Моделирование энергозатрат систем машин при комбинированной трелевке древесины Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

по теме «Разработка основных технико-технологических подходов к внедрению и реализации промышленной технологии освоения лесных участков на базе комплексного решения задач технологического процесса лесосечно-лесовосстановительных работ с совмещенным лесовосстановлением».

Библиографический список

1. Ширины, Ю.А. Технология и оборудование лесопромышленных производств. Ч. 1. Лесосечные работы : учеб. пособие / Ю.А. Ширнин. - М.: МГУЛ, 2004. - 446 с.

2. Типовой проект организации труда при поквартально-блочной концентрации лесохозяйственных работ [Принят Министерством лесного хозяйства РСФСР. (Центр по научной организации труда и управления производством) от 25.12.1987] - М.: КБМ Центра НОТ И УП Минлесхоза РСФСР, 1978. - 65 с.

3. Атрохин, В.Г. Рубки ухода и промежуточное лесопользование / В.Г. Атрохин, И.К. Иевинь. - М.: Агропромиздат, 1985. - 255 с.

4. Гаджиев, Г.М. Обоснование параметров устройства для выкопки посадочного материала с прикор-

невой глыбкой: дисс. ... канд. техн. наук: 05.2 1.0 1. / Г.М. Гаджиев. - Йошкар-Ола, 1999. - 161 с.

5. Гончаров, А.В. Методические аспекты экспериментальных исследований пересадки подроста предварительного возобновления в Щелковском УОЛХ. Проблемы лесопромышленного производс-тва/А.В.Гончаров, И.Ю.Володина, В.А.Макуев // Науч. тр. МГУЛ. - Вып. 276. - 1996. - С. 8-16.

6. Лазарев, А.В. Обоснование технологии и комплекта машин для пересадки подроста: дисс. ... канд. техн. наук: 05.21.01. / А.В. Лазарев - Йошкар-Ола, 1999.- 138 с.

7. Меньшиков, В.Н. Обоснование технологии заготовки леса при комплексном освоении лесных массивов: дисс. ... д-ра техн. наук: 05.21.01. / В.Н. Меньшиков - Л, 1989. - 522 с.

8. Турлай, И.В. Оптимальное расположение погрузочных пунктов при разработке лесосек нетрадиционной формы / И.В. Турлай, А.С. Федоренчик и др. // Лесной журнал, 1989. - № 3. - С. 40-43.

9. Большаков, Б.М. Обоснование размещения трелевочных волоков с учетом их работоспособности на переувлажненных грунтах: дисс. ... канд. техн. наук 05.21.01. / Б.А. Большаков. - Л.: ЛТА. им. С.М. Кирова, 1988. - 224 с.

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГОЗАТРАТ СИСТЕМ МАШИН

при комбинированной трелевке древесины

Ю.А. ШИРНИН, проф. каф. технологии и оборудования лесопромышленного производства Поволжского ГТУ, д-р техн. наук,

А.Ю. ШИРНИН, доц. каф. безопасности жизнедеятельности Поволжского ГТУ, канд. техн. наук

Функционирование современной инновационной системы эффективного устойчивого лесопользования на основе адаптивно-модульных технических средств должно осуществляться с учетом существующих нормативных документов. Так, в соответствии с положением об аренде участков лесного фонда в РФ предлагается их комплексное освоение по заготовке и переработке древесины и проведению лесовосстановительных мероприятий [6, 7, 10]. Реалии настоящего положения дел в лесопользовании отмечают преимущества малых лесопромышленных предприятий. Организация их деятельности характеризуется тем, что вместе с лесозаготовками согласно договору аренды осуществляются лесовосстановительные мероприятия. Лесовосстановительные работы носят

[email protected] кратковременный, сезонный характер. Оборудование для производства этих работ большую часть времени года простаивает. Лесосечные работы, в соответствии с погодными условиями, могут продолжаться большую часть года. Исходя из этого может быть несколько вариантов организации работ, подбора и использования лесосечно-лесовосстановительного оборудования.

Наиболее предпочтительным представляется вариант, при котором мастерский участок или бригада имеют в своем составе энергетические модули, к которым можно прицепить (или навесить) модули с технологическим оборудованием, обеспечивающим заготовку древесины и лесовосстановительные работы. Рабочие должны владеть смежными специальностями, обеспечивая весь

166

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

комплекс лесных работ. Имея набор сменяемых за короткое время технологических модулей, можно выполнять весь комплекс работ малого предприятия. Простоя технологических модулей (технологического навесного оборудования) не избежать, но его цена будет минимальна при условии полной загрузки энергетических модулей. Такой подход технического оснащения позволит значительно снизить капиталоемкость и энергозатраты на проведение работ.

Цель работы - создание методики расчета и анализ энергозатрат на лесосечные работы с использованием адаптивно-модульных систем машин.

Технологическая схема заготовки древесины с использованием адаптивно-модульных машин. Схема представлена на рис. 1 [9]. Лесосека 1 разбивается на делянки с границей 2. В данном случае под делянкой понимается часть лесосеки, тяготеющая к одному

магистральному волоку. По середине делянки разрубается магистральный волок 3. Делянку, в свою очередь, разбивают на пасеки 4. Валку деревьев проводят машинами или бензомоторными пилами 5 в направлении от магистрального волока. Далее поваленные деревья 6 при помощи технологического модуля с лебедкой (ТМл) 7 подтрелевывают к магистральному волоку в пачку 9, где при помощи бензомоторных пил или сучкорезно-раскяже-вочных модулей производят обрезку сучьев 8 и укладку их в штабель и раскряжевку хлыстов 10 на сортименты 11. Трелевку полученных сортиментов производят машиной с технологическим модулем с грузовым отсеком (ТМго) 12 на верхний склад 13.

Работа по схеме (рис. 1) технологического модуля с лебедкой осуществляется в следующем порядке [4, 5, 8]. После подтрелевки всех деревьев с пасеки и установки технологического оборудования в транспортное по-

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 3/2013

167

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

c — схема растаскивания каната манипулятора на дереве-мачте

Рис. 3. Системы машин: а - № 1, б - № 2, в - № 3

168

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

ложение ТМл переходит к следующей пасеке. Маневрируя, ТМл подъезжает к очередному дереву-мачте, охватывает и зажимает ее лапами фиксирующего устройства (рис. 2). С помощью манипулятора и грейферного захвата устанавливает опорный блок с канатом на необходимую высоту. При расторможенной лебедке канат опускается на землю под собственным весом. Далее чокеровщик осуществляет растаскивание каната к поваленным деревьям, осуществляя их чокеровку. После этого включается лебедка. Деревья собираются в пачку, которая подтрелевывается к магистральному волоку для последующей обрезки сучьев и раскряжевки. Цикл растаскивания каната для чокеровки и подтрелевки повторяется до тех пор, пока не будут подтрелеваны все деревья на пасеке. Далее технологическое оборудования приводится в транспортное положение; разжимается и устанавливается на раму грейферный захват, раскрываются захваты технологического модуля, ТМго перемещается в следующую пасеку, где цикл работ повторяется.

Для реализации этой технологической схемы рассматривается три варианта систем машин (рис. 3).

В системе машин № 2 (рис. 3, б) в отличие от системы № 1 вместо ТМср включаются две бензопилы: 2 - бензопила для обрезки сучьев; 4 - бензопила для раскряжевки хлыстов, а валку и пакетирование деревьев производит валочно-пакетирующая машина (ВПМ), ЭМзсу 1 - энергетический модуль с манипулятором, оборудованным захватносрезающим устройством (ЗСУ).

Система машин № 1 (рис. 3, а) включает в себя: 1 - бензопилу для валки деревьев; 2

- ТМл - машина с модулем, оборудованным лебедкой для подтрелевки деревьев; 3 - ТМср

- машина с модулем, оборудованным сучкорезно-раскряжевочным столом; 4 - ТМго

- машина с модулем, в виде грузового отсека для трелевки сортиментов. При данной компоновке энергетический модуль включает манипулятор, на который может крепиться опорный блок.

Система машин № 3 (рис. 3, в), в отличие от системы машин № 2, использует бензопилу на валке деревьев - (поз. 1).

Математическое моделирование. Энергозатраты на выполнение операций технологического процесса являются одним из показателей, используя который можно дать объективную оценку как вновь создаваемым машинам, так и существующим и проанализировать влияние природно-производственных условий на конечный результат [1, 2, 3]. При этом исключается влияние таких субъективных факторов, как квалификация оператора, техническое состояние машины, качество эксплуатационных материалов и т.п. Энергозатраты целесообразно представлять в удельных единицах измерения. Под удельной энергоемкостью здесь понимается расход энергии на 1м3 заготовленной древесины (кВт ч/м3).

Моделирование энергозатрат системой машин № 1.

Удельные затраты энергии (УЗЭ) на валку деревьев бензопилой

Э = Э б + Э =

в д.в.б с.д

(s.+sff)-k-y, , W*-р (1)

3600-V 3600-V-4.J к '

где Эдвб -УЗЭ на движения моториста с бензопилой, кВтхч/м3;

Эсд - удельные затраты энергии на отделение дерева от пня, кВт*ч/м3;

Gв - сила тяжести вальщика, кН;

Gr - сила тяжести бензопилы, кН;

V - средний объем хлыста, м3;

/ = ш фг/д - расстояние перехода моториста с бензопилой между деревьями (где q - запас леса на 1 га, м3/га) м ;

- коэффициент, учитывающий увеличение расхода энергии моториста на сталкивание дерева с пня, уборку низко растущих сучьев и т.д.; кр - удельная работа резания при пилении, кДж/м3; b - ширина пропила, м;

Пмпб - КПД передачи энергии от двигателя к механизму пиления; d - диаметр дерева в плоскости срезания, м; р - коэффициент, учитывающий увеличения площади срезания за счет подпила.

УЗЭ при подтрелевке древесины ТМл будут равны сумме затрат энергий: Эп.м - УЗЭ на перехода машины между пасеками; Эу.м - УЗЭ на установку машины у дерева-

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 3/2013

169

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

мачты (рис. 2); Эз - УЗЭ на захват дерева лапами фиксирующего устройства; Эу.б. - УЗЭ на установку опорного блока; Эр.к - УЗЭ на растаскивание каната; Эч - УЗЭ на чокеровку стволов; Эт - УЗЭ на формирование и трелевку пачки; Эс + Эфу - УЗЭ на приведение в транспортное положение стрелы (Эс) и фиксирующего устройства (Эфу).

(G +G ) W -viz -Д-104

0 _ \ э.м тмл J м т м _

пм_ 3600-г^ Acq ~

_(G~ + G„yWM-vM-Ю4

3600-r^ -c-q ’

где Оэм - сила тяжести энергетического модуля, кН;

G - сила тяжести технологического мо-

тмл

дуля с лебедкой, кН;

Д - ширина пасеки (расстояние перехода), м;

с - длина пасеки, м;

q - запас леса на один га, м3 /га;

W - коэффициент сопротивления движению машины;

Шм - коэффициент, учитывающий увеличение расхода энергии за счет непроизводительных движений машины;

Пм - КПД передачи энергии от двигателя к ходовой части машины.

Э™ =

(3

+ G ) - viz -г-10

э.м тмл J т м______

ум 3600 A c q

где r - суммарная длина маневров при установке машины у дерева-мачты, м.

Э = (b-d0)

3 3600-г^ -A-c-q 2 ,

где Gфу - сила тяжести фиксирующего устройства, кН;

do - средний диаметр дерева в точке обхвата, м;

b - расстояние между лапами фиксирующего устройства, м;

Шфу - коэффициент, учитывающий увеличение расхода энергии на захват дерева-мачты фиксирующим устройством за счет непроизводительных движений;

Пфу - КПД передачи энергии от двигателя к фиксирующему устройству.

Эу.б.=

(G -I В +G -I В +G -I В )Ю4

V с х.п.с г'с р х.п.р г*р ' w2 х.п.к гг/

3600-г)^- A-c-q

где G , G , - силы тяжести соответственно стрелы и рукояти манипулятора, кН;

Gi, - сила тяжести грейферного захвата, г кН;

Рс, Рр, Рг - коэффициенты, учитывающие увеличение расхода энергии за счет трения в шарнирах соответственно стрелы, рукояти и грейферного захвата манипулятора;

L.^ W 7х.п.к - ход поршня гидроцилиндра соответственно стрелы, рукояти и

привода клещевин, м пгз - КПД передачи энергии от двигателя к грейферному захвату.

Э = (.Gpa6-\yp+qK-c/2 + G4)-c-$

рк 3600-2 -Мп ,

где Gраб - сила тяжести растаскивающего канат рабочего, кН;

qt. - сила тяжести 1-го погонного метра каната, кН/м;

G4 - сила тяжести чокеров, кН;

Р - коэффициент учитывающий силу трения между канатом и барабаном лебедки и канатом и блоком;

Мп - объем трелюемой пачки, м3;

Шр - коэффициент, учитывающий возращение рабочего (шр = 2) Здесь берется среднее расстояние трелевки - с/2.

Э

ч

где ш

ч

М V

(G4+Gpa6)-^-x1/чок-Ю0-^

3600 -мп ,

- коэффициент, учитывающий увеличение расхода энергии на непроизводительные движения.

3 _

1 3600-2М.-1!,

[у-Мп<:+уМд->Г,<1-*:)+Г-Ж,)с-ч/^-р

36002Мд.Лл '

где k - коэффициент распределения веса пачки между чокерами и волоком (учитывается при подъеме переднего конца пачки);

Пл - КПД передачи энергии от двигателя к лебедке;

W^ - коэффициент сопротивления вращению блока в цапфах;

170

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

T - равнодействующая сил натяжения набегающей и сбегающей ветвей каната опорного блока, кН;

Gn=yMn - сила тяжести трелюемой пачки деревьев, кН, (у - объемный вес древесины, кН/м3). Здесь берется среднее расстояние трелевки - с/2.

Эс + Эфу =

(G ■I -В +G -I -В +G -I -В >104

\ с х.п.с гс р х.п.р г'р г х.п.к гг/

3600-т^-Д-с-д вфу'Уфу-104 (b-da)

-+

+

ЗбОО-т^-А-с-# 2

Общая сумма УЗЭ при трелевки ТМл в расчете на 1м3 подтрелеванной древесины составит

Эб= Э + Э + Э + Э + Э +

общ. п.м у.м з з.д р.к

+ Э+ Э+ Э+ Эф =

ч т с фу

м W

~ 3600 -мп +

(G +G )\|/ -г-104

+ У э.л< тмл / тм +

3600-r^ -A-c-q О*.¥*104 (*-</„)

+

+

+ ■

3600• -A-c-q 2

(Cpae-Vp+tlK-cIZ + G^-c-p

3600-2 -Af_

■ +

+ ■

+

+

(G -I -В +G -I -В +G -I -В )-104

У с х.п.с Г с р Х.п.р Г'р ' w2 Х.П.К Гг/

3600 -Г+ - A-c-q

[уМд.НуМд-^-(1-^) + Г-^]-с.¥ш.р З600-+-Ми-Лл

(G„+G„yWM-yM- Ю4 + 3600-т^ -c-q +

(Gc -Pc + Gp-l -R+G3 •/_ -PJ-104

3600-r^ ■ A-c-q °Фу-Уфу-1°4 (b-dB)

+

_l___Фу ~ Фу_____ Mo/ (2)

3600-ri^ - A-c-q 2

УЗЭ ТМср скадываются из: Эп.п - УЗЭ на перемещение между пасеками; Эз.п.у-УЗЭ на захват, подъем и укладку дерева манипулятором на сучкорезно-раскряжевочный стол (СРС); Эо.с.р. - УЗЭ на обрезку сучьев и раскряжевку хлыстов.

Э = (G,.,+G,„„,)^-4<,-104 пп 3600-11,-С? ’

где G - сила тяжести технологического мо-

тмср

дуля с СРС, кН.

Э = \-Сман A +{Vr{\-k)-Wn +V-y-k)-b2 }умаи

зпу 3600-л_-Г ’

где Gман - сила тяжести манипулятора, кН; b1 - среднее расстояние перемещения центра тяжести манипулятора при доставке дерева из штабеля на СРС, м; b2 - среднее расстояние от штабеля деревьев до СРС, м;

Уман - коэффициент, учитывающий увеличение расхода энергии за счет непроизводительных движений манипулятора;

- КПД передачи энергии от двигателя к манипулятору;

Wп - коэффициент сопротивления движению при подачи дерева на СРС.

Э

о.с.р

(3150-dl-a -a&+N-f+V-y-(iix+N-(02-щУ 3600-цмм-¥

, кЛ< (44)

3600-v-4MM 1С ’

где Рср - среднее усилие, затрачиваемое на срезание сучка, кН (Рср = 3150^2-ауа5, где dc - средний диаметр сучка, м; ап - коэффициент, учитывающий породу дерева; а5 - поправочный коэффициент, учитывающий угол резания);

Ппм - КПД передачи от двигателя к протаскивающему механизму;

N - усилие прижима ножей и вальцов к стволу дерева, кН;

f - коэффициент трения ножей о ствол дерева f = 0,15.. .0,2);

ю1 - коэффициенты сопротивления движению ствола;

ю2 - коэффициент сопротивления движению ствола по вальцам;

п3 - число падающих вальцов;

b4 - ширина пропила, м;

dii - средний диаметр пропила при раскряжевке хлыстов, м;

Пмп - КПД передачи энергии от двигателя к механизму пиления;

1х - длина хлыста, м;

1в - длина вершинки, м;

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

171

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

1с - средняя длина сортимента, м.

Общая сумма УЗЭ при работе ТМср: Эобщ. = Эп.п + Эз.п.у.д + Эо.с.р =

[GMaH-bl+(V-j-(l-k)-Wn + V-Y-k)-b2]-y]f]i 3600 -цман-Г

+

(3150<2-a„-ag+7V-/+F-Y-(Ol +7У-ср2-п3)/х ' 3600-цмп¥

, УМ,2 (W.),

3600-г-л,, 1С

+

(?,

к^)^„-у„-ю4

3600-ri Mcq

(3)

УЗЭ при трелевке сортиментов ТМго складывается из Эд.с - УЗЭ на движение машины от погрузочного пункта к пачкам сортиментов; Эп.с - УЗЭ на погрузку сортиментов в грузовой отсек; Эд.г - УЗЭ движение в грузовом направлении; Эв.с - УЗЭ на выгрузку сортиментов на погрузочном пункте.

(G +G )-W ■I ш

Э V э.м____тмго J м м т л

дс 2-3600-Г1 м-Мс

где G - сила тяжести технологического мо-

тмго

дуля с грузовым отсеком, кН;

Мс - объем пачки сортиментов, м3; l _ IJ2 - среднее расстояние трелевки сортиментов, м;

1м - длина магистрального волока, м; у - коэффициенты, учитывающие непроизводительные движения ТМго, в том числе на смену модулей.

Эп.с складывается из УЗЭ на движение манипулятора при погрузке (Эд.м) и на укладку сортиментов (Эу.с).

G„c Э = Э + Э _ п.с у.с д.м (К-Ус, rn-Kv<У У \ гп? _1_ 2.

36( X X »м, X, 1 Лс Л„, гс-К^сЪОпм-гпм\ ' 3600-Л (с X

У \ лв, Мс, vy»vv,.Л \

3600 (2 G ср , Лс ) ■rAcVc,2-GnVrnM-X ' 3600-Ц /IVУ».*'

1 Лс ' л„, ,

где G _ Mjy - сила тяжести пачки сортиментов, кН;

G - сила тяжести стрелы с рукоятью, кН;

G - сила тяжести поворотной части ма-

п.м Г

нипулятора, кН;

упм - коэффициенты, учитывающие увеличение расхода энергии за счет непроизводительных движений поворотной части манипулятора;

- коэффициенты, учитывающие увеличение расхода энергии за счет непроизводительных движений стрелы с рукоятью;

hu - средняя высота опускания сортиментов при их укладке в штабель из грузового отсека, м;

гп - расстояние от вертикальной оси поворота колоны манипулятора до центра штабеля, м;

гпч - расстояние от вертикальной оси поворота колоны до центра тяжести поворотной части манипулятора, м;

гс - расстояние по горизонтали от оси поворота стрелы до центра ее тяжести, м;

Хк Хс - угол поворота колоны с манипулятором в горизонтальной плоскости и стрелы с рукоятью в вертикальной плоскости, рад;

^ - коэффициент трения колоны манипулятора о поворотный круг;

m2 _ M /Q - число циклов погрузки (выгрузки) одной пачки;

Q - объем сортиментов, погружаемых (выгружаемых) манипулятором за один прием, м3;

П - КПД передачи энергии от двигателя к механизму поворота колоны;

Ппв - КПД передачи энергии от двигателя к механизму управления манипулятором.

Э _ Gnc i 'У л, Wm , (G3.M +Стмго )Wm j 'У л, _

дг 3600-tvMc ЗбОО-т^-М,

у-l -\|/ -W (G +G )-W •/ -vi;

_ i с т м м | V э.м тмго / м с т л

3600-ri

с

3600-тvMc

Э _

3600

h -vi/ г X -и, -\|/

п ТС | п К Г*1 Т TU

л

V Лс

1

збоо-ес

2-<у/-А-ус,

Лс Т\„,

Qc _ МЛ

где F - грузоподъемность манипулятора, кН;

172

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

Э, кВт-ч/м3

Э, кВт-ч/м3

Э, кВт-ч/м3

Рис. 4. Зависимость удельных энергозатрат от запаса леса на 1 га для систем машин: а - № 1, б - № 2, в - № 3

Э, кВт-ч/м3

Э, кВт-ч/м3

G , кН

ем

Э, кВт-ч/м3

G , кН

ем

Рис. 5. Зависимость удельных энергозатрат от силы тяжести энергетического модуля для систем машин: а - № 1, б - № 2, в - № 3

ф - коэффициент использования грузоподъемности манипулятора.

Общая сумма УЗЭ при работе ТМго:

Эб = Э + Э + Э + Э =

общ. д.с п.с д.г в.с

= (G3.M + G— 'Ул

2-3600-ri^ -Мс

■ +

у-1 -\|/ -W (G +G )-W •/ -иг

* с т м м , V э.м тмго / м с т м

+ „ + «ПП _ W +

3600-Г)

(

У

3600 -цм-Мс

3600

л

V ■ 1с

я.

1

3600-&

2-°сР-гс-К^с [ 2-GnM-rn4\Vi-V„.*

v Я Я,

Л. ... _ л ..... л

3600

К-Ус,г»К-ЯУп,

\ Я

я

1

.в J

3600-&

2-Gcp%-K-Vc | 2-Сп.м-гпч-ХкЯУп.м (4)

. я я, )

Общая сумма УЗЭ системой машин №

Э б = Э + Э + Э + Э + Э + Э +

общ. в п.м у.м з з.д р.к

+ Э + Э + Э + Эф + Э + Э + Э +

ч т с фу п.п з.п.у.д о.с.р

+ Э+ Э+ Э+ Э. (5)

д.с п.с д.г р.с 4 у

Моделирование энергозатрат системой машин № 2

УЗЭ ЭМзсу с навесным ЗСУ будет равен сумме затрат энергий: Эп.л - УЗЭ на движе-

1

ние ВПМ между лентами в одной пасеке; Эп.п - УЗЭ на движение ВПМ из одной пасеки в другую; Эр.п - УЗЭ на движение ВПМ с одной рабочей позиции на другую; Эд.з.с.у - УЗЭ на доставку ЗСУ к дереву с поворотом колонны, захват, срезание и укладка дерева в пачку.

Э = {G3M+GJW^M-cn \tf{G3M+GJ-WMyM пл 3600-V& ЗбОО-м-Д ’

где Qn - объем древесины, заготовляемой на одной ленте, м3 Q = д-сл-Д/104); сл - расстояние перехода ВПМ между лентами, м (сл ~ 2R, где R - вылет манипулятора, м).

(G +G )-W -viz А

\ Э.М зсуу М т м _

ъ =

'-'П.П

3600 л, О,

10 -(G +G )-W ш

\ Э.М зсуу М т

3600-r\M-q-c

где Qп - объем древесины, заготовляемой на одной пасеке, м3 (Qп = д-с-Д/104). (G +G )-W V а

Гч __ V э.м зсу J М I м ___

р П 3600-л MQp.n "

_ 104 • (G3M + G3cy)-WM • \\rM 3600 • Лл,' <7 ‘ сл ’

где Qрп - объем древесины, заготовляемой на одной рабочей позиции, м3

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 3/2013

173

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

(Q п = д-сл-а/104, а - расстояние между

рабочими позициями, м).

А2< G+G3cy}rc-Xc-yc

'Д-З.с.у '

V

3600-Г-лс

■+

+-

2 (G +G )-r X -и,-У

Vср зсу/ П.Ч К П Т П.Л

3600-К-л„в

+

2-G7-B к -b.-d V-у-R -vi/

рз зс t' зсу , р 4 , г I Y ман

+-

ЗбОО-л^-F ЗбОО-Г-л^. 3600-л„,^

где G - сила тяжести ЗСУ, кН;

G - сила тяжести рычагов захвата, кН;

Рзсу - коэффициент, учитывающий увеличение расхода энергии за счет трения в шарнирах ЗСУ;

/зс - ход поршня гидроцилиндра ЗСУ при захвате ствола, м;

Пзс - КПД передачи энергии от двигателя зсу к ЗСУ;

Rc - средний вылет стрелы манипулятора при укладке дерева в пачку, м.

Общая сумма УЗЭ при работе ЗСУ

Эб = Э + Э + Э + Э =

104-(G +G )-W -у 2-G •/ -В

V ЭЛИ 3CV/ М I м , V3 ЗС Г^з

3600-тVtf-A

, 10 4<G,„ + G3ty)-WM-v Зб00-ть.-9-

f 2 ■(Gcp+G3J-rc.Xc-Wc

3600-л -F

I зсу

+

+

- +

+

3600- V-t]c 2<Gcp + G3cy)-rn4-XK-\il-^nM

3600-F-n„.e

10 *-(G3M + GYWM-v

+

+

3600-TV?-

+

+ Щэ-ЬЛзсу 1 */M2 V-y-Rc-yMaH 3600-лзч,-Г 3600-F-TV. 3600-r\ne-V

УЗЭ на обрезку сучьев бензопилой

(6)

Э = QGe+Geyix-y4 | об 3600 -V

кр-Ьб-Р 3600 Vr\Mn6

.(7)

где F - суммарная площадь поперечного сечения сучьев одного дерева при их срезании, м2.

УЗЭ при трелевки ТМл определяются по формуле (2).

УЗЭ на раскряжевку бензопилой

Э = (0е+СбУ1х^ч , кр'Ъб K-d2n (1х~1в) (8)

рб 3600-F 3600-F^„ 4 1С К

УЗЭ при трелевки ТМго определяются по формуле (4).

Общая сумма УЗЭ системой машин

№ 2:

Эб= Э + Э + Э + Э + Э б +

общ. п.л п.п р.п д.з.с.у о.б

+ Э + Э + Э + Э + Э + Э + Э +

п.м ум з з.д р.к ч т

+ Э + Эф + Э б.

с фу р.б

Моделирование энергозатрат системой машин № 3

УЗЭ определяются по формулам: ВБ - (1); ОБ - (7) ТМл - (2). РБ - (8). ТМго - (4).

Общая сумма УЗЭ системой машин № 3 составит:

Эобщ. =

+ Э

р.к

Э + Э б + Э + Э + Э + Э +

в о.б п.м у.м з з.д

+ Э + Э + Э + Эф + Эб+ Эб +

ч т с фу р.б р.б

+ Э + Э + Э + Э .

д.с п.с д.г в.с

Ниже приведены расчеты и графики при следующих значениях:

G6 = 0,13 кН; Gв = 0,8 кН; V = 0,25 м3; q =140 м3/га; d = 0,25 м; уч =1,1; к = = 0,032 кДж/м3; Ьб = 0,012 м; пмпб = 0,9; р =1,1; G = 42,7 кН; G =17,3 кН; А = 50 м; с =100 м; W = 0,2; ¥м=1,3; Пм = 0,75; г = 10 м; Gфу = 0,1 кН;

do = 0,2 м; b = 0,3 м; ^у =1,05; Пфу = 0,7

G = 6 кН; G = 6 кН; G =1,3 кН; В =1,05;

с р г с

В =1,05; В =1,05; / = 0,7 м; / = 0,7 м;

1 р 7 7 I г 7 7 х.п.с 7 7 х.п.р 7 7

/ = 0,15 м; G , = 0,8 кН; q = 0,012 кН/м;

х.п.к 7 7 раб 7 7 /к 7 7

G4 = 0,018 кН; в =1,05; Мп = 3,5 м3; ^ = 2; учок =1,05; к = 0,6; пл = 0,7; W =1,05; T = 0,2 кН; Y = 8,4 кН/ м3; G =16 кН; b = 3 м; b = 3,5 м;

у =1,05; п = 0,7; d = 0,04 м; а =1,3;

т ман 7 7 'ман 7 7 c 7 7п 77

а* =1,2; п = 0,75; N = 0,3 кЯ; f = 0,15; m =

5 5 5 «п.м 5 5 7 1 J 771

= 0,75; ю2 = 0,8; n3 = 2; b4 = 0,018 м; dii = 0,135 м; п = 0,7; / =18 м; / = 2 м; / = 5 м; М = 8 м3; /= 300 м; у =1,05; G = 67,2 кН; G =12 кН;

м мс п ср

G = 4 кН; у =1,05; у =1,05; h = 2,7 м;

п.м п.м с п

г = 3 м; г =1,5 м; г = 4 м; X =1,4 рад; X =

п п.ч с к с

= 0,7 рад; ^ =1,1; пс = 0,75 Ппв = 0,7 ^ = = 20 кН; ф = 0,5; R = 8 м; а = 6 м; G = 20 кН;

G = 0,4 кН; В =1,05; / = 0,25 м; п = = 0,75; Rc = 6,5 м; W =1,05; F = 0,055 м2; G =10 кН; G =12 Ш; G = 9 кН.

тмго тмср тмл

Выводы

1. Использование модульных машин при комбинированной трелевке древесины дает возможность значительно ограничить

174

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

ЛЕСОИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО

перемещение машин по лесной площади, сохраняя, таким образом, ее среду.

2. Приведенные модели позволяют в широком диапазоне варьирования факторов условий лесозаготовок и машин вычислить и сравнить энергозатраты при заготовке древесины разными системами. Это позволит на стадии проектирования оптимизировать геометрические, весовые и энергетические параметры модульных лесных машин.

3. На рис. 4 видно, что наименьшие УЗЭ расходуются системой машин № 1, а запас леса 1 га существенно влияет на УЗЭ при его значениях до 100 м3/га (рис. 4).

4. На рис. 5 видно, что на УЗЭ значительное влияние оказывает сила тяжести энергетического модуля.

Библиографический список

1. Коломинова, М.В. Расчет удельных энергозатрат технологических процессов заготовки сортиментов при лесосечных работах / М.В. Коломинова // Сб. науч. трудов. Материалы научно-технической конференции УГТУ - 2011. - Ч. 2. - С. 215-220.

2. Кочегаров, В.Г. Технология и машины лесосечных работ: учебник / В.Г. Кочегаров, Ю.А. Бит, В.Н. Меньшиков. - М.: Лесная пром-сть, 1990. - 392 с.

3. Кочегаров, В.Г. Исследование некоторых параметров трелевочных машин / В.Г. Кочегаров, Ю.А. Ширнин // ИВУЗ. Лесн. журн. - 1981. - № 4 -С. 47-52.

4. Обоснование технологических параметров лесосек и режимов работы лесозаготовительных машин: учебное пособие / Ю.А. Ширнин, К.П. Рукомойников, Н.И. Роженцова, и др.; под. ред. проф. Ю.А. Ширнина. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2009.

- 172 с.

5. Патент № 2357407 РФ, МКИ7 Л0Ш23/00. Способ и машина для трелевки / Ширнин Ю.А., Ширнин А. Ю., Богатырева Е.А., Аказова О.В.; заявитель и патентообладатель МарГТУ - 2007 122910/12; за-явл.18.06.2007; опубл. 10.06.2009, Бюл. № 8. - 5 с.

6. Процессы комплексного освоения участков лесного фонда при малообъемных лесозаготовках: Научное издание / Ю.А. Ширнин, К.П. Рукомойников, Е.М. Онучин; Под. ред. Ю.А. Ширнина.

- Йошкар-Ола: МарГТУ, 2005. - 196 с.

7. Ширнин, Ю.А. Комплексное освоение участков лесного фонда / Ю.А. Ширнин // ИВУЗ. Лесн. журн. - 2002. - № 4 - С. 89-95.

8. Ширнин, Ю.А. Методика обоснования режимов работы технологических модулей при комбинированной трелевке древесины / Ю.А. Ширнин, А.Ю. Ширнин // Вестник МарГТУ Лес. Экология. Природопользование. - 2008. - № 2 - С. 51-59.

9. Ширнин, Ю.А. Моделирование энергозатрат при комбинированной трелевке древесины адаптивно-модульными машинами / Ю.А. Ширнин, А.Ю. Ширнин, А.Ю. Моржанов, И.В. Зверев // Вестник МарГТУ Лес. Экология. Природопользование.

- 2011. - № 3 - С. 50-57.

10. Ширнин, Ю.А. Технология и оборудование малообъемных лесозаготовок и лесовосстановление / Ю.А. Ширнин, Ф.В. Пошарников. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2001. - 398 с.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЖЕННОСТИ

ходовой системы многооперационной

ЛЕСОСЕЧНОЙ МАШИНЫ

Е.Е. КЛУБНИЧКИН, доц. каф. колесных и гусеничных машин МГУЛ, канд. техн. наук,

В.А. МАКУЕВ, проф. каф. колесных и гусеничных машин МГУЛ, д-р техн. наук,

В.Е. КЛУБНИЧКИН, нач. Управления инновационного развития МГУЛ, канд. техн. наук

[email protected], [email protected], [email protected]

Лесозаготовительные машины на базе трелевочного трактора ТТ-4М имеют в передней части рессорную подвеску, наличие которой при выполнении операций на основных лесосечных работах вызывает упругие колебания подрессоренной части (остова) машины. Характер этих колебаний определяет динамическую нагруженность

деталей ходовой системы. Определение динамических нагрузок на стадии проектирования важно, поскольку это позволяет путем выбора оптимальной массы машины, рациональной компоновки технологического оборудования, скоростного режима работы элементов технологического оборудования и машины в целом избежать перегрузок

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 3/2013

175