помощью на трактор.
Ключевые слова: подъемно-навесное устройство, лесная машина, агрегатирование,
трактор, машина для боковой обрезки ветвей.
В лесном хозяйстве и защитном лесоразведении широко используются различные навесные машины и орудия для
выполнения агротехнических операций по
обработке почвы, посеву, посадке и уходу
за лесонасаждениями, а также для выпол-
28
нения лесоводственных мероприятий.
Известны навесные устройства тракторов для агрегатирования с различными
сельскохозяйственными и лесохозяйственными машинами. Они включают центральную (верхнюю) тягу и продольные
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
(нижние) тяги, на которых устанавливается треугольник навески (автосцепки) или
непосредственно необходимые для работы
машины [1, 2].
Навесные устройства могут устанавливаться сзади и впереди трактора.
Недостатком их является ограниченная высота подъема навешенных на них
машин и орудий в пределах 10…70 см от
поверхности почвы, а также конструктивная и эксплуатационная сложность устройств, что не дает возможности выполнять целый ряд технологических операций
в сельском и лесном хозяйстве.
Имеются иные системы агрегатирования машин с тракторами с установкой их
непосредственно на раме трактора. К ним
можно отнести машину для контурной обрезки деревьев с подъемно-навесным устройством, в виде манипулятора с поперечной балкой, на которой установлены режущие аппараты [3].
Манипулятор машины смонтирован
на тракторе и приводится в движение с
помощью механизма подъема, имеющего
стойки и гидроцилиндры, закрепленные с
двух сторон, на раме трактора.
Недостатком ее является то, что на
манипуляторе машины нет устройства для
агрегатирования других лесохозяйственных и сельскохозяйственных технических
средств. Кроме того, машина не может изменять установленную высоту подъема
рабочих органов и изменения их наклона в
различных плоскостях.
Для агрегатирования (присоединения) различных технических средств впереди трактора, с возможностью их подъема и работы на высоте от 0,1 м до 3,0 м с
изменением их положения в вертикальной
и горизонтальной плоскостях, во ВНИАЛМИ разработано специальное подъемно-навесное устройство [4].
Оно включает подъемный механизм,
монтируемый на раме трактора, и установленный на нем соединительный треугольник рамки автосцепки.
На рис. 1 показано подъемнонавесное устройство для агрегатирования
технических средств, а на рис. 2 дан вид
узла установки присоединительного треугольника навески.
Рис. 1. Подъемно-навесное устройство для агрегатирования машин
Лесотехнический журнал 1/2011
29
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
14
13
15
12
6
11
10
7
7
9
8
Рис. 2. Вид узла установки присоединительного треугольника навески
Подъемно-навесное устройство состоит из стоек 1 и 2 (левой и правой), закрепленных на раме трактора с обеих сторон относительно его двигателя, соединительной балки 3, располагаемой под рамой
трактора, двух подвижных лонжеронов 4 и
5, одни концы которых шарнирно установлены на верхней части стоек 1 и 2, а другие соединены между собой поперечной
трубой 6, на которой с помощью кронштейнов 7 закреплен треугольник рамки
автосцепки 8. Кронштейны 7 на одном
конце имеют присоединительные шарниры
9, а на другом радиально расположенные
отверстия 10, через которые, с помощью
болтов 11, соединяются кронштейны с
кольцами 12, приваренными на поперечной трубе. Сверху к лонжеронам крепится
дополнительная балка 13, к которой с помощью верхней тяги 14, выполненной в
виде гидроцилиндра, присоединена верхняя часть треугольника рамки автосцепки,
с возможностью изменения его положения
по высоте и расстоянию относительно по-
30
перечной трубы за счет поворота кронштейнов на угол 0–45° вокруг поперечной
трубы и фиксацией их положения на ней с
помощью болтов, соединяющих верхнюю
часть кронштейнов с поперечной трубой.
Для изменения положения навески в вертикальной плоскости между лонжеронами
4, 5 и нижней частью стоек 1, 2 установлены управляющие гидроцилиндры 15.
Агрегатирование машин с энергетическим средством (трактором) подъемнонавесного устройства производится следующим образом. К машине, имеющей ответный узел для соединения с треугольником автосцепки, приближается трактор с
описанным нами подъемно-навесным устройством. С помощью гидроцилиндра 15
треугольник автосцепки 8 устанавливается
на определенную высоту, относительно
поверхности почвы, адекватную высоте
соединительного узла агрегатируемой машины, и гидроцилиндром 14 регулируется
требуемый (заданный) угол в вертикальной плоскости. Трактор подъезжает к ма-
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
шине и ее навешивают на подъемнонавесное устройство. Затем машину с помощью этого устройства выводят в соответствующее с выполняемой ею технологической операцией положение, и производят рабочий процесс.
На участке опытного хозяйства
ВНИАЛМИ проведена проверка целого
ряда лесохозяйственных машин, агрегатируемых впереди трактора с помощью описанного подъемно-навесного устройства. К
ним относятся: машина для срезания боковых ветвей (рис. 3), кусторез, подборщиктрелевщик и др.
Рис. 3. Машина для обрезки боковых ветвей навешанного впереди трактора
Во всех случаях работы машин, при
размещении их впереди трактора, отмечено улучшение выполнения технологических процессов за счет хорошего обзора
объекта работы, а также нормального, а не
повернутого на 180° при задней навеске
машины, положения тракториста.
Вывод.
Описанное
подъемнонавесное устройство для агрегатирования с
тракторами технических средств позволяет
навешивать впереди трактора различные
сельскохозяйственные и лесохозяйственные машины и выполнять целый ряд технологических операций.
Библиографический список
1. ГОСТ 27378-87 (СТ СЭВ 5819-86)
Устройство навесное трехточечное переднее. Тракторы и сельскохозяйственные
машины. М.: Государственный комитет
Лесотехнический журнал 1/2011
СССР по стандартам, 1987. 3 с.
2. Основные требования к качеству
проведения полевых работ и их обеспечение: Рекомендации. Зерноград, 1984.
С. 7–15.
3. А. с. № 1491402 СССР А 01 G 3/04.
Машина для контурной обрезки деревьев /
Б.Ш. Кишиневский, И.С. Аксенова, В.В.
Бычков,
П.В.
Голдаевич
(СССР),
№ 4192762/30-15. Заявл. 09.02.1987; опубл.
07.07.1989; бюл. № 25.
4. Подъемно-навесное устройство
для агрегатирования с тракторами технических средств / Ю.М. Жданов, В.Н. Хорошавин, Р.Е. Несмачнов // Решение о выдаче патента на полезную модель по заявке
№ 2010124585/2 (035025) от 15.06.2010 г.
31
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
УДК [630*:65.011.54]:621.825
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА ЛЕСНОЙ
ФРЕЗЕРНОЙ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩЕЙ МАШИНЫ
С ДВУХПОТОЧНЫМ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫМ УСТРОЙСТВОМ
И.Н. Журавлев, П.И. Титов, П.И. Попиков
ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
Проведены лабораторные и полевые исследования фрезерной почвообрабатывающей
машины, оснащенной фрикционным предохранителем, показавшие эффективность предложенного технического решения.
Ключевые слова: рабочий процесс, лесная фрезерная почвообрабатывающая машина,
двухпоточное предохранительное устройство, фрикционный предохранитель, исследование.
Для защиты от поломок рабочих органов лесной фрезерной почвообрабатывающей машины с центральным приводом
при встрече с препятствиями ранее нами
предложено использовать предохранительное устройство фрикционного типа
(ПУ)[1]. При контакте любого из фрезерных барабанов машины с препятствием
происходит фрикционное расцепление ведущего центрального диска и правой или
левой ведомой полумуфты. В результате
этого фрезерный барабан механически
разъединяется с ведущей частью системы,
существенно замедляет вращение и постепенно преодолевает препятствие. В то же
время второй фрезерный барабан не прекращает обработку почвы. После преодоления фрезерной машиной препятствия
застопоренный фрезерный барабан снова
раскручивается под действием сил кинетического трения в муфте и продолжает обработку почвы.
С целью исследования эффективности предложенного технического решения,
а также для оптимизации параметров предохранительного устройства проведено
32
лабораторное исследование фрезерной
почвообрабатывающей машины, оснащенной фрикционным предохранителем на
лабораторном стенде.
Эффективность работы предохранительного устройства определяются тем,
насколько он может минимизировать максимальный крутящий момент на валу почвообрабатывающей фрезы. Поэтому основной измеряемой в лабораторных экспериментах характеристикой является временная зависимость крутящего момента на
валу фрезы M(t), и особенно участок
функции на интервале времени t, захватывающем момент удара фрезы о препятствие и последующий за этим переходной
процесс. Экспериментальные исследования позволили исследовать зависимости
максимального момента Mmax=max(M(t)) от
основных параметров фрезерной почвообрабатывающей машины и ее предохранительного устройства. Кроме того, изучены
точность срабатывания предохранителя и
темпы измненения его параметров в течение длительного времени эксплуатации
(исследования на надежность).
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
В эксперименте максимальный момент Mmax определялся по осциллограммам
напряжений на тензодатчиках с учетом перенормировки по тарировочному графику.
При обработке осциллограмм первоначально проводилась отбраковка негодных
частей осциллограмм: мест с пропуском
записей, не проявленных или слишком
темных мест, на которых невозможно разобрать запись. Также отбраковывались
записи, на которых записываемая кривая
выходила за пределы осциллограммы.
Кроме того, едва заметные линии отмечались карандашом, так как со временем они
могли исчезнуть [2]. Максимальный момент Mmax определяли по наибольшей ординате осциллограммы (рис. 1). Коэффициент точности срабатывания KT оценивали по первоначальному всплеску осцилло-
граммы, соответствующему регулировочному моменту, по формуле
Tmax
(1)
KT
,
Tmin
где Tmax – максимальный момент срабатывания,
Tmin – минимальный момент срабатывания.
Произведено экспериментальное исследование точности ограничения нагрузки разработанными предохранительными
устройствами как с резиновыми втулками,
так и без втулок. Результаты экспериментальных исследований позволили определить коэффициенты относительной точности срабатывания, и, на основании формулы (1), построена зависимость коэффициента точности от выбранного процента
числа включений (рис. 1) [3].
2,0
KT
ПУ без резиновых втулок
1,8
ПУ с резиновыми втулками
1,6
1,4
1,2
1,0
0
20
40
60
80 числа включений
100
Процент
Рис. 1. Распределение коэффициента точности срабатывания
Эксперименты показали, что коэффициент относительной точности срабаты-
Лесотехнический журнал 1/2011
вания для предохранительного устройства
с резиновыми втулками KТ=1,39 ниже, чем
33
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
для предохранительного устройства без
втулок KТ=1,82. Для предохранительного
устройства без резиновых втулок около 52
% выключений соответствуют коэффициенту точности срабатывания 1,19…1,43, в
то время, как для предохранительного устройства с резиновыми втулками 64 % выключений лежат в более узком диапазоне
KT: 1,13…1,29. Само распределение коэффициента точности срабатывания для предохранительного устройства с резиновыми
втулками в целом лучше, чем для предохранителя без втулок.
Улучшение точности ограничения
нагрузки при использовании резиновых
втулок, по-видимому, происходит за счет
того, что втулки снижают максимальные
динамические нагрузки на фрикционную
пару, приводящие к постепенному изменению ее параметров. Вследствие этого пре-
дохранительное
устройство
обладает
большей воспроизводимостью параметров.
Производительность фрезерной машины определяется частотой вращения
валов с фрезерными барабанами ω0. Предлагаемое предохранительное устройство
должно надежно защищать фрезы при эксплуатации с высокими частотами вращения. В рамках данной серии экспериментов изменяли рабочую частоту вращения
вала с использованием вариаторного шкива. Эксперименты проведены с частотами
340, 435, 510, 615 и 680 об/мин. При наложении экспериментальных результатов на
теоретическую кривую (ранее нами выполнено теоретическое исследование данной зависимости) экспериментальные точки распределились в правой части графика
Mmax(ω0) (рис. 2).
M500
max,
Н·м
400
300
200
100
0
0
200
400
600
ω0800
, об/мин
– ПУ без резиновых втулок; – ПУ с резиновыми втулками
Рис. 2. Влияние частоты вращения фрезы ω0 на максимальный момент Mmax
Опыты проводили с пятикратной повторностью. Статистическая оценка показала, что пяти экспериментов на каждое
значение параметра в данной серии экспе-
34
римента (как и в других сериях) достаточно, чтобы случайная ошибка эксперимента
составляла менее 3…5 % [2, 3]. С учетом
того, что в рамках данной серии экспери-
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
ментов (и в рамках других серий) абсолютное значение измеряемой величины
меняется почти на 100 %, принятый уровень ошибки эксперимента позволяет с
достаточно высокой точностью воспроизводить форму кривой.
Экспериментальные точки практически накладываются на линейную теоретическую зависимость Mmax(ω0). Линейное
возрастание, по-видимому, связано с тем,
что частота пропорциональна ударному
моменту импульса, а момент импульса,
задающий динамику ударного процесса,
почти линейно связан с ударным всплеском крутящего момента.
Максимальный момент для предохранительного устройства с резиновыми
втулками в среднем на 10 % ниже, чем для
предохранительного устройства без вту-
лок. Экспериментальные значения несколько превышают теоретические, при
этом средняя величина отклонения составляет около 2 %. Настолько малый уровень
отклонения свидетельствует о том, что модель хорошо описывает процессы в системе, которые определяются угловой скоростью и моментом импульса.
Была исследована также зависимость
коэффициента точности срабатывания от
частоты KT(ω0). Опыты проводили с трехкратной повторностью, определяя значения KТ по формуле (1). Линии на рис. 3,
соединяющие точки, представляют собой
аппроксимацию экспериментальных данных сплайнами второго порядка, осуществленную с помощью программы MicroCal
Origin 5.0.
2,0
KT
1,8
1,6
1,4
1,2
1,0
200
300
400
500
600
700ω0, 800
об/мин
– ПУ без резиновых втулок; – ПУ с резиновыми втулками
Рис. 3. Влияние частоты вращения фрезы ω0 на коэффициент точности срабатывания KT
Судя по графику KT(ω0), предохранительное устройство с резиновыми втулками имеет коэффициент точности срабатывания в среднем на 4 % лучше. Увеличение
коэффициента KT при увеличении частоты
вращения по-видимому обусловлено тем,
Лесотехнический журнал 1/2011
что при больших частотах фрикционная
пара испытывает более интенсивные воздействия и в связи с этим сильнее изменяет свои параметры. Кроме того, анализ
графиков показывает, что с увеличением
ω0 увеличивается расстояние между гра-
35
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
фиками, а следовательно, увеличивается
преимущество предохранительного устройства с резиновыми втулками. Теоретические исследования зависимости KT(ω0)
не проводили, ввиду сложности представления в модели процессов деградации
фрикционной пары.
Для рекомендации к серийному производству предохранительного устройства
фрезерной машины произведена оценка
надежности его работы. Испытания на надежность заключались в многократном
торможении фрезерного барабана (до 5000
раз) в течение определенного промежутка
времени (5 с каждое торможение). Испытание провели как предохранительного
устройства с резиновыми втулками, так и
без резиновых втулок. Через определенное
количество испытаний проводили измерение номинального передаваемого момента,
а также геометрических размеров резиновых втулок для предохранителя второго
типа. Перед началом испытаний геометрические размеры втулок составляли: внешний диаметр d = 18,0 мм, толщина h = 10,0
мм.
Для проведения основных испытаний
предохранительное устройство было отрегулировано на номинальный момент срабатывания, равный 40 Н·м. При частоте
вращения 340 об/мин произведено 5000
срабатываний (таблица 1).
Таблица 1
Результаты исследования надежности работы предохранительных устройств
Номер сраба- НаработанПередаваемый
Геометрические размеры
тывания
ное время
номинальный момент, Н·м
резиновых втулок
буксования, c
ПУ без рез.
ПУ с рез.
диаметр
толщина h,
втулок
втулками
d, мм
мм
10
50
40,0
40,0
18,0
10,0
20
150
40,0
40,0
18,0
10,0
50
400
40,0
40,0
18,0
10,0
100
900
39,5
40,0
18,0
10,0
200
1900
39,5
40,0
18,0
10,0
500
4400
38,5
39,5
17,5
10,0
1000
9400
38,0
39,0
17,5
10,0
2000
19400
37,5
38,5
17,5
9,5
5000
44400
36,5
38,0
17,0
9,5
Перед проведением испытаний был
произведена предварительная приработка
фрикционной пары предохранительного
устройства, целью которой было уменьшение шероховатости и повышение площади
соприкосновения фрикционных пар. Регулировочный момент, при котором осуще-
36
ствлялась обкатка предохранителей, был
равен 30 Н·м, а число срабатываний составляло 300. При срабатывании предохранительного устройства фрикционную
пару выдерживали в режиме буксования в
течение 5 с.
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Для окончательной оценки работоспособности и надежности предохранительных устройств после завершения испытаний выполнили измерение регулировочного момента, который составил 36,5
Н·м для предохранительного устройства
без резиновых втулок и 38,0 Н·м – с резиновыми втулками.
После разборки фрикционного предохранителя и последующих измерений
геометрических размеров упругих втулок
установлены
следующие
результаты:
внешний диаметр втулок составляет 17,0
мм, толщина составляет 9,5 мм. Внешний
осмотр не выявил трещин и сколов, вмятин
и неровностей на контактирующих поверхностях. Упругие резиновые втулки
также находились в хорошем состоянии
без существенных усталостных деформаций.
Для проведения полевых исследований двухпоточный предохранитель был
установлен в конический редуктор осветлителя цепного ОЦ-2,3. Вместо цепей были установлены Г-образные фрезерные
ножи (рис. 4).
Рис. 4. Экспериментальный образец фрезерной почвообрабатывающей машины
с двухпоточным предохранителем
Орудие с фрезерными рабочими органами было применено на вырубках для
обработки междурядий лесных культур
сосны обыкновенной посаженных по бороздам после плуга ПКЛ-70. Машина показала хорошую работоспособность при
наездах фрезерных барабанов на пни, муфта при этом срабатывала поочередно, качество рыхления почвы и уничтожение сорняков отвечает агротехническим требованиям.
Лесотехнический журнал 1/2011
Библиографический список
1. Бартенев И.М. Расчет и проектирование лесохозяйственных машин: учеб.
пособие. Воронеж, 2001. 262 с.
2. Грановский В.А., Сирая Т.Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях: учеб. пособие.
Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние,
1990. 288 с.
3. Румшинский Л.З. Математическая
обработка
результатов
эксперимента:
справочное руководство / М.: Наука, 1971.
37
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
УДК 630*232.211
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ФРЕЗЫ НА БАЗЕ
ГИДРОМАНИПУЛЯТОРА ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПНЕЙ И ПРОБЛЕМЫ
НЕПОЛЬЗОВАНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ
П.И. Попиков, Е.В. Беликов, П.И. Титов, Р.В. Юдин, А.А. Сидоров
ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
Представлены результаты экспериментальных исследований фрезерного рабочего органа для понижения пней на лесных участках и проблемы использования древесных отходов,
путем их переработки на прессовых установках с пульсирующей нагрузкой.
Ключевые слова: результаты, эксперимент, фреза, гидропривод, понижение пней.
В соответствии со статьей 62 лесного кодекса РФ необходимым условием для
создания лесных культур является подготовка лесного участка, которая включает,
сплошную или полосную расчистку площади от валежной древесины, стволов
усохших деревьев, корчевку пней или понижение их высоты до уровня, не препятствующего движению машино-тракторным
агрегатам.
В настоящее время для удаления
пней на вырубках в основном применяются различные корчевальные и фрезерные
машины. При работе корчевателей вместе
с пнѐм извлекается большая масса земли,
происходит перемешивание почвенного
горизонта, образуется подпневая яма, что
влечет нарушение биогеоценоза. Измельчение пней фрезерными машинами позволяет понижать пни при минимальном воздействии на почву. Однако существующие
фрезерные машины с громоздким механическим приводом от раздаточной коробки
трактора предназначены в основном для
понижения пней хвойных и мягколиственных пород, при фрезеровании пней твердолиственных пород обладают низкой эф-
38
фективностью и большой энергоемкостью
рабочего процесса из-за возникающих высоких динамических нагрузок.
Поэтому возникает необходимость
создания нового рабочего органа для понижения пней твердолиственных пород
при обеспечении высокой эффективности
и минимальной энергозатратами рабочего
процесса. Наиболее перспективным для
этих целей является фреза с обоснованными параметрами и компоновкой скалывающих и подрезных ножей с применением гидропривода, однако теоретических и
экспериментальных исследований рабочих
процессов при ее взаимодействии с пнями
твердолиственной древесины, проведено
недостаточно.
В отечественной и зарубежной практике для удаления пней применяется ряд
машин и механизмов корчевального и измельчающего типа МРП-2А, ДП-25, К-2А,
КМ-1 МУП-4, МДП-1,5. Существующие
конструкции машин удовлетворяют частично требованиям только при удалении
пней мягколиственных и хвойных пород, а
при удалении пней твердолиственных пород не справляются с поставленной задачей [1].
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Экспериментальные
исследования
фрезерования пней цилиндрическим рабочим органом проводились на кафедре механизации лесного хозяйства доц. Барановым А.И. и ст. преп. Гречкиным В.С. по
хоздоговору с предприятиями лесного хозяйства.
Нами предлагается новый рабочий
орган в виде усеченного конуса с гидроприводом, новой расстановкой комплексов
ножей (рис. 1) (пат. на пол. модель №
78032). Комплекс состоит из подрезного
ножа установленного относительно скалывающего ножа с выступом в направлении
подачи на расстоянии 1…5 мм, причем пары ножей смещены друг относительно
друга по винтовой линии с перекрытием.
Это позволяет повысить устойчивость
фрезы к поломкам за счет более равномерного распределения нагрузки.
а
б
1 – верхнее основание, 2 – нижнее, 3 – балки, 4 – скалывающий нож, 5 – подрезной нож,
6 – гидромотор, 7, 8 – клинья, 9 – болты
Рис. 1. Схема рабочего органа (а) с креплением ножей подрезного и скалывающего (б)
Проведена серия экспериментов для
изучения влияния угла заострения βск скалывающего ножа в рамках значений 35°,
40°, 45°, 50° на работу Aу по измельчению
пня с прямой режущей кромкой (рис. 2а).
Зависимость Aу(βск) имеет максимум при
βск = 45°. В области низких значений
Aу(βск) могут реализовываться два различных механизма отделения древесины: при
βск<45° происходит слоевое отделение
Лесотехнический журнал 1/2011
древесины, при значениях же βск>50° происходит дробление древесины. Угол заострения скалывающего ножа βск необходимо
выбирать, исходя из механизма отделения
древесины (слоевой или фрагментарный).
Результаты эксперимента хорошо согласуются с результатами математического
моделирования: максимальное расхождение составляет не более 10 % абсолютной
величины.
39
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
A,
Дж/см
10у3 экспериментальная
Aу,
Дж/см3
экспериментальная
кривая
кривая
8
5,6
6
5,4
теоретическая
кривая
5,2
0
20
40
60
βск, град
80
теоретическая
кривая
4
0,004 0,008 0,012 0,016 vпод,
0,0
м/с
б
а
Рис. 2. Влияние угла заострения скалывающего ножа βск (а) и скорости подачи vпод (б)
на работу Aу по измельчению пня
Проведена серия лабораторных экс-
древесины, при этом удельный вклад сил
периментов с различными скоростями по-
трения мал, однако силы резания велики,
дачи: 0,00340, 0,00443, 0,00546, 0,00650,
так как необходимо преодолевать изги-
0,00750, 0,00855, 0,00958, 0,011 м/с (рис.
бающие и расклинивающие свойства тол-
3б).
стых слоев.
Экспериментальные
зависимости
Aу(vпод) близки к теоретической зависимо-
Проведена серия экспериментов по
сти, в частности, в эксперименте воспро-
изучению влияния на работу измельчения
изводится предсказанный моделью вогну-
пня одновременно двух указанных пара-
тый характер кривой в области малых vпод.
метров скорость подачи vпод и выступ под-
При малых значениях vпод (от 0,004 до
резного ножа hП. Поверхность Aу(vпод, hП)
0,007 м/с) древесина срезается тонкими
имеет
слоями. При этом силы резания невелики,
функции Aу(vпод, hП) поверхностью второго
однако силы трения, при пересчете на
порядка,
удельный объем оказываются значитель-
меньших квадратов в математическом па-
ными из-за большого количества срезае-
кете MathCad 2000, позволила получить
мых слоев. При больших значениях vпод (от
следующее уравнение регрессии
вогнутый
вид.
произведенная
Аппроксимация
методом
0,007 до 0,01 м/с) срезаются толстые слои
2
Aу (vпод , hП ) 10,97vпод
40
0,057hП2 1,29vпод hП 13,96vпод 1,32hП
7,32.
Лесотехнический журнал 1/2011
наи-
hП, мм
4
0,004
4
2
0,006
3
4
3
0,004 0,006
, м/с
vпод, м/с
Рабочие процессы машин и оборудованияvпод
лесного
комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
а
б
A у,
Дж/см3
Aу,
Дж/см3
8
8
6
h П,
мм
4
0,004
4
0,006
2
vпод, м/с
3
hП,
мм
4
3
6
h П, 2
мм
4
0,004 0,006
4
3
vпод, м/с
2
1
0,004 0,005 0,006 0,007
Aу(vпод, hП), Дж/см3
vпод,
м/с
в
а
б
а – экспериментальная
поверхность отклика Aу(vпод, hП); б – аппроксимация поверхности
hП, мм
отклика поверхностью второго порядка; в – оптимальная область (заштрихована)
4
на поверхности отклика, представленной линиями уровня
Рис. 3. Результаты
экспериментальной оптимизации параметров фрезы
3
Оптимальная 2область факторного
пространства (vпод, h1П) располагается в на0,006 0,007 vпод, м/с
правлении увеличения 0,004
vпод 0,005
и уменьшения
Aу(vпод, hП), Дж/см3
hП. Как показывают результаты воптимизации, подрезной нож должен выступать не
более чем на 2 мм, при этом оптимальная
скорость подачи находится в интервале
0,0045...0,007 м/с. С помощью известной
формулы в теории резания древесины на
основе полученных данных находим подачу Sz = 0,00147 м на комплекс ножей.
Для производственной проверки
экспериментальный образец машины для
измельчения пней с гидроприводом
рабочего органа смонтирован на конце
стрелы манипулятора ЛВ-210, которая
установлена на трактор ЛТЗ-60А (рис. 4).
Рис. 4. Экспериментальный образец машины для понижения пней с гидроприводом рабочего
органа на базе манипулятора ЛВ-210
Лесотехнический журнал 1/2011
41
2
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Производственная проверка работоспособности экспериментального образца
машины для понижения пней показала, что
часовая производительность составила 115
пней, что на 53,3 % выше базового варианта машины МУП-4. Годовой экономический эффект при внедрении в производство нового экспериментального образца
машины для понижения пней составляет
386400 рублей, при сроке окупаемости дополнительных капитальных вложений 0,2
года.
Таким образом, в результате экспериментальных исследований, с применение метода полнофакторного эксперимента определены оптимальное сочетание параметров рабочего органа: выступ подрезного ножа относительно скалывающего
ножа должен составлять не более 2 мм,
подача на комплекс ножей составляет
0,00147 м, при этом снижается энергозатраты на 15 %. Целесообразно использовать скалывающие ножи с дугообразной
режущей кромкой радиусом более R=25
мм в нижней части рабочего органа, так
как такие ножи могут быть эффективны
при фрезеровании у основания пня.
Производственная проверка работоспособности экспериментального образца
фрезерного рабочего органа с гидроприводом на базе трактора ЛТЗ-60А с гидроманипулятором ЛВ-210 показала, что производительность по сравнению с МУП-4
возросла в 1,5 и составила 920 пней в смену. Годовой экономический эффект при
внедрении в производство нового экспериментального образца машины для уда-
42
ления пней составляет 386400 рублей, при
сроке окупаемости дополнительных капитальных вложений 0,2 года.
В процессе фрезерования пней образуется большое количество отходов в виде
крупных кусков щепы и опилок. Щепа от
измельчения пней в настоящее время разбрасывается по участку тонким слоем и
остается для перегнивания. Однако при
сборе щепы с помощью пневмотранспортных устройств ее можно использовать для
переработки и изготовления различных
строительных материалов. Проведенные
нами исследования по уплотнению древесины пульсирующей нагрузкой показали
высокую эффективность применения прессовых устройств пульсирующего действия.
Прессовые устройства пульсирующего
действия позволяют облагораживать древесину в натуральном и измельченном состоянии. Согласно классификации способов, представленных на рис. 5 приведены
схемы прессовых устройств пульсирующего действия, получившие теоретическое и
экспериментальное исследование. Как
видно из схем, основой пульсирующей обработки является применение прессовых
вальцовых устройств, обеспечивающих
применительно к деревообработке низкочастотные режимы, и плоское нагружение
на обрабатывающий объект соединенных
для интенсификации процесса с возбудителями колебаний гидравлического, механического или электрического типов.
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Рис. 5. Схемы обработки древесных материалов пульсирующим давлением
Разработки методики расчета прессовых устройств пульсирующего действия,
создания и внедрения машин для объемного уплотнения смеси из бетона с измельченной древесины (опилкобетона), изучение физико-механических свойств материалов пульсирующей обработки, обоснование технологии обработки при одновременной взаимосвязи всех факторов,
влияющих на прочность и качество материала, а следовательно, и последующих
изделий, очень актуальны, так же как и
конструирование
специализированного
оборудования для облагораживания древесных материалов прессовыми устройствами пульсирующего действия [6].
Направление получения строительных изделий, с включением отходов в
процессе фрезерования пней, актуальны и
подтверждаются высказыванием ряда ученых нашей страны в области древесиноведения и проблем технологии древесины.
Лесотехнический журнал 1/2011
Библиографический список
1. Драпалюк М.В., Попиков П.И.,
Цуриков А.И., Беликов Е.В. Оценка энергоемкости рабочего процесса машины для
понижения пней // Известия вузов. Сев.Кавк. регион. Технические науки, 2007.
№ 5. С. 76–82.
2. Беликов Е.В. Оптимизация параметров машины удаления пней на основе
компьютерного моделирования // Вестник
КрасГАУ, 2009. №. 8. С. 7–12.
3. Попиков П.И., Беликов Е.В., Посметьев В.В. Оптимальное расположение
ножей на рабочем органе машины для удаления пней // Вестник КрасГАУ, 2009.
№. 12. С. 170–173.
4. Беликов Е.В. Лабораторное экспериментальное исследование фрезерной
машины удаления пней // Вестник КрасГАУ, 2009. №. 12. С. 246–250.
43
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
5. Пат. 78032 РФ, МПК7 А01G 23/06.
Устройство для дробления пней / И.М.
Бартенев, М.В. Драпалюк, П.И. Попиков,
Е.В. Беликов ; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. № 2008117621/22; заявл.
04.05.08; опубл. 20.11.08. Бюл. № 32. 2 с.
6. Юдин Р.В. Анализ процессов обработки древесины с применением пульсирующего давления // Технология и оборудование деревообработки в 21 веке.
Вып. 3: межвуз. сб. науч. тр./ ВГЛТА. Воронеж, 2005.
УДК 630*232.211
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФРЕЗЕРНОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА
С ГИДРОПРИВОДОМ ДЛЯ ПОНИЖЕНИЯ ПНЕЙ ТВЕРДОЛИСТВЕННЫХ ПОРОД
НА ЛЕСНЫХ УЧАСТКАХ
П.И. Попиков, П.И. Титов, Е.В. Беликов, П.Э. Гончаров
ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
Представлена конструкция нового фрезерного рабочего органа с гидроприводом, для
понижения пней твердолиственных пород. Обоснованы параметры и компоновка скалывающих и подрезных ножей фрезы, приведены результаты теоретических исследований рабочих
процессов при ее взаимодействии с пнями твердолиственной древесины.
Ключевые слова: понижение пней, твердолиственные породы, фрезерный рабочий орган, рабочий процесс, нож.
В отечественной и зарубежной прак-
Комплекс состоит из подрезного но-
тике для удаления пней применяется ряд
жа установленного относительно скалы-
машин и механизмов корчевального и из-
вающего ножа с выступом в направлении
мельчающего типа МРП-2А, ДП-25, К-2А,
подачи на расстоянии 1…5 мм, причем па-
КМ-1 МУП-4, МДП-1,5. Существующие
ры ножей смещены друг относительно
конструкции машин удовлетворяют частич-
друга по винтовой линии с перекрытием.
но требованиям только при удалении пней
Это позволяет повысить устойчивость
мягколиственных и хвойных пород, а при
фрезы к поломкам за счет более равномер-
удалении пней твердолиственных пород не
ного распределения нагрузки.
справляются с поставленной задачей.
Теоретических исследований в об-
Предлагается новый рабочий орган в
ласти понижения пней твердолиственной
виде усеченного конуса с гидроприводом,
древесины фрезой с гидроприводом про-
новой расстановкой комплексов ножей
ведено, на наш взгляд, недостаточно.
(рис. 1) (пат. на пол. модель № 78032).
44
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
а
б
1 – верхнее основание, 2 – нижнее, 3 – балки, 4 – скалывающий нож,
5 – подрезной нож, 6 – гидромотор, 7, 8 – клинья, 9 – болты
Рис. 1. Схема рабочего органа (а) с креплением ножей подрезного и скалывающего (б)
Нами составлены и проанализированы дифференциальные уравнения, описывающие процесс фрезерования коническим
d
dt
J пр
rскл
2
п
2
qm p
0
рабочим органом и расход рабочей жидкости гидропривода:
dN p
v
kM
rпод kпод 0,12 под
dt
2
H
1
H r cos
cos
2
dp 1
qн nн qm
dt K p
cos
f тр ctg
f тр sin
2
1
под
tg
2
Rp sign
1 cпод
v
0,12 под
2
sin
fТР cos
n
L
см.r
2
(1)
kб ;
ay p .
где Jпр – приведенный момент инерции
вращающихся масс к валу гидромотора,
включающий момент инерции роторной
группы гидромотора и момент инерции
рабочего органа, кг·м2;
– угловая скорость вращения вала гидромотора, с-1; t –
время, с; ηn – полный КПД гидромотора; η0
– объѐмный КПД гидромотора; qт – рабочий объѐм гидромотора, см3/об; p – давление рабочей жидкости в гидросистеме, Па;
Лесотехнический журнал 1/2011
kM – коэффициент, определяющий силу
сопротивления при удалении элементарного куба, c; Np – количество удаленных элементарных кубов пня; rпод и rскл – коэффициенты, определяющие относительный
вклад сил Fпод и Fскл со стороны подрезного и скалывающего ножей; kпод – удельное
сопротивление перерезанию, Н/м2; hпод =
0,12vпод/2πω– подача на режущий нож ; μпод
– коэффициент трения древесины о нож; δn
45
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
– угол резания передней режущей кромки;
cпод – коэффициент пропорциональности,
постоянный для данной обрабатываемой
древесины; ρ – радиус округления лезвия,
мм; Ηη – статическая твердость древесины
в тангенциальном направлении, H/мм2; β –
угол заострения; α – задний угол; fтр – коэффициент трения древесины о режущий
элемент, L– зона соприкосновения передней грани ножа с древесиной, мм; ζсм.r –
предел прочности древесины на смятие
поперек волокон в радиальном направлении, H/мм2; δ – угол резания; Ηr – статическая твердость древесины в радиальном
направлении, H/мм2; Rр – радиус резания,
м; sign(ω) – функция, возвращающая знак
ω; kб – коэффициент сопротивления трения
при вращательном движении фрезы
1
2
[Н/радс]; Kр – коэффициент податливости
упругих элементов гидропривода, м5/H; qн
– рабочий объѐм насоса, см3/об; nн – частота вращения насоса, с-1; аy – коэффициент
утечек, м3/(с·Па).
Система дифференциальных уравнений (1) решена методом численного интегрирования – модифицированным методом
Эйлера-Коши. Для решения системы дифференциальных уравнений, положенной в
основу модели и для проведения различных компьютерных экспериментов с моделью составлена компьютерная программа
на языке Object Pascal в интегрированной
среде программирования Borland Delphi
7.0. Получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №
2009610415.
3
1 – временная зависимость угловой скорости вращения фрезы ω(t);
2 – временная зависимость момента сопротивления фрезерованию Mс.ф.(t);
3 – временная зависимость давления на гидромоторе Pгм(t)
Рис. 2. Изображение, выводимое на экран компьютера
В процессе теоретического эксперимента на экран компьютера непрерывно
46
выводятся следующие выходные характеристики (рис. 3): схематичные изображе-
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
ния в масштабе трех проекций фрезерного
рабочего органа и обрабатываемого пня,
по которым можно визуально анализировать эффективность работы фрезы; временные зависимости момента сопротивлеFmax, кН
ния фрезерованию Mс.ф.(t), давления на
гидромоторе Pгм(t) и угловой скорости
вращения фрезы ω(t); текущие значения
основных характеристик процесса.
A, кДж
1,4
50
1,2
45
1,0
0,8
40
0
20
40
a
60
δп, град.
35
0
20
40
б
60
δп, град.
Рис. 3. Зависимости максимальной силы Fmax резания (а)
и работы A измельчению пня (б) от угла резания подрезного ножа δп
В результате компьютерного эксперимента получены зависимости максимальной силы резания Fmax и работы резания A от угла резания δп. В данной серии
экспериментов изменяли угол резания δп
от 10 до 70° с шагом 10°. Убывающий вид
зависимости Fmax(δп) и A(δп) объясняется
тем, что при малых значениях угла резания
δп передняя режущая кромка расположена
почти перпендикулярно к направлению
подачи древесины на нож, и сила сопротивления при этом велика (рис. 4), минимальные значения Fmax(δп) и A(δп) находятся при угле резания δп> 30°.
Проведена серия компьютерных экспериментов, в рамках которых задний угол
скалывающего ножа αск принимал следующие значения: 5°, 10°, 15°, 20°, 30°,
40°, 50°. При увеличении αск снижается
максимальная сила на комплексе ножей и
работа по измельчению пня вследствие более эффективного резания древесины (рис.
4).
Лесотехнический журнал 1/2011
В этой серии экспериментов изменяли угол заострения скалывающего ножа βск
от 15 до 75° с шагом 10°. Зависимости
Fmax(βск) и A(βск) имеют максимум в области 40<βск<55° (рис. 4). Низкие значения
Fmax и A в области малых βск можно объяснить тем, что при малых βск проекция силы
отделения древесины на продольное направление невелика.
Проведена серия из восьми компьютерных экспериментов в рамках которой
скорость подачи изменялась от 0,005 до
0,04 м/с с шагом в 0,005 м/с. Зависимость
максимальной силы на комплексе ножей
от скорости подачи Fmax(vпод) резко возрастает после 0,025 м/с, имеет приближенно
квадратичный характер Fmax(vпод) v2под
(рис. 5а). Увеличение работы A по измельчению пня с увеличением vпод (рис. 5б)
имеет приближенно линейный характер от
30 до 60 кДж. Для выяснения значения ρск
меняли от 0,01 до 1,0 мм с шагом в 0,2 мм.
47
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Зависимости влияние радиуса округления
лезвия скалывающего ножа ρск на максимальную силу Fmax на комплексе и работу
Fmax, кН
A по измельчению пня являются линейными и сильно возрастающими (риcунок 5).
50
A, кДж
1,1
2
45
2
1,0
1
40
0,9
0,8
0
0
20
αск, град. 35
40
20
40
60
60
1
0
80 βск, град. 0
20
20
40
40
60
60
αск, град.
80 βск, град.
б
a
Рис. 4. Зависимости максимальной силы Fmax на комплексе (а) и работы A
по измельчению пня (б) от заднего угла скалывающего ножа αск (1) и угла заострения
скалывающего ножа βск (2)
Fmax, кН
A, кДж
2
1
2
80
1
3
60
2
40
1
0
0
0,0
0,02
0,03
0,04 vпод, м/c
0,6 0,8 1,0 1,2 ρск, мм
0,01
0,2 0,4
20
0
0,0
0,01
0,2 0,4
0,02
0,6
0,03
0,8 1,0
0,04 vпод, м/c
1,2 ρск, мм
б
Рис. 5. Зависимости максимальной силы Fmax на комплексе (а) и работы A
по измельчению пня (б) от скорости подачи фрезы vпод (1) и радиуса округления лезвия
скалывающего ножа ρск (2)
a
Исследовалось влияние механических свойств древесины на силу резания
Fmax и работу измельчения A. Для легкообрабатываемой древесины (сосна) максимальная сила на комплексе меняется от
0,887 кН до 1,257 кН, для труднообрабатываемой древесины (дуб) работа по измельчению пня изменяется от 36,23 до
54,54 кДж соответственно. Таким образом,
48
при обработке различных типов древесины
динамические и энергетические параметры
могут изменяться на 20…30 % .
Проведенный анализ привел к заключению, что на эффективность фрезерования наибольшее влияние оказывают следующие параметры:
- кинематические параметры (скорость подачи фрезерного рабочего органа
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
и объем гидромотора, определяющий скорость вращения фрезы);
- параметры скалывающего ножа
(задний угол и угол заострения ножа);
В связи с этим решены следующие
две задачи оптимизации:
Fmax vпод , qм
Fmax ск ,
A ск , ск
min;
A,
кДж
A,100
кДж
80
100
60
80
40
60
Fmax,
кН
Fmax,
2
кН
2
1
1
vпод, см/с
vпод, м/с 2,0
1,5
0,02
0,015
1,0
0,75 0,60
0,01
320 256
0,45
qм, л
q40
м, л
0,45
2,0
0,60 qм, см3/об
1,5
0,75
1,0
192
0,02
256
0,015
0,01 320
под, см/с
vпод,vм/с
qм, см3/об
192
Fmax,
кН
Fmax,
кН
1,0
A,
кДж
A,
42
кДж
42
40
1,0
0,9
0,9
αск, град
αск, град30
40
3050
40
50 10
10
min;
min .
Важным преимуществом двухфакторной
оптимизации является возможность графически изобразить поверхность отклика и
провести ее визуальный анализ (рис. 6).
min;
A vпод , qм
ск
20
20
30
30
40
38
αск, град
38
αск, град 30
βск, град.
40
30 50
βск, град
40
50
10
10
βск, град.
20 30 βск, град
20 30
Рис. 6. Поверхности отклика к оптимизации параметров фрезерной машины
Анализируя каждую из поверхностей
отклика, представленную с помощью линий уровня, можно условно разделить
факторное пространство на две области:
благоприятную (заштрихована на рис. 7 и
8) и неблагоприятную. В качестве границы
Лесотехнический журнал 1/2011
между благоприятной и неблагоприятной
областью экспертным путем выбирается
некоторая линия уровня. При этом учитывается, что благоприятная область должна
содержать наиболее минимальные значения критерия.
49
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
qм,
см3/об
256
qм,
см3/об
256
qм ,
см3/об
256
192
192
192
128
128
128
64
64
64
0,01 0,015 0,02 0,025 vпод, м/с
0,01 0,015 0,02 0,025 vпод, м/с 0,01 0,015 0,02
Fmax(vпод, qм)
0,025 vпод, м/с
Fmax(vпод, qм) ∩ A(vпод, qм)
A(vпод, qм)
Рис. 7. Благоприятные области факторного пространства (vпод, qм) (заштрихованы)
на поверхностях отклика, представленных линиями уровня
βск,
град.
βск,
град.
βск,
град.
40
40
40
30
30
30
20
20
20
10
10
20
30
40 αск, град.
Fmax(αск, βск)
10
10
20
40 αск, град.
30
A(αск, βск)
10
10
20
30
40 αск, град.
Fmax(αск, βск) ∩ A(αск, βск)
Рис. 8. Благоприятные области факторного пространства (αск, βск) (заштрихованы)
на поверхностях отклика, представленных линиями уровня
В результате проведенной оптимизации выявлено, что оптимальные сочетания
скорости подачи фрезы и объема гидромотора находятся в интервалах параметров:
от 0,01 до 0,025 м/с для vпод и от 192 до 256
см3/об для qм. Оптимальные сочетания
заднего угла и угла заострения скалывающего ножа находятся в интервалах углов
αск=35…40°, βск=40…45°. Предложены две
новые схемы расположения комплексов
ножей на рабочем органе, повышающие
устойчивость фрезы к поломкам за счет
более равномерного распределения нагрузок по ножам. Двухзаходная и синусоидальная схемы снижают максимальную
силу на ноже на 40 % и 30 % соответственно.
50
Таким образом, был обоснован процесс взаимодействия фрезы с пнем с новой
компоновкой скалывающих и подрезных
ножей и двухзаходной схеме расположения комплексов ножей, повышающая производительность и снижение энергетических и динамических показателей.
Разработана имитационная компьютерная модель функционирования фрезы с
гидроприводом (защищена свидетельством
официальной регистрации программы для
ЭВМ № 2009610415). Модель воспроизводит основные физические процессы, происходящие в механической и гидравлической подсистемах машины, процессы
взаимодействия ножей с древесиной и постепенное измельчение пня. По заданным
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
параметрам фрезерной машины и условиям эксплуатации модели определены временные зависимости основных динамических характеристик (момента сопротивления фрезерования, угловой скорости, давления рабочей жидкости), максимальную
силу, возникающую на ножах, а также общие энергетические затраты на фрезерование пня.
Анализ теоретических зависимостей
показал, что при изменении угла резания
передней режущей кромки подрезного ножа в пределах δп=30…60°, максимальная
сила Fmax снижается от 1,0 кН до 0,9 кН, а
работа резания от 43 до 41 кДж. При углах
заточки βск скалывающего ножа в интервале 45<βск<55° Fmax и A имеют максимальные значения 1,05…1,1 кН, и 43,5 кДж.
При изменении заднего угла αск скалывающего ножа от 5º до 40º сила снижается
, от 1,05 кН до 0,95 кН, а работа резания от
46 до 39 кДж. При увеличении скорости
подачи зависимости Fmax(vпод) и A(vпод) незначительно увеличиваются в интервале от
0,01 до 0,03 м/с, а затем резко возрастают
до 3 кН и 60 кДж.
Получены оптимальное сочетание
скорости подачи vпод фрезы и объема qм
гидромотора, которое находится в интервалах параметров: для vпод от 0,01 до 0,025
м/с и для qм от 192 до 256 см3/об, с частотой вращения 8,5 с-1. Оптимальные сочетания заднего угла и угла заострения скалывающего ножа находятся в интервалах
углов αск = 35…40°, βск=40…45°, а для радиуса округления скалывающего ножа ρск
до 100 мкм.
Библиографический список
1. Бартенев И.М., Попиков П.И., Драпалюк М.В., Бухтояров Л.Д. Конструкции и
параметры машин для расчистки лесных
площадей. М.: Флинта: Наука, 2007. 207 с.
2. Пат. 78032 РФ, МПК7 А01G 23/06.
Устройство для дробления пней / И.М.
Бартенев, М.В. Драпалюк, П.И. Попиков,
Е.В. Беликов; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. № 2008117621/22; заявл.
04.05.08; опубл. 20.11.08. Бюл. № 32. 2 с.
УДК 630.323.113
ПРИМЕНЕНИЕ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ПОЛИМЕРА
В УЗЛАХ ТРЕНИЯ ЛЕСООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ
Ф.В. Пошарников, А.В. Усиков, А.И. Серебрянский
ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
Предлагается использовать композиционный материал на основе полимера с металлическим наполнителем в узлах трения лесообрабатывающего оборудования. Представлена методика расчета теплопроводности композиционного материала и результаты исследования
антифрикционного материала.
Ключевые слова: лесообрабатывающее оборудование, узел трения, композиционный
материал, полимер, металлический наполнитель, теплопроводность.
Лесотехнический журнал 1/2011
51
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
В лесной промышленности на нижних складах используется большое разнообразие лесообрабатывающего оборудования. Надежность оборудования зависит от
многих параметров, однако, узлы трения
являются одним из самых слабых звеньев в
любом механизме. Отличительной особенностью работы узлов трения в лесообрабатывающем оборудовании являются: высокие контактные давления; динамические и
вибрационные нагрузки, режим работы
при частом пуске и остановке оборудования, загрязненность абразивом; недостаток
смазки, из-за чего происходит увеличение
износа и нарушение кинематической точности сопряжения; подверженность климатическим воздействиям окружающей
среды.
Данную проблему можно решить,
например, использованием в узлах трения
нижнескладского оборудования новых
перспективных антифрикционных материалов, таких как полимеры. Полимерные
материалы позволяют по-новому решать
ряд технических вопросов, направленных
на повышение надежности работы и увеличение срока службы оборудования. Некоторые полимеры при работе в паре с металлом характеризуются низким коэффициентом трения, высокой износостойкостью, способностью предохранять сопряженные металлические детали от заедания
и интенсивного износа. Полимеры снижают распространение упругих волн и, следовательно, вибрацию оборудования [3].
Одним из перспективных материалов
для подшипников скольжения является
полимер на основе полиамида. Полиамидные смолы имеют хорошие физико-
52
механические свойства и легко поддаются
обработке. В настоящее время известно
много способов по переработке полиамидов в изделия. Основные способы переработки полиамидов: прессование с нагревом; литье из расплава; прессование с последующим спеканием; экструзия; напыление; литье под давлением. Из всех приведенных методов наиболее перспективным и дешевым является прессование с
нагревом. Использование такого метода
позволяет получать полимеры с различными наполнителями, а также все отходы при
обработке можно использовать вторично,
предварительно измельчив материал.
Полиамиды обладают высокими антифрикционными свойствами при работе в
узлах трения без подачи смазки, но при
повышенных температурах (без наполнителя) имеют низкую теплопроводность.
Если применять метод изготовления антифрикционного материала для подшипников скольжения прессование с нагревом,
то в качестве наполнителя можно использовать: графит; дисульфид молибдена;
тальк; порошок меди; порошок свинца;
порошок титана и бронза в виде мелкой
стружки. Особенностью таких наполнителей является то, что они не подлежат
внешнему воздействию постоянного магнитного поля, так как они не относятся к
ферромагнитным материалам. Применения
дисперсных металлических порошков
(мелкая стружка) требует их равномерного
распределения по объему полимера, что
может быть достигнуто применением магнитного поля. Наполнители в виде мелкой
стружки из стали легко поддаются воздействию постоянного магнитного поля и при
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
этом частички железа можно выстраивать
таким образом, что они составляют цепочки, соединяющие внутреннею поверхность
втулки с внешней. Теплопроводные мостики выстраиваются по линиям магнитного поля, которые должны быть распределены перпендикулярно оси втулки. Применение наполнителей является самым
дешевым и доступным способом улучшения свойств полимеров. Оптимальное содержание металлического наполнителя составляет 15…20 % по массе [1].
Для исследования подшипников
скольжения на трение и износ, на кафедре
Технологии и оборудования лесопромышленного производства Воронежской государственной лесотехнической академии,
была разработана установка позволяющая
имитировать реальные условия работы узлов трения лесообрабатывающего оборудования. Данная установка позволяет изучить влияние на работу подшипников
скольжения следующих факторов: материала, из которого изготовлен подшипник
скольжения; величины максимальной нагрузки; скорости вращения вала в подшипнике; температура вблизи поверхности
зоны трения подшипника; величины относительного зазора; работоспособности антифрикционного материала, как в прямой,
так и в обратной паре трения; коэффициента трения в момент пуска и при установившемся движении.
Нами предлагается композиционный
материал из полимера, армированный металлом, с увеличенной толщиной втулки
(4…6 мм). Часть тепла из зоны трения отводится через металлический вал, а другая
часть тепла отводится через корпус под-
Лесотехнический журнал 1/2011
шипника, благодаря металлическому наполнителю в антифрикционной втулке
(рис. 1). На рис. 1 показано распределение
температуры в зависимости от используемого материала. Композиционный материал с металлическим наполнителем (кривая
б) позволяет отводить тепло через внешнюю поверхность корпуса подшипника
скольжения. Снижение температуры в зоне
контакта трущихся поверхностей позволит
использовать полимерные материалы в узлах трения лесообрабатывающего оборудования при тяжелых режимах работы.
Температура антифрикционного слоя
зависит от соотношения количества теплоты, возникающей в подшипнике в результате трения, и количества теплоты, передаваемой в окружающее пространство. Так
как в большинстве случаев пластиковые
втулки работают при ограниченной смазке,
то отвод тепла в них практически осуществляется через вал и корпус подшипника
[3].
Расчет на нагрев основывается на
предположении, что тепло, образующееся
при трении, отводится в окружающую
среду через поверхность вала и частично
через корпус подшипника, так как теплопроводность композиционного полимера с
металлическим наполнителем на много
ниже, чем теплопроводность стали.
Зависимость теплопроводности полимерного вкладыша от степени наполнения металлической стружки определяется
по формуле (1) для двухфазной системы:
2
а
qв
1 qв
3
, (1)
а
в
а
53
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
где qа и a – объемная доля непрерыв2 =0,4…0,7 Вт/(м °С).
ной фазы и обобщенная теплопроводность
компонента А (полимера);
qв и
в
– объемная доля компонента
В (наполнителя) и его теплопроводность.
Теплопроводность стали
в =40…50
Вт/(м·°С), а теплопроводность полимера
находится в пределах
а =0,29
Вт/(м °С).
Принимая во внимание, что процентное
содержание металлического наполнителя
не превышает 20 %, теплопроводность
композиционного материала составляет
Антифрикционный композитный полимер с металлическим наполнителем позволяет часть тепла отдавать в окружающую среду через корпус подшипника, а
снижение температуры в зоне трения позволяет расширить применение данного
композиционного материала в тяжелых
условиях работы подшипников скольжения [2].
а – чистый полиамид (капролон);
б – полиамид, наполненный железной стружкой под действием магнитного поля
Рис. 1. Распределение температуры в подшипнике скольжения
с полимерной втулкой (S=5 мм)
При снижении температуры в зоне
трения подшипника снижается и коэффициент трения, что подтверждается лабораторными исследованиями. Графики зависимости сухого коэффициента трения от
температуры представлены на рис. 2.
54
Резкая зависимость коэффициента
трения от температуры выражена у полиамида, а у композиционного материала с
металлическим наполнителем менее явная
зависимость от температуры.
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
f
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
20
30
40
50
60
70
1
80
90
100
2
110
120
t, 0C
1 – капролон; 2 – композиционный материал на основе капролона с металлическим
наполнителем под действием магнитного поля
Рис. 2. Зависимость коэффициента трения от температуры
(Р=30 кГ/см2; V=0,78 м/с; =0,3 мм)
Из анализа проведенных исследований видно, что полиамидный композиционный материал с металлическим наполнителем имеет высокие антифрикционные
свойства и в ряде случаев может заменять
в подшипниках цветные металлы (бронзу).
В целом приведенные данные подтверждают повышение износостойкости композиций полиамида с металлическим наполнителем, что подтверждает о целесообразности применения в узлах трения лесообрабатывающего оборудования. Применение данного композиционного материала позволит продлить срок эксплуатации
нижнескладского оборудования.
Лесотехнический журнал 1/2011
Библиографический список
1. Альшиц И.Я. Анисимов Н.Ф., Благов Б.Н. Проектирование из пластмасс:
справочник / М.: Машиностроение, 1969.
243 с.
2. Бегиджанова А.П., Крейдлин Л.М.
Применение пластмасс в тракторном машиностроении [Трение]: учеб. / М.: Машиностроение, 1970. 213 с.
3. Основы трибологии (трение, износ,
смазка): учебник для технических вузов /
под ред. А. В. Чичинадзе. М.: «Наука и
техника», 1995. 778 с.
55
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
УДК 630.232.32
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ СТУПЕНЧАТОГО
РЫХЛИТЕЛЯ МУЛЬЧИРОВАТЕЛЯ ЛЕСНОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ СЕЯЛКИ
В.В. Цыплаков, В.А. Карпенко
ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»
Кратко рассмотрены требования к мульчированию посевов и конструкция мульчирователя сеялки СКП-5/10. Проведено теоретическое исследование параметров и режимов работы ступенчатого рыхлителя, предназначенного для предотвращения сводообразования субстрата в бункере мульчирователя.
Ключевые слова: мульчирование, мульчирователь лесной комбинированной сеялки,
ступенчатый рыхлитель, режимы работы, сводообразование.
При выращивании посадочного материала (сеянцев) в лесных питомниках
лесостепной и степной зон важнейшим
требованием является защита посевов от
пересыхания и ожога корневой шейки растений [4]. Этого можно достигнуть применением технологии, включающей в себя
одновременную подготовку и выравнивание посевной ленты с защитными буртами
по всей длине, высев семян, мульчирование и прикатывание посевов [5].
Эффективным приемом защиты посевов от повышенной потери влаги и перегревания является мульчирование опилками. К слою мульчи на посевах предъявляются следующие требования:
- равномерность на всей площади посевов;
- толщина слоя должна соответствовать биоэкологическим особенностям выращиваемой породы;
- высокая сохранность в течение максимально длительного времени.
Один из путей обеспечения выполнения вышеуказанных требований - управляемая (дозируемая) подача мульчи на посевную ленту.
56
Для решения этой задачи разработан
мульчирователь лесной комбинированной
сеялки для питомников (СКП-5/10), состоящий из бункера для мульчи, в котором
находится рыхлитель, предотвращающий
сводообразование опилок. Привод рыхлителя осуществляется от дозатора мульчи
через конический редуктор. На посевную
ленту мульча подается непрерывным потоком. Привод дозатора осуществляется
через цепную передачу со сменными звездочками от прикатывающего катка с почвозацепами. Такая конструкция привода
позволяет регулировать толщину слоя
мульчи, за счет увеличения (уменьшения)
частоты вращения дозатора.
Кинематическая схема мульчирователя, со ступенчатым рыхлителем, представлена на рис. 1. Для анализа и оценки
момента сопротивления загружаемой в
бункер сыпучей массы при ее перемешивании рыхлителем со ступенчатой формой
лопастей полагаем, что рыхлитель помещен в замкнутый контейнер без крышки.
Бункер условно представляется как усеченный конус со средним радиусом
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Rk
( Rkmax
Rkmin ) 2 .
Сначала исследуем работу одного
выступа лопасти на оси рыхлителя, распо-
ложенной в плоскости перпендикулярной
оси рыхлителя.
1 – прикатывающий каток; 2 – дозатор; 3 – рыхлитель в бункере
Рис. 1. Кинематическая схема механизма рыхлителя
Зазор между внутренней поверхностью бункера со средним радиусом Rk и
рыхлителем разбивается на две зоны, ограниченные соответственно углами θM и θb
(рис. 2). Для каждой из этих зон имеет ме-
сто свой характер движения рабочей смеси. Таких участков на каждой лопасти 2m,
где m – число пар выступов на лопасти.
Очевидно, что справедливо соотношение:
2m( M
2 .
(1)
b)
1 – бункер; 2 – ось рыхлителя; 3 – выступ на лопасти рыхлителя
Рис. 2. Геометрические параметры рыхлителя
Схема движения рабочей смеси в зазоре между подвижной поверхностью
Лесотехнический журнал 1/2011
рыхлителя и неподвижной внутренней поверхностью бункера представлена на рис.
57
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
3. Для аналитических оценок кривизна зазора не учитывается. Поскольку форма такого зазора не является гладкой, сначала
устанавливаем влияние движения выступа
лопасти рыхлителя на изменение перепада
давления вдоль зазора.
1
1 – бункер; 2 – ось рыхлителя; 3 – выступ на лопасти рыхлителя
Рис. 3. Схема к исследованию движения рабочей смеси в зазоре между подвижной
поверхностью рыхлителя и неподвижной внутренней поверхностью бункера
Инерционные силы при движении
рабочей смеси на участках зазора близких
к выступу [1], влияют на перепад давления
между зоной А до выступа и зоной В после
него. С другой стороны, на участках зазора, не относящихся к области близкой к
выступу, движение смеси можно считать
безинерционным [2]. Это означает, что
влияние сил инерции характеризуется
скачкообразным перепадом давления в непосредственной близости к выступу, как
это показано на рис. 3.
Геометрические параметры рыхлителя приведены на рис. 2.
Равенство расходов Q в зоне А и в
зоне В, дает два уравнения:
V
V
где
58
1
2
2
2
3
dPI
1
dx1 12
3
dPII
2
dx2 12
– коэффициент структурной “вязкости” рабочей смеси;
1, 2
– величины зазоров в зонах А
и В;
PI , PII – давление в зонах А и В.
Уравнение сохранения количества
движения слоя рабочей смеси для произвольного зазора величиной имеет вид:
dP
(3)
( 0
) 0,
dx
где
0,
– напряжения соответственно
на подвижной и неподвижной границах.
Вводится средняя скорость Uср в виде:
U ср
1
Udy,
(4)
0
Q,
(2)
Q,
Q – секундный расход рабочей смеси;
V – скорость подвижной границы зазора;
где U – профиль скоростей рабочей смеси перпендикулярных границе зазора.
) опреРазность напряжений ( 0
деляется исходя из условия безинерционности движения смеси при установившемся
вращении рыхлителя. Поэтому, для разности
0
используются результаты [3]:
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
12 V
U ср
1
2
0
V
(5)
.
Для установившегося вращения рыхлителя
расход Q постоянный. Тогда из (3) следует:
dP
dx
1
(
(6)
).
0
M cStup
1
Подстановкой (5) в (6), будем иметь:
dP
dx
12 V
U ср
1
2
2
V
где
(7)
.
Для постоянного расхода Q :
Q
(8)
U ср .
С учетом (8) соотношение (7) имеет
вид:
dP
dx
12 V
1
2
2
Q
.
V
(9)
Отсюда
12 V
dP
2
1
2
Q
dx.
V
степени угловой скорости вращения рыхлителя.
Тогда момент сопротивления вращению рыхлителя со ступенчатой формой его
лопастей представляет собой сумму двух
составляющих для одной пары выступов:
(10)
1 , а затем на участке
 1  2 с зазором
2
(рис. 3), получим для
перепада давления следующее выражение:
6 V 1 12 Q 2
(11)
P
.
2
1
3
2
Для расхода и скорости рабочей смеси в зазоре между бункером и рыхлителем,
вращающейся с угловой скоростью
высотой выступа a
радиусом rср
Q
( R7
r a,
3 ср
3
,
R6 и средним
R7
R6 ) 2 , получим:
V
(12)
r .
3 ср
Тогда перепад давлений (11) определится как:
P
6 rср  1
2
1
12 rср a 2
3
2
3.
(13)
Из выражения (13) следует, что перепад давления P пропорционален первой
Лесотехнический журнал 1/2011
M cStup ,
нормальная
(14)
составляющая
момента сил сопротивления, обусловленная наличием выступов ступенчатой формы на рыхлителе;
M cStup – касательная составляющая
момента сил сопротивления, обусловленная “вязкими” силами трения.
Для нахождения составляющей M cStup определяются [3] касательные напряжения на
внешних поверхностях одной секции рыхлителя для каждой из зон (рис. 3):
Интегрируя (10) по x на участке
0  1 с зазором
Stup
–
M cp
M cpStup
i
где
1
2
P
( Rik
z
Ui
, (15)
Rik Rin
Rin )
Rik , Rin – радиусы (наибольший и
наименьший) i-й зоны зазора между внутренней поверхностью бункера и элементами конструкции рыхлителя;
U i – скорость подвижной поверхности в i-й зоне механизма;
P
z
P
i
,
i –
протяженность канала по окружности i-й
зоны.
Тогда, для одной пары выступов секции рыхлителя:
M ic
где
Rin ai  i i ,
(16)
ai – длина канала i-й зоны вдоль оси
рыхлителя.
Для зоны В (рис. 3):
59
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
3
aR71
M
Rk R71
M Вc
aR71 P
Rk
2
3
R71 .
(17)
Для зоны А в силу существенно
большего, чем в зоне В зазора между выступом на рыхлителе и внутренней поверхностью бункера, скорость рабочей
смеси может быть приближенно приравнена к средней скорости выступа на рыхлителе.
Поэтому, для зоны А (рис. 3):
3
aR61
b
Rk R61
M Аc
3
(18)
.
Для одной пары выступов на рыхлителе:
Mc
M Аc
3
aR61
b
Rk R61
M Вc
Mc
a
aR71
2
3
P Rk
3
R61
b
Rk R61
( Rk
aR71
( Rk
2
M cStup
R71 )
3
3
R71
M
Rk R71
3
2
71
R
3
QА
Из
QА
a
условия
60
3
равенства
.
(22)
расходов
QВ , имеем из (21), (22) выражение
для перепада давления:
R
Rk
Stup
M cp
R71 ( Rk
R71
a
2
R71
2
R61
2
2
R71
2
2
3a R71
R61
3
2
2
R61
R71 Rk R71
.
2
Rk R71
. (24)
R71 )
P,
(25)
M
(26)
Полный момент сопротивления вращению рыхлителя со ступенчатой формой
ее лопастей запишется в виде:
Stup
(27)
M cStup 2mn1 M cp
M cStup ,
где m – число пар выступов на лопасти
рыхлителя;
n1 – число секций с выступами.
теля 3 выражается через скорость движения трактора и другие параметры механизма по формулам теоретической механики [3]:
:
3
R
2
(23)
Угловая скорость вращения рыхли-
.
2
61
R
3
R61
b
Rk R61
2
61
M
3
2
71
.
Нормальная составляющая момента
сил сопротивления для одной пары выступов на рыхлителе запишется, согласно (22)
(23), в виде:
(21)
Для зоны А расход определяется тем
количеством рабочей смеси, которое вытеснит выступ на рыхлителе, вращающемся с угловой скоростью
a
3aR71
2
(20)
лем с выступами на нем определяется расход Q рабочей смеси в каждой из зон.
Для зоны В:
6
R71 )
Тогда касательная составляющая момента сопротивления вращению рыхлителя со ступенчатой формой лопастей из (20)
и (23) запишется в виде:
R71 .
R71 ) 3
R71 )
M ( Rk
2
R61
R71 ( Rk
( Rk R71 ) 2
M
Stup
M cp
P в каналах между бункером и рыхлите-
a P
3
или
Для определения перепада давления
QB
2
R71
3
(19)
3,
или
3
R71
M
Rk R71
P
где
k
R2 R1
V0 ,
R2 R4
(28)
V0 – скорость движения трактора, с
мульчирователем;
R1 – радиус звездочки прикатывающего катка;
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
R2 – внешний радиус катка 1 без учета лопаток почвозацепов;
R4 – радиус звездочки дозатора 2;
k – передаточное число редуктора от
дозатора 2 к рыхлителю 3.
Параметр H1 – высота оребренного
выступами ступенчатого рыхлителя (рис.
2). В дальнейшем полагается, что рабочая
смесь полностью покрывает ступенчатые
ребра рыхлителя (в этом случае имеет место максимальный момент сопротивления), то есть H1
b
3
висимость для определения шага выступов
– ребер ступенчатого рыхлителя (рис. 2):
H1 an1
(29)
h1
.
1
Из выражения (2.1) выводится расчетная формула для углового размера впадины между выступами через угловой
размер выступа (рис. 2):
m
m
b
M
(30)
.
Таким образом, получены следующие зависимости для определения момента сопротивления механизма со ступенчатым рыхлителем:
Stup
(31)
M cStup 2mn1 M cp
M cStup ,
Stup
M cp
2
71
R
M cStup
a
3aR71
2
2
2
3a ( R71
R61
)
3
2
2
R61 R71 ( Rk R71 )
,
( Rk R71 ) 2
3
R71
M
Rk R71
3
2
R71
3
M
M
3
R61
b
Rk R61
2
R61
R71 Rk
Rk R71
R71
M
,
R2 R1
V0 ,
R2 R4
Rk
Rkmax
H1
ZM ,
h1
Rkmin 2 ,
H1 an1 .
.
n1 1
Эти отношения справедливы при
следующих ограничениях:
n1 2;
H1 Z M .
R6 R7 Rkmin ;
Z M . Таким образом, за-
n1
k
m
m
,
Лесотехнический журнал 1/2011
Библиографический список
1. Константинеску С. О влиянии
инерционных сил в ламинарных саморегулирующихся сплошных средах // Проблемы трения и смазки: труды америк. Общества инженеров механиков, 1970. Вып. 3.
С. 62–66.
2. Константинеску С., Галетузе Р. О
возможности повышения точности расчета
инерционных сил в ламинарных пленках //
Проблемы трения и смазки: труды америк.
Общества инженеров механиков, 1974.
Вып. 1. С. 110–113.
3. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: учебник / М.: Наука. Гл. ред.
физ.-мат. лит., 1987. 840 с.
4. Старостин И.П. Сохранность
мульчи (опилок) на посевных лентах //
Лесное хозяйство Поволжья: Межвуз. сб.
науч. работ. Саратов, 2002. Вып. 5.
С. 301–302.
5. Старостин И.П. Технология посева
семян сосны обыкновенной в условиях повышенного ветрового режима // Вестник
Саратовского гос. агроуниверситета им. Н.
И. Вавилова. Саратов: СГАУ, 2002. № 4.
С. 50–51.
61
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
УДК 674.05:674.025
О ПОДАЧЕ РЕЗЦА ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ ПНЯ
В.В. Цыплаков, Р.А. Рыхлов
ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»
Дано обоснование величины подачи на резец при фрезеровании (сверлении) пня и приводится описание лабораторно-полевой установки, на которой изучались режимы резания
древесины (пня) вдоль волокон различных древесных пород.
Ключевые слова: фрезерование пня, величина подачи на резец, лабораторно-полевая
установка, режимы резания, древесина.
Лесные культуры на вырубках создаются с обработкой и без обработки почвы [1]. Осуществление указанных направлений связано с решением проблемы пня
на вырубках. В одном случае его корчуют,
фрезеруют, срезают бензомоторными пилами (понижая высоту), объезжают; в другом – производят в него посев (посадку)
культурных растений [2, 3].
В последнее время наиболее широкое
распространение решения проблемы пня
получает механическое его измельчение –
фрезерование до поверхности почвы или
сквозное сверление с последующей посадкой (посевом) растений в подготовленное
отверстие (шурф).
Рис. 1. Сквозное отверстие в пне с его торца
Одним из главных рабочих органов
пня является резец. Обоснование его кон-
машин для механического измельчения
структивных, кинематических и техноло-
62
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
гических параметров для различных пород
чего органа, так и вспомогательных узлов
– это одна из главных задач исследовате-
машины (например, стрелы), способствует
лей и конструкторов подобных машин.
возникновению производственного шума,
Отметим принципиальное положение, ко-
вибрации и т.п.
торое положено нами в основу обоснова-
Фрезерование (сверление) пня с его
ния рабочего органа – это фрезерование
торца, исключает вышеперечисленные не-
(сверление) пня осуществляется с его тор-
достатки; режущие элементы равномерно,
ца, с подачей c резца вдоль волокон. Ука-
относительно оси вращения, нагружены и
занный подход к процессу фрезерования
практически не считая той пыли, которая
пня отличается от принципа, заложенного
может находиться на его торцевой поверх-
в конструкцию машины МУП-4, у которой
ности, осуществляют резание чистой дре-
рабочий орган – фреза, выполнена в форме
весины.
усеченного конуса, на образующей по-
Известно, что при сверлении вдоль
верхности которого и на нижнем основа-
волокон главные кромки сверла осуществ-
нии размещаются подрезные и скалываю-
ляют или торцевое резание или торцово-
щие ножи. Фреза подводится к пню сбоку,
продольное. Причем второе направление
на высоте не более 5 см от уровня почвы
резания значительно легче, чем торцовое
[4]. Не касаясь многочисленных недостат-
[5]. Поэтому при фрезеровании (сверле-
ков машины (необходимо отметить, что на
нии) пня должно преобладать торцово-
основе их анализа совершенствуются и
продольное резание. С учетом этих посы-
разрабатываются новые рабочие органы и
лок, подача на один резец нами определя-
машины) отметим только два:
лась для торцово-продольного резания на
- при боковом фрезеровании пня лез-
лабораторно-полевой установке изобра-
вие резца и значительно быстрее затупля-
женной на рис. 2. Она состоит из свер-
ется от постоянного контакта с мелкозе-
лильного (фрезерного) устройства 1, смон-
мом, песком, находящихся в трещинах ко-
тированного на транспортной тележке 2,
ры;
перемещаемой по двум направляющим 3
- постоянная ассиметричная нагрузка
гидроцилиндром двухстороннего действия
на режущие элементы вызывает увеличе-
4,
ние конструктивных параметров, как рабо-
устройства 5.
Лесотехнический журнал 1/2011
дросселирующе-предохранительного
63
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
6
5
4
3
2
1
Рис. 2. Общий вид лабораторно-полевой установки
Давление рабочей жидкости (масла)
на поршень гидроцилиндра устанавливается по показанию манометра 6. Транспортно-энергетическим средством является самоходное шасси Т-16М, на брусьях которой монтировалась лабораторно-полевая
установка. Привод сверлильной головки
осуществляется от вала отбора мощности
Т-16М. Изменение величины С достигается
с
помощью
дросселирующепредохранительного устройства путем изменения давления рабочей жидкости на
поршень гидроцилиндра.
Дросселирующе-предохранительное
устройство (рис. 3) состоит из предохранительного клапана 1 шарикового типа непосредственного действия с наружной регулировкой марки 34-9-15Е и 34-9-16Д,
64
дросселирующего клапана 2, тройника 3 и
манометра 4.
Дросселирующе-предохранительное
устройство устанавливается после гидрораспределителя самоходного шасси Т-16М
между сливной и нагнетательной** магистралями трубопроводов гидросистемы.
Корпус предохранительного клапана, отлитый из ковкого чугуна, имеет две пары
противоположно направленных штуцеров
со сквозными каналами. Верхними штуцерами клапан установлен в сливную магистраль, нижними – в нагнетательную. На
одном из нижних штуцеров монтируется
дросселирующий клапан 2, к корпусу которого с другой стороны через тройник 3
подсоединяется маслопровод от гидроцилиндра и манометр 4. Отметим, что предо-
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
хранительный клапан непосредственного
действия регулируется на давление (максимальное) открытия на 50
4
2
кгс/см2 и
подробное его описание приводится в работе [6].
Дросселирование рабочей жидкости
в гидроцилиндр осуществляется с помощью дросселирующего клапана 2 (рис. 4),
в корпусе которого имеются две полости А
и Б, разделенные между собой перегородкой 5 со сквозными отверстиями 6. В центральное отверстие перегородки вставляется шток 7 тарельчатого клапана 8. Между нижним основанием тарельчатого клапана и перегородкой на штоке располагается пружина 9, которая постоянно прижимает клапан 8 к поверхности штуцера
тройника 3.
Рис. 3. Дросселирующе-предохранительное устройство
Тарельчатый клапан имеет сквозное
осевое отверстие, через которое рабочая
жидкость нагнетается в гидроцилиндр.
Изменение количества подаваемой жидко-
Лесотехнический журнал 1/2011
сти в единицу времени (при одном и том
же давлении) достигается путем установки
клапанов с различным диаметром сквозного отверстия.
65
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Рис. 4. Дросселирующий клапан
В исследованиях использовались
клапаны с диаметром сквозных осевых отверстий 1, 2, 3, 4 мм. Частота вращения
сверлильной головки и давление рабочей
жидкости на поршень гидроцилиндра в
каждом варианте опыта фиксировались.
Применение
дросселирующепредохранительного устройства позволяет
варьировать скорость опускания сверлильной головки и сравнительно быстро осуществлять ее подъем, тем самым повысить
ее производительность. Работает устройство следующим образом: от распределителя самоходного шасси Т-16М рабочая
жидкость (масло) нагнетается (рис. 3) через нижний штуцер в предохранительный
клапан 1, затем в полость Б корпуса дросселирующего клапана 2, из которой через
сквозные отверстия 6 (рис. 4) перегородки
5 часть масла поступает в полость А. Совместно с пружиной 9 масло прижимает
тарельчатый клапан 8 к внутренней поверхности штуцера тройника 3. Затем рабочая жидкость нагнетается в надпоршневую полость гидроцилиндра, заставляя вы-
66
двигаться шток гидроцилиндра и опускать
транспортную тележку, которая шарнирно
связана цилиндром. Избыток рабочей
жидкости в нагнетательной магистрали
перепускается через шариковый предохранительный клапан в сливную магистраль.
Сюда же поступает масло из нижней (подпоршневой) полости гидроцилиндра. С
помощью отвертки осуществляется наружная регулировка предохранительного
клапана, т.е. имеется возможность изменять давление рабочей жидкости в нагнетательной магистрали.
При переводе сверлильного устройства из рабочего положения в транспортное, сливная магистраль дросселирующепредохранительного устройства работает в
режиме нагнетания. Рабочая жидкость за
счет большего сечения верхней полости (в
ней отсутствуют какие либо препятствия)
предохранительного клапана в большем
количестве (в единицу времени) поступает
в подпоршневое пространство гидроцилиндра и в результате осуществляется более быстрый подъем транспортной тележки со сверлильным устройством.
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Масло, находящееся в гидроцилиндре над поршневым пространством, через
1,2 и в четвертую – дуб черешчатый, an=1,61,7.
тройник давит на верхнее основание та-
Исследования показали, что макси-
рельчатого клапана, сжимает пружину, за-
мально допустимая величина С при свер-
полняет полость А и через отверстия в пе-
лении (фрезеровании) пня вдоль волокон
регородке перераспределяется в полость Б,
составляет 5…6 мм (рис. 5). Отметим, что
а затем идет на слив. Часть рабочей жид-
длина режущей кромки сверла составляла
кости поступает в полость Б через сквоз-
80 мм и в образцах стружки ее ширина на-
ное осевое отверстие тарельчатого клапана
ходится тоже в пределах 60…80 мм (рис.
и штока.
6). Таким образом, стружка при указанной
Изучение режимов работы сверлиль-
подаче резца практически не разрушается
ного рабочего органа (с симметричным
по его длине. При этом было установлено,
расположением режущих кромок) прово-
что при постоянных кинематических ре-
дилась на пнях таких пород как дуб че-
жимах работы сверлильно-фрезерной го-
решчатый Quercus robur L. (основная лесо-
ловки величина С постоянна и не зависит
образующая порода в степной и лесостеп-
от обрабатываемой древесной породы (дуб
ной зонах Поволжья), береза повислая Be-
черешчатый или липа мелколистная). Вид
tula pendula Roth, липа мелколистная Tillia
древесной породы влияет только на энер-
cordata Mill, сосна обыкновенная Pinus syl-
гетику процесса сверления (фрезерования),
vestris L., тополь дрожащий (осина) Popu-
т.е. величина С должна согласовываться с
lus tremula L., т.е. на пнях тех древесных
тягово-энергетическими
пород, которые наиболее часто встречают-
средства, конструктивными и кинематиче-
ся в указанных лесорастительных зонах.
скими параметрами резца. Поэтому обос-
возможностями
Рассматриваемые древесные породы с
нование конструктивных кинематических
позиции резания древесины их можно раз-
и технологических параметров и режимов
делить на четыре группы по критерию ко-
работы машины для фрезерования пня, а
эффициенту an, учитывающему изменение
также подбор трактора следует проводить
удельного сопротивления резанию К, как
для дуба черешчатого как породе, имею-
это предлагается в работе [7]. В первую
щей (из рассматриваемых) наибольшее
группу (от нее идет отсчет) включается со-
значение an.
сна обыкновенная: an=1. Во вторую – липа
мелколистная и тополь дрожащий (осина),
an=0,8; в третью – береза повислая, an=1,1-
Лесотехнический журнал 1/2011
67
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Рис. 5. Образцы древесной стружки различных пород с определением величины С
а
б
в
а – дуб черешчатый; б – береза повислая; в – липа мелколистная
Рис. 6. Образцы древесной стружки различных пород с определением длины и ширины
стружки
Известно, что величина С при сверлении, фрезеровании на деревообрабатывающих станках не превышает 2 мм, и
только при рубке щепы толщина стружки е
(е С) достигает 25 мм [5]. Однако, фрезерование преследует цель и чистовой обработки детали, так же между прочим как и в
сверлении. Поэтому при измельчении
(фрезеровании) пня или же его сквозном
сверлении (шурфообразовании) целесооб-
68
разнее принимать величину С >>2 мм, то
есть стремиться к режиму рубки щепы, согласовывая с конструктивными параметрами фрезерного (сверлильного) рабочего
органа машины и энергетическими возможностями тяговой машины. Обоснование времени фрезеровании или сквозного
его сверления, следует проводить от значения величины С и высоты пня.
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Рис. 7. Всходы дуба черешчатого в пне
Библиографический список
1. Цыплаков В.В. Технологические
схемы и комплекс машин для создания
культур на дубовых вырубках без корчевки пней // Лесное хозяйство, лесомелиорация и охрана природы: сб. научных работ /
Саратовский
СХИ.
Саратов,
1993.
С. 110–120.
2. Цыплаков В.В. О новом направлении в технологии лесовосстановление //
Лесоводство и защитное лесоразведение в
Поволжъе: сб. научных работ / Саратовский СХИ. Саратов, 1990. С. 54–60.
3. А. с. СССР №1515411 кл. А 01 G
23/00 Способ выращивания лесных культур / В.В. Цыплаков, О.Е. Федоров, Ю.М.
Гришин (СССР). «ДСП» Открытая публи-
Лесотехнический журнал 1/2011
кация запрещена. (Реш. ВНИИГПЭ от
30.08.1988.).
4. Механизация лесного хозяйства и
лесозаготовок: учебник / Г.А. Ларюхин и
др. Издание второе, переработанное. М.:
Лесн. пром-сть, 1980. С. 121–132.
5. Бершадский А.Л., Цветкова Н.И.
Резание древесины: учеб. пособие для вузов / Минск: “Вышейшая школа”, 1975.
304 с.
6. Румянцев Е.К. Гидравлические
системы зерноуборочных комбайнов: учеб.
пособие / М.: Колос, 1975. 304 с.
7. Технология и машины лесосечных
и лесоскладских работ: учеб. пособие для
вузов / К.Ф. Гороховский и др. М.: Лесн.
пром-сть, 1980. 384 с.
69
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
* Сверление – разновидность фрезерования (торцевого или торцово-конического),
когда движение подачи и главное движение осуществляется самим инструментом
и направлено параллельно оси вращения
инструмента.
** Сливная и нагнетательная магистраль
при опускании и подъеме сверлильного
(фрезерного) устройства попеременно меняются своими функциями.
УДК 630*232.211
О ВЛИЯНИИ ЖИДКОСТИ НА ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
КОНИЧЕСКОЙ ФРЕЗЫ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПНЕЙ
В.В. Цыплаков, С.В. Фокин
ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова»
Рассмотрен вопрос о влиянии жидкости на динамические характеристики конической
фрезы с жидкостным наполнителем для измельчения пней (КФЖН). Приводится математическое обоснование основных конструктивных элементов фрезы с учетом ее взаимодействия
с жидкостным наполнителем при измельчении пней со сложной формой торцевой поверхности.
Ключевые слова: измельчение пней, динамические характеристики, жидкостный наполнитель, элементы фрезы, коническая фреза.
Для рассмотрения вопроса о влиянии
жидкости на динамические характеристики конической фрезы с жидкостным наполнителем
для
измельчения
пней
(КФЖН) [1] необходимо определить начало координат. Для этой цели начало координат – точку 0 выбирают на оси вращения
фрезы в центре тяжести объема жидкости,
содержащейся в коническом корпусе вертикально расположенной неподвижной
фрезы (рис. 1). Найдем положение точки 0
относительно нижней точки А.
Для этого необходимо вычислить
тройной интеграл по объему жидкости:
1
(1)
a H цэ
zdxdydz ,
Vж Vж
R 2ж H ж
.
3
Запишем выражение для объема конуса с жидкостью в цилиндрической системе координат r, , z:
Vж
r tg
z
Vж : 0
0
Hж
. (2)
2
r
Rж
H ж ctg
Связь декартовой xyz и цилиндрической r,
, z системами координат определяется
как:
x r cos , y r sin , z z . (3)
Тогда из (2), (3) получим следующее
выражение:
где Vж – объем жидкости,
70
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Рис. 1. Схема рабочего органа в вертикальном положении при неполном заполнении корпуса
жидкостью
a
H цэ
H цэ
a
1
Vж
1
Vж
H цэ
rzdrd dz
Vж
Rж
2
Hж
dr d
0
0
rzdz
rtg
0.75H ж.
Как видим, центр тяжести однородного конуса всегда находится на расстоянии от вершины конуса равном 0.75 высоты конуса. Поэтому положение начала координат – точку 0 легко найти. Она находится на расстоянии от вершины конуса с
жидкостью равном 0.75 высоты жидкости.
Причем, решая задачу определения начала
координат можно определить высоту центрирующего элемента фрезы, которая из
Лесотехнический журнал 1/2011
уравнения (4) будет равна:
H цэ a 0.75H ж a 0.75 H R tg . (5)
При измельчении пней со сложной
формой торцевого среза конической фрезой с жидкостным наполнителем происходит смещение центра тяжести жидкости
при неполном заполнении рабочего органа
и отклонении фрезы от вертикали. При
этом механизм отклонен от вертикали на
угол . В этом случае объем, занимаемый
жидкостью, представляет собой конус, у
которого основание (свободная поверхность жидкости) – плоскость, отклоненная
от вертикали на угол
(рис. 2).
71
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Rb
Ra
Рис. 2. Схема сил, действующих на КФЖН при фрезеровании пня с торца
Так как объем, занимаемый жидкостью, представляет собой конус, у которого основание (свободная поверхность жидкости) – плоскость, отклоненная от вертикали на угол
(рис. 2), то вычисление
смещений центра тяжести
y сж , z сж , x сж
сводится к вычислению тройных интегралов по объему такого “косого” конуса:
1
(6)
y сж
ydxdydz ,
Vж Vж
z сж
1
Vж
x сж
r tg
Vж : 0
0 r
72
zdxdydz
0.75H ж , (7)
Vж
1
Vж
xdxdydz ,
z Hж
y tg
2
Rж
(8)
Vж
(9)
H ж ctg .
Вычисляя интегралы (6)-(8) с учетом
(9) в цилиндрической системе координат,
получим:
1
y сж
r 2 sin drd dz
Vж Vж
1
Vж
Rж
y сж
2
dr d
0
H ж r sin tg
2
0
r sin dz
(10)
rtg
0.75H ж ctg2 tg .
Аналогично имеем:
z сж 0.375H ж ctg2 tg 2 ,
x сж
0.
(11)
(12)
При неполном заполнении корпуса
фрезы жидкостью и отклонении КФЖН от
вертикали на угол α центробежные и осевые моменты инерции жидкости вычисляются как тройные интегралы по объему
“косого” конуса (рис. 2) с учетом выражения для объема жидкости:
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Mж
Vж
J yz
yzdxdydz
Vж
Mж
Vж
Vж
J xz
xzdxdydz
Vж
Mж
Vж
Rж
2
dr d
0
Mж
Vж
2
zr cos drd dz
Vж
J xz
H ж r sin tg
2
zr sin dz
0
0.75M ж H 2ж ctg2
J yz
Mж
Vж
Mж
Vж
zr 2 sin drd dz
r tg
tg .
Rж
2
dr d
0
(13)
H ж r sin tg
2
0
zr cos dz
r tg
(14)
0.
Осевой момент инерции жидкости вычисляется аналогично:
J zж
Mж
Vж
( x 2 y 2 )dxdydz
Vж
Mж
Vж
r 3drd dz
Vж
J zж
При этом свободная поверхность
жидкости за счет центробежных сил инерции и сил тяжести не является плоскостью,
а представляет параболоид вращения [2, 3,
Mж
Vж
Rж
2
dr d
0
0
H ж r sin tg
3
r cos dz
r tg
0.3M ж H 2ж ctg2 .
(15)
4]. У стенок объема рабочего органа высота жидкости больше, чем на оси вращения
(рис. 3).
Рис. 3. Свободная поверхность жидкости во вращающемся объеме – конусе
Поэтому важно получить количественные оценки этого явления для рассматриваемого рабочего органа, выполненного
в виде конуса.
Лесотехнический журнал 1/2011
Динамические уравнения движения
жидкости как сплошной среды в напряжениях имеют вид [5]:
73
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
u
t
u
x
v
u
y
w
u
z
Fx
v
v
u
t
x
v
v
y
w
v
z
Fy
w
t
где
u
u
w
x
v
w
y
w
w
z
– плотность;
u, v, w – компоненты скорости;
Fx , Fy , Fz – проекции массовых сил.
Уравнения равновесия получаются из
(16),
где
u w v 0,
Pyz
Pxx
Pyy
Pzz
Pzy
Pzx
Pxz
Fz
P
,
z
(17)
(18)
При решении задачи об относительном равновесии вращающейся жидкости с
постоянной угловой скоростью
вокруг
неподвижной вертикальной оси следует к
непосредственно приложенным силам с
потенциалом
присоединить еще отнесенную к единице массы центробежную
2
Fц
r и имеющую потенциал
1 2 2
ц
r , где r – кратчайшее рас2
стояние от оси вращения до рассматриваемой точки жидкости.
Уравнение относительного равновесия вращающей жидкости будет иметь
вид:
силу
74
Pyy
Pzy
x
y
z
Fz
Pyz
Pxz
x
,
(16)
Pzz
z
y
ем:
2
0;
или в векторной форме:
F grad P.
Pxy
z z0
p (p – гидростатическое
давление).
Тогда имеем:
P
P
Fx
;
Fy
;
x
y
y
Pzx
z
1
2 2
(19)
r const .
2
Уравнение свободной поверхности:
1 2 2
(20)
r .
2
Для вертикальной оси вращения име-
ния;
Pyx
Pyx
P
Pij – компоненты тензора напряже-
Pxy
Pxx
x
2g
r2.
(21)
Найдем связь между высотой h0 воды
в объеме - конусе при отсутствии вращения и величинами hmax и hmin при вращении
с угловой скоростью .
Объем покоящейся жидкости
1
V0
h 0 R 2ж 0 .
3
Объем вращающейся жидкости
R1
2
Vвр
d
0
(22)
Z1
(23)
r dr dz,
0
0
где
2 2
0 r
R1
h max ctg , 0 z
Из равенства V0
4g
ctg2
h min
r
.
2g
Vвр имеем:
2
h 4max
Z1
h 2max
1 3
h0 .
3
(24)
При h0=120 мм, β=45°, ω=5 c-1;
g=9800 мм/c.
h max 152.2 мм; h min 2h 0 h max 87.8 мм.
Пусть объем имеет цилиндрическую
форму с радиусом R ц h 0 ctg для срав-
Лесотехнический журнал 1/2011
Рабочие процессы машин и оборудования лесного комплекса
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
нения с конусной формой сосуда. Тогда
2
h max
h max
h0
129 мм;
R ц2
,
2
(25)
h min 111 мм.
Следовательно, отклонение высоты
жидкости от номинальной высоты при
вращении, может достигать значительных
величин, и этот факт необходимо учитывать при неполном заполнении рабочего
органа.
Для нахождения центра тяжести рабочего органа проводятся расчеты аналогичные нахождению центра тяжести жидкости в вертикальном положении механизма. При этом учитывается полученный
результат о том, что центр тяжести конуса
находится на расстоянии от вершины конуса равном 0.75 высоты конуса:
z cро
0.75 (H po H ж ).
(26)
Осевой момент инерции рабочего органа определяется аналогично определению осевого момента инерции жидкости.
Однако, поскольку масса рабочего органа
не распределена равномерно по всему объему, а сосредоточена ближе к внешней поверхности конуса (за счет наличия режущих кромок), то целесообразно ввести поправочный коэффициент k Jz 1 , учитывающий эту неравномерность.
Тогда выражение для осевого момента инерции рабочего органа примет вид:
J zро
0.3k Jz M po H 2po ctg2 .
(27)
Формулы для осевых моментов
инерции жидкости и рабочего органа используются только, когда решается уравнение вращательного движения механизма. Расчеты показывают, что имеются не-
Лесотехнический журнал 1/2011
которые ограничения на применение формул (10), (11), (12) при которых учитывается влияние высоты жидкости во вращающемся корпусе фрезы при некотором
угле наклона на динамические характеристики фрезы. Справедливы следующие соотношения:
Hж
H po
R tg ,
(28)
(29)
tg
tg
Hж R .
Последнее условие показывает, что
существует ограничение на применение
формул (10), (11), (12) для yсж , z сж , J yz . Эти
формулы можно применять при выполнении условий (29). В противном случае параметры yсж , z сж , J yz надо полагать равными 0, поскольку при достаточно большой
высоте жидкости наклон механизма не вызывает смещения центра тяжести жидкости и появления центробежных моментов
инерции жидкости.
Библиографический список
1. Пат. 2170005 РФ, МПК А 01 G
23/06 Рабочий орган для измельчения пней
/ А.В. Зацепин, В.В. Цыплаков, С.В. Фокин; заявл. 05.01.2000; опубл. 10.07.2001.
Бюл. № 19.
2. Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1977. 831 с.
3. Лойцянский П.А. Механика жидкости и газа: монография. М.: Наука, 1970.
94 с.
4. Моисеев Н.Н., Румянцев В.В. Динамика тела с полостями, содержащими
жидкость: монография / М.: Наука, главная
редакция физико-математической литературы, 1965. 3–10 с.
5. Пономарев К.К. Составление и
решение дифференциальных инженернотехнических задач: учеб. пособие / М.: Учпедгиз, 1962. 234 с.
75
Технология заготовки древесины
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
УДК 630*372
ОБОСНОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАБОТЫ ТРЕЛЕВОЧНЫХ
СРЕДСТВ НА НЕСПЛОШНЫХ ВЫРУБКАХ
В.В. Абрамов
ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
Предлагается критерий оценки эффективности выполнения трелевки в задачах оптимизации позволяющий одновременно учитывать прямые производственные затраты, затраты
труда, стоимость прокладывания трелевочных волоков и потерь от их изъятия из процесса
лесовыращивания, а также повреждений оставляемого древостоя на лесосеке.
Ключевые слова: несплошные вырубки, трелевка, оптимизация, древостой, лесосека,
трелевочный волок.
Стремление обеспечить наибольший
экономический эффект рубок на лесоистощенных территориях не может реализовываться за счет снижения лесоводственного результата или роста негативных экологических последствий. В этой связи, при
обосновании технологии лесосечных работ
с комплектом технических средств для ее
реализации необходима многосторонняя
оценка проектируемых решений по сле-
C
C пр
Ск
Сд
ЕСT
С м см М i
П cм
где С – общие затраты на выполнение трелевки, р.;
Спр – прямые затраты на выполнение
трелевки, р.;
Ск – косвенные затраты на выполнение
трелевки, р.;
Сд – дополнительные затраты на выполнения трелевки, р.;
См-см – себестоимость содержания машино-смены трелевочного средства,
р.;
Mi – вырубаемый объем древесины на
лесосеке в i -й прием рубок; м3;
76
дующим противоречивым направлениям:
снижение себестоимости работ, сокращение общей доли непродуцирующих технологических площадей и уменьшение негативного воздействия оставляемому древостою. Наиболее существенное воздействие
на результат проводимых рубок с обозначенных позиций производит трелевка. Для
оценки эффективности ее проведения
предлагается следующий критерий:
Z cp Sн
тек
Т
S н С п .в .
ЕСT ,
(1)
Псм – сменная производительность
трелевочной техники, м3;
Zср – средняя цена заготавливаемой
древесины, р./м3;
Sн – непродуцирующие площади на лесосеке, га;
тек – годичный прирост древесины,
м3/га;
T – интервал между приемами рубок,
лет;
Cп.в. – себестоимость подготовки 1 м2
технологических площадей, р./м3;
СТ – балансовая стоимость трелевочного средства, р.
Лесотехнический журнал 1/2011
Технология заготовки древесины
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
В качестве дополнительных критериев к основному были приняты прямые Спр,
косвенные Ск и дополнительные Сд затраты на трелевку, которые входят в основной
критерий С в формуле; а также затраты
труда
Cтр
np M i
Псм
,
(2)
где np – количество задействованных в
технологическом процессе рабочих;
и показатель повреждаемости оставляемых деревьев
n
Pi
i 1
(3)
,
m
где Pi – вероятность повреждения i-го количества деревьев;
m – общее количество прогнозируемых повреждений.
Для формирования обобщенного
критерия используется способ его выражения в виде дроби, где в числителе будет
сумма всех частных критериев, которые
надо минимизировать, а в знаменателе –
максимизируемых критериев. Необходимым условием свертки критериев в виде
дроби является их одинаковая размерность. Предложенные нами критерии C,
Cк, Сд, Стр этому условию не соответствуют, поэтому приведем их к безразмерной
величине
Cmax - Cmin
q1 1
;
Cmax
Wповр
q2
1
q3 1
Cпр.max - Cпр.min
Cпр.max
;
Cк.max - Cк.min
;
Cк.max
Лесотехнический журнал 1/2011
Cд.max - Cд.min
;
Cд.max
q4 1
q5 1
Cтр.max - Cтр.min
Cтр.max
;
q2 1 Wповр.min.
где Cmax, Cmin, Cпр.max, Cпр.min, Cк.max, Cк.min,
Cд.max, Cд.min, Cтр.max, Cтр.min, Wповр.min –
максимальные и минимальные значения результатов оптимизации по каждому критерию в отдельности.
В условиях малолесных районов, по
мнению большинства экспертов, значимость критерия качества проведения рубок
несколько превосходит их экономическую
целесообразность и затраты труда. В связи
с этим, приняты следующие весовые коэффициенты: λ1=0,1; λ2=0,1; λ3=0,1; λ4=0,1;
λ5=0,1; λ6=0,5. Учитывая то, что проведенный анализ позволил нам предварительно
установить влияние отдельных критериев
оптимизации, единый обобщенный критерий в нашем случае можно определить на
основании взвешивания каждого отдельного критерия следующим образом:
Q
q
1 1
q2
q
5 5
2
q3
q
6 6
3
4
q4
.
(4)
где q1, q2, q3, q4, q5, q6 – показатели общих,
прямых, косвенных, дополнительных,
трудовых затрат на трелевку и повреждаемости древостоя в безразмерном
виде.
Для реализации обобщенного критерия в задачах совершенствования выполнения операции разработан математический аппарат чувствительный к следующим параметрам и характеристикам: ширина пасеки; расстояние между технологи-
77
Технология заготовки древесины
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
ческими стоянками; длина оттягивания тягово-собирающего троса трелевочной техники на пасечном волоке; угол между визиром (лентой) и пасечным волоком; средний объем заготавливаемого хлыста; запас
на гектаре интенсивность рубки ширина
волока ширина визира ширина разрабатываемой делянки глубина разрабатываемой
делянки доля используемой рейсовой на-
грузки техники. Для оценки характера и
степени влияния, основных природнопроизводственных факторов на показатели
выполнения трелевки по различным исследуемым технологиям был проведен вычислительный эксперимент на основе разработанных имитационных моделей (рис.
1).
Рис. 1. Гистограммы степени влияния исследуемых факторов на критерии эффективности
выполнения трелевки
Конечной целью анализа характера и
степени воздействия, основных наиболее
существенных факторов влияния на иссле-
78
дуемые критерии эффективности выполнения трелевки агрегатом МТЗ-82+ЗТЛ-2
являлось обоснование параметров много-
Лесотехнический журнал 1/2011
Технология заготовки древесины
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
критериальной оптимизации процесса: x1 –
ширина пасеки bn; x2 – расстояние между
технологическими стоянками lm.n.; x3 –
длина оттягивания тягово-собирающего
троса трелевочной техники на пасечном
волоке lт.о.; x4 – угол укладки дерева относительно трелевочного волока . Для решения оптимизационной задачи в ходе
проведения вычислительного эксперимента происходило варьирование факторов на
следующих уровнях: x1=31,3 м; 41,7 м; 50
м; 62,5 м; 71,4 м; x2= 5 м; 10 м; 15 м; 20 м;
25 м; x3= 10 м; 13 м; 15 м; 17 м; 20 м ;
x4=25 град.; 30 град.; 35 град.; 40 град.; 45
град. Факторы состояния фиксировались
следующими значениями: доля трелюемой
древесины от рейсовой нагрузки p=1;
средний объем хлыста q=0,25 м3; запас
древесины на 1 га qга=110 м3/га; интенсивность изреживания насаждения kp=0,25;
ширина пасечного волока bп.в.=3 м; ширина
визира bвз.=1 м; ширина магистрального
волока bм.в=5 м; ширина делянки в=500 м;
глубина делянки а=250 м.
Графическая иллюстрация результатов вычислительного эксперимента по оптимизации технологических параметров
выполнения трелевки представлена на рис.
2.
Рис. 2. Графическая иллюстрация результатов вычислительного эксперимента
по оптимизации технологических параметров выполнения трелевки
Реализация результатов научных разработок в условиях ООО «Бутурлиновский
лес» позволила определить наиболее предпочтительную технологию трелевки (МТЗ82 + ЗТЛ-2, хлыстами, без визиров) со следующими технико-технологическими па-
нологии составляют 70788,6 руб., годовой
экономический эффект – 303490,7 р., условно-годовая экономия от снижения эксплуатационных затрат – 306790,7 р., а срок
окупаемости дополнительных инвестиций
– 0,57 лет.
раметрами: bп=62,5 м; lт.о=13 м; =30°.
Общие затраты на реализацию данной тех-
Лесотехнический журнал 1/2011
79
Технология заготовки древесины
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Библиографический список
1. Абрамов В.В. Имитационное моделирование работы трелевочных средств
на выборочных рубках. Воронеж, 2008.
96 с. Деп. в ВИНИТИ 22.07.2008, № 631В2008.
2. Абрамов В.В. Разработка и обоснование эффективной технологии трелевки
в малолесных районах: дис. … к-та техн.
наук: 05.21.01. Воронеж: ВГЛТА, 2009.
288 с.
УДК 630*383.2
ОПТИМАЛЬНЫЙ УГОЛ ПРИМЫКАНИЯ ЛЕСОВОЗНОГО УСА К ВЕТКЕ
Д.Н. Афоничев, А.В. Пядухов, С.М. Гоптарев
ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
dmafonichev@yandex.ru
Приведены аналитические зависимости, позволяющие определить оптимальный угол
примыкания лесовозного уса к ветке, который обеспечит минимальные затраты на вывозку
древесины. Разработанный математический аппарат учитывает размещение трелевочных волоков на лесосеке, смещение уса по направлению грузопотока и стоимостные показатели
трелевки и вывозки древесины, устройства путей технологического транспорта.
Ключевые слова: лесовозный ус, ветка, вывозка древесины, трелевочный волок, затраты, смещение уса, лесосека, угол примыкания.
В настоящее время рекомендуется
примыкание лесовозных усов к веткам под
прямым углом [1, 2, 3, 4], но это не всегда
экономически целесообразно. В частности
в части зоны тяготения ветки, расположенной в противоположную сторону от
направления грузопотока по магистрали,
примыкание усов под прямым углом приводит к возникновению перепробега подвижного состава по ветке. Таким образом,
необходимо определить оптимальный угол
примыкания уса к ветке.
Лесовозный ус на лесосеке размещают либо по середине лесосеки, либо по ее
краю [1, 2, 3, 4]. При размещении уса по
середине лесосеки, он делит лесосеку на
две отдельные части, при этом направле-
80
ние трелевки в одной части будет в противоположную сторону направлению грузопотока по ветке, а поэтому для снижения
затрат на вывозку и трелевку древесины
целесообразно ус сместить от центра лесосеки по направлению грузопотока по ветке
[4]. Смещение уса от центра лесосеки по
направлению грузопотока по ветке не изменит величины затрат на устройство и
содержание ветки. В то же время примыкание уса к ветке под углом, отличным от
прямого, повлечет за собой увеличение затрат на строительство уса с погрузочными
пунктами и вывозку по усу, устройство
трелевочных волоков. Таким образом, в
качестве критерия оптимизации угла примыкания уса примем суммарные удельные
Лесотехнический журнал 1/2011
Технология заготовки древесины
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
затраты на трелевку, устройство волоков,
строительство уса с погрузочными пунктами и вывозку древесины по усу и ветке
zУд (р./м3)
zУд zT zTB zУC zУB z B ,
(1)
где
zT – удельные затраты на трелевку
древесины, р./м3;
zTB – удельные затраты на устройство
трелевочных волоков, р./м3;
zУС – удельные затраты на строительство уса с погрузочными пунктами,
р./м3;
zУВ – удельные затраты на вывозку
древесины по усу, р./м3;
zВ – удельные затраты на вывозку
древесины по ветке, р./м3.
zT
где
bT lMB1s1 lMB 2 s2 ,
(3)
bT – стоимость трелевки древесины
по
магистральным
волокам,
3
р./(м ·км);
lMB1, lMB2 – средние расстояния трелевки по магистральным волокам в
отдельных частях лесосеки, км;
s1, s2 – коэффициенты, учитывающие
объем древесины, заготавливаемой в
отдельных частях лесосеки.
lMB1
где
(2)
zТПB ,
zТМВ, zТПВ – удельные затраты на трелевку соответственно по магистральным и пасечным волокам, р./м3.
zTMB
где
zTMB
k PM
0,5
0,5dУ
sin
a0
z
0,5a a1 ;
kPM – коэффициент удлинения магистральных волоков;
a0 – полуширина зоны тяготения к
пасечному волоку, км;
z – расстояние от уса до магистрального волока, км;
Лесотехнический журнал 1/2011
zTПB
(4)
bП l ПB1s1 l ПB 2 s2 ,
где
bП – стоимость трелевки древесины
по пасечным волокам, р./(м3·км);
lПB1, lПB2 – средние расстояния трелевки по пасечным волокам в отдельных частях лесосеки, км.
Используя аналитические зависимости для определения объема заготовки древесины в отдельных частях лесосеки, приведенные в работе [4], получим выражения
для определения коэффициентов s1, s2
1 a sin
2
dy
s1
1
2
; s2
a sin
dy
,
(5)
где
a – смещение уса от центра лесосеки
в направлении грузопотока по ветке,
км;
α – угол примыкания уса к ветке,
град;
dУ – ширина зоны тяготения к усу,
км.
При размещении магистральных волоков параллельно ветке среднее расстояние трелевки по пасечным волокам не зависит от смещения уса a и угла примыкания уса к ветке. Средние расстояния трелевки по магистральным волокам при их
размещении параллельно ветке будут равны [4]:
lMB 2
k PM
0,5
0,5dУ
sin
a0
z
0,5a a1 , (6)
a1 – протяженность магистрального
волока в пределах погрузочного
пункта, км.
При размещении магистральных волоков параллельно усу среднее расстояние
трелевки по ним не зависит от смещения
81
Технология заготовки древесины
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
уса a и его угла примыкания к ветке.
Средние расстояния трелевки по пасечным
волокам при их размещении параллельно
ветке будут равны:
l ПB1
l ПB 2
0,5k PП
0,5dУ
sin
z
0,5k PП
0,5dУ
sin
z
zT
где
kРП – коэффициент удлинения пасечных волоков.
Подстановка выражений (5) и (6) в
формулу (3) и зависимостей (5) и (7) в
формулу (4) после преобразований позволила получить следующие зависимости:
а) при размещении магистральных
волоков параллельно ветке
a ;
(7)
a ,
bT k PM
0,5dУ a0
2 sin
z
a 2 sin
dy
a1
bП k PП s П
,
2 sin
(8)
2a 2 sin
dy
a1
bТ k PМ s П
,
2 sin
(9)
б) при размещении магистральных
волоков параллельно усу
zT
0,5bП k PП
0,5dУ
sin
z
где
sП – ширина пасеки, км.
Удельные затраты на устройство трелевочных волоков zТВ составят:
zTB
0,5d B - l0
СТМ k PM dУ
50 dУ d В sП
а) при размещении магистральных
волоков параллельно ветке
2a0 2 z 2a1 sin
CТП k PП dУ
2a0 2 z sП
2a0
CТП k PП sП dУ
2a0 2 z sin
2a0
a0 sin
; (10)
б) при размещении магистральных
волоков параллельно усу
zTB
где
82
0,5d B - l0
kСТМ k PM sП
50 dУ d В sП
a0 a1 sin
γ – ликвидный запас древесины на 1
га, м3/га;
dB – ширина зоны тяготения к ветке,
км;
l0 – расстояние от оси ветки до границы лесосеки, км;
k – коэффициент, учитывающий расположение уса, при расположении
уса по краю лесосеки k=1, при расположение со смещением или по середине k=2;
CTM – стоимость устройства 1 км магистрального волока, р./км;
,
(11)
CТП – стоимость устройства 1 км пасечного волока, р./км.
Удельные затраты на строительство
уса с погрузочными пунктами zУС выразим
следующей функцией:
k0 k PУ CУ
zУС
,
(12)
100 dУ
где
k0 – коэффициент, учитывающий
протяженность уса от ширины зоны
тяготения ветки dB;
kPУ – коэффициент развития уса;
СУ – стоимость строительства 1 км
уса с погрузочными пунктами, р.
Лесотехнический журнал 1/2011
Технология заготовки древесины
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Удельные затраты на вывозку древесины по усу zУВ составят
d B k0 k PУ bУ k1
(13)
zУB
,
2 sin
где bУ – стоимость вывозки древесины по
усу, р./(м3·км);
k1 – коэффициент, учитывающий
среднее расстояние вывозки древесины по усу.
Удельные затраты на вывозку древесины по ветке zB составляют
dУ
d B cos
z B 0,5d B k PB
2a , (14)
sin
sin
где bB – стоимость вывозки древесины по
ветке, р./(м3·км);
kPB – коэффициент развития ветки.
zT
a
2abT k PM sin
z
; T
dУ
a
zTB
a
0;
zTB
bT k PM a 2
dУ
0,5d B - l0 cos
50 dУ d B sП
Для поиска оптимального угла примыкания уса к ветке α и смещения уса по
направлению грузопотока a надо найти
производные частного порядка от функции
(1) по аргументам α и a. Функция (1) – аддитивная, а поэтому достаточно взять производные от ее аддитивных составляющих,
определяемых зависимостями (8) – (14):
zB
bB k PB ;
a
(15)
z B 0,5bB k PB d B dУ cos
.
a
sin 2
zУB
z
d B k0 k PУ bУ k1 cos
0; УB
. (16)
a
a
2 sin 2
zУC
z
(17)
0; УC 0.
a
При размещении магистральных волоков параллельно ветке:
bT kPM 0,5dУ
2СТМ k PM а1
a0 z
2 sin 2
СТП k РП dУ
bП k РП sП
2a0 2 z sП
2а0
cos ;
(18)
а0
(19)
.
При размещении магистральных волоков параллельно усу:
zT
a
2k PП bП a sin
z
; T
dУ
a
zTB
a
0;
zTB
a 2bП k PП
dУ
0,5d B - l0 cos
50 dУ d B sП
0,5d B - l0 cos
50 dУ d B s П
2СТМ k PM а1
bT k PM a 2
dУ
bТ k РМ sП
cos ;
(20)
(21)
мальные значения смещения уса a и угла
его примыкания к ветке α.
При размещении магистральных волоков параллельно ветке
2abT k PM sin
dУ
sin
z k PП bП
2 sin 2
СТП k РП sП dУ 2a0 2 z
.
2а0
kСТМ k PП а1
Сложив отдельно производные по a и
по α, и, приравняв суммы к 0, получим
системы уравнений, определяющих опти-
bB k PB d B dУ cos
2 sin 2
0,5dУ
bB k PB ;
bT k PM 0,5dУ
СТП k РП dУ
Лесотехнический журнал 1/2011
a0 z
2 sin 2
2a0 2 z s П
2а0
а0
bП k РП s П
cos
(22)
d B k0 k PУ bУ k1 cos
.
2 sin 2
83
Технология заготовки древесины
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Из первого уравнения системы (22)
bB k PB dУ
найдем, что a sin
. Второе
2bT k PM
уравнение системы (22) умножим на
2sin2α, с учетом первого уравнения после
преобразований получим:
A - B cos
A d B k0 k PУ bУ k1 bB k PB dУ
B
2
bB2 k PB
dУ
2bT k PM
B cos3
bT k PM 0,5dУ
0,5d B - l0
СТП k РП dУ
2СТМ k PM а1
25 dУ d B sП
При размещении магистральных волоков параллельно усу
2k PП bП sin
dУ
bB k PB d B - dУ cos
2 sin 2
0,5d B - l0 cos
50 dУ d B s П
k PП bП a 2
dУ
kСТМ k PM а1
C - D cos
d B k0 k PУ bУ k1 bB k PB dУ
D
(23)
z
bП k PП sП ;
а0
2a0 2 z sП
2а0
(25)
.
0,5dУ
a0
z k PП bП
2 sin 2
bТ k РМ s П
cos
(26)
d B k0 k PУ bУ k1 cos
.
2 sin 2
точно такие же действия, как в случае преобразования уравнений системы (22), получим зависимости:
D cos3
bB k PB d B ;
0,5dУ
z k PП bП
(27)
bT k PM sП ;
0,5d B - l0
СТП k РП sП dУ 2a0 2 z
kСТМ k PM а1
.
25 dУ d B sП
2а0
Библиографический список
1. Ильин Б.А. Основы размещения
лесовозных дорог в сырьевых базах лесо-
(24)
bB k PB ;
2k PП bП а 2 sin
dУ
Зависимости (23) – (29) позволяют
рассчитать оптимальный угол примыкания
уса к ветке с учетом размещения трелевочных волоков, что обеспечит на стадии
проектирования сети лесных дорог и технологических процессов заготовки древесины снижение затрат на вывозку древесины.
84
а0
СТП k РП s П dУ 2a0 2 z
2 а0
Из первого уравнения системы (26)
bB k PB dУ
найдем, что a sin
. Выполнив
2k PП bП
C
bB k PB d B ;
(28)
(29)
заготовительных предприятий. Л.: ЛТА,
1987. 63 с.
2. Афоничев Д.Н. Оптимизация размещения внутриплощадочных дорог в
сырьевых
базах
лесозаготовительных
предприятий // Природопользование: ресурсы, техническое обеспечение: межвуз.
сб. научн. тр. / ВГЛТА. Воронеж, 2007.
Вып. 3. С. 36–42.
3. Афоничев Д.Н. Размещение лесовозного уса на лесосеке // Вестник МГУЛа –
Лесной вестник, 2009. № 3. С. 92–94.
Лесотехнический журнал 1/2011
Технология заготовки древесины
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
4. Пядухов А.В. Размещение лесовозного уса на лесосеке с учетом направления грузопотока // Ресурсосберегающие
и экологически перспективные технологии
и машины лесного комплекса будущего:
Лесотехнический журнал 1/2011
Матер. междунар. научн.-практич. конф.,
посвящ. 55-лет. лесоинженерного факультета ВГЛТА // ВГЛТА. Воронеж, 2009.
С. 340–344.
85
Технология лесовыращивания
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
УДК 631.0.33:634.958
БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
ОМОЛОЖЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ ЛЕСОНАСАЖДЕНИЙ
Ю.М. Жданов, В.Н. Хорошавин, В.Д. Шульга
ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации»
В статье анализируются существующие мероприятия повышения долговечности древостоев и предлагается новый способ с техническим средством для омоложения защитных лесных насаждений, с целью предотвращения их усыхания и сохранения мелиоративного влияния на прилегающую территорию.
Ключевые слова: древостой, повышение долговечности, омоложение защитных лесных
насаждений, техническое средство, мероприятие.
С целью повышения устойчивости и
долговечности древостоев в защитных лесонасаждениях, а также сохранения их мелиоративной эффективности проводятся
лесохозяйственные мероприятия в виде
различных рубок ухода, реконструктивных
и лесовозобновительных рубок [1]. Особенно важно проведение таких мероприятий в аридных зонах, где количество годовых осадков не превышает 250-350 мм,
присутствует напряженный ветровой режим, большая сухость воздуха и повышенная солнечная радиация. Насаждения здесь
быстрее развиваются и раньше времени
начинают усыхать.
Согласно указанным рекомендациям
при образовании суховершинности и начале гибели насаждений срезаются деревья с
оставлением пня высотой 5-7 см и кустарника на уровне поверхности земли, с целью омоложения.
Недостатком указанного способа является то, что после его применения на
пнях отрастает поросль, которую необходимо изреживать, оставляя количество побегов равное тому количеству деревьев,
86
которое было в полосе до омоложения, на
что расходуется много средств и труда.
Кроме того, до отрастания поросли необходимых размеров, лесная полоса фактически не работает.
Известен способ формирования кроны плодовых деревьев (А.с. №899001, А 01
G 1/100, 23.01.82), предусматривающий
ярусное вырезание проемов в кроне и обработку срезов биологически активными
веществами.
Для усыхающих лесных полос этот
способ неприемлем из-за того, что не удаляется верхняя часть дерева, следовательно, оно не омолаживается. Однако положительным элементом здесь является обработка места среза биологически активным веществом, что способствует росту
побегов из спящих почек.
Из проведенного анализа следует,
что для омоложения защитных лесонасаждений, предотвращения их преждевременного усыхания и нарушения проектной
высоты лесополос, а также с целью сохранения их мелиоративного влияния на прилегающую территорию необходима разра-
Лесотехнический журнал 1/2011
Технология лесовыращивания
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
ботка нового способа и технического средства, предусматривающего сохранение
возможно большей высоты деревьев.
Агротехнический результат в предлагаемом нами способе [2] достигается срезанием верхней части стволов деревьев в
месте расположения живой ткани на
0,3...0,5 м ниже ее границы, являющейся
критической высотой подъема воды по капиллярам древесины обрезаемого дерева.
В то же время срез не должен быть ниже
1,8...2,0 м от поверхности почвы, во избе-
жание появления поросли у корневой шейки.
Для проведения технологической
операции по срезанию верхней части стволов деревьев, а при необходимости и отдельных деревьев, во ВНИАЛМИ разработано специальное срезающее устройство,
конструктивно-технологическая схема которого приведена на рис. 1 (буквами Б, В,
Г обозначены различные положения пилы:
Б – при срезании деревьев, В – в транспортном положении, Г – при срезании
вершин стволов деревьев).
Рис. 1. Конструктивно-технологическая схема срезающего устройства
Срезающее устройство, в виде отдельного модуля, монтируется на трактор
класса 1,4 (МТЗ-80) и состоит: из четырехзвенного механизма 1, подъемной стрелы
Лесотехнический журнал 1/2011
2, питающей насосной станции 3, с двумя
шестеренчатыми насосами НШ-50 с приводом от заднего вала отбора мощности
трактора, гидроцилиндров 4, 5, 7, соответ-
87
Технология лесовыращивания
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
ственно, управляющих изменением положения четырехзвенника 1 в вертикальной
плоскости, изменением положения стрелы
2 в вертикальной плоскости и перемещением четырехзвенника в горизонтальной
плоскости, а также укрепленного на четырехзвеннике срезающего узла 6, режущий
рабочий орган которого (круглая дисковая
пила) приводится во вращение с помощью
гидромотора РМНА 63/35.
Технология омоложения защитных
лесонасаждений
осуществляется
следующим образом. В защитных лесонасаждениях с наличием отдельных суховершинных деревьев и сокращенным приростом по высоте и диаметру известными
способами (визуальным или инструментальным) определяют границу между живой и мертвой тканью дерева у нескольких
экземпляров. Визуально граница определяется по состоянию поверхности коры
(корки), по признакам заселения ее стволовыми вредителями, а именно: входные
или вылетные отверстия, насечки, сокотечение, буровая мука, опилки, насекомые
или их ходы под коркой [3], а также по наличию пикнид гриба, признаков частичного отмирания коры, язв, трещин, камедетечения, мелколистности ветвей [4]. Важным
диагностическим признаком является состояние волчков.
Инструментальное определение названной границы проводится с помощью
возрастного или приростного буравов или
с помощью зарубок на стволе (до обнажения подкоркового слоя древесины). По
цвету и влажности внешнего слоя древесины ствола и внутреннего слоя коры
(корки), а также наличию камбия, опреде-
88
ляется состояние древесины. Бурый цвет
древесины и камбиального слоя, отсутствие или низкое содержание влаги свидетельствуют об отмирании ствола на данной высоте.
О здоровом состоянии древесины
свидетельствует светлая сырая поверхность заболони и прозрачный сырой камбиальный слой. Диапазоны влажности живой древесины находятся в пределах от 0,9
до 0,5 величины полной влагоемкости [5].
Затем, уже описанным ниже срезающим
устройством на высоте 0,3-0,5 м ниже найденной границы между живой и мертвой
тканью ствола дерева производится обрезка рядов лесных полос.
Место среза сразу же обрабатывают
биологически активным раствором, производящим купирование его от проникновения патогенных микроорганизмов и способствующим быстрому росту побегов из
спящих почек, расположенных ниже места
среза.
Все это приводит к восстановлению
проектной высоты лесополос и их ассимиляционной массы.
Производственные опыты по обрезке
усыхающих вершин вяза приземистого и
робинии в полезащитных лесополосах
Волгоградской области доказали перспективность предложенного способа омоложения защитных лесонасаждений. Обрезанные деревья за 2…3 года дали хорошую
поросль размером до 4 м, что позволило
лесополосам за это время восстановить
свою проектную высоту и сформировать
необходимую по плотности крону деревьев.
Лесотехнический журнал 1/2011
Технология лесовыращивания
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
В целом, описанные «способ омоложения защитных лесонасаждений» и «техническое средство» для его реализации
дают значительную экономию затрат труда
и материальных средств при создании и
эксплуатации обновленных лесополос,
взамен усыхающих, и намного сокращают
разрыв времени в оказании ими положительного влияния на окружающую среду в
сравнении с вновь создаваемыми, а также
получение повышенных урожаев сельскохозяйственных культур под их защитой.
Библиографический список
1. Рекомендации. Ведение хозяйства
в защитных лесных насаждениях. М.: Россельхозиздат, 1986. 32 с.
2. Пат. 2357408 РФ, МПК A 01 G
23/00. Способ омоложения защитных
лесных насаждений в аридной зоне / Ю.М.
Жданов, В.Д. Шульга, В.Н. Хорошавин;
заявитель и патентообладатель ГНУ ВНИАЛМИ.
№
2007100603/12;
заявл.
09.01.2007; опубл. 10.06.2009. Бюл. № 16.
3. Воронцов А.И., Мозолевская Е.Г.,
Соколова Э.С. Технология защиты леса:
учеб. пособие / М.: «Экология», 1991.
304 с.
4. Василькова А.К. Преждевременное
усыхание
деревьев
косточковых
пород и меры борьбы с ним: учеб .пособие
/ Киев: «Колос», 1964. 220 с.
5. Шульга В.Д. К обоснованию приемов создания заведомо устойчивых древостоев в степи // ИВУЗ «Лесной журнал».
2007. № 5. С. 20–26.
УДК 630*:63
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ДЛЯ ЛЕСНОГО ХОЗЯЙСТВА
С.А. Родин1, В.И. Казаков2
1 – ФГУ «ВНИИЛМ»
2 – ОАО «ЦОКБлесхозмаш»
Изложены прогрессивные технологии выращивания укрупненных сеянцев без перешколивания и создание лесных культур на вырубках с применением новых средств механизации.
Ключевые слова: прогрессивные технологии выращивания, укрупненные сеянцы, лесные культуры, вырубки, средства механизации.
В настоящее время, в связи с обострением экологической обстановки, удорожанием энергоносителей, лесокультурное
производство должно быть переведено на
эколого-ресурсосберегающие технологии,
охватывающие весь комплекс работ, начиная от заготовки семян и выращивания
посадочного материала до создания лесных культур и формирования насаждений,
Лесотехнический журнал 1/2011
обеспечивающих получение целевого конечного результата искусственного лесовосстановления.
Решение этой проблемы должно идти
по пути получения семян с улучшенными
наследственными свойствами, применения высококачественного посадочного материала, максимального сохранения экологических условий лесокультурных площа-
89
Технология лесовыращивания
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
дей и переход на ресурсосберегающие
технологии.
Семена высокого качества могут
быть получены при заготовке их на лесосеменных плантациях. Для сбора шишек с
растущих деревьев разработано специальное оборудование ОСШ-1. Это оборудование монтируется на самоходное шасси Т16М и представляет собой телескопическую двухсекционную лестницу с механизмом ее сбора в транспортное положение и перевода в рабочее состояние при
заезде на плантацию. В верхней части выдвижной секции лестницы имеется площадка для размещения сборщика. Для
обеспечения безопасности при работе оборудование снабжено аутригерами и страховочным поясом. Наибольшая высота
подъема сборщика составляет 7 м. Производительность при сборе шишек на лесосеменной плантации составляет около 7
кг/ч.
Для сушки небольших партий шишек
хвойных пород разработана малогабаритная сушилка СМ-45. Эта сушилка представляет собой шкаф, внутри которого на
22 сетчатых противнях размещаются
шишки. В нижней части сушильной камеры установлены три вентилятора с электрическими нагревательными элементами
общей мощностью 6,5 кВт. Сушилка
снабжена командоаппаратом с четырьмя
программами сушки, которые выбираются
в зависимости от породы шишек и их исходной влажности. Производительность
за один цикл составляет около 0,5 кг семян.
Для извлечения семян из высушенных в сушилке СМ-45 шишек предназна-
90
чен барабан для отбивки шишек БОШ-4.
Этот барабан представляет собой шестигранный каркас, обтянутый сеткой с размерами ячеек 5-5 мм. Привод барабана
осуществляется от электродвигателя мощностью 0,5 кВт. Продолжительность процесса отбивки составляет 10 минут. Производительность за 1 час сменного времени около 15 кг шишек.
Обескрыливание семян хвойных пород с последующей их подсушкой и очисткой от примесей проводится на агрегате
для мокрого обескрыливания АМО-5. Семена с крылатками массой около 5 кг засыпают в вращающийся с частотой 6
об./мин барабан и в течение 10 мин проводится их смачивание водой в количестве
0,5-1,5 л. Затем на 60 мин включают вентилятор и сблокированный с ним электрокалорифер. При этом крылатки отделяются
от семян и потоком воздуха удаляются в
специальную емкость. Общая потребляемая мощность составляет 8,2 кВт.
С целью повышения грунтовой
всхожести и получения выровненных по
размерам сеянцев проводится сортировка
семян по массе в воздушном потоке. Сортировка семян осуществляется в пневмосепараторе ПЛС-5М. Основным элементом конструкции этого пневмосепаратора
является воздушный канал, в котором с
помощью вентилятора создается разряжение с изменяемой от 5 до 9 м/с скоростью
воздушного потока. Семена подаются в
канал и подхваченные воздушным потоком разделяются на фракции - тяжелые
семена падают вниз в емкость для полноценных семян, легкие семена устремляются вверх по воздушному каналу и оседают
Лесотехнический журнал 1/2011
Технология лесовыращивания
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
в осадочной камере, а примеси удаляются
вентилятором. Мощность электродвигателя вентилятора составляет 0,75 кВт. Производительность за 1 час сменного времени – около 8 кг.
Для успешного создания лесных
культур наиболее целесообразно использовать укрупненный посадочный материал,
который требует меньше агротехнических
уходов и дает более высокий прирост на
лесокультурной площади.
Укрупненный посадочный материал
получают в школьном отделении путем
пересадки сеянцев и их последующего доращивания в течение 2-3 лет. Этот способ
производства посадочного материала имеет ряд недостатков: высокие затраты труда
и средств, особенно, на выкопку сеянцев и
их пересадку и низкое качество получаемых саженцев.
Наиболее перспективным направлением производства укрупненного посадочного материала хвойных пород является
более длительное (до 4 лет) его выращивание в посевном отделении без перешколивания при условии выполнения определенных агроприемов и условий.
Прежде всего, для посева необходимо использовать семена с высокой грунтовой всхожестью и предварительно рассортированные по размерам и массе. При посеве семена необходимо разместить равномерно в посевной строчке с нормой высева около 0,5 г на 1 м. Для получения
компактной и хорошо развитой корневой
системы растений на 3-4-ом году роста необходимо подрезать их корневые системы.
Проведенные наблюдения за ростом
сеянцев ели при различной густоте их раз-
Лесотехнический журнал 1/2011
мещения позволили установить, что наилучшие результаты получены при количестве растений 20…25 шт./пог. м посевной
строчки. Отмечено, что отношение массы
тонких корней к массе хвои (Мт/Мх) в
равномерно-разреженных посевах с густотой 20…25 шт./пог.м значительно лучше
при подрезке корней и составляет 1/2…1/3,
в то время как без подрезки корней оно
снижается до 1/5…1/6. Подрезку корней
сеянцев ели целесообразно проводить на
третьем году вегетации, так как в двухлетних посевах влияние ее не существенно в
связи с небольшими размерами корней.
При определении рациональных сроков
подрезки корней выявлено, что наилучшие
результаты получены при ее проведении
во второй половине июля. В этом случае
сеянцы не теряют прироста текущего года,
а масса тонких корней значительно выше.
Значительное влияние на рост сеянцев ели оказывает их подкормка минеральными удобрениями. Подкормка сеянцев на 2-м и 3-м году увеличивает рост
надземной части на 15…20 % по сравнению с контролем.
Предпосевная обработка в питомниках включает выравнивание поверхности поля, рыхление посевной
ленты и в ряде случаев – нарезку гряд. Для
выравнивания поверхности поля и поделки
гряд в питомниках предназначен выравниватель-грядоделатель ВГ-3,6, который
обеспечивает требуемое качество и стабильную работу всех последующих машин. Степень выравнивания поверхности
поля составляет не менее 80 % при скорости движения около 7 км/час.
Для предпосевной обработки почвы в
питомниках разработана бесприводная ро-
91
Технология лесовыращивания
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
тационная машина МРБ-1,6. Особенностью конструкции этой машины являются
рабочие органы, выполненные в виде двух
катков с вырезными планками, расположенными последовательно один за другим
и связанных между собой цепной передачей. Кроме того, на переднем брусе машины установлены долотообразные зубья и
грядообразующие рабочие органы. В процессе работы долотообразные зубья рыхлят почву на глубину до 15 см, грядообразующие рабочие органы производят нарезку гряд высотой 10…15 см с расстоянием
между ними 1,5…1,6. Передний каток при
взаимодействии с почвой рыхлит верхний
слой почвы на глубину 6-8 см и одновременно обеспечивает вращение заднего с
удвоенной частотой вращения. При этом
обеспечивается более интенсивное воздействие его на почву и достигается необходимая степень рыхления почвы на глубину
до 6 см. Рабочая скорость в агрегате с
трактором МТЗ-80/82 составляет не менее
7 км/ч.
Для посева мелких сыпучих семян
хвойных пород разработана сеялка лесная
навесная СЛН-5/9. Эта сеялка обеспечивает посев семян с равномерно-разреженным
размещением их в посевной строчке как по
общепринятой норме (около 2 г на 1 м),
так и минимальной (около 0,5 г на 1 м).
Сеялка СЛН-5/9 снабжена девятью штифтовыми высевающими аппаратами и производит посев 4 или 5 строчек через 22,5
см и 9 строчек через 11,2 см. Сеялка имеет
прикатывающий каток, обеспечивающий
необходимое уплотнение верхнего слоя
почвы. Сеялка агрегатируется с тракторами МТЗ-80/82 и рабочая скорость составляет 4 км/ч.
92
Мульчирование посевов и присыпка
семян субстратом производится мульчирователем сетчатым навесным МСН-1А, который агрегатируется с тракторами МТЗ80/82. Емкость барабана достаточна для
мульчирования посевов на длине гона
250…360 м при толщине слоя до 1,2 см.
Для агротехнического ухода за растениями применяется культиватор комбинированный ККП-1,5. Этот культиватор
монтируется на самоходное шасси Т-16 М
и представляет собой поперечный брус с
установленными на передвижных кронштейнах рабочими органами. Это позволяет использовать культиватор на любых
схемах посевов. Культиватор имеет набор
сменных рабочих органов, включающий
игольчатые диски, узкозахватные полольные лапы, долотообразные зубья и подкормочные ножи, кроме того, по следу колес шасси установлены универсальные
стрельчатые лапы. Глубина хода рабочих
органов регулируется опорными колесами,
размещенными между крайними рядками
растений и изменяется от 2 до 10 см. Культиватор снабжен туковыми банками для
внесения минеральных удобрений. Рабочая скорость составляет 1…3 км/час.
Для подрезки корневых систем сеянцев создан корнеподрезчик навесной
управляемый КНУ-1,2. Этот корнеподрезчик обеспечивает подрезку как вертикальных, так и горизонтальных корней растущих сеянцев. Находящийся на машине
оператор управляет направлением движения рабочих органов, что исключает повреждения растений и обеспечивает требуемое качество подрезки корней. Глубина
подрезки регулируется от 8 до 16 см, рабо-
Лесотехнический журнал 1/2011
Технология лесовыращивания
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
чая скорость в агрегате с трактором МТЗ80/82 составляет 1,5…2 км/ч.
Более простое приспособление ППК1,2 для подрезки вертикальных корней по
всей ширине ленты разработано к выкопочной скобе НВС-1,2. Это приспособление устанавливается взамен подрезающего
лемеха скобы. В процессе работы приспособления за счет деформации почвы частично обрываются боковые корни. Глубина подрезки корней регулируется от 6 до
20 см.
Во многих питомниках выкопка посадочного материала производится навесной выкопочной скобой НВС-1,2, которая
не в полной мере отвечает предъявляемым
требованиям. В последнее время разработана вибрационная выкопочная машина
ВМ-1,3А. Особенностью конструкции этой
машины является наличие активных отряхивателей с приводом от ВОМ трактора. В
процессе работы пласт почвы после схода
с лемеха подвергается интенсивному разрушению и отделению почвы от корней.
Это существенно облегчает последующий
их сбор и сохраняет мелкие корни. Машина навесная и агрегатируется с трактором
МТЗ-80/82. Производительность за 1 час
основного времени составляет 0,2…0,4 га.
Для сортировки посадочного материала разработано специальное оборудование ОС-1. Это оборудование представляет собой приводимый от электродвигателя ленточный конвейер с расположенными по его сторонам рабочими столиками. Обслуживающий персонал 6 сортировщиков и 2 приемщика производят сортировку посадочного материала, его упаковку (увязку в пучки) и покрытие корней
торфяно-глиняным раствором. Производительность в смену составляет 50000 штук
Лесотехнический журнал 1/2011
растений.
Затраты труда на выращивание 1000
шт. укрупненных сеянцев ели по предлагаемой технологии на базе комплекса машин снижаются с 1,6 до 0,55 чел. дн., т.е. в
2,9 раза, материальные затраты уменьшаются в 2,2 раза при существенном улучшении качества посадочного материала.
Для зоны хвойно-широколиственных
разработана эколого-ресурсосберегающая
технология и комплекс машин для создания лесных культур хвойных пород на
вырубках. Особенность этой технологии
заключается в замене сплошной расчистки
вырубки на узкополосную (шириной 1,5-2
м) и сохранении верхнего гумусового слоя
почвы. Это позволяет в 1,5-2 раза снизить
затраты труда и средств и улучшить лесорастительные свойства почвы в зоне посадки.
Применяемые для обработки почвы
орудия с дисковыми рабочими органами
более производительны при наличии в
почве корней и порубочных остатков, чем
лемешные плуги и, вместе с тем, позволяют существенно улучшить качество обработки почвы.
Использование для посадки укрупненного посадочного материала позволяет
снизить количество агротехнических уходов и выращивать культуры с меньшим на
30…50 % количеством осветлений в период до перевода лесных культур в земли,
покрытые лесной растительностью.
Агротехнический уход за культурами
орудиями с рабочими органами в виде ножевых катков обеспечивает уничтожение
травянистой и нежелательной древесной
растительности.
Комплекс машин, применяемый при
создании лесных культур на вырубках по
эколого-ресурсосберегающей технологии,
93
Технология лесовыращивания
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
включает следующие механизмы.
Для полосной расчистки вырубок от
пней и порубочных остатков разработано
орудие для расчистки вырубок ОРВ-1,5,
монтируемое на фронтальную штатную
навеску трактора ЛХТ-55. Это орудие
представляет собой клинообразный отвал,
передняя часть которого выполнена поворотной и имеет нож, боковые поверхности
отвалов снабжены горизонтальными ножами для срезания поросли. Особенность
конструкции орудия обеспечивает раскалывание пней и сдвигание их на стороны.
В процессе работы порубочные остатки
перемещаются под гусеницы трактора, что
позволяет предотвратить его буксование
как при расчистке, так и при последующих
операциях. Применяемый способ раскалывания и сдвигания пней позволяет значительно уменьшить размеры подпневых ям
и в 1,5…2 раза увеличить производительность по сравнению с аналогичными орудиями. Ширина захвата 1,5 м, производительность 0,6 км полос за 1 час сменного
времени.
Предпосадочная обработка почвы
под посадку лесных культур после полосной расчистки, а также на очищенных от
порубочных остатков вырубках при числе
пней до 600 шт./га, проводится плугом
дисковым для вырубок ПДВ-1,5 в агрегате
с трактором ЛХТ-55. Этот плуг имеет два
лево- и правообрабатывающих дисковых
корпуса. В процессе работы формируется
микроповышение высотой до 15 см и шириной 1,5 м. Глубина рыхления почвы составляет 12…18 см. Производительность
за 1 час основного времени составляет 3,2
км.
Для посадки саженцев высотой до 60
см на полосах после их расчистки используется машина лесопосадочная для круп-
94
номера МЛК-1. Машина снабжена резиновыми посадочными дисками диаметром 1,2
м. Глубина хода сошника до 40 см. Шаг
посадки 1…1,5 м. Производительность составляет 1,5 км/час.
Агротехнический уход за культурами, созданными на вырубках по бороздам
и полосам, а также для осветления культур
путем уничтожения в междурядьях нежелательной древесной растительности применяется каток универсальный лесной
КУЛ-2А. Особенность конструкции катка
позволяет монтировать его как на заднюю,
так и на фронтальную штатную навеску
трактора ЛХТ-55. Каток состоит из двух
ножевых барабанов. Общая ширина захвата составляет 2,2 м, ширина каждого барабана – 1 м. Степень уничтожения нежелательной растительности достигает 90 %.
Производительность за 1 час основного
времени составляет 2,5 км.
Данные
по
оценке
экологоресурсосберегающей технологии и средств
механизации подтверждают ее высокую
эффективность. Приживаемость 3-летних
культур, созданных по этой технологии на
вырубках в группах типа леса «кисличники сложные» и «черничники» достигает 95
%. Приросты в высоту культур ели, посаженных 4-5-летними саженцами, достигают 25…40 см.
Таким образом, предложенная технология обеспечивает: минимальное воздействие применяемых машин на естественное сложение верхнего слоя почвы; создаются оптимальные условия почвенного
питания культивируемых древесных пород; сохранение экологии вырубок; оптимизацию условий выращивания лесных
культур; снижение затрат трудовых, материально-технических и финансовых ресурсов.
Лесотехнический журнал 1/2011
Технология транспортных процессов и строительства
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
УДК 630*378.33
ВЫБОР ГИБКОГО ВОДОНЕПРОНИЦАЕМОГО МАТЕРИАЛА
ДЛЯ СТАБИЛИЗАЦИИ ПЛАВУЧЕСТИ СПЛОТОЧНЫХ ЕДИНИЦ
Д.Н. Афоничев, Н.Н. Папонов, В.В. Васильев
ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
dmafonichev@yandex.ru
Дано описание конструкции сплоточной единицы, обернутой в гибкий водонепроницаемый материал, которая имеет стабилизированный запас плавучести. Представлена методика расчета усилий, действующих на гибкий водонепроницаемый материал, и напряжений в
нем при движении сплоточной единицы, на основании которой осуществляется выбор этого
материала.
Ключевые слова: сплоточная единица, гибкий водонепроницаемый материал, запас
плавучести, стабилизация, сила, напряжение.
ками 6 в пакеты, расположенные в головСплав древесины в пучках или в плоной и хвостовой частях сплоточной единиских сплоточных единицах по малым и
цы, гибких внешних обвязок 7, охватысредним рекам в период меженного стоявающих снаружи пакеты круглых лесомания сплавных горизонтов является сложтериалов повышенной плавучести 2 и ряды
ным процессом, а в ряде случаев неосущекруглых лесоматериалов ограниченной
ствимым. В основном это связано с нестаплавучести 1, вертикальных стяжек 8 собильным запасом плавучести сплоточных
единяющих гибкие внешние обвязки 7 и
единиц и их недопустимой осадкой при
гибкие внутренние связи 9, которые вместе
больших объемах, что на практике привос гибкими внутренними обвязками 10 содит к посадке сплоточной единицы на мель
единяют круглые лесоматериалы огрании загромождению сплавного хода. Учитыченной плавучести 4 средних продольных
вая эти недостатки, была разработана плорядов.
ская сплоточная единица со стабильным
Сборка сплоточной единицы осущезапасом плавучести, которая представлена
ствляется только на берегу. Сборку можно
на рис. 1.
производить в соответствии с процессом,
Сплоточная единица [1] состоит из
описанном в прототипе [3], но при этом
листа гибкого водонепроницаемого матенеобходимо предварительно на плотбище
риала 1, по краям которого закреплены
расстелить лист из гибкого водонепронистропы 2 с соединительными устройствацаемого материала.
ми 3 на свободных концах, круглых лесоПосле сборки сплоточной единицы
материалов ограниченной плавучести 4,
заворачивают продольные края листа гибуложенных в поперечные верхний и нижкого водонепроницаемого материала, наний ряды и продольные средние ряды,
кладывая их на продольные борта сплокруглых лесоматериалов повышенной платочной единицы, натягивают стропы
вучести 5, объединенных гибкими обвяз-
Лесотехнический журнал 1/2011
95
Технология транспортных процессов и строительства
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
а)
б)
в)
а – вид сверху; б – разрез А–А; в – разрез Б–Б
Рис. 1. Сплоточная единица
96
Лесотехнический журнал 1/2011
Технология транспортных процессов и строительства
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
и соединяют их соединительными устройствами, при помощи которых также регулируется натяжение строп. Заворачивают
поперечные края листа из гибкого водонепроницаемого материала, накладывая их
на поперечные борта (торцы) сплоточной
единицы, при этом угловые складки листа
из гибкого водонепроницаемого материала
заворачивают во внутрь и укладывают
вдоль поперечных бортов (торцов) сплоточной единицы, натягивают стропы и соединяют их соединительными устройствами.
В лист из гибкого водонепроницаемого материала могут заворачиваться вышеописанным способом уже собранные
сплоточные единицы, для чего необходимо
на предварительно разостланный лист из
гибкого водонепроницаемого материала
уложить собранную сплоточную единицу
при помощи крана или другого грузоподъемного устройства.
При сборке представленной сплоточной единицы, нужно учитывать, чтобы
прочность применяемого гибкого материала была больше усилия создаваемого от
воды, когда сплоточная единица находится
в покое или буксируется в составе плота.
На основе этого, выбор материала происходит после определения максимального
создаваемого усилия на материал и сравнения этого усилия с допустимой разрывной нагрузкой на материал.
Если рассматривать поперечное сечение сплоточной единицы, можно увидеть что гибкий материал не по всей площади дна и бортов сплоточной единицы
контактирует с лесоматериалами, в результате чего наибольшая вероятность разрыва
Лесотехнический журнал 1/2011
гибкого материала будет в местах, где отсутствует его контакт с лесоматериалами.
Следовательно, расчет усилия создаваемого от воды на гибкий материал необходимо
выполнять именно для таких мест, при
максимальной осадке сплоточной единицы.
В случае нахождения сплоточной
единицы на воде, скорость течения которой равна нулю, на нее действуют две силы – статическое давление воды и архимедова сила, причем архимедова сила действует на дно сплоточной единицы, выталкивая ее, а статическое давление на борта.
При таких условиях, для гибкого материала должно выполняться неравенство
RН
,
(1)
PA PC
KЗ
где PA – архимедова сила, Н;
PC – статическое давление, Н;
RН – допустимая разрывная нагрузка
на материал, Н;
K З – коэффициент запаса прочности,
равный 2…3.
Преобразуем неравенство (1) для
стандартных условий, в результате этого
получим
KЗ
где
A
KЗ
C
м
,
(2)
– напряжение в материале созда-
A
ваемое архимедовой силой, Па;
C
– напряжение в материале созда-
ваемое от давления воды, Па;
м
– прочность материала на разрыв,
Па.
Согласно закону Архимеда, сила
давления, действующая на поверхность
погруженного тела, направлена вертикаль-
97
Технология транспортных процессов и строительства
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
но и равномерно распределена по всей поверхности, следовательно, напряжение,
создаваемое в материале от архимедовой
силы, где нет его контакта с лесоматериалами, будет рассчитываться по формуле
A
где
gWc
bср
Bcп Lсп h
,
(3)
– плотность воды, кг/м3;
g – ускорение свободного падения,
м3;
bср – среднее расстояние между центрами смежных лесоматериалов, м;
Bcп – ширина сплоточной единицы, м;
Lсп – длина сплоточной единицы, м;
h – толщина гибкого материала, м.
Максимальное напряжение в материале создаваемое от давления воды на
стенку сплоточной единицы, где нет контакта гибкого материала с лесоматериалами, рассчитывается следующим образом
r
Pсеlгм см ,
(4)
C
bср h
где Pсе – гидростатическое давление, Па;
lсп – длина ткани между бревнами,
определяется экспериментальным путем, или принимается (1,01…1,05) bср ,
м;
rсм – радиус кривизны натянутого материала между лесоматериалами, м.
Гидростатическое давление, действующее на наиболее погруженную полоску ткани шириной 1 м, определяется по
формуле
98
(5)
где Т осп – максимальная осадка сплоточной единицы, м;
d ср – средний диаметр лесоматериала
уложенного в сплоточную единицу,
м.
Значение радиуса кривизны устанавливается из известного выражения [2]
м/с2.
Wc – объем вытесненной жидкости,
g Т осп dср ,
Pсе
bср2
rсм
4f 2
8f
(6)
,
где f – стрела провеса гибкого материала,
равная (0,01…0,05) bср м.
Расстояние между центрами смежных лесоматериалов определяется как
сумма их радиусов, а если лесоматериалы
имеют одинаковые диаметры, то bср
dср .
При движении сплоточной единицы,
когда скорость ее больше или меньше скорости течения реки, на ее дополнительно
действует сила сопротивления движению.
С учетом этого, неравенство (2) примет
вид
KЗ
где
Д
A
KЗ
C
Д
м
,
(7)
– напряжение в материале, созда-
ваемое от сопротивления движению,
Па.
Напряжение, создаваемое в гибком
материале от сопротивления движению,
определяется следующим образом
Д
PД
bср
PД
bср Bcп h
Bcп h
,
(8)
где PД – сила давления на стенку, Н.
В данном случае сила давления на
стенку является силой давления на пло-
Лесотехнический журнал 1/2011
Технология транспортных процессов и строительства
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
щадь материала, где нет контакта с лесоматериалами, с учетом этого получим
PД
vсп2 Bcпbср ,
(9)
где vсп – скорость сплоточной единицы
относительно течения реки, м/с.
При определении напряжения в гибком материале по формулам (8) и (9), ширина сплоточной единицы Bcп , может быть
заменена на длину Lсп , это зависит от способа ее формирования и дальнейшей
транспортировки. На практике данный
фактор необходимо учитывать, а все расчеты осуществлять по приведенной методике.
Выбор гибкого водонепроницаемого
материала осуществляется по зависимости
(7), так как она наиболее подробно отражает основные напряжения, возникающие
в материале в ходе сплава.
Выводы
1. Гибкий водонепроницаемый материал препятствует поступлению воды в
свободные пространства между лесоматериалами, что предотвращает водонасыщение лесоматериалов, а следовательно,
снижается осадка сплоточной единицы и
запас плавучести останется стабильным в
течение всего периода плавания, то есть
является стабилизированным.
Лесотехнический журнал 1/2011
2. Сплоточную единицу обертывают
в гибкий водонепроницаемый материал,
выбор которого зависит от прочности на
разрыв, которая должна бать больше всех
расчетных усилий создаваемых от воды
при движении сплоточной единицы со
скоростью больше либо меньше скорости
потока реки.
3. Подборка гибкого материала осуществлена верно, если выполняется условие K З
A
KЗ
C
Д
м
.
Библиографический список
1. Пат. 2381949 РФ, МПК В 63 В
35/62, 35/58. Сплоточная единица / Д.Н.
Афоничев, Н.Н. Папонов, В.В. Васильев;
заявитель и патентообладатель ВГЛТА.
№ 2008146180/11; заявл. 21.11.2008;
опубл. 20.02.2010. Бюл. № 5.
2. Пашевский Л.И. Переносная тросо-спицевая плотина для лесосплава. М.:
Лесбумиздат, 1947. 39 с.
3. Пат. 2043255 РФ, МПК В 63 В
35/62. Сплоточная единица / А.А. Митрофанов, Г.Я. Суров, М.Н. Фоминцев; заявитель и патентообладатель Архангельский
ЛТИ. № 4928310/11; заявл. 18.04.1992;
опубл. 10.09.1995. Бюл. № 25.
99
Технология транспортных процессов и строительства
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
УДК 630*378.33
ВЫБОР БУКСИРОВЩИКА ДЛЯ САМОТОРМОЗЯЩИХСЯ ПЛОТОВ
В.В. Васильев
ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
vasiliev.vova2012@yandex.ru
Приведена методика расчета требуемой тяговой мощности буксировщика для транспортировки плотов с кормовыми тормозными секциями, особенность которой заключается в
определении приведенного сопротивления плота двумя способами, при этом учитывается
тормозная сила, создаваемая в процессе раздвижения задних секций при прохождении криволинейных участков реки.
Ключевые слова: буксировщик, мощность, плот, приведенное сопротивление плота,
тормозная сила, секция.
Надежность и безопасность плотового сплава зависит от многих факторов, одними из которых являются своевременное
проведение мелиоративных работ на реках, по которым будет производиться буксировка плота, оптимальный выбор габаритов плота с учетом минимальных размеров сплавного хода, а также правильный
выбор судна, для буксировки плота.
Выбор буксировщика для плота является немаловажной задачей, правильность выполнения которой непосредственно будет влиять на весь процесс плотового
сплава. В настоящее время выбор буксировщика производится в основном по двум
критериям [1]:
- при обосновании выгодного плотового сплава и плотовых линий;
- при разработке расписаний для плотовой тяги.
В обоих случаях при выборе буксировщика необходимо учитывать соответствие разряда буксировщика классу водных путей, на которых он должен буксировать плоты, и соответствие габаритов
100
корпуса, особенно осадки габаритам
сплавного хода. В речных условиях следует обращать особое внимание и на обеспечение управляемости судна, особенно в
сложных условиях плавания. При этом для
всех случаев буксировки необходимо установить потребную тяговую мощность
буксировщика, с учетом вида плота и планируемой скорости его буксировки.
Тяговая мощность буксировщика для
плотов обычной конструкции определяется по формуле [1]
rпл v 2
(1)
,
75
где rпл – приведенное сопротивление плоNг
та, (Н с2)/м2;
v – скорость буксировки плота относительно течения реки, м/с.
Необходимо иметь в виду [1], что назначение скорости буксировки плота относительно воды связано с учетом, прежде
всего таких факторов, как обеспечение
управления плотом и срока доставки его в
пункт назначения, выполнение плановых
Лесотехнический журнал 1/2011
Технология транспортных процессов и строительства
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
показателей по производительности плотовой тяги и себестоимости перевозок. Для
плотов, буксируемых по водохранилищам
и озерам, кроме того, необходимо обеспечить возможность прохождения расстояния между плотоубежищами за период надежного прогноза.
При буксировке самотормозящегося
плота с задними кормовыми тормозными
секциями, в виду того, что его проводка по
криволинейному участку реки производится с созданием тормозными секциями
дополнительного сопротивления движению (растяжка плота), то для тяговой
мощности буксировщика должно выполняться условие
rпл v
2
FТ – сила торможения, создаваемая
задними тормозными секциями, Н.
Из неравенства (2) приведенное сопротивление плота рассчитывается двумя
способами, и принимается наибольшее
значение.
По первому способу расчетная формула приведенного сопротивления плота
состоящего из пучков имеет вид [1]
rпл
fS
S
пв
g,
(3)
где f – коэффициент сопротивления тре-
Lпл Bпл
(4)
2Tпл ,
где Lпл – длина плота, м;
Bпл – ширина плота, м;
Tпл – осадка плота, м.
Площадь поперечного сечения, погруженного в воду, определяется из выражения [1]
BплTпл ,
(5)
пв
где
– коэффициент, численное значение
которого зависит от величины отношения
ширины пучка Bпуч к его высоте H пуч .
При
FТ
(2)
,
75
где K 3 – коэффициент запаса, равный 0,9;
K3 N г
Смоченная поверхность плота определяется по формуле [1]
Bпуч
H пуч
1,5
Bпуч
H пуч
0,8 ,
1,5
а
при
0,95 .
Для второго способа приведенное
сопротивление плота определяется по
формуле [2]
(6)
,
2
Ш – коэффициент общей шероховато-
rпл
где
Ш
BD Lпл CBO
сти;
C B – коэффициент вихревого сопротивления;
BD – смоченный периметр плота, м;
ния, равный 0,45;
S – смоченная поверхность плота, м2;
– коэффициент остаточного сопро-
O – площадь лобового сопротивления,
м2;
– плотность воды, кг/м3.
тивления, равный 75;
пв – площадь поперечного сечения,
Коэффициент общей шероховатости
рассчитывается по формуле [2]
погруженного в воду, м2;
g – ускорение свободного падения,
0,215
Ш
0, 007 Lпл
0,05
Lпл
.
(7)
м/с2.
Лесотехнический журнал 1/2011
101
Технология транспортных процессов и строительства
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Коэффициент вихревого сопротивления определяется из выражения [2]
L
(8)
CB 1,18 0, 0289 пл .
Bпл
Смоченный периметр определяется
[2] равен
BD
(9)
01 Bпл .
1,5 1 1,35
01
0, 785
1,35
Tпл
Bпуч
. (10)
Tпл
Bпуч
Площадь лобового сопротивления
рассчитывается по формуле [2]
O 0,84 BплTпл .
(11)
Максимальная тормозная сила из условия (2), создаваемая при раздвижении
задних секций, рассчитывается следующим образом:
FТ
где
2 v2 sin ,
(12)
– дополнительная площадь миделя,
2
м;
– угол отклонения секции вовремя
торможения, град.
Необходимо отметить, что сила FТ
не должна превышать допустимую силу по
условию обеспечения прочности связей
плота.
Дополнительная площадь миделя составит
lщ hщ ,
(13)
где lщ – длина щита, м;
hщ – осадка щита, м.
По окончанию расчета полученные результаты подставляются в условие (2) с учетом установленной тяговой мощности при-
102
нимаемого буксировщика для транспортировки самотормозящегося плот, если условие
выполняется, то буксировщик принимается
предложенной марки, а если нет, то следует
воспользоваться более мощным буксировщиком, при этом для него должно выполняться условие (2).
Использование на практике предложенного принципа расчета требуемой тяговой мощности буксировщика для транспортировки самотормозящихся плотов с
задними кормовыми тормозными секциями даст реальную возможность правильно
подобрать буксировщик с требуемыми
техническими характеристиками, который
надежно и экономически эффективно будет осуществлять буксировку плота, как в
нормальных, так и в сложных условиях
плавания.
Выводы
1. Выбор буксировщика для транспортировки самотормозящегося плота с задними кормовыми тормозными секциями зависит от многих факторов, одним из которых
является правильный подбор судна с требуемой тяговой мощностью, что обеспечит
надежную буксировку плотов в сложных
условиях плавания.
2. При определении требуемой тяговой мощности буксировщика, расчет приведенного сопротивления плота осуществляют двумя способами, и принимается
наибольшее расчетное значение, при этом
учитывается тормозная сила, которая создается в процессе раздвижения задних
секций в момент прохождения криволинейных участков реки.
Лесотехнический журнал 1/2011
Технология транспортных процессов и строительства
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Библиографический список
1. Борисов И.Г. Организация перевозок леса на внутренних водных путях. М.:
Речной транспорт, 1959. 255 с.
2. Митрофанов А.А. Лесосплав. Новые технологии, научное и техническое
обеспечение. Архангельск: Изд-во АГТУ,
2007. 492 с.
УДК 625.142
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ НЕФТЕХИМИИ
В ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ШПАЛАХ
Т.Н. Стородубцева, В.И. Харчевников, С.А. Стородубцев, С.В. Потатаев,
Р.Н. Обрезанов, Н.В. Федянина
ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
В этой статье рассмотрены способы обработки деревянных образцов из сосны, ели и
березы, пропитанных креозотом, антисептиком ЖТК и отработанным машинным маслом, а
затем гуммированных различными составами на основе измельченной резиновой крошки.
Ключевые слова: способы обработки, деревянные образцы, шпала, резиновая крошка,
древесина.
Объем перевозок, выполняемый железнодорожным транспортом, постоянно
увеличивается. По прогнозу, в целом, в мире объем пассажирских перевозок должен
возрасти на 34 %, а грузовых на 47 %. Этот
прогноз подтверждается тем, что страны
мира строят новые железные дороги, например, Трансазиатская и Трансафриканская магистрали, железные дороги в Канаде
и Австралии. Наиболее целесообразной и
распространенной конструкцией верхнего
строения пути остаѐтся рельсошпальная
решетка на балластном основании. Деревянные шпалы, по исследованиям ведущих
институтов мира, являются наилучшей конструкцией для упругой передачи динамических нагрузок от рельсов на земляное полотно.
Анализ конструкций верхнего строения пути в 91 стране мира показал, что де-
Лесотехнический журнал 1/2011
ревянные шпалы применяются на 92,4 %
железных дорог. Рельсошпальные решетки, включающие только деревянные шпалы, составляют 71,6 % железных дорог
мира, на 8,5 % применяются деревянные и
железобетонные шпалы; на 7,3 % – деревянные и металлические шпалы.
Самым большим производителем деревянных шпал была Российская Федерация. Однако дефицит крупномерного сырья
и переход промышленности на рыночные
отношения резко сократили объемы производства деревянных цельно-брусковых
шпал. Многие предприятия, ранее производившие такие шпалы, закрыли свои шпалопильные цеха по экономическим соображениям. В этих условиях ведущие специалисты шпалопильного производства
начали поиск новых инновационных конструкций шпал, новых композиционных
103
Технология транспортных процессов и строительства
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
материалов для железнодорожных шпал и
новых способов их изготовления. Появились предложения: взамен стационарных
шпалопильных цехов, строящихся на лесопромышленных складах лесозаготовительных предприятий, создать в заводских
условиях специализированные реторты и
технологические процессы по производству композиционных шпал. При этом
должны быть исключены проблемы сырьевого обеспечения цехов крупномерным
сырьем и максимально должны быть использованы отходы лесозаготовок и деревообработки для создания нового композиционного материала [1].
Широкое распространение деревянных шпал обусловлено рядом ценных качеств древесины, а именно: простота их
изготовления, упругость, смягчающая удары колес по рельсам, надѐжная опора
рельсам, большая величина трения о балласт, и сравнительно небольшая их цена.
Основные причины выхода деревянных
шпал из пути их механический износ и
гниение, особенно на участках с повышенной влажностью [2]. Срок службы стандартных не гуммированных шпал приведен на рис. 1.
20
18
16
14
12
10
8
Сосна
Ель
Берёза
6
4
2
0
1 сп.
2 сп.
по горизонтали – первый способ (1 сп.), второй способ (2 сп.);
по вертикали – срок службы (лет)
Рис. 1. Диаграмма показателей срока службы деревянных шпал,
пропитанных креозотом первым способом (1 сп.) и антисептиком ЖТК
вторым способом (2 сп.)
В лаборатории ВГЛТА мы провели
испытания деревянных образцов из сосны,
березы и ели на изгиб по стандартной методике по ГОСТу. На каждый вид древесины использовали по 3 образца. Но нашей
целью была защита древесины от воды с
104
помощью резиновой крошки, обработанной различными связующими. Экспериментальные данные подтвердили правильность теоретических расчетов, т.е. можно
продлить срок службы деревянных шпал
(рис. 2).
Лесотехнический журнал 1/2011
Технология транспортных процессов и строительства
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
35
30
Сосна зим рез
Сосна лет рез
Ель зим рез
Ель лет рез
Берёза зим рез
Берёза лет рез
25
20
15
10
5
0
1 сп.
2 сп.
3 сп.
по горизонтали – первый способ (1 сп.), второй способ (2 сп.), третий способ (3 сп);
по вертикали – срок службы (лет)
Рис. 2. Диаграмма показателей срока службы гуммированных шпал,
пропитанных креозотом первым способом (1 сп.), антисептиком ЖТК вторым способом
(2 сп.) и отработанным машинным маслом третьим способом (3 сп.)
Как мы этого добились? Для испытаний были изготовлены образцы в форме
бруска с сечением h=20 мм, b=30 мм и
длиной 300 мм [3, 4]. При испытании образец укладывали на две неподвижные опоры с пролетом 240 мм. Предварительно
каждый образец был пропитан креозотом,
антисептиком ЖТК и отработанным машинным маслом; в последствии они покрывались 12 миллиметровым слоем использованной переработанной зимней и
летней резины. Оба типа резины обладают
высокой эластичностью в широких интервалах температур, т. е. способностью существенно изменять форму при приложении внешних сил и восстанавливать эту
форму после того, как внешняя сила будет
снята. Основное отличие зимней и летней
покрышек это интервал температур
(в среднем он составляет от минус 35 до
плюс 70 °С).
Лесотехнический журнал 1/2011
В качестве связующего для резиновой крошки использовали эпоксидную
смолу (ее температурный интервал составляет от минус 40 до плюс 40 °С). Она придает хорошую сцепку как самой резиновой
крошки, так и ее составляющую с пропитанным образцом. Нагрузка передавалась
на образец в одной точке посередине пролета и составила 9,7 кН (рис. 3).
Теоретический расчет и экспериментальные исследования показали, что срок
службы и водостойкость обычного пропитанного образца значительно увеличивается за счет обрезинивания.
Мы планируем провести экспериментальные исследования по гуммированию
образцов из древесностекловолокнистого
композиционного материала, но пока это
невозможно из-за недостатка средств на
кафедре.
105
Технология транспортных процессов и строительства
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
F – разрушающая нагрузка
Рис. 3. Схема испытания на статический изгиб
Ценовые характеристики на стандартные шпалы приведены в таблице 1.
Таблица 1
Стоимость пропитанных деревянных
шпал, рубли
Порода
лревесины
Сосна
Ель
Береза
Антисептик
Креозот
340…740
320…700
300…670
380…840
340…800
320…780
Так же стоит учитывать цены на пропиточные материалы. В среднем, цена за
тонну составляет: креозот – 9000 р./т, антисептик ЖТК – 7000 р./т, отработанное
машинное масло – 3000 р./т [5].
Проведенные исследования по использованию резины совместно с деревом
позволили нам сделать выводы, которые
могут, в перспективе, значительно уменьшить вибрации, передаваемые от поездного состава, продлить больший срок службы обрезиненных шпал, по сравнению с
деревянными, повысить влагостойкость,
уменьшить железнодорожные расходы и
др., что дает сохранить лесные ресурсы
Российской Федерации. Но все это реально
106
только в том случае, если будут необходимые инвестиции для производства и натурных испытаний шпал.
Библиографический список
1. Занегин Л.А. Инновационная конструкция шпал и способы их изготовления.
Иркутск, 2008. 89 с.
2. ГОСТ 78–89. Шпалы деревянные
для железных дорог широкой колеи. Технические
условия.
Срок
действия
с 01.01.91. – [М.], 1989. 7с.
3. Попов Л.Н. Лабораторные испытания строительных материалов и изделий.
М.: Высш. шк., 1984. 168 с.
4. Долидзе Д.Е. Испытание конструкций и сооружений. М.: Высш. шк.,
1975. 252 с.
5. Цены на креозот, антисептик ЖТК
и отработанное машинное масло [Электронный ресурс]. – Режим отступа:
http://forum.riccom.ru/forum-2909382008_01-_2008_01-0.htm. – Загл. с экрана.
Лесотехнический журнал 1/2011
Экология
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
УДК 630*24
БИОРАЗНООБРАЗИЕ МАЛОЦЕННЫХ ДУБОВЫХ НАСАЖДЕНИЙ
ВОРОНЕЖСКОЙ ОБЛАСТИ
М.А. Тувышкина
ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
В настоящее время особенно актуальной становится проблема сохранения биологического разнообразия лесных экосистем. Предложенная классификация малоценных насаждений Воронежской области по степени биоразнообразия позволит наиболее полно оценить все
имеющееся в природе многообразие и разработать способы и методы их реконструкции.
Ключевые слова: биоразнообразие, малоценные дубовые насаждения, классификация,
лесные экосистемы, реконструкция.
Резкое увеличение антропогенного
воздействия на естественные леса во второй половине ХХ века и рост удельного
веса монокультур привели к снижению
уровня биологического разнообразия и устойчивости лесных ценозов. В последние
годы термин «биоразнообразие» прочно
вошел в научный обиход, однако его толкование разными авторами неоднозначно.
Биологическое разнообразие – фундаментальное свойство живой природы,
отражающее множество реализованных в
процессе
эволюции
структурнофункциональных свойств ее организации и
обеспечивающее устойчивое развитие экосистем [5].
Буторина А.К. [1] определяет биоразнообразие с одной стороны как наличие
всех необходимых компонентов экосистем
(видов растений, животных и микроорганизмов), которые образуют трофические
цепи и обеспечивают круговорот веществ
в природе. Выпадение одного из звеньев
такой цепи может привести к разбалансированности всей системы. С другой стороны, биоразнообразие – это генетическое
разнообразие доминирующего в экосистеме вида.
Лесотехнический журнал 1/2011
На конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро,
1992) была принята «Конвенция о биологическом разнообразии», целью которой
является сохранение биологического разнообразия как одного из важнейших составляющих устойчивого развития биосферы [5]. Позднее министры по охране
окружающей среды из 54 европейских
стран подтвердили панъевропейскую стратегию биологического и ландшафтного
разнообразия на конференции «Окружающая среда для Европы» (София, 23-25 октября 1995 г.) [2].
Острота проблемы биоразнообразия
обусловливается:
- интенсивным использованием биологических ресурсов и возрастающей
ролью их в социально-экономическом развитии человечества;
- уменьшением биоразнообразия в
результате интенсивной хозяйственной
деятельности человека;
- необходимостью сохранения биоразнообразия на всех уровнях – генетическом, видовом, биоценотическом, ландшафтном как основы стабилизации функционирования экосистем и их устойчивого
развития.
107
Экология
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Прогрессирующее сокращение лесов,
смена естественных лесов на вторичные,
создание лесных плантаций и другие антропогенные воздействия приводят к неконтролируемому изменению видового
состава растений и животных, что отражается на устойчивости экосистем [5].
В целом выделяются три основных
уровня разнообразия: генетическое, видовое, экосистемное (разнообразие экосистем).
Генетическое разнообразие – сумма
генетической информации в генах всех
особей растений, животных, микроорганизмов. Генетическое разнообразие связано с тем, что особи обладают незначительно отличающимися генами – участками
хромосом, которые кодируют определенные белки. Варианты гена известны как
его аллели. Аллели гена могут по-разному
влиять на развитие и физиологию особи.
Видовое разнообразие – включает
весь набор видов, обитающих на Земле.
Экосистемное разнообразие – количество разных местообитаний, сообществ
и экологических процессов на различных
уровнях организации ландшафтов.
В настоящее время для оценки биоразнообразия чаще всего используется 3
показателя: индекс Шенона, индекс Симпсона и количество видов, имеющихся в
данной экосистеме или данной территории
[2, 4, 5]. Они должны служить основой для
принятия решений о проведении тех или
иных мероприятий. Но во всех случаях,
для планирования хозяйственной деятельности, направленной на сохранение биоразнообразия, необходимо четко представлять, насколько необходимо сохранение
исходного ценоза (сообщества), которое
есть сейчас, с точки зрения того набора
видов, которым он обладает.
108
По результатам исследований Караванской [3] в осоко-снытьевой дубраве
Правобережного лесничества Учебноопытного лесхоза Воронежской области
было обнаружено 17 видов древеснокустарниковой растительности. Основной
полог представлен дубом черешчатым,
кленом остролистным, липой мелколистной, ясенем обыкновенным, осиной, березой бородавчатой. В подлеске встречаются
клен полевой, клен татарский, груша, боярышник однопестичный, рябина, бересклет европейский и бородавчатый. Доминирующее положение занимает лещина. Иногда встречаются «уникальные» виды для
данных условий произрастания: шиповник
(роза собачья) и малина обыкновенная.
Наибольшее видовое разнообразие древесно-кустарниковой растительности представлено 11 видами, наименьшее – 3.
В условиях субори травяной установлено 15 видов древесных и кустарниковых пород. Породы, входящие в основной полог, не изменяются. Подлесок представлен кленом полевым и татарским, рябиной, грушой, боярышником однопестичным, бересклетом бородавчатым и
жостером слабительным. Наибольшее число видов древесно-кустарниковой растительности, обнаруженное в данных условиях местопроизрастания, составило 12,
наименьшее – 8 штук.
В дубраве снытьево-осоковой видовое разнообразие состоит из 12 древесных
и кустарниковых пород. Наибольшее число видов, встречающихся на исследуемых
пробных площадях, 11. В дубраве пойменной наибольшее видовое разнообразие
представлено 9 древесно-кустарниковыми
породами.
Таким образом, видовое разнообразие Правобережного лесничества Учебно-
Лесотехнический журнал 1/2011
Экология
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
опытного лесхоза колеблется от 3 до 12
видов древесной и кустарниковой растительности.
Нами была заложена серия пробных
площадей в низкополнотных и низкобонитетных дубравах Воронежской об-
ласти, на которых изучалось видовое разнообразие древесно-кустарниковых пород.
Древесно-кустарниковые породы, встречающиеся на изучаемых пробных площадях, представлены в таблице 1.
Таблица 1
Древесно-кустарниковые породы, произрастающие на пробных площадях
№ Тип
ПП леса Д
1 СдС +
2 Дос +
3 Дос +
4 Досн +
5 Досн +
6 ССРТ +
7 Досн +
8 ССРТ +
9 ССРТ +
10 Досзл +
11 Досзл +
12 Дсн +
13 Дос +
14 Досзл +
15 Досзл +
Яс
+
+
+
+
+
+
+
+
Древесные породы
Кустарниковые породы
Всего
Кл С Лп Б Ос Гш Ивд Итого Клт Клп Лщ Бер Бояр Чр Мал Буз Итого
+
+
4
+
+ +
+
4
8
+
+
4
+
+
+
3
7
+
+
4
+
+
2
6
+
+
3
+
+
+
3
6
+
+
3
+
+
+
3
6
+
+
3
+
+
2
5
+
+ +
4
+
+
2
6
1
+
1
2
1
1
+
2
+
+
2
4
+
3
+
+
2
5
+
+
4
+ + +
3
7
+
+
4
4
2
+
+
2
4
2
+
+
2
4
Анализируя таблицу 1, можно увидеть, что основной полог представлен дубом черешчатым, ясенем обыкновенным,
кленом остролистным, липой мелколистной, сосной обыкновенной, осиной, березой бородавчатой, грушей и ивой древовидной. Количество древесных пород на
пробных площадях колеблется от 1 (ПП №
8, 9) до 4 (ПП № 1, 2, 7, 12, 13). Подлесок
состоит из клена татарского, клена полевого, черемухи, лещины, бересклета бородавчатого, боярышника однопестичного,
малины обыкновенной и бузины красной.
Доминирующее положения среди
них занимают клены татарский и полевой,
бересклет бородавчатый и лещина, «уни-
Лесотехнический журнал 1/2011
кальными» видами являются малина
обыкновенная и бузина красная. Количество кустарниковых пород от 0 (ПП № 9,
13) до 4 (ПП № 1). Наибольшее число видов древесно-кустарниковых пород, встречающихся на исследуемых пробных площадях, произрастает в условиях сухой осоковой судубравы – 8 (ПП № 1), наименьшее в сосняке разнотравном –1 (ПП № 9).
В связи с вышеизложенным нами
выделено 3 степени биоразнообразия:
первая степень – количество видов древесно-кустарниковой растительности более 15;
вторая степень – количество видов древесно-кустарниковой растительности 5-15;
109
Экология
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
третья степень – количество видов менее
5.
Данная классификация малоценных
насаждений по степени их биоразнообразия позволит более полно оценить насаждение, определить очередность и технологию реконструктивных работ.
Библиографический список
1. Буторина А.К. Формы биоразнообразия в лесных экосистемах // Устойчивое
управление лесами и сохранение биологического разнообразия в лесном фонде Российской Федерации: тезисы докладов Всеросс. науч.-практ. совещания работников
лесн. хозяйства (19-21 ноября 1997 г.).
Пушкино, 1997. С. 52–54.
2. Демпке Ш., Зунков М. Культурные
ландшафты и охрана природы в Северной
110
Евразии // Труды симпозиума в Вертлице
20-23 марта 1998 г. / Россия, 1998.
С. 37–41.
3. Караванская Н.В. Биоразнообразие
и потоки углерода в дубравах Центральной
лесостепи [Текст] : автореф. …канд. с.-х.
наук: 03.00.16 / Караванская Н.В.; Воронеж. гос. лесотехн. акад. Воронеж, 2005.
20 с.
4. Лямцев Н.И. Биоразнообразие и
интегрированная защита леса от вредных
насекомых // Устойчивое управление лесами и сохранение биологического разнообразия в лесном фонде Российской Федерации : тезисы докладов Всеросс. науч.практ. совещания работников лесного хозяйства (19-21 ноября 1997 г.). Пушкино,
1997. С. 97–100.
5. Таранков В.И. Мониторинг лесных
экосистем. Воронеж, 2006. 300 с.
Лесотехнический журнал 1/2011
Экономика
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
УДК 384:65
ОЦЕНКА ФИНАНСОВОГО СОСТОЯНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
В СИСТЕМЕ КОНТРОЛЛИНГА
П.А. Петров
ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
Для обеспечения высокого уровня управляемости отечественным предприятиям требуются новые методы, соответствующие динамично изменяющейся внешней и внутренней
среде. К числу таких методов следует отнести контроллинг. Однако принятие объективных
управленческих решений в системе контроллинга без использования результатов финансового анализа невозможно.
Ключевые слова: уровень управляемости, контроллинг, управленческие решения, финансовый анализ, финансовое состояние.
Контроллинг – это система эффективного управления достижением намеченных целей предприятия. Контроллинг
включает управление целями предприятия,
текущий сбор и обработку информации
для принятия управленческих решений,
осуществления функций контроля отклонений фактических показателей деятельности предприятия от плановых, а также
подготовку рекомендаций для принятия
управленческих решений. Контроллинг,
реализуя основные положения системного
подхода в управлении, координирует и направляет производственно-хозяйственную
деятельность предприятия, интегрирует
планирование, учет, контроль, экономический анализ, организует информационные
потоки предприятия.
При
этом
анализ
финансовоэкономического состояния организации составляет важнейшую базисную часть информационного обеспечения для принятия
управленческих решений в системе контроллинга. Качество принимаемых решений целиком зависит от качества предвари-
Лесотехнический журнал 1/2011
тельно выполненного финансового анализа.
Именно результаты проведенного анализа
позволяют определить способы и механизмы реализации системы контроллинга на
предприятиях.
В настоящее время в России функционирует свыше тысячи предприятий,
выпускающих мебельную продукцию.
Для исследования нами было выбрано одно из крупнейших мебельных предприятий России – ОАО ХК «Мебель Черноземья», г. Воронеж.
В настоящее время Холдинговая
компания Мебель Черноземья – это производственно-технический комплекс цехов и производств, оснащенных высокопроизводительным оборудованием, способный решать любые задачи по производству мебели различного назначения и
ее реализации. Продукция холдинга – широкий ассортимент мебели различного
функционального назначения. Выпускаемые наборы мебели отличаются эргономичностью и оригинальным дизайном.
111
Экономика
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Для промышленных предприятий,
обладающих значительной долей материальных оборотных средств в своих активах, к которым относится и ОАО «Мебель
Черноземья», при проведении финансово-
го анализа можно применить методику
оценки достаточности источников финансирования для формирования запасов
(таблица 1).
№
п/п
1
Таблица 1
Динамика обеспеченности запасов и затрат ОАО ХК «Мебель Черноземья»
финансовыми источниками
Значение, т. р.
Усл.
Относительное
Показатели
обоз-я
отклонение, %
2005 г.
2006 г.
Капитал и резервы
КР
389575
399931
+2,6
2
Внеоборотные активы
3
Наличие собственных
средств СОС = КР - ВА
4
ВА
224060
178496
-20,3
СОС
165515
221435
+33,7
Долгосрочные пассивы
ДП
–
326
–
5
Наличие собственных и долгосрочных
источников формирования запасов
или функционирующий капитал
КФ = (КР + ДП) - ВА
КФ
165515
221761
+33,9
6
Краткосрочные заѐмные средства
КЗС
–
60000
–
7
Общая величина источников формирования запасов и затрат ОИ = (КР +
+ ДП + КЗС) - ВА
ОИ
165515
281761
+70,2
8
9
Запасы
Излишек или недостаток СОС
114913
+50602
145552
+75883
+26,7
+49,9
10
11
Излишек или недостаток СД
Излишек или недостаток ОИ
З
Δ СОС
Δ КФ
+50602
+50602
+76209
+136209
+50,6
+169,2
оборотных
Три показателя обеспеченности запасов источниками формирования (ΔСОС, Δ
КФ, Δ ОИ) позволяют определить трехкомпонентный показатель типа финансовой ситуации:
▪ 2005 год: S = {1; 1; 1};
▪ 2006 год: S = {1; 1; 1}.
У ОАО ХК «Мебель Черноземья»
наблюдается абсолютно устойчивое финансовое состояние.
112
Δ ОИ
Рассматривая наличие собственных
оборотных средств, собственных и долгосрочных источников формирования запасов и затрат и общую величину источников формирования запасов и затрат, можно
отметить то, что эти показатели имеют положительные значения как 2005, так и в
2006 годах, а это является одним из признаков финансовой устойчивости. Наиболее значительную роль в формировании
Лесотехнический журнал 1/2011
Экономика
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
запасов и затрат играют собственные источники. Сумма собственных источников
оборотных средств полностью покрывает
сумму внеоборотных активов. Таким образом, ОАО «Мебель Черноземья» в достаточной степени обеспечено источниками
формирования запасов и затрат и не испытывает дефицита в средствах.
Анализ
финансового
состояния
предприятия предусматривает определение ликвидности его баланса и оценку
платежеспособности
хозяйствующего
субъекта.
Исходя из данных таблицы 2, ликвидность баланса можно охарактеризовать
как недостаточную. Сопоставление итогов
А1 и П1 отражает соотношение текущих
платежей и поступлений. На анализируемом предприятии это соотношение не
удовлетворяет условию абсолютно ликвидного баланса, что свидетельствует о недостаточной платѐжеспособности (табл. 3).
Группы
актива
А1 (высоколиквидные активы)
А2 (быстрореализуемые активы)
А3 (медленнореализуемые активы)
А4 (труднореализуемые активы)
За счет значительного снижения кредиторской задолженности ОАО «Мебель Черноземья» в 2006 году уменьшился по сравнению с 2005 годом платежный недостаток
наиболее ликвидных активов для покрытия
наиболее срочных обязательств на 147918
т. р.
В начале 2006 года соотношение А1
и П1 было 0,05:1, а на конец 2006 года соотношение стало 0,07:1. Теоретически значение данного соотношения должно быть
0,2:1. Таким образом, в 2005 и 2006 году
ОАО «Мебель Черноземья» могло оплатить абсолютно ликвидными средствами
только 5 % и 7 % соответственно своих
краткосрочных обязательств, что свидетельствует о существенном недостатке абсолютно ликвидных средств. Недостаток
наиболее ликвидных активов отрицательно
сказывается на финансовом состоянии
предприятия, его возможностях дальнейшего роста и стабилизации.
Таблица 2
Агрегированный баланс ОАО ХК «Мебель Черноземья
Платежный
излишек
Группы
2005 г. 2006 г.
2005 г. 2006 г.
или недостаток
пассива
2005 г. 2006 г.
П1(кредитор10459
3846
ская задол203821 49290 -193362 -45444
женность)
П3 (краткосрочные зай220749 176759
–
60000 +220749 +116759
мы и кредиты)
П3 (долго138128 150446 срочные пас–
326
+138128 +150120
сивы)
224060
178496
П4 (собственный капитал)
Лесотехнический журнал 1/2011
389575
399931 -165515
-221435
113
Экономика
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Превышение быстрореализуемых активов над краткосрочными кредитами и
займами свидетельствует о соблюдении
второго условия ликвидности.
Что касается соотношения А3 и П3, то, как
видно из таблицы 3, за счет медленно реализуемых активов покрывается вся сумма
долгосрочных пассивов и в 2005, и в 2006
году.
Таблица 3
Показатели ликвидности баланса ОАО ХК «Мебель Черноземья»
Соотношение активов и пассивов баланса
Абсолютно
ликвидный баланс
2005 г.
2006 г.
А1<П1
А1<П1
А1 П1
А2>П2
А2>П2
А2 П2
А3>П3
А3>П3
А3 П3
А4<П4
А4<П4
А4 П4
Четвертое неравенство также выполняется, что является одним из условий финансовой устойчивости.
Таким образом, при выполнении трех
неравенств из четырех можно сделать вывод о нормальной ликвидности баланса.
Ситуация в 2006 году практически не изменилась, вместе со снижением кредитор-
ской задолженности снизилась и сумма
высоколиквидных активов.
Проводимый по изложенной схеме
анализ ликвидности баланса является приближенным. Для более тщательного анализа целесообразно выполнить расчет финансовых коэффициентов (таблица 4).
Таблица 4
Финансовые коэффициенты
Значение
Норм.
Показатели
2005 г. 2006 г. знач.
Коэффициенты капитализации
1. Коэффициент независимости (автоно0,66
0,78
> 0,3
мии)
2. Коэффициент самофинансирования
1,91
Темп
роста,%
+0,12
118,2
+1,79
193,7
-0,24
53,8
< 0,7
-0,12
64,7
> 0,2
> 1,0
-0,02
+0,52
60,0
146,0
1-2
+1,2
166,7
3,7
3. Коэффициент соотношения заѐмных и
0,52
0,28
собственных средств
4. Доля заемных средств в стоимости иму0,34
0,22
щества
Коэффициенты ликвидности
1. Коэффициент абсолютной ликвидности
0,05
0,03
2. Коэффициент промежуточного покрытия
1,13
1,65
3. Коэффициент покрытия (общей ликвид1,8
3,0
ности)
114
Абс. отклонение
Лесотехнический журнал 1/2011
Экономика
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Окончание табл. 4
Показатели деловой активности
1. Коэффициент оборачиваемости (общий)
2,6
1,8
2. Оборачиваемость запасов
13,5
6,2
3. Оборачиваемость собственных оборот9,3
4,1
ных средств
4. Коэффициент обеспеченности собствен0,45
0,67
> 0,1
ными оборотными средствами
Коэффициент независимости имеет
значения существенно выше нормативного, соответственно, можно судить о значительной доле собственного капитала в общей сумме источников. Кроме того, этот
коэффициент продолжает расти, что свидетельствует о повышении финансовой
независимости.
Доля заемных средств в стоимости
имущества невелика, в 2006 году она еще
более снизилась по сравнению с 2005 годом и значительно меньше максимально
допустимого значения. В связи с этим
можно считать ОАО «Мебель Черноземья»
практически независимым от привлеченного капитала.
Рассматривая значения коэффициента
задолженности, необходимо отметить, что
собственный капитал значительно превышает заемный. Рост коэффициента задолженности с 1,91 до 3,7 свидетельствует о
снижении риска финансовых затруднений
на данном этапе функционирования предприятия. То есть при необходимости ОАО
ХК «Мебель Черноземья» сможет оплатить
все свои долги за счет собственного капитала без угрозы приостановки работы предприятия.
Снижение коэффициента соотношения заѐмных и собственных средств с 0,52
в 2005 году до 0,28 в 2006 году свидетель-
Лесотехнический журнал 1/2011
-0,8
-7,3
69,2
45,9
-5,2
44,1
+0,22
148,9
ствует о сокращении заѐмных средств,
привлекаемых предприятием на рубль
вложенных в имущество источников собственных средств.
Коэффициент абсолютной ликвидности и в 2005, и в 2006 году не превышает
своего нормативного значения. Низкие
значения данного показателя свидетельствуют об очень маленькой доле денежных
средств по сравнению с краткосрочными
долгами. К тому же коэффициент абсолютной ликвидности сократился с 0,05 в
2005 году до 0,03 в 2006 году. Следовательно, уменьшилась и часть краткосрочных обязательств, которая может быть погашена немедленно.
Коэффициент промежуточного покрытия продолжает расти. Следовательно,
ОАО ХК «Мебель Черноземья» в 2006 году при резком снижении кредиторской задолженности в состоянии покрыть имеющиеся краткосрочные пассивы за счет
суммы денежных средств, краткосрочных
финансовых вложений и дебиторской задолженности.
Коэффициент покрытия характеризует общую оценку ликвидности активов. В
2005 г. 1,8 руб. текущих активов предприятия приходилось на один рубль текущих
обязательств, а в 2006 г. – 3 рубля. Коэффициент общей ликвидности соответству-
115
Экономика
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
ет нормативному, следовательно, текущих
активов вполне достаточно для погашения
краткосрочных обязательств. Однако в
2006 году имело место превышение оборотных активов над краткосрочными обязательствами более чем в 2 раза. Такое положение является крайне нежелательным,
поскольку свидетельствует о нерациональном вложении предприятием своих
средств и неэффективном их использовании.
Как показывают выше произведенные расчеты, предприятие ОАО «Мебель
Черноземья» не располагает достаточным
количеством денежных средств, которыми
могло бы своевременно и полно покрыть
свои обязательства перед кредиторами. А
вот других текущих активов теоретически
достаточно, чтобы погасить краткосрочные долги. Из всех показателей, характеризующих платежеспособность, только
коэффициент абсолютной ликвидности в
полной мере не соответствует своим оптимальным значениям. Оптимальность этого
показателя достигается предприятием
лишь в определѐнные периоды своей деятельности. В частности это может быть
вызвано сезонностью мебельного производства, которая выражается в увеличении
пика активных продаж в II–III кварталах.
Коэффициент оборачиваемости авансированного капитала (ресурсоотдача) характеризует объѐм продукции, приходящейся на рубль средств, вложенных в деятельность предприятия. За 2006 год наметилась тенденция снижения ресурсоотдачи
с 2,6 до 1,8. Также сократилось число оборотов, совершенных производственными
запасами, с 13,5 в 2005 году до 6,2 в 2006
году.
Что касается оборачиваемости собственных оборотных средств, следует отметить, что величина данного показателя
также снизилась: если в 2005 году оборачиваемость
собственных
оборотных
средств составляла свыше 9 оборотов, то в
2006 году – только 4,1 оборота. Такая ситуация происходит на фоне увеличения
собственных оборотных средств и резкого
сокращения
выручки
от
продаж.
Таблица 5
Динамика показателей прибыли ОАО ХК «Мебель Черноземья»
Значение, т. р.
Абсолютное
Показатели
отклонение,
2005 г.
2006 г.
т. р.
1. Прибыль от продаж
37646
23462
-14184
2. Проценты к уплате
4917
+4917
3. Прочие доходы
26235
70292
+44057
4. Прочие расходы
17235
64017
+46782
5. Прибыль до налогообложения
28646
12270
-16376
5. Текущий налог на прибыль
906
1914
+1008
6. Чистая прибыль
27740
10356
-17384
116
Темп
роста, %
62,3
268,0
371,0
42,8
211,2
37,3
Лесотехнический журнал 1/2011
Экономика
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
В 2006 году прибыль от продаж сократилась на 37,7 % по сравнению с 2005
годом, прибыль до налогообложения – на
57,2 %, а чистая прибыль – на 62,3%. Значительное снижение темпов роста прибы-
ли от продаж, прибыли до налогообложения и чистой прибыли существенно сокращает финансовые возможности ОАО
ХК «Мебель Черноземья».
Таблица 6
Показатели рентабельности ОАО ХК «Мебель Черноземья»
Значение
Показатели
2005 г.
2006 г.
1. Рентабельность текущих активов, %
7,5
3,1
2. Рентабельность собственного капитала, %
7,12
2,6
3. Рентабельность производства продукции, %
2,5
2,7
4. Рентабельность продаж, %
2,4
2,6
Данные, приведенные в табл. 6, показывают, что показатели рентабельности
снижаются. В 2005 году каждый рубль,
вложенный в текущие активы, давал ОАО
ХК «Мебель Черноземья» отдачу в виде
0,075 р., а в 2006 году – только 0,03 р. Это
свидетельствует о неэффективном использовании оборотных средств. Эффективность использования собственных средств
также снизилась, поскольку рентабельность собственного капитала уменьшилась
с 7,12% в 2005 году до 2,65 в 2006 году.
Учитывая, что прибыль от продаж и чистая прибыль сокращаются более высокими
темпами, чем выручка от продаж, то не
следует делать положительный прогноз
относительно дальнейшего функционирования предприятия.
На предприятии на данный момент
отсутствует четко организованная финансовая политика, слабая прогнозная работа,
не образуется резервный капитал. Во многом это обеспечивается пассивным отношением бухгалтерских и финансовых
служб к новым методам управления, нежеланием что-либо менять в деятельности
предприятия.
В условиях снижения экономического потенциала и ухудшения использования
Лесотехнический журнал 1/2011
Отклонение,
(+, –)
-4,4
-4,52
+0,2
+0,2
ресурсов внедрение системы контроллинга
на ОАО ХК «Мебель Черноземья» следует
осуществлять с использованием метода
поэтапного реформирования информационных и управляющих потоков предприятия. При таком подходе реализуется итерационная система внедрения контроллинга, которая предусматривает четкое структурирование этапов и критериев перехода
с этапа на этап [1].
Библиографический список
1. Петров П.А., Безрукова Т.Л. Организационно-методические подходы к организации и внедрению системы контроллинга на мебельных предприятиях // Инновационная деятельность в сфере управления производством. Материалы регион.
науч. конф. ВГЛТА. Сб. науч. тр. /под редакцией проф. В.П. Бычкова; ВГЛТА Воронеж, 2008. С. 13–18.
117
Abstracts
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
AUTOMATICS AND AUTOMATION
OF TECHNOLOGICAL PROCESSES
Zhdanov Yu.M., Khoroshavin V.N. Automation of agrotehnical processes in agricultural
afforestation using hydro-mechanical systems. – P. 9–16.
In the article the concepts of automatic control the depth of the plough, tree-planting machines, when operating on rough terrain, stabilizing of the movement of cultivators for
row crops and processing of around–trunk
bands of forest stands with a circuit perennials
pull working bodies.
Key words: automatic control, the depth of
the plough, tree–planting machine, shoe, stabilizing the movement of cultivators.
WORKING PROCESSES OF CARS
AND THE EQUIPMENT OF THE WOOD
COMPLEX
Bartenev I.M., Kazakov V.I., Kazakov I.V.
Analytical studies of cut-ripping claws of cultivator for arboretum. – P. 17–21.
The article presents the results of studies to
validate the parameters of cut–ripping claws
of cultivator and gives assessment of their
energy characteristics.
Key words: cultivator, cut–ripping claw, the
rationale for the parameters, energy indicators
of soil treatment.
Drapalyuk M.V., Korotkihk V.N. Determination of energy datum of wood disk plough in
the laboratory. – P. 21–28.
The results of experimental studies, assessing
of energy datum of a combined wood disk
plow with hydraulic drive is shown.
118
Key words: wood disc plough, energy datum,
hydraulic drive, laboratory setting, experience.
Zhdanov Yu.M. Lifting and hitch device for
aggregation with a tractor hardware for forestry. – P. 28–31.
The article considers the design of lifting and
hitch devices, placed at the head of tractor for
aggregation with tractors of various machines
for agriculture and forestry. Its advantages,
compared to the rear of the tractor are shown.
Structural scheme of the device and machine
photo for side branches cutting, hitching with
its help on a tractor is given.
Key words: lifting and hitch device, forest
machine, aggregation, a tractor, a machine for
side branches cutting.
Zhuravlev I.N., Titov P.I., Popikov P.I. Experimental studies of workflow of timber milling tillage machines with two-way safety
device. – P. 32–37.
The laboratory and field studies tillage milling machine with friction fuse are made,
showing the effectiveness of the proposed
technical solutions.
Key words: workflow, timber milling tillage
machines, two-way safety device, friction
fuse, study.
Popikov P.I., Belikov E.V., Titov P.I., Yudin
R.V., Sidorov A.A. The results of the experimental studies of milling cutter with hydraulic
drive for stumps grinding and issues non–use
of waste wood. – P. 38–44.
The results of experimental studies of the
working body of the milling to reduce the
stumps on the forest areas and problems of
wood waste usage by recycling it in pressing
machines with a pulsating load.
Лесотехнический журнал 1/2011
Abstracts
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Key words: results of experiment, cutter, hydraulic drive, lowering the stumps.
Popikov P.I., Titov P.I., Belikov E.V., Goncharov P.E. Theoretical studies of mill working body with hydraulic drive to reduce hardwood stumps on forest plots. – P. 44–51.
The design of the new milling working body
with hydraulic drive, for reducing hardwood
stumps is shown. The parameters and layout
of the shear and scoring blades, the results of
theoretical studies of working processes at its
interaction with hardwood stumps are given.
Key words: reduce of stumps, hardwood, milling working body, working process, blade.
Posharnikov F.V., Usikov A.V., Serebryansky
A.I. Application of composite material based
on polymer in friction unit of wood working
machines. – P. 51–55.
It is supposed to use composite material based
on polymer with a metal filler in friction units
of forestry machines. A method for calculating thermal conductivity of composite material and the results of research of anti–
friction material is shown.
Key words: forestry machines, friction unit,
composite materials, polymer, metal filler,
thermal conductivity.
Tsyplakov V.V., Karpenko V.A. Substantiation of parameters and modes of operations of
the stepped ripper for mulcher of wood combined seeder. – P. 56–61.
Briefly considered the requirements to mulching of sowings and construction of a mulcher
seeder SKP–5/10. Theoretical research of parameters modes of operations of the stepped
ripper , intended for arch prevention in the
bunker of mulcher was conducted.
Лесотехнический журнал 1/2011
Key words: mulching, mulcher of wood combined seeder, stepped ripper, modes of operations, arching.
Tsyplakov V.V, Rykhlov R.A. About applying of cutter in stump milling. – P. 62–70.
The substantiation of amount of advance in
the milling cutter during stump drilling and
description of laboratory and field installation, on which modes of tree cutting were studied along the fibers of different tree species
is given.
Key words: routing the stump, the value of
feed cutter, laboratory and field of the setup,
cutting conditions, the wood.
Tsyplakov V.V. Fokin S.V. The effect of fluid
on the dynamic characteristics of a conical
mill for grinding stumps. – P. 70–75.
The question of the influence of fluid on dynamic characteristics of a conical milling with
a liquid filler for grinding stumps (KFZHN).
The mathematical substantiation of the basic
structural elements of cutters, taking into account its interaction with liquid filler for
grinding stumps with a complex form of butt.
Key words: grinding stumps, dynamic characteristics, liquid filler, elements of cutter, conical milling.
TECHNOLOGY OF PREPARATION OF
WOOD
Abramov V.V. Substantiation of optimal
working parameters of skid equipment in
non–continuous cutting. – P. 76–80.
Propose a сriterion to assess the effectiveness
of the logging in problems of optimization,
allowing simultaneously take into account
the direct production costs, labor costs, the
119
Abstracts
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
cost of paving the skidding and loss of their
withdrawal from the process of growing forests and the damage left by the tree stand on
the cutting area is suggested.
Key words: non–continuous cutting, skidding,
optimization, tree stand, cutting area, trills–
gauge fibers.
Afonichev D.N., Pyadukhov A.V., Goptarev
S.M. The optimal angle of contact of timberwhisker to a branch. – P. 80–85.
Analytical dependence, allowing to determine
the optimal angle of contact of timber–
whisker to the branch, which ensures minimum costs for tree hauling. Developed mathematical tool allows to take into account
placement of logger–roads in the cutting area,
the displacement of whisker in the direction
of traffic and cost indicators of skidding and
hauling timber, the device paths of technological transport.
Key words: spar road, branch, wood hauling,
skidding, costs, displacement of whisker, cutting area, angle of contact.
TECHNOLOGY FOREST GROWING
Zhdanov Yu.M., Khoroshavin V.N., Shulga
V.D. Biotechnology substantiation and technical implementation of rejuvenation of protective forests. – P. 86–89.
The article analyzes the existing activities of
increasing tree longevity and new method
with the technical means for the rejuvenation
of protective forest plantations is suggested,
in order to prevent them from drying and preservation of ameliorative effect on the surrounding area.
Key words: stands, increasing longevity, rejuvenation of protective forest, device, event.
120
Rodin S.A., Kazakov V.I. Promising technologies and machinery for forestry. – P. 89–94.
Progressive technologies of growing seedlings without age range and creation of silvicultures cuttings using new ways of mechanization is described.
Key words: advanced cultivation technology,
growing seedlings, silviculture, cuttings, mechanization.
TECHNOLOGY OF TRANSPORT
PROCESSES AND CONSTRUCTIONS
Afonichev D.N., Paponov N.N., Vasilyev
V.V. Selecting of flexible waterproof material
to stabilize the buoyancy of raft sections.
– P. 95–99.
We describe the structure of raft section,
wrapped in a flexible waterproof material,
which has a stable reserve of buoyancy. A
method for a calculation of the forces acting
on a flexible waterproof material, and stress
in it when raft section is moving, on the basis
of which the choice of the material is made.
Key words: raft section, a flexible waterproof
material, reserve of buoyancy, stabilization,
strength, stress.
Vasilyev V.V. Choice of tow for self–
stopping rafts. – P. 100–103.
A method of calculating of required pulling
power for towing transportation with fodder
braking sections, a feature which lies in the
definition of the reduced resistance of the raft
in two ways, taking into consideration the
braking force, generated during opening rear
section of the passage, passing curvilinear
river parts is shown.
Key words: towing, power, raft, given resistance of the raft, braking force, section.
Лесотехнический журнал 1/2011
Abstracts
––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––
Storodubtseva T.N., Kharchevnikov V.I., Storodubtsev S.A., Potataev S.V., Obrezanov
R.A., Fedyanina N.V. Usage of petrochemical
waste in railroad sleeper. – P. 103–106.
This article discusses how to handle the wood
samples of pine, spruce and birch, impregnated with creosote, preservative ZHTK and
waste oil, and then rubberized by different
compositions on the basis of ground rubber
crumb.
Key words: methods of processing, wood
samples, railway sleepers, rubber chips, tree–
Sin.
ECOLOGY
Tuvyshkina М.А. Biodiversity of low-grade
oak stands of Voronezh region. – P. 107–110.
At present, preserving biological diversity in
forest ecosystems becomes an actual problem.
The proposed classification of low-value
stands of Voronezh region according to the
grade of biodiversity allows to evaluate all
available variety of nature and to develop
techniques and methods for their reconstruction.
Лесотехнический журнал 1/2011
Key words: biodiversity, low-value oak
stands, classification, forest ecosystems, reconstraction.
ECONOMICS
Petrov P.A. Assessment of the financial condition of enterprises in controlling system.
– P. 111–117.
To ensure a high level of controllability of
domestic enterprises new techniques, relevant
to rapidly changing external and internal environment, are required. These techniques include controlling. However, the adoption of
objective management political decisions in
controlling system without using the results of
the financial analysis is the impossible.
Key words: levels of control, controlling,
management decisions, financial analysis, financial condition.
121
ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
Научный журнал
2011 г. № 1 (1)
Подписано в печать 01.04.2011. Формат 60 90 1/8. Усл. печ. л. 15,3.
Уч.-изд. л. 19,04. Тираж 1000 экз. Заказ
ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
РИО ГОУ ВПО «ВГЛТА». 394087, Воронеж, ул. Тимирязева, 8
Отпечатано в УОП ГОУ ВПО «ВГЛТА». 394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
4 539 Кб
Теги
журнал, лесотехнический, 2011
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа