Введение к работе
Актуальность темы. Рубки ухода в молодняках выполняются в основном вручную с использованием топора и моторного кустореза, а в пределах лесных полос - тракторными кусторезами. Прореживание и проходные рубки выполняются с помощью бензопил и использованием трелевочных тракторов на вспомогательных операциях. В итоге возникает целый ряд проблем: уход за каждым отдельным деревом, требуемый лесоводами, до сих пор технически не реализован, отсутствуют высокопроизводительные машины для рубок ухода за лесом, а для срезания групп лиственных деревьев в молодняках не применяются маневренные манипуляторы, которые можно было бы устанавливать модульно на су: шествующие лесозаготовительные (валочно-пакетирующие) машины со значительным вылетом рабочего органа более 10 м.
Создание манипуляторного оборудования для существующих лесозаготовительных машин и обеспечивающих обработку лиственных деревьев на пасеках шириной не менее 30 м, является актуальной задачей. Такие манипуляторы позволяют сохранить подрост и частично второй ярус хвойных деревьев, необходимый для восстановления качественной лесной среды. Эти же манипуляторы должны обеспечивать заготовку сортиментов при прореживании и проходных рубках путем смены диско-фрезерного органа на малогабаритное захватно-срезающее устройство.
Цель работы. Обосновать конструкцию и параметры комбинированного манипулятора для лесозаготовительной машины (ЛЗМ) с минимальным количеством элементов гидросистемы при заготовке сортиментов на рубках прореживания и проходных.
Объекты її методы исследования. Объектами исследования являются комбинированный манипулятор с телескопической рукоятью и двумя гидроцилиндрами выдвижения рабочего органа до 18 м как горизонтально (в молодняках пасека шириной до 35 м), так и под углом до
60 к горизонту (для обработки растущих деревьев, отведенных в рубку, на пасеке шириной до 25 м) и технология рубок ухода в средневозрастных насаждениях. Для решения поставленной цели использовались методы:
1) пробных площадок для анализа доступности деревьев при
горизонтальном перемещении рабочего органа манипулятором на основе
производственных данных, полученных после рубок ухода на
конкретных таксационных выделах;
2) кинематического и динамического анализов плоских механизмов;
3) моделирования кинематики и динамики манипулятора в среде Math-
cad;
4) , дифференциальных исчислений при динамике управления
гидропривода.
При проведении экспериментальных исследований в лабораторных условиях использована теория подобия и математической статистики, фотосъемка и видеосъемка.
Научная новизна. Изучена доступность частей дерева на разных его высотах и на ее основе разработана методика обоснования технологических параметров манипулятора для различных видов рубок ухода за лесом. Разработана структурно-кинематическая схема комбинированного манипулятора с телескопической рукоятью для выдвижения срезающего органа на расстояние до 18м с использованием двух элементов гидросистемы. Предложен способ устранения избыточных степеней подвижности у манипуляторного оборудования, устанавливаемого на серийную ЛЗМ. Обоснованы запатентованные конструкции и основные параметры манипулятора для рубок ухода.
Положения, выносимые на защиту:
-
дополнена методика расчета доступности деревьев составляющей, учитывающей.вертикальную структуру древостоя при рубках прореживания и проходных;
-
математическая модель для кинематического анализа манипулятора машины для.рубок ухода;
-
математическая модель для силового статического анализа манипулятора машины;
-
защищенные патентами технические решения.
Значимость для теории. Существующая теория доступности обрабатываемых деревьев дополнена рассмотрением процесса манипуляции в пространственной системе координат, позволяющим применять техно-логин заготовки сортиментов непосредственно на растущих деревьях. Применение конструкции комбинированного манипуляторного кустореза с телескопической рукоятью и выдвижением срезающего органа за счет шарнирно-сочлененной фермы на расстояние до 18 м позволяет при осветлении и прочистках леса обеспечить обработку лиственных деревьев на пасеках шириной не менее 30 м с одного волока. Это дает возможность сохранить подрост и частично второй ярус хвойных деревьев, а также проводить сортиментную заготовку лесоматериалов (например, методом обработки ствола сверху вниз при прореживании леса и проходной рубке).
Построена физическая (механическая) модель манипулятора и определены критерии подобия, что позволяет экономить затраты на доведе-
ниє машины для рубок ухода до серийного внедрения. На ее основе, выполнением тензометрнческих измерений, предложена методика проведения структурного анализа по выявлению избыточных степеней подвижности, методика силового (статического) анализа и методика определения кинематическігх характеристик манипулятора машины.
Значимость для практики. Использование с меньшим числом элементов гидросистемы на выдвижение срезающего органа до 18 м позволяет повысить срок их службы и сохранить лесную среду от разрушения и загрязнения, поскольку ЛЗМ являются крупнейшими потребителями рабочей жидкости, и именно из-за плохого качества рабочей жидкости происходит до 50% всех поломок ЛЗМ.
Технические решения на уровне изобретений позволяют применять транспортно-энергетический модуль в&аочно-пакетирующих машин в качестве базы для монтажа предлагаемого маннпуляторного оборудования при всех видах рубок ухода путем замены двух типов активных модульных рабочих органов.
Достоверность выполненных исследований. Подтверждается положительными результатами технологических измерений на участках леса после проведения рубок ухода, лабораторных испытаний физической модели манипулятора, применением современных методов обработки статистических данных, адекватностью математических моделей исследуемым процессам.
Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ее разделы были заслушаны и получили одобрение на: научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов МарГТУ в 1997, 1998, 1999 и 2000 годах; международной научно-практической конференции "Рациональное использование лесных ресурсов" (1999) г. Йошкар-Олы; на выставке "Ежегодный сбор руководящего состава гражданской обороны РСЧС Приволжского региона" г. Йошкар-Олы.
Реализация работы. Решением администраций АО "Биомашпри-бор"результаты работы приняты к внедрению в производство, что подтверждено соответствующими актами. Кроме того, результаты работы используются в учебном процессе по специальностям 260100 "Лесоин-женерное дело" и 170400 "Машины и механизмы лесного комплекса" МарГТУ.
Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 9 статьях. На конструкцию комбинированного манипулятора получено 2 патента (№2141755, №2135347).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.
.Объем работы составляет 157 стр. и включает 59 иллюстраций, 45 таблиц и списка литературы из 161 наименований. Приложения включают 6 иллюстраций и 6 таблиц.