CC BY
29
УДК 629.114.2
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛЕСНЫХ ДИСКОВЫХ ОРУДИЙ С ПОМОЩЬЮ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ВИБРАЦИИ ИХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ
А. И. Третьяков
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
Важной составляющей повышения эффективности лесных дисковых орудий является снижение энергозатрат при выполнении технологических операций по первичной подготовке почвы и многократных уходах за лесными культурами на вырубках, гарях и других неудобиях. При этом очевидно, что наибольшие энергозатраты приходятся на агрегатируемые тракторы лесных почвообрабатывающих агрегатов (ЛПА), выполняющих наиболее энергоемкие операции при обработке почвы. По разным оценкам исследователей расход топлива у двигателей агрегатируе-мых тракторов ЛПА выше на 15...20 %, чем у используемых на лесных объектах с более благоприятными условиями работы и на 20.35 % выше, чем у двигателей тракторов аналогичных сельскохозяйственных почвообрабатывающих агрегатов [1].
Результаты многочисленных исследований свидетельствуют, что основными факторами, влияющими на увеличение энергозатрат традиционных ЛПА, являются: высокое удельное сопротивление лесных почв; вынужденное частое маневрирование агрегатов на лесных объектах при объезде препятствий; отсутствие надежных средств защиты от перегрузок, что приводит к увеличению металлоемкости,
а, следовательно, и массы лесных почво-
обрабатывающих орудий (ЛПО); непроизводительные затраты энергии при транспортировании массивных орудий от мест базирования к местам работы и обратно; слабая заглубляющая способность дисковых рабочих органов вынуждает догружать балластом такие орудия, что соответственно дополнительно увеличивает их массу со всеми вытекающими из этого отрицательными последствиями; необходимость использования агрегатируемых тракторов завышенного тягового класса с целью гарантированного преодоления пиковых нагрузок из-за тяжелых условий работы ЛПА на вырубках [2, 3].
Одним из важнейших обобщающих факторов, потенциально способных повлиять на снижение энергозатрат ЛПА, является степень использования эффективной мощности Nэф двигателя трактора ЛПА, которая характеризуется тяговым коэффициентом пт его полезного действия [4]
Vm =(N„ + N,„ + N„ )/М,ф, (1)
где Nm, NeoM и NZH - мощности, соответственно тяговая, на валу отбора мощности (ВОМ) и затрачиваемая гидронасосом агрегатируемого трактора. Значение цт, даже при полной загрузке гусеничного трактора, составляет
0,68.0,75, для колесных тракторов с четырьмя ведущими колесами - 0,60.0,70, а
с двумя - 0,50.0,60. Такие низкие значения коэффициента щт объясняются неизбежными потерями мощности в силовой передаче трактора на его самопередвижение, буксование, преодоление подъемов и др. Как следует из выражения (1), двигатель трактора, в зависимости от условий работы, оказывается недогруженным на 25.50 % и, очевидно, что для повышения цт имеется возможность в пределах указанной величины нагружать двигатель за счет отбора мощности Nвом для целей повышения интенсификации процесса и качества обработки почвы. В этой связи заметно снизить энергозатраты и отрица-
тельные последствия большинства из других рассмотренных факторов можно за счет использования на ЛПО надежного предохранительного механизма (ПМ) и вибрационных рабочих органов. С этой целью была усовершенствована конструкция серийного лесного дискового культиватора КЛБ-1,7 путем оснащения его рабочих органов гидравлическими вибрационным механизмом и ПМ (рис. 1). Его конструкция обеспечивает надежную защиту орудия от перегрузок и одновременно создает принудительную вибрацию на рабочих органах за счет частичного отбора мощности от двигателя трактора [5].
15 6 9 10 11 14
--- ^
\ .^ ч/
Рис. 1. Принципиальная схема гидравлических вибрационного и предохранительного механизмов рабочих органов дискового почвообрабатывающего орудия:
1 - рама орудия; 2 - стойка дисковой батареи; 3 - дисковый рабочий орган; 4 - пружина вибрационного механизма; 5 - гидроцилиндр рабочих органов; 6 и 7 - корпус золотника и золотник; 8 - плунжер; 9 - пружина золотника; 10 - отводящий трубопровод; 11 и 12 - клапаны обратные; 13 - дроссель регулируемый; 14 - гибкий трубопровод; 15 и 16 - напорная и
сливная магистрали
Предлагаемая конструкция гидравлического ПМ рабочих органов культиватора включает шарнирно закрепленную на раме 1 орудия поворотную стойку 2 с дисковыми рабочими органами 3, пружину 4 и рабочий гидроцилиндр 5. Гидравлический вибрационный механизм включает в себя все перечисленные элементы конструкции ПМ, а также золотниковое устройство, состоящее из корпуса 6, золотника 7 и связанного с ним плунжера 8 меньшего диаметра. Автоматическое управление золотником 7 осуществляется с помощью регулируемой возвратной пружины 9, обратных клапанов 11 и 12, а также регулируемого дросселя 13. Золотниковое устройство, с одной стороны, обеспечивает надежное срабатывание ПМ при встрече рабочих органов с неперерезаемыми препятствиями (пнями, валунами и т.п.), а с другой - устойчивый ход дисков орудия на заданной глубине обработки почвы, насыщенной растительными включениями, с помощью наведенной вибрации.
Работа вибрационного механизма заключается в следующем. Рабочая жидкость из напорной магистрали 15 подводится к проточке «а» и плунжеру 8 золотникового устройства. При этом в условный начальный момент времени отводящий трубопровод 10 перекрыт золотником 7. Давлением жидкости плунжер 10 перемещает золотник 7 и сжимает пружину 9. При дальнейшем движении золотник 7 вначале с помощью проточки «в» отсоединяет трубопровод 10 от сливной магистрали 16, а затем соединяет его через проточки «а» и «б» с напорной магистралью 15. Одновременно жидкость подается в проточку «г», под торец золот-
ника 7, площадь которого значительно больше торца плунжера 8, что обеспечивает ускоренное движение (релейное переключение) золотника. Следствием такого движения золотника является импульсный выброс рабочей жидкости через проточку «б» в отводящий трубопровод 10 и далее в гидроцилиндры 5 ПМ. Так как давление рабочей жидкости в гидроцилиндрах 5 снижается по мере движения его штока, соответственно уменьшается и давление в проточке «г» гидропульсатора. Благодаря этому, золотник под воздействием усилия сжатой пружины 9 возвращается в исходное положение и рабочий цикл вибрациионного механизма повторяется.
Таким образом, при движении дискового рабочего органа в почве на заданной глубине обработки почвы, он вместе со стойкой совершает вынужденные колебания в упругой системе "рабочий орган 3 - пружина 4 - почва" под воздействием пульсаций рабочей жидкости в гидроцилиндрах 5 ПМ, передаваемой по трубопроводам 10 и 14 от золотникового устройства. При этом гидроцилиндры 5 в конструкции культиватора, в зависимости от цикла срабатывания, совмещают в себе функции вибродвигателя и гидроцилиндра ПМ.
При встрече рабочих органов культиватора с неперерезаемым препятствием, рабочая жидкость под возросшим давлением вытесняется из гидроцилиндра 5, посредством гибкого трубопровода 14 и обратного клапана 11, в напорную магистраль 15 и далее через редукционный клапан гидрораспределителя (на рисунке не показаны) - в масляный бак гидросистемы трактора.
Регулирование амплитуды колебаний рабочего органа 3, а, следовательно, и глубины обработки в зависимости от удельного сопротивления обрабатываемой почвы и других факторов, осуществляется с помощью регулируемых обратного клапана 12, дросселя 13 и пружины 4 вибрационного механизма.
Необходимую частоту колебаний рабочих органов устанавливают путем изменения жесткости пружины 9 золотника, регулируемой с помощью винта (на рис. не показано). Удержание рабочих органов на заданной глубине обработки обеспечивается за счет поддержания давления рабочей жидкости в гидроцилиндрах 5, передаваемого в них по гибкому трубопроводу 14 через регулируемый дроссель 13.
Выполненные в лабораторных и полевых условиях сравнительные эксперименты с опытным образцом лесного дискового культиватора и серийным культиватором КЛБ-1,7 в целом подтвердили работоспособность и эффективность предложенной конструкции вибрационного механизма и ПМ. Анализ результатов экспериментов показал, что использование новой конструкции ПМ с гидропульсатором рабочей жидкости позволяет:
отказаться от применения на дисковых ЛПО бесполезно возимого балласта и как следствие - в 1,5-2,0 раза снизить динамические нагрузки на орудие и агрегати-руемый трактор при транспортировании орудия с места базирования и обратно, а также при его работе на лесных объектах;
уменьшить в среднем на 20.25 % коэффициент вариации глубины обработки почвы по сравнению с серийным культива-
тором и таким образом обеспечить более высокое качество обработки почвы на вырубках;
повысить надежность ЛПО за счет снижения вдвое нагрузок на элементы конструкции орудия при маневрировании ЛПА на вырубке и преодолении рабочими органами препятствий;
уменьшить не менее чем на 15.20 % металлоемкость ЛПО за счет снижения нагрузок, как на орудие, так и на агрегати-руемый трактор;
при примерно равных энергозатратах непосредственно на обработку почвы, снизить на 15.20 % суммарные энергозатраты, связанные с транспортированием ЛПО, простоями из-за поломок, маневрированием на вырубках и др., по сравнению с традиционными аналогичными конструкциями ЛПО.
Достоинством предложенных вибрационного механизма и гидравлического ПМ является также высокие унифицированность и доступность элементов конструкции, простота монтажа и эксплуатации. Это позволяет выполнить модернизацию серийных ЛПО силами самих эксплуатирующих организаций и по сравнению с аналогичными разработками [5, 6], существенно повысить эффективность ЛПО.
Библиографический список
1. Посметьев В.И. Методологические основы повышения эффективности почвообрабатывающих орудий с помощью предохранителей: монография / Воронеж: ВГЛТА, 1999. 196 с.
2. Посметьев В.И. Обоснование пер-
спективных конструкций предохранителей для рабочих органов лесных почвообрабатывающих орудий: монография / Воронеж: ВГЛТА, 2000. 248 с.
3. Бартенев ИМ., Посметьев В.И. Об эффективности предохранителей лесных почвообрабатывающих орудий // Лесное хозяйство. 1997. № 3. С. 44-46.
4. Зима И.М., Малюгин Т.Т. Механизация лесохозяйственных работ: учеб. для вузов. М.: Лесная промышленность, 1976. 416 с.
5. Посметьев В.И., Посметьев В.В. Модель процесса вибрационного взаимо-
действия с почвой дисковых рабочих органов лесных орудий / Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления лесного комплекса: сб. науч. тр. // ВГЛТА. Воронеж. 1999. С. 202206.
6. Посметьев В.И., Зеликов В.А., Ли-ференко А.В. Гидравлический предохранитель с гидропульсатором рабочей жидкости для дисковых почвообрабатывающих орудий / Материалы 4-ой МНТК. Т. 2. ВоГТУ. Вологда, 2008. 214 с.
