Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 14
Виды отходов лесосечных работ и технологий получения топливной щепы
Анализ конструктивных решений загрузки отходов лесосечных работ в мобильные рубительные машины для измельчения Обзор технических средств для загрузки отходов лесосечных работ в рубительные машины
Основные виды снижения эффективности работы загрузочных устройств рубительных машин и пути их устранения .
Анализ исследований процесса загрузки древесного сырья в1.5 38
рубительные машины
1.6 Выводы. Цель и задачи исследований 45
Теоретическое исследование рабочего процесса загрузки порубочных остатков в дисковую рубительную машину .
Методика моделирования рабочего процесса загрузки порубочных остатков
Воспроизводство в модели рабочего процесса загрузки порубочных остатков
Представление в модели вращающихся элементов устройства для измельчения порубочных остатков
Воспроизводство в модели рабочего процесса загрузки
Представление узлов механизма подачи в математической модели рабочего процесса загрузки древесного сырья 57
Воспроизводство в модели процесса подачи и измельчения порубочных остатков порубочных остатков формы загрузочного патрона .
Представление в математической модели нового устройства для загрузки порубочных остатков
Особенности решения общей системы уравнений математической модели рабочего процессе загрузки сырья
Определение величин сил в точках взаимоконтакта элементов механизма загрузки порубочных остатков
Реализация имитационной модели рабочего процесса загрузки порубочных остатков в прикладной компьютерной программе 74
Особенности проведения компьютерного эксперимента по исследованию влияния конструктивно-технологического параметров загрузочного устройства на эффективность его работы 76
Исследование влияния параметров механизма загрузки на эффективность его работы 82
Обоснование групп факторов, используемых в математической модели 82
Зависимость величин начального и конечного положения гидроцилиндра на конструкцию загрузочного механизма
Исследование воздействия массы порубочных остатков на платформы загрузочного устройства при их подъеме
Изучение влияния скорости движения штока гидроцилиндра на динамику загрузки порубочных остатков
Изучение влияния начального положения порубочных остатков на платформах загрузочного устройства на эффективность их подъема в загрузочный патрон .
Возможные нарушения в работе механизма загрузки при подъеме порубочных остатков в загрузочный патрон 94
Определение оптимальных конструктивных параметров загрузочного устройства 96
Изучение значений угловой скорости нижней платформы загрузочного устройства, влияющих на эффективность подъема пакета порубочных остатков 103
Определение величины угловой скорости верхней платформы загрузочного устройства, влияющей на эффективность подъема пакета порубочных остатков 105
Обоснование значения угла остановки нижней платформы загрузочного устройства
106
Изучение величины угла остановки вращения верхней платформы загрузочного устройства 108
Определение параметров гидросистемы, обеспечивающей работу механизма загрузки порубочных остатков 110
Описание конструктивно-технологической схемы устройства для измельчения порубочных остатков, оснащенного новым загрузочным устройством
2.4 Выводы 115
3. Программа и методика экспериментальных исследований 119
Определение количества и биометрических параметров низкокачественной древесины, остающейся на вырубках после проведения лесосечных работ 119
Методика проведения экспериментов по изучению технологических параметров, влияющих на производительность и коэффициент потерь при загрузке порубочных остатков в дисковую
рубительную машину, оснащенную новым загрузочным устройством 121
Описание лабораторной установки и методики проведения исследований 121
3.2.2 Подготовка и выполнение лабораторных исследований 124
Методика многофакторного планирования лабораторных исследований 125
3.4 Методика обработки результатов лабораторных исследований 127
4. Результаты экспериментальных исследований 129
Результаты определения количества и биометрических параметров низкокачественной древесины, остающейся на вырубках после проведения лесосечных работ 129
Результаты исследования технологических параметров, влияющих на производительность и коэффициент потерь при загрузке порубочных остатков в дисковую рубительную машину оснащенную новым загрузочным устройством
4.3 Выводы 146
Результаты определения технико-экономической эффективности от внедрения результатов научных исследований в производство 151
Описание конструкции и принципов работы опытного образца дисковой рубительной машины, оснащенной новой конструкцией
загрузочного устройства 151
Определение технико-экономических показателей опытного образца дисковой рубительной машины, оснащенной новой конструкцией загрузочного устройства
Расчет экономической эффективности от применения опытного образца машины для измельчения порубочных остатков,
оснащенной новой конструкцией загрузочного устройства Технические условия эксплуатации новой дисковой рубительной машины 170
Заключение .
Список литературы 176
- Основные виды снижения эффективности работы загрузочных устройств рубительных машин и пути их устранения
- Особенности решения общей системы уравнений математической модели рабочего процессе загрузки сырья
- Результаты исследования технологических параметров, влияющих на производительность и коэффициент потерь при загрузке порубочных остатков в дисковую рубительную машину оснащенную новым загрузочным устройством
- Определение технико-экономических показателей опытного образца дисковой рубительной машины, оснащенной новой конструкцией загрузочного устройства
Введение к работе
Актуальность темы. Рациональное использование лесных ресурсов является одной из важных задач, которые решает лесопромышленный комплекс России. Комплексное использование древесного сырья, большую часть которого составляют отходы лесозаготовок, является основным резервом повышения эффективности, как малых и средних предприятий, так и крупных лесопромышленных холдингов, поскольку отходы лесозаготовок рассматриваются в виде ценного вторичного сырья, в структуре которого имеются носители уникальных потребительских свойств. Отходы лесозаготовительных работ составляют 21% от всей массы древесины и около 14% запаса лесосечного фонда.
Применяемые в настоящее время технологические процессы производства и потребления отличаются низким уровнем замкнутости. Поэтому только 5-10% сырьевых материалов переходит в конечную продукцию, а 90-95% превращается в отходы.
В современной России создан широкий ассортимент отечественной техники для нужд биоэнергетики, в том числе и недавно построенные мини-ТЭЦ, оснащенные высокотехнологичным оборудованием, способным сжигать сырье практически любой влажности и зольности, в том числе и щепу из порубочных остатков.
Но несмотря на то, что стоимость самого сырья на лесосеке практически равна нулю, большие затраты приходится нести на сбор, доставку и измельчение порубочных остатков. Производительность техники падает в полтора раза по сравнению с использованием круглого леса, что приводит к дополнительным затратам. Поэтому необходима разработка технологического оборудования, повышающая эффективность рабочего процесса переработки отходов лесосечных работ.
Основной операцией при переработке древесных отходов на щепу является их измельчение. При выполнении данной технологической операции в условиях лесосеки наибольшее распространение получили дисковые рубительные машины. Широкий спектр разнообразия, применяемых машин данного типа свидетельствует об универсальности используемых конструктивных схем, которым свойственны: маневренность, высокая производительность и компактность.
Однако практически во всех конструкциях дисковых рубительных машин при обеспечении переработки древесных отходов отсутствует механизированная загрузка сырья в загрузочный патрон. Данный факт значительно снижает производительность работы дисковых рубительных машин, что сказывается на стоимости конечного продукта переработки отходов лесосечных работ.
Разработка дисковой рубительной машины, оснащенной новой конструкцией загрузочного ковша требует теоретических и экспериментальных исследований, направленных на обоснование его конструктивных и технологических параметров, обеспечивающих высокоэффективный процесс механизированной загрузки отходов лесосечных работ в загрузочный патрон.
Внедрение данного типа оборудование в производственный процесс производства энергетического продукта из отходов лесосечных работ является одним
из путей повышения производительность работы дисковых рубительных машин-3
при производстве топливной щепы в условиях лесосеки, позволяя решать проблему повышения эффективности деятельности лесного комплекса РФ.
Работа выполнена в соответствии с приоритетным научным направлением ФГБОУ ВО СГАУ им. Н.И. Вавилова «Модернизация инженерно-технического обеспечения АПК» (регистрационный номер 01201151795) и государственным контрактом на выполнение подрядных работ для государственных нужд № 1731а/20 от 12 октября 2014 года «Разработка современных технологий ускоренного восстановления продуктивности выбывших из оборота сельскохозяйственных угодий, опустыненных пастбищ и сенокосов, комплексными методами проведения инновационных приемов по био- и фитомелиорации и агролесомелиорации».
Таким образом, исследования, направленные на обоснование конструктивных и технологических параметров загрузочного ковша дисковой рубительной машины является актуальной задачей.
Степень разработанности темы. Вопросам совершенствования конструктивных схем машин и технологического оборудования для загрузки древесных отходов в зону измельчения рубительной машины с целью сохранения их работоспособности при широком диапазоне параметров измельчаемого сырья посвящены работы Андреева А.А., Доспеховой Н.А., Добрачевой А.А., Тарко Л. М., Бари-нова К.П., Милютников В.Ю., Кашубы С.М. , Турулай И.В., Питеева В.Г., Санни-кова А.А., Михина Н.М., Фокина С.В., Бурлакова А.С. и др.
Проведенный анализ научных исследований, посвященных эффективности обеспечения загрузки древесного сырья в рубительные машины различными типами технологического оборудования показал, что авторами не изучался процесс загрузки сырья в виде порубочных остатков в зону рубки не изучался. Были попытки описать рабочий процесс загрузки древесных отходов при помощи корректирующих коэффициентов, применение которых было экспериментально не подтверждено.
Поэтому необходимо проведение научных исследований направленных на изучение рабочего процесса загрузки порубочных остатков в дисковую рубитель-ную машину с обоснованием конструктивно-технологических параметров необходимого для этого технологического оборудования.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является повышение эффективности рабочего процесса загрузки порубочных остатков в дисковых рубительных машинах путем обоснования параметров необходимого для этого технологического оборудования.
В соответствии с поставленной целью решаются следующие задачи:
-
Обосновать рабочий процесс взаимодействия конструктивных элементов технологического оборудования для загрузки порубочных остатков с транспортируемым древесным сырьем.
-
Разработать математические модели рабочего процесса загрузки древесных отходов при помощи загрузочного устройства в дисковой рубительной машине и определить влияние конструктивных параметров механизма загрузки на эффективность работы машины для измельчения порубочных остатков.
-
В лабораторных условиях исследовать конструктивно-технологические
параметры загрузочного устройства, влияющих на характеристики рабочего про-4
цесса загрузки порубочных остатков в дисковую рубительную машину.
-
Определить технико-экономические показатели работы опытного образца машины для измельчения порубочных остатков, оснащенных новой конструкцией загрузочного устройства.
-
Определить экономическую эффективность от применения машины для измельчения порубочных остатков, оснащенных новой конструкций загрузочного устройства.
Научная новизна работы:
1) разработано новое техническое решение процесса механизированной загрузки порубочных остатков, отличающегося возможностью загрузки древесного сырья, имеющего различные геометрические параметры, в дисковую рубитель-ную машину, производимую за счет загрузочного устройства, имеющего связанные между собой шарниром нижнюю платформу со стреловидными захватами и верхнюю платформу с наклонными стенками, оснащенной много звеньевой системой подъема устройства (патент РФ на изобретение № 2424896 и полезная модель № 158569);
2)разработана математическая модель рабочего процесса загрузки отходов лесосечных работ новым загрузочным ковшом, отличающаяся учетом геометрических параметров пакета порубочных остатков при его загрузке в дисковую ру-бительную машину;
-
установлены аналитические зависимости определения основных конструктивных параметров и режимов работы нового загрузочного устройства, отличающиеся учетом их влияния на эффективность рабочего процесса загрузки и измельчения порубочных остатков дисковой рубительной машиной;
-
выявлены математические зависимости технических характеристик процесса загрузки и измельчения порубочных остатков дисковой рубительной машиной от конструктивно-технологических параметров нового загрузочного устройства, отличающиеся учетом влияния на рабочий процесс получения щепы кинематических параметров загрузочного устройства и гидросистемы.
Теоретическая и практическая значимость работы заключается в результатах исследования механических свойств пакета порубочных остатков при его загрузке в дисковую рубительную машину, учете влияния основных конструктивных параметров и режимов работы нового загрузочного устройства, на эффективность рабочего процесса загрузки и измельчения порубочных остатков дисковой рубительной машиной, в установленных зависимостях влияния на рабочий процесс получения щепы дисковой рубительной машиной кинематических параметров загрузочного устройства и гидросистемы.
Практическая значимость работы состоит в разработке новой конструктивно-технологической схемы дисковой рубительной машины для измельчения порубочных остатков, рекомендациях по выбору основных параметров загрузочного устройства и процесса загрузки порубочных остатков в дисковую рубительную машину. Результаты внедрены в ГКУ СО «Заволжские лесничества», в учебный процесс ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет». Разработанная машина для измельчения порубочных остатков экспонировалась на XIY Российская агропромышленная выставка «Золотая осень» Российская агропромышленная осень ( г. Москва, 11 – 14 октября 2012 г.)
Методология и методы исследования. Теоретические исследования были проведены на базе имитационного моделирования и разработки математической модели технологического процесса загрузки порубочных остатков в дисковую ру-бительную машину с применением положений классической динамики (методов динамики частиц и конечных элементов). Решение систем дифференциальных уравнений проводилось при помощи численного интегрирования на ЭВМ. Проведение экспериментальных исследований осуществлялось с применением теории планирования и общепринятой методики обработки экспериментальных данных.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются конструкция машины для измельчения порубочных остатков и рабочий процесс загрузки порубочных остатков в дисковую рубительную машину. Предметом исследования являются конструктивные и технологические параметры загрузочного устройства и основные параметры рабочего процесса загрузки порубочных остатков в дисковую рубительную машину.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Научные результаты, полученные при проведении исследований, соответствуют п. 5 «Обоснование и оптимизация параметров и режимов работы лесозаготовительных и лесохозяйственных машин» паспорта специальности 05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
новое техническое решение процесса механизированной загрузки порубочных остатков, имеющего возможность загружать древесное сырье, имеющего различные геометрические параметры, в дисковую рубительную машину;
-
математическая модель рабочего процесса загрузки отходов лесосечных работ новым загрузочным устройством, позволяющая учитывать геометрические параметры пакета порубочных остатков при его загрузке в дисковую рубитель-ную машину;
-
аналитические зависимости определения основных конструктивных параметров и режимов работы нового загрузочного устройства, позволяющие опре-делитьих влияния на эффективность рабочего процесса загрузки и измельчения порубочных остатков дисковой рубительной машиной;
-
математические зависимости технических характеристик процесса загрузки и измельчения порубочных остатков дисковой рубительной машиной от конструктивно-технологических параметров нового загрузочного устройства, позволяющие учитывать влияние кинематических параметров загрузочного устройства и гидросистемы на рабочий процесс получения щепы.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована теоретически и доказана лабораторными и полевыми исследованиями, проверкой опытного образца дисковой рубительной машины, оснащенной загрузочным устройством, в условиях вырубок, статистической обработкой результатов экспериментов.
Диссертационная работа выполнена на кафедре «Лесное хозяйство и лесомелиорация» ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И.Вавилова» в 2010–2016 гг.
Основные положения диссертационной работы докладывались на научных
конференциях профессорско-преподавательского состава Саратовского государ-6
ственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова(2010–2015 гг.), международной научно-практической конференции «Вавиловские чтения» (г. Саратов, 2009- 2010 г.г.), международной научно-практической конференции«Наука и образование в XXI веке»(г. Тамбов, 2013.г.), международной научно-практической конференции «Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика»(г. Воронеж, 2014, 2015 г.г.), международной научно-практической конференции «Проблемы природоохранной организации ландшафтов» (г. Новочеркасск, 2015 г.)
Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач исследований, планировании и проведении экспериментов, разработке конструкций лабораторной и полевой установок, выполнении вычислительных операций, анализе результатов работы, подготовке основных публикаций по теме исследования.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 17 работах, включая 4 публикации в изданиях, рекомендованных ВАК, 2 патента на изобретение и полезную модель, свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы 230 страниц текста, из них основного текста 188 страниц. Работа включает 85 рисунков, 54 таблицы и 119 использованных литературных источников, 17 из которых являются иностранными.
Основные виды снижения эффективности работы загрузочных устройств рубительных машин и пути их устранения
Большое количество обломков стволов образуется при их погрузке на лесовозный транспорт челюстными погрузчиками. Доля таких обломков составляет около 6,6 % запаса древесины на 1 га.
Опыт некоторых лесозаготовительных предприятий показывает, что благодаря развитию химической и химико-механической переработки древесного сырья можно использовать и такие элементы все дерева, включая сучья, ветви, вершины, пни, кору [9,113].
Но для практического применения они должны быть заготовлены и переработаны на технологическое сырье в виде щепы. Например, щепа из сучьев, вершин, кусков стволовой древесины, тонкомерных деревьев является полноценным сырьем для плитных и гидролизных производств. Хвою, неодревесневевшие побеги, листья можно использовать при производстве витаминной муки для животных, хлорофиллокаротиновой пасты и эфирных масел для парфюмерии и фармацевтики [11,18].
Для энергетических целей наиболее перспективным сырьм являются: - отходы лесозаготовки; - сучья, ветви, вершины; - древесное сырь, получаемое от рубок ухода при осветлении молодняка, рубках прореживания. Сырьем для производства топливной щепы при лесозаготовках служат, в основном, отходы лесозаготовок. Производство древесного топлива можно разделить на две стадии: заготовка древесины и переработка древесной биомассы в щепу [13,47].
В процессе лесозаготовок неизбежны потери отходов и вынужденный расход их на производственные нужды (укрепление трелевочных волоков, лесовозных усов и др.). Установлено, что средний норматив отпада отходов при валке и трелевке, используемых в дальнейшем на удобрение, в процентах от объема вывозки древесины составляет 5,4 %, а на укрепление трелевочных волоков – 6,0 %. Таким образом, реальные физические ресурсы отходов лесозаготовок будут меньше потенциальных на величину неизбежных потерь в процессе лесозаготовок, и средний норматив отходов, пригодных к использованию, составляет 3,1 % от объема вывозки древесины [45].
По отдельным странам СНГ и их лесным регионам эти нормативы будут несколько отличаться от средних значений. Так, для России нормативы образования отходов лесозаготовок на лесосеке от объема вывозки древесины следующие: всего отходов 12,2 %, в том числе отпад отходов при валке и трелевке – 5,3 %. на укрепление волоков – 4,3 %, пригодных к использованию - 2.6 %.
Ориентировочно, по данным ЦНИИМЭ, на 1 м3 заготовленной древесины приходится 56 кг древесной зелени, содержащей 36 кг хвои и листьев. Установлено, что отходы лесозаготовок и маломерную древесину экономически целесообразно перерабатывать на технологическую щепу для плитных и гидролизных производств непосредственно на лесосеке с применением мобильных рубительных машин и подачей полученной щепы непосредственно в кузов автощеповоза [21].
Техническую зелень целесообразно заготавливать в местах образования отходов лесозаготовок и лучше всего в процессе производства технологической щепы из этих отходов.
Применяемые на практике технологии освоения лесосечных отходов для энергетических целей предполагают, что древесина будет использована в измельченном виде (топливной щепы) [26,109]. В зависимости от того, где производится топливная щепа, все технологии можно разделить на три группы: 1. технологии с производством щепы у пня (на лесосеке); 2. технологии с производством щепы на верхнем или нижнем складе; 3. технологии с производством щепы у потребителя [23,108]. В соответствии с видом древесного сырья, подвергаемого измельчению на щепу, применяются различные рубильные машины, отличающиеся следующими конструктивно-технологическими признаками: - мобильность; - тип рабочего органа; - вид и число используемого режущего инструмента; - способ и направление подачи древесного сырья; - форма загрузочных устройств; - способ отбора щепы; - вид энергии, используемой для привода рабочего органа. В настоящее время широкое применение получила технология производства топливной щепы на лесосеке. При этом производство топливной щепы на лесосеке и технологический процесс, система машин на заготовке древесины взаимосвязаны [48].
Данный технологический процесс включает в себя следующие операции: -валка деревьев производится бензомоторными пилами; - трелевка осуществляется трелевочными тракторами с сортировкой по диаметрам: крупномерные перемещаются к сучкорезной машине, а тонкомерные к передвижной рубильной машине [27].
При этом передвижная рубильная машина, двигаясь вдоль штабеля из тонкомерных деревьев, при помощи загрузочного устройства захватывает деревья за вершинную часть и направляет их в загрузочный патрон рубильной машины для измельчения. Вырабатываемая в процессе рубки щепа загружается в контейнеры, которыми комплектуются автощеповозы. Тонкомерные деревья перерабатываются на щепу по вышеописанной технологии [59].
Особенности решения общей системы уравнений математической модели рабочего процессе загрузки сырья
В работе [38] приведены расчеты кинематических и динамических характеристик погрузчиков манипуляторного типа, а также технологических параметров с целью обоснования возможности создания унифицированного погрузчика манипуляторного типа, для его применения в конструкции лесохозяйственной техники для повышения ее работоспособности. Исследованы статические и динамические реакции опор машин манипуляторного типа, проведен анализ на устойчивость.
Авторами указывается на необходимость создания универсального манипулятора для погрузки древесного сырья в загрузочный патрон рубительной машины, который должен иметь грузовой момент порядка 130 кН/м, а вылет до 11 метров. Практическая эксплуатация однотипного механизма с однотипным движителем на всех стадиях работ с лесоматериалами снижает простои на замену узлов и создания единой ремонтной базы.
В работе Тарко Л. М. [83] приведены основы динамики гидравлических механизмов и методы расчета колебаний давления, скорости рабочей жидкости и перемещения исполнительных органов при основных переходных процессах, что в значительной степени оказывает влияние на процесс загрузки древесных отходов в рубительную машину.
Исследованы переходные процессы при изменении (увеличении, уменьшении) нагрузки. Проведена работа по определению длительности переходного процесса, для чего автор вводит коэффициент, характеризующий затухания колебаний в гидросистеме.
Автор делает вывод о том, что переходный процесс продолжается до снижения амплитуды колебаний до 5 % от первоначальной значения. Рассмотрены процессы динамики рабочей жидкости в гидравлической системе при плавной и резкой ее подаче. Выделено, что при переходных процессах, незначительное уменьшение времени подачи рабочей жидкости приводит к возрастанию амплитуды колебаний давления. Исследовано влияние расположения органа управления подачи рабочей жидкости.
Установлено, что расположение органа управления у гидроцилиндра приводит к снижению амплитуды колебаний давления в гидросистеме, тем самым способствует повышению надежности и точности работы гидравлического механизма.
Баринов К.П. и Милютников В.Ю. [6] рассмотрели совместную работу стрелы и рукояти с применением согласующего устройства, что по мнению авторов должно повысить эффективность процесса загрузки древесных отходов в рубительную машину.
Кашуба С.М. и Турулай И.В.[50] исследовали влияние совместного движений стрелы и рукояти на производительность гидравлического манипулятора; оптимизировали параметры элементов манипулятора. Однако, в исследованиях процесов совмещения движений стрелы и рукояти и не учтены динамические силы, сжимаемость рабочей жидкости и податливость элементов гидросистемы дросселей и характеристик предохранительных клапанов.
Питеев В.Г. [69] занимался вопросами улучшения конструкции лесных машин для сортиментной заготовки древесины. Предложен унифицированный ряд гидроманипуляторов и метод теоретического расчета кинематики на ЭВМ.
Эффективность совмещения движений двух звеньев гидроманипулятора в видe снижения динамических нагрузок и повышения производительности обоснована в работах Бартенева И.М.,Емтыля З.К., Татаренко А.П.
Анализ научных работ, направленных на изучение процесса загрузки древесного сырья в рубительные машины при помощи гидроманипуляторов показал, что авторами изучались вопросы снижения динамической нагрузки на конструкцию гидроманипуляторов. При этом в данных исследованиях отсутствуют положения, направленные на изучение эффективности применения данного технологического оборудования при загрузке различных видов древесного сырья, включая порубочные остатки.
Авторами [77] рассматривается процесс движения твердых тел по поверхности транспортеров в лесохозяйственных машинах, которое сопровождается ударным взаимодействием выступов шероховатых поверхностей транспортера, что снижает работоспособность рубительных машин, оснащенных данным оборудованием. При определенных скоростях движения данное взаимодействие приводит к вибрации, которое является причиной изменения силы трения в зависимости от скорости движения. На трение существенное влияние оказывает и внешняя вибрация.
Авторами установлено, что вынужденная вибрация от внешних источников может иметь нормальное к плоскости контакта направление и тангенциальное направление (в плоскости контакта).
Нормально направленные вынужденные колебания уменьшают силу трения по тем же причинам, что и колебания, преобразуемые при помощи силы трения. С увеличением амплитуды виброперемещений вблизи резонансной частоты, сила трения уменьшается. Тангенциальная вибрация снижает силу трения, причем это снижение пропорционально частоте вибрации.
Результаты исследования технологических параметров, влияющих на производительность и коэффициент потерь при загрузке порубочных остатков в дисковую рубительную машину оснащенную новым загрузочным устройством
В разрабатываемой модели реализована попытка корректного воспроизведения сложных геометрических форм рубительного диска, подающих вальцов, подающего устройства крестообразного типа, их вращение. Так же смоделирована форма загрузочного патрона. В рамках конечно-элементного подхода поверхности сложной формы заменяются значительным количеством плоских фигур [71]. Как правило, для этого используют треугольники, так как они позволяют воспроизводить поверхности любой формы. Поэтому в рамках разрабатываемой модели поверхности машины представлялись в виде совокупностей элементарных треугольников.
Треугольник в трехмерном пространстве задается координатами трех его вершин Ti1(xi1, yi1, zi1), Ti2(xi2, yi2, zi2), Ti3(xi3, yi3, zi3), где T – обозначение точки-вершины треугольника; i – номер треугольника; индексы 1, 2 или 3 – означают номер вершины для i-го треугольника. Для образования сложных поверхностей треугольники контактируют между собой каким-либо ребром. При этом для соседних треугольников совпадают по две вершины (например T71 = T81, T72 = T82).
Форма рубительного диска представляется как комбинация плоской поверхности диска и выступающих ножей (рисунок 2.4, б, в). а - геометрические формы реального рубительного диска; б, в - проекции модели рубительного диска; г - индексация базовых точек рубительного диска (показана одна из четырех идентичных частей модельного диска)
Для того, чтобы получить базовые точки остальных трех частей рубительного диска, воспроизводятся преобразования поворота множества точек вокруг оси (y = yД, z = zД), на 90, 180, 270О. Таким образом, рубительный диск состоит из 7 х 4 = 28 базовых точек. Вращение диска в модели реализуется по закономерностям предполагаемой следующей системой уравнений: где r и – промежуточные переменные (полярные координаты базовых точек в системе координат, связанной с центром диска); (xi1, yi1, zi1) и (xi2, yi2, zi2) – координаты базовой точки i до и после пребразования вращения относительно оси (y = yД, z = zД); Д – угловая скорость рубительного диска.
На базовых точках рубительного диска строятся элементарные треугольники, которые в дальнейшем действуют на элементы порубочных остатков. Так, в частности, для основной четверти рубительного диска получаются следующие треугольники: P1P2P3, P4P2P3, P1P2P6, P5P2P6, P3P4P7. Таким образом, рубительный диск состоит из 5 х 4 = 20 элементарных треугольников. 2.1.3 Воспроизводство в модели рабочего процесса загрузки порубочных остатков формы загрузочного патрона
Форма загрузочного патрона в модели реализована в виде четырех четырехугольников (соответственно из восьми элементарных треугольников, рисунок 2.5, а).
Представление в модели загрузочного патрона с указанием разбиения на элементарные треугольники Ti (а); геометрические характеристики загрузочного патрона (б) С учетом геометрических параметров загрузочного патрона (рисунок 2.5, б) восемь базовых точек P1–P8 имеют следующие координаты: xP1 = xП; yP1 = yП + Bвых/2; zP1 = zП; xP2 = xП; yP2 = yП – Bвых/2; zP2 = zП; xP3 = xП; yP3 = yП + Bвых/2; zP3 = zП + Hвых; xP4 = xП; yP4 = yП – Bвых/2; zP4 = zП + Hвых; xP5 = xП + LП; yP5 = yП + Bвх/2; zP5 = zП – HН; xP6 = xП + LП; yP6 = yП – Bвх/2; zP6 = zП – HН; xP7 = xП + LП; yP7 = yП + Bвх/2; zP7 = zП – HН + Hвх; xP8 = xП + LП; yP8 = yП – Bвх/2; zP8 = zП – HН + Hвх, (2.8) где (xП, yП, zП) – координаты загрузочного патрона (центральной нижней точки выходного окна); Bвх и Bвых – ширины входного и выходного окна; Hвх и Hвых – высоты входного и выходного окна; LП – длина загрузочного патрона; HН – разность высот между входной и выходной частями нижней плоскости загрузочного патрона. На базовых точках загрузочного патрона строится восемь элементарных треугольников: T1=P1P2P6; T2=P1P5P6; T3=P3P4P8; T4=P3P7P8; T5=P1P3P7; T6=P1P5P7; T7=P2P4P8; T8=P2P8P6, которые могут взаимодействовать с элементами порубочных остатков.
С течением времени порубочные остатки передвигаются в направлении рубительного диска при помощи вальцов и подающего барабана, вращающихся с угловой скоростью, В и П соответственно.
Рабочая поверхность подающего барабана с некоторой степенью допущения была разбита на 12 прямоугольников (рисунок 2.6, а), каждый из которых состоит из двух треугольников (12 х 2 = 24 треугольника) (рисунок 2.6, в). Представление подающего барабана с указанием разбиения на плоскости-прямоугольники Pi (а); представление подающего вальца, как совокупности трех плоскостей-прямоугольников (б); разбиение каждой плоскости-прямоугольника на треугольники Ti1 и Ti2 (в) При стыковке треугольников, как показано на рисунке 2.3, поверхности подающего барабана замыкаются вокруг вала, однако при этом по торцам вала остаются свободные ребра, которые не оказывают отрицательного воздействия на результаты моделирования, так как выходят за области подачи порубочных остатков.
Аналогичным образом в модели представлены подающие вальцы. Их форма реализована в виде правильной шестигранной призмы с шестью боковыми плоскостями (рисунок 2.6, б). Рабочая поверхность каждого вальца состоит из 12 треугольников. Рисунок 2.7 иллюстрирует разделение на треугольники устройства для измельчения порубочных остатков.
Определение технико-экономических показателей опытного образца дисковой рубительной машины, оснащенной новой конструкцией загрузочного устройства
Программой исследований предусматривалось изучение: определение количества и биометрических параметров низкокачественной древесины, остающейся на вырубках после проведения лесосечных работ; конструктивно-технологических параметров, влияющих на производительность и коэффициент потерь порубочных остатков, не попавших в загрузочный патрон дисковой рубительной машины, оснащенной новой конструкцией загрузочного устройства; технико-экономических показателей работы опытного образца машины для измельчения порубочных остатков, оснащенной новой конструкцией загрузочного устройства. экономическую эффективность использования машины для измельчения порубочных остатков, оснащенной новой конструкцией загрузочного устройства.
Определение количества и биометрических параметров низкокачественной древесины, остающейся на вырубках после проведения лесосечных работ Определение количества низкокачественной древесины, остающейся на вырубках после проведения лесосечных работ, производилось в ОГУ «Вязовский учебно-опытный лесхоз» Саратовской области путем сплошного пересчета деревьев по: породам, категориям технической годности (качества) и ступеням толщины: 4 см - при среднем диаметре древостоя выше 16 см и 2 см - при среднем измерений диаметров относительно стран света и направления склона случайное. Перечету подлежали деревья со ступенями толщины 8 см. В пределах вырубки для каждой составляющей породы измеряли высоты растущих деревьев (с помощью высотомера) - по три дерева в трех средних ступенях толщины. Деревья для обмера высот подбирали равномерно по площади лесосеки. У каждого отобранного дерева измеряли диаметр на высоте груди с округлением до 1 см и высоту - до 0,5 м. Результаты обмеров заносились в ведомость перечета.
К низкокачественной древесине относятся ветви и сучья. Их количество зависит от породы древесины, толщины и высоты древостоя. Количество сучьев определялось путем обработки ведомости пересчета при помощи таблиц, содержащих сведения о количестве сучьев (в %) к объему ствола. В качестве вспомогательного материала использовались таблицы, содержащие сведения о диаметрах и высотах деревьев для каждого разряда высот по породам [73].
Для обоснования основных конструктивных параметров загрузочного устройства дисковой рубительной машины определялись основные биометрические параметры порубочных остатков. С этой целью использовалась выборка порубочных остатков, взятых со сплошных вырубок, имеющих в свом составе пять пород деревьев: клн, липа, дуб, осина, вяз (приложение Д). Диаметр порубочных остатков определялся в их средней части при помощи штангенциркуля. Длина порубочных остатков определялась при помощи метрической линейки рулонного типа. Статистическая обработка данных проводилась при помощи ПЭВМ. В качестве базовой компьютерной программы использовалась «STATISTICA 6.0» [12,74].
Методика проведения экспериментов по изучению конструктивно-технологических параметров, влияющих на производительность и коэффициент потерь при загрузке порубочных остатков в дисковую рубительную машину, оснащенную новым загрузочным устройством
Для исследования конструктивно-технологических параметров, влияющих на производительность и коэффициент потерь при загрузке порубочных остатков в дисковую рубительную машину, новым загрузочным устройством, в работе принята следующая схема лабораторной установки (рисунки 3.1,3.2), состоящей из: устройства для измельчения порубочных остатков, персонального компьютера, аккумуляторной батареи, соединительных кабелей, тензостанции ZET 0178, бесконтактного оптического датчика оборотов, гидрозамка с дросселирующе-предохранительным клапаном, трубопроводов, соединенных с гидросистемой трактора.