На правах рукописи

Бутылкин Владимир Иванович

ОБОСНОВАНИЕ

ПУТЕЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОНВЕЙЕРОВ ДЛЯ ЛЕСНЫХ

ГРУЗОВ

Специальность 05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок

и лесного хозяйства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Красноярск 2009

Работа выполнена на кафедре Гидропривода и гидропневмоавтоматики в Политехническом институте Сибирского федерального университета.

Защита диссертации состоится л22 мая 2009 г. в 14 часов на заседании диссертационного Совета Д 212.253.04 в Сибирском государственном технологическом университете по адресу: 660049, Красноярск, ул.Мира, 82

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского государственного технологического университета

Автореферат разослан л____ _______2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент А.В. Мелешко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Конвейеры или иначе транспортеры - технические средства обеспечения непрерывного перемещения грузов, как правило, на короткие расстояния. Конвейеры в лесной отрасли предназначены для передачи предмета труда (деревьев, хлыстов, бревен, древесных отходов) к месту обработки, переработки или утилизации, для участия в этих процессах и удаления продукта от места обработки или переработки к месту складирования, потребления или отгрузки потребителю. В отличие от колесных или гусеничных погрузчиков для конвейеров характерно непрерывное или прерывное перемещение по жестко заданному прямолинейному в плане маршруту.

Одним из основоположников изучения промышленных конвейеров был А.С. Спиваковский. Определенный вклад в их изучение внесли И.Я. Ратнер, Р.А. Волков, В.К. Дьячков. Значительную работу по промышленному, в лесной отрасли, освоению и созданию новых моделей лесотранспортеров провели Ю.К. Сергиенко, В.В. Назаров, Г.Р. Рахманов, Д.К. Воевода (ЦНИИМЭ). В Красноярском крае в СТИ (ныне СибГТУ) над совершенствованием конвейеров работали Г.А. Дегерменджи, В.И. Кондратьев, Г.С. Миронов. Теоретическое обоснование применения конвейеров на нижних лесных складах проводилось В.А. Дорошенко, В.С. Петровским и В.А. Лозовым (СибГТУ). В СибНИИЛП коллективом ученых и конструкторов, в составе И.И. Гуслицера, Ю.М. Петрова, В.Д. Кухарского, В.А. Загоскина, А.И. Димова, Л.П. Бревнова, был проведен широкомасштабный поиск в области синхронизации движения тяговых органов конвейеров, их динамики, упруго - демпфирующих устройств, средств центрирования и торцеравнения лесоматериалов. В.И. Дитрих и О.В. Студенцов вели конструктивные проработки в области тяговых органов слешеров и поперечных лесотранспортеров. С.В. Каверзин привнес ряд новых решений по созданию гидроаккумулирующих и регулирующих устройств. Директор Предивинского опытного леспромхоза В.М. Малькевич обеспечивал освоение и апробацию новых образцов лесных конвейеров, являющихся составными элементами опытно-промышленных образцов производственных потоков ППЛ-3(4) и ЛО-26П. В создание, внедрение в производство и проектирование нижнескладского оборудования определенный позитивный вклад сделали В.А. Барановский, И.А. Скиба, И.А. Кириллов, П.А. Кожевников.

Актуальность обоснования путей совершенствования конвейеров для лесных грузов обусловлена назревшей необходимостью замены в лесной отрасли конвейеров общего назначения, заимствованных из других отраслей промышленности, специализированными лесотранспортерами. Актуальность темы определена также необходимостью заполнения пустующей ниши технических средств сортировки, сопоставимых по производительности с производительностью слешера; разработкой и созданием таких технических средств, как, например, средства поперечной сортировки лесоматериалов с применением лесотранспортеров нового типа, средств уборки древесных отходов от технологических узлов поточных линий.

Целью работы - является обоснование путей совершенствования конвейеров производственных потоков по первичной обработке древесного сырья, обеспечивающих их функциональное назначение с учетом передового отечественного и зарубежного опыта.

Задачи исследований:

- минимизация номенклатуры типов и конструкций конвейеров в системах машин 1НС и 2НС;

- применить в практике научного поиска новые методы исследования: замещения, привнесения новых качеств,апробированные в процессе создания поточной линии ЛО-26П, методы оптимального поиска новых технических решений, основанных на установлении соответствия объектов (состояний) заданным критериям - требованиям;

- обосновать область применения принципиально новых типов поперечных сортировочных лесотранспортеров с шириной В+1/3L, где L - длина бревна с размещением лесонакопителей ПОД или НАД грузонесущими ветвями тяговых органов;

- установить пути и средств снижения динамических нагрузок, при взаимодействии груза и тяговых органов конвейеров, используя опыт изучения конвейеров поточной линии ЛО-26;

- построить математические модели оптимального поиска процессов и технических средств перемещение лесоматериалов в не стабилизированной системе;

- решить проблему уборки древесных отходов от производственных потоков на обработке древесного сырья;

Научная новизна работы заключается в применении новых методов исследований, основанных на совмещении теоретических научных проработок с техническими расчетами, применении метода замещения, путем, например, замены, точнее возврата от гравитационных средств сброски бревен с лесотранспортера в лесонакопители, к инерционным, в частности, электромашинным средствам сброски, что снизило величины разбега торцов бревен. Метод привнесения новых качеств в систему, обеспечивавший удвоение скорости и, более чем в 2 раза, увеличение производительности продольных сортировочных лесотранспортеров за счет активной смазки тяговых органов и высокоскоростного перемещения бревен в процессе их сброски. Метод кратного удвоения реализован в процессе освоения шнековых конвейеров со спаренными шнеками, снабженными встречной навивкой. Метод топологических преобразований реализован при создании лесонакопителей, основанных на замене поступательного линейного перемещения стоек круговым. Метод оптимального поиска новых технических решений основан на рассмотрении систем как промышленных автоматов типа А (Р,X,Y). Научная новизна проявилась при создании устройства для уборки отходов от производственных потоков при разработке поперечного сортировочного устройства.

Практическая ценность работы определяется разносторонним подходом к применению методов исследований путем замещения, привнесения новых качеств, кратного удвоения и топологических преобразований конвейеров и элементов их конструкций. Практическое применение получило рассмотрение конвейеров как автоматов типа А (P,X,Y), где Р- состояния (объекты) исследования, X - входы в систему, выступающие в виде критериев - требований (ограничений) и Y - выходы системы, представленные показателями соответствия ПС=0,75 1,0 и ПК=1.

Практическая значимость работы также определяется минимизацией типажей конвейеров, рекомендуемых к использованию в системе 1НС, где в составе производственного потока ППЛ-3(4) протаскивание ствола дерева через ножи сучкорезной установки и подача его под маятниковую пилу решается выбором одного из двух альтернативных решений с использованием движителей обжимающих ствол снизу и сверху. Это гусеничные траки от ходовой части трактора или приводные вальцы (рябухи). На сортировке бревен определена целесообразность использования лесотранспортера типа ЛТ-86 снабженного инерционными бревносбрасывателями. В системе машин 2НС на поточной линии ЛО- 26ПК все переместительные работы могут быть осуществлены всего четырьмя типами конвейеров: гребенчатым или цепным конвейером - элеватором; одно или двухсекционным конвейером типа ЛТ- 53; шнековым конвейером с односторонней или n - парами шнеков двухсторонней, встречной навивки; барабанным конвейером питателем и транспортером надвигания хлыстов на пилы практически важным. Для обеспечения эксплуатационной надежности поточной линии явилось применение псевдогибкого вала привода механизма надвигания хлыстов на пилы, длиной 25 м и более, при соединении конвейеров пильных блоков с использованием шарнирных и шлицевых муфт.

Реализация работы. Конвейер - перегружатель, защищенный Патентом РФ, рекомендован Федеральным институтом промышленной собственности Российской федерации (ФИПС РФ) для использования в качестве средства (полезной модели) уборки отходов от технологических узлов поточных линий на нижних складах. В Предивинском, Канском леспромхозах на нижних складах все скиповые погрузчики были заменены конвейерами - накопителями, исключившими жесткую связь процесса заполнения конвейеров уборки отходов и загрузки бункеров - перегружателей с подачей автотранспорта для отвозки отходов от производственного потока.

Апробация работы. Материалы работы докладывались и обсуждались на Всероссийской научной конференции (октябрь 2005 г. - СибГТУ г. Красноярск); на Межрегиональной научно - практической конференции Инновационное развитие регионов Сибири (декабрь 2005 г. - КГТУ г. Красноярск) и на Всероссийской научно - технической конференции Проблемы машиностроения и новые материалы. Борисовские чтения (сентябрь 2006 г. - КГТУ г. Красноярск).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК. Получен патент 53591 РФ на полезную модель Накопитель-перегружатель лесоматериалов и патент 68483 РФ на полезную модель Устройство для сортировки брёвен. В Ачинском филиале Красноярского государственного аграрного университета принято к публикации Учебно-методическое пособие для студентов вузов Расчёт и проектирование конвейеров для грузов аграрного и промышленного назначения.

Структура и объем работ. Диссертация изложена на 116 страницах. Состоит из введения, четырех смысловых разделов, заключения и библиографического списка использованных литературных источников, 102 наименования и трех приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражено влияние на работу и эксплуатационные показатели лесотранспортеров недетерминированности лесозаготовительного производства, многообразия и изменчивости факторов, определяющих выбор типажа и конструктивных особенностей (рисунок 1) конвейеров для лесных грузов.

Рисунок 1 - Классификация конвейеров.

В первом разделе работы определены цели и задачи исследований, обоснована сфера применения и пути создания конвейеров для промышленных и лесных грузов от А.С. Спиваковского, впервые давшего обзор промышленных конвейеров, к проработкам ЦНИИМЭ (Д.К. Воевода, Ю.К. Сергиенко, В.В. Назаров, Г.Ф. Манухин), СТИ-СибГТУ (В.А. Дорошенко, В.А. Лозовой, Г.С. Миронов, В.А. Загоскин), СибНИИЛП (И.И. Гуслицер, Ю.М. Петров, В.Д. Кухарский, А.И. Димов, Л.П. Бревнов). В процессе проектирования и технологической привязки поточной линии ЛО-26К Карабульского ЛПХ проявилась роль и способность видения перспективных технических решений специалистов Красноярского филиала института Гипролестранса (И.А. Кириллова и Б.А. Гризана). Своеобразным толчком в инициировании и создании высокоскоростных и высокопроизводительных продольных лесотранспортеров явились проработки финской фирмы Раума - Репола, кооперирующей свои внедренческие работы с Усть - Илимским ЛПК и лесозаводом бывшего ТТС-лес (город Кодинск).

Успешная эксплуатация лесотранспортеров возможна только при их оснащении эффективными средствами функционирования на основе синхронизации находящихся во взаимодействии конвейеров и их конструктивных узлов, обеспечении создания межторцовых разрывов бревен, снижении динамических нагрузок в квазистационарных состояниях и, в свою очередь, передачи инерционных импульсов при переводе грузов в стационарные состояния.

Во втором разделе, посвященном моделированию, при изучении технических средств перемещения грузов конвейерами, рассмотрены и использованы текстовые, графические физические и математические модели.

Различие математических описаний укрупненных процессов производства в различных отраслях народного хозяйства, раскрывающих переход от одного этапа производства к другому, определяется способностью заданного технологического участка обеспечить функционирование смежных участков по производительности Пi и составу оборудования.

в машиностроении П1=П2=П3=...=ПН, (1)

в аграрном производстве П1=П2<П3<П4<...< ПН, (2)

в лесном производстве П1>П2>Е>ПЛ-1>ПЛ <ПЛ+1<...< ПН. (3)

егко убедится, что построение процесса работы производственных потоков на нижних складах леспромхозов, как и в аграрном производстве многофакторно и недетерминировано.

Построение математических моделей производственных потоков определяется экономическими, организационными и физическими законами. Эти модели многообразны как по форме, так и по содержанию. В качестве примера мы рассмотрим математическую, кинематическую и динамическую, дополняющие друг друга, модели формирования поперечной щети бревен и их передачи на поперечную сортировку, реализованную на поточной линии ЛО-26М Манзенского ЛПХ. Эти модели построены на основе уравнения энергетического баланса Даламбера (рисунок 2): сил инерции, демпфирования и упругости (жёсткости):

,

где - ускорения бревен и подвижных элементов, ПЭ,

- скорости движения бревен и ПЭ,

х - путь расчётный движения бревен и ПЭ,

m - массы бревен и ПЭ,

S - показатель (коэффициент) демпфирование,

С - показатель (коэффициент) упругости (жесткими).

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)