Книги по разным темам
Pages: | 1 | 2 | 3 | На правах рукописи
Мукосей Марина Владимировна ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРИВОДОВ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ МАШИН 05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Архангельск - 2007 2
Работа выполнена в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им.С.М.Кирова.
Научные руководители: доктор технических наук, доцент Гусейнов Э. М., кандидат технических наук, ст.н.с.
Емельянов В. П.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, Митрофанов А. А., кандидат технических наук, ст.н.с.
Клименко Н. Ф.
Ведущая организация: Петрозаводский государственный университет
Защита диссертации состоится 22 марта 2007 года в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д. 212.008.01 при Архангельском государственном техническом университете по адресу: 163002, г.Архангельск, наб. Северной Двины, 17, ауд. 1228.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Архангельского государственного технического университета.
Автореферат разослан февраля 2007 года.
Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент А.Е. Земцовский 3
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Современная тенденция лесозаготовок в Российской Федерации - сохранение лесных ресурсов в малолесных районах путем проведения несплошных рубок и рубок ухода за лесом машинами с полным выполнением лесоводственных требований. Более того, эти машины и агрегаты должны соответствовать динамическим требованиям, поскольку динамическая нагруженность определяет производительность, долговечность и экономичность машин. Реализуется современная технология заготовки леса (первичной обработки деревьев) на несплошных рубках в сортименты.
Группу машин без совмещения технологических операций представляют сучкорезные машины (СРМ). Однако интенсивнее создаются многооперационные машины: валочно-сучкорезные, сучкорезнораскряжевочные и валочно-сучкорезно-раскряжевочные. Примером развития современных технологий служат страны Скандинавии (Финляндия, Швеция и др.), реализуемых харвестерами и форвардерами. Основным рабочим органом первых машин является сучкорезно-раскряжевочный агрегат.
Системное моделирование технологических процессов срезания сучьев, раскроя и раскряжевки хлыстов представляет актуальную задачу совершенствования новой техники и повышения эффективности ее функционирования. Оно позволяет определять закономерности функционирования агрегатов и всего привода (силовой подачи) первичной обработки дерева, устанавливать динамическую нагруженность, решать задачи функционального анализа и параметрической оптимизации. Суть в том, что вибронагруженность динамической системы, ее устойчивость и функционирование определяют внешнее воздействие, структура, оптимальные или рациональные параметры и характеристики упруго-диссипативных связей.
Цель работы заключается в обосновании рациональных структур первичной обработки дерева и определении оптимальных или рациональных параметров, минимизирующих вибронагруженность приводов. Для достижения этой цели в диссертации решались следующие основные задачи:
1. Проанализировать качество древесных стволов (хлыстов), средства и способы раскроя хлыстов и срезания сучьев.
2. Разработать модели гидро- и электроприводов протяжки и раскряжевки дерева.
3. Исследовать вибронагруженность приводов в пусковых и установившихся режимах функционирования.
4. Установить расчетные параметры приводов, минимизирующие их вибронагруженность.
5. Апробировать теоретические положения экспериментально на специальном стенде протяжки деревьев.
Решение поставленных задач осуществлялось аналитическими методами моделирования, операционного исчисления Лапласа пусковых процессов и спектральной теории стационарных случайных процессов установившейся протяжки дерева.
Научная новизна исследования:
1. Развита обобщенная модель СРМ с гидроприводом ее декомпозицией на подсистемы и аппроксимациями внешнего воздействия единичного, полигармонического и случайного характера.
2. Установлены функциональные закономерности нагруженности гидропривода в пуско-тормозных и установившихся режимах протяжки.
3. Разработана динамическая модель гидроприводной раскряжевки дерева с аппроксимацией внешнего воздействия и режимов пиления.
4. Установлены закономерности нагруженности гидропривода в трех режимах поперечного пиления.
5. Разработана трехмассовая модель раскряжевочной установки с дисковой пилой, электроприводом и упруго-диссипативной муфтой.
6. Определены функциональные закономерности нагруженности электропривода в различных режимах поперечного пиления дерева.
7. Разработаны динамическая модель СРМ с электромеханическим приводом и ее упрощенные варианты.
8. Установлены закономерности функционирования и нагруженности электропривода протяжки дерева и рациональные значения параметров.
9. Установлены динамические характеристики гидро- и электропривода протяжки дерева, а также закономерности их стационарного функционирования.
10. Определены закономерности изменения инерционно-жесткостных параметров консольно-протаскиваемого дерева с упругим и амортизированным стволом. Обоснована возможность исследования стационарного случайного процесса протяжки со средней инертностью обрабатываемой части дерева.
Практическая значимость работы:
1. Исследованы способы раскроя хлыстов на предприятиях, а также автоматизированные способы и предложена кусочно-линейная оптимизация их раскроя.
2. Выявленные рациональные структуры и квазиоптимальные параметры систем протяжки и раскряжевки минимизируют их динамическую нагруженность.
3. Предложеная эффективная горизонтальная модель обработки спиленного дерева без его подъема и съема агрегата отражает простейшую и экономичную технологию первичной обработки дерева.
4. Установленные параметры гидро- и электроприводов и рациональные режимы их функционирования обеспечивают минимум их вибронагруженности.
5. Экспериментальные исследования протяжки деревьев различных параметров при различной податливости гидросистемы подтвердили теоретические положения нагруженности привода и расчетные параметры упруго-диссипативных связей.
Достоверность результатов. Максимальное расхождение теоретических и экспериментальных исследований нагруженности гидропривода не превышает 18 %. На увеличенное расхождение оказало влияние обнаруженное повышенное трение в редукторах рябух. Изменение средней инертности дерева при протяжке одного сортимента не превышает 5 %, а всего 20-метрового дерева от исходного значения - 30 %.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М. Кирова в 2003-2007 гг.
Научная работа по теме является победителем конкурса грантов 2006 г. для аспирантов (диплом Правительства Санкт-Петербурга АСП № 306151).
Основные результаты исследований рекомендованы к внедрению в ЦНИИМЭ.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и приложения. Изложена на 157 страницах машинописного текста, включая 10 таблиц и 36 рисунков. Список используемых источников состоит из 90 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цель работы, научная новизна и практическая значимость.
В первой главе излагается состояние первичной обработки дерева.
Анализируются средства и способы срезания сучьев, приводится классификация и характеристика машин, дается анализ работ по обрезке сучьев. Вопросам механизированной обрезки сучьев посвящены работы Б.Г.
Залегаллера, К.О. Вороницина, Л.Г. Дорофеева, Е.В. Кириллова, Н.А.
Шипилина, И.И. Клокова, В.С. Сюнёва, А.А. Селиверстова и др. Динамику СРМ исследовали М.Я. Обросов, В.В. Сенников, В.И. Варава, Н.А. Гуцелюк, С.В. Спиридонов, В.А. Александров, Н.Р. Шоль, Е.А. Будевич.
Изучение дерева как объекта труда выполнено в ЦНИИМЭ В.С. Брейтером, Р.М. Некрасовым, Э.А. Павловым и др., а качества древесных хлыстов - А.Н.
Кармадоновым, В.К. Захаровым, Л.А. Нестеровым, И.И. Гусевым и др.
Измерению размеров хлыстов посвящены работы В.С. Петровского, Г.А.
Степакова, Ю.А. Бита, В.В. Харитонова, и др, а способам их раскроя - В.А.
Червинского, И.П. Смирнова, И.Е. Емельянова и др.
Из анализа выполненных работ по первичной обработке дерева определена наименее изученная и актуальная тема: исследование вибронагруженности и эффективности функционирования приводов сучкорезно-раскряжевочных машин.
Во второй главе излагается исследование гидроприводного срезания сучьев. Структурная модель силовой передачи обосновывается расчетными параметрами, внешним воздействием и переводится в эквивалентную (рис. 1).
соответствующие уравнения динамического состояния в координатах Н, р, а = 5М, VМ = 5VН :
...
p p pm,, JH + H = M - (VH / 2 )p H H H...
, (1) J + M = (25VO / 2 )p - 5M - 5M М a a C T & & & (VO / 2 ) - + eр + O p = - H a, V = V0, JН, JМ, Н, М - приведенные к валам насоса и мотора параметры инертности и диссипации двух блоков-роторов системы, е, 0 - податливость напорной магистрали и параметр объемных суммарных потерь, МН, МТ, МС - приведенные значения движущего момента и сопротивления трению и срезанию мутовок.
MH H M ММ H p M JM JH H М Рис. 1. Эквивалентная модель гидропривода СРМ.
O М 5M Н C + = =,1 = 11[( )-( - )] оеаины силне алс ом укирпиоа Р слдвнр 0 M M прцонмичсеимЛпаавфре ПсгдорвдСМисеоапи=, О J J J H M M Карсона по операторно-матричной системе (2), где s - оператор Лапласа:
2 S s VO / 2J + 11(1- e )+ O s O. (2) sVO / 2 es Mк ець тт л и двржиртитимбижоч: = O s = 0,= p = J J J J J Ктиоегрроппеоролпиниро,нию0вшмосюооеееееориаунегио, ми3/сеемеясгоюинсзиижкирдмр.
рщмндпваисроионниотннузй, еа п я рн пмиирондитчеаапаеиопдроо у и и0 р н рП. телемсирмдсеготм яймтоидруппцннрлйесмже еевет мндвнмжрхойае =слтжиоак н оан те о.Т Уно т и с я M H M H В установившемся режиме протяжки сложное вращение условных роторов & & i разлагается на переносное и относительное: i = Ct + i = C + i, i, && i = i. При этом выделяются уравнения крутильного равновесия C O MC (t) M = (V0 / 2 ) pC = 0,2(MT + MC ) M (t) H и возмущенных моментами, H крутильных колебаний с заданной спектральной плотностью. Дисперсия давления обратнопропорциональна податливости е магистрали и малой диссипации в ней, а также низшим гармоникам возмущения 0, 1, 0 M,MC низших гармоник. На рис. пропорциональна квадратам амплитуд H =гаиосеутеь ангуенсьа. с псреырфкфнцйР)Р2рмкиаьоизаеи.И 13р=маажрцоаьыпрмтыирпиоа,3мhсдаорh2-елзюсмщы отонгаииукие()иасмлнмхнчнизрфквлдемншяаржнотврипиП3/,ткеаинлнеааергдорвде0с5,23- =саи (,h /. р утяоне п Н1 ОнкпиР P J = резонансные пики давлений. Поэтому желаемая диссипация определена равной,.
Р, МПа 3 2 0,1 0,2 0,е, см5/Н 1 2 3 4 h2, с-Рис. 2. Графики функций Р (е), Р (h2) при скорости протяжки дерева П=2 и 3 м/с.
Экспериментальные исследования срезания сучьев проводились на разработанном в ЛТА стенде протяжки с варьированием d, D, m и ПГА, Vа=2,3л. Аппроксимация кривых полиномом второй степени уточнялась методом наименьших квадратов. На рис. 3 в частности приведены кривые р(d).
С увеличением податливости <е> давления p(t) снижаются, а с увеличением диаметра сучков увеличиваются. Расхождение с расчетом менее 18 %.
Осциллограммы рабочего процесса подтвердили особенности пускового и установившегося процесса протяжки, включающего переносное движение и относительные колебания, в первую очередь давления p(t) в магистрали.
, p m p m 0 p p m m 15 20 25 30 d, Рис. 3. Графики функций р(d) без ПГА (0) и с ПГА (1).
В третьей главе приводятся исследования измерения и раскроя древесных хлыстов. Предложена кусочно-линейная аппроксимация образующей хлыста с li,i = 1,2 i lK учетом стандартных длин, и сбегов, концевых и средних K сортиментов при длине L и сбеге h распиловочной части:
L = z = z K K K. (3) zi = 2z i = L = L - LP от расчетной при Минимизация отклонения, L z = дает простую оценку максимального выхода деловой древесины:. Длязаданных средних величин K выражения (3) можно объединить K (K z= L =.
z (4) (K По формуле (4) и соответствующей таблице для замеренной раскроечной длины хлыста L в клетке выбирается желаемый раскрой средней части и две длины различного числа.
3l2 L13 L23 L33 l1= l2= 2l2 L12 L22 l32 О = = К 1l2 L11 L21 L31 = = 1l1 2l1 3l Измерения и анализ качества раскроя хлыстов на предприятиях показали, что содержание пиловочной древесины в балансах - случайная величина, зависящая от средств раскроя, сортиментного плана и качества древесины.
Анализом автоматизированного способа измерения размера и раскроя хлыстов выявлено, что использование одного-двух датчиков дает отклонения реального результата от расчетного. Использование трех и более датчиков ощутимо снижает эти отклонения, но усложняет измерения при немалой стоимости измерителей.
В четвертой главе диссертации излагаются исследования раскряжевки и протяжки дерева дизель-гидравлическим и электромеханическим приводами.
Геометрическое и технологическое моделирование поперечного пиления цепной пилой частично отражено на рис. 4, H w C w R C x x Рис. 4. Схемы поперечного пиления ствола цепной пилой: а - схема компоновки пила-ствол, б - геометрия пиления.
где РН, Р0 - усилия подачи и отжима, РП, МП - усилие и момент протяжки,,Н - центральные углы пиления ствола и подачи оси пильной шины, Н, r, R0 - высота хорды, радиусы ствола и оси шины.
а) б) P =cnt q =cnt q =cnt q q P P P N P N N N 0.5D D H 0.5D D H Рис. 5. Основные режимы поперечного пиления ствола:
а - Н = cnt, б - РП, РН = cnt.
Pages: | 1 | 2 | 3 | Книги по разным темам