Обоснование технических решений, повышающих эффективность срезания древесно-кустарниковой растительности машиной роторного типа 05. 21. 01 Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

Вид материала

Содержание

Общая характеристика работы
Цель исследований
Объекты исследований
Научные положения, выносимые на защиту
Достоверность научных исследований
Практическая значимость.
Структура и объем диссертации
Содержание работы
В первом разделе
Во втором разделе
Таблица 1 Сравнение параметров базового ротора кустореза КР-2В (КР-2К) и ротора с обоснованными параметрами
Ротор с обоснованными параметрами
В третьем разделе
Таблица 2 Состав ДКР на участках по диаметру и высоте стволов
Максим. высота стволов на участке, м
В четвертом разделе
В пятом разделе
Основные выводы и рекомендации
Основное содержание диссертации опубликовано в работах

Подобный материал:

На правах рукописи

Ивашнев Михаил Валерьевич

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ, ПОВЫШАЮЩИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ СРЕЗАНИЯ ДРЕВЕСНО-КУСТАРНИКОВОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ МАШИНОЙ РОТОРНОГО ТИПА

05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок
и лесного хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук

П

етрозаводск – 2009

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Петрозаводский государственный университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Шегельман Илья Романович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шиловский Вениамин Николаевич

кандидат технических наук,

Пладов Андрей Викторович

Ведущая организация Санкт-Петербургская государственная

лесотехническая академия (СПбГЛТА)

Защита диссертации состоится «17» апреля 2009 г. в ____ часов на заседании диссертационного совета Д 212.190.03 в Петрозаводском государственном университете (185910, Республика Карелия, Петрозаводск, пр. Ленина, д. 33).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петрозаводского государственного университета.

Автореферат разослан «___» _____________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Поляков В. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Анализ существующих кусторезных машин показал, что наиболее перспективными из них являются кусторезные машины с активными рабочими органами. Среди них, следует выделить кусторезные машины роторного типа с шарнирно закрепленными ножами, у которых срезание осуществляется по принципу ударно-силового резания и достигается за счет энергии вращающегося ротора-маховика.

Существенное преимущество данных машин, в сравнении с другими – это способность одним рабочим органом не только срезать,
но и частично измельчать древесно-кустарниковую растительность.
До настоящего времени отсутствуют теоретическая база и методика расчета при проектировании указанных машин. Это сдерживает дальнейшее развитие и совершенствование конструкции этих машин. Поэтому необходимы специальные исследования технологического процесса ударно-силового резания с целью разработки методики расчета
и выбора основных параметров рабочего органа кусторезных машин роторного типа.

Учитывая, что проведение исследований с использованием экспериментальных установок требует больших материальных и финансовых затрат, целесообразно проведение теоретических исследований с использованием математического моделирования.

Цель исследований. Обоснование основных параметров срезающего устройства и технологических режимов работы, повышающих эффективность срезания древесно-кустарниковой растительности машиной роторного типа в условиях Северо-Западного Федерального округа.

Объекты исследований. Ротор кустореза, древесно-кустарниковая растительность и технологический процесс работы машины роторного типа.

Научная новизна. Разработана математическая модель процесса ударно-силового резания ротора кустореза, увязывающая угловую скорость ротора, свободные колебания ножа и учитывающая кинематические и динамические параметры ротора.

Обоснованы основные параметры ротора, отличающиеся рациональным использованием динамики ротора.

Проведены исследования таксационных показателей и выявлена динамика роста возобновленной древесно-кустарниковой растительности в зависимости от способа расчистки участков.

Обоснованы технологические режимы работы машины роторного типа, учитывающие сезонность работы и сложность рельефа местности.

Научные положения, выносимые на защиту. Математическая модель процесса ударно-силового резания ротора кустореза, позволяющая производить расчеты кинематических и динамических параметров ротора на стадии проектирования.

Кинематические и динамические параметры ротора, обеспечива-
ющие высокую эффективность срезания древесно-кустарниковой растительности.

Сравнительная оценка возобновленной древесно-кустарниковой растительности после расчистки ручным способом и машиной роторного типа.

Технологические режимы работы машины роторного типа, позволяющие эффективно работать в летний и зимний сезоны года.

Достоверность научных исследований подтверждается достаточным объемом статистического материала, полученного при работе кусторезных машин КР-2, КР-2В и КР-2К в реальных природно-производственных условиях республики Карелия и других регионах Российской Федерации. Результаты исследований внедрены в конструкцию машины.

Практическая значимость. Результаты исследований могут быть
использованы проектно-конструкторскими организациями и предприятиями, занимающимися разработкой, совершенствованием конструкций и эксплуатацией кусторезных машин. Результаты исследований позволяют рекомендовать кусторезную машину роторного типа с обоснованными параметрами к широкому внедрению в лесопромышленных районах Российской Федерации.

Апробация. Основные положения диссертации обсуждались на трех республиканских научно-практических конференциях (Петрозаводск, 2003, 2006 и 2008 гг.) и на Всероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука – региону» (Вологда, 2006 г.), а также на заседаниях кафедры «Технологии и оборудования лесного комплекса» ПетрГУ.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 12 работ,
в т. ч. две в изданиях, включенных в перечень ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка литературы
и приложений. Общий объем работы 171 с., включая рисунки, таблицы и приложения. Список литературы содержит 110 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, показана научная новизна выполненных исследований, а также сформулированы цель и основные научные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе проведен анализ существующих машин для удаления древесно-кустарниковой растительности (ДКР). Наибольший интерес для данных исследований представляют перспективные кусторезные машины роторного типа моделей КР-2В, КР-2К. Эти машины, имея большую производительность в сравнении с остальными, обладают еще одним преимуществом. Они не только срезают, но также измельчают ДКР одним и тем же рабочим органом.

Основы механики взаимодействия рабочего органа с предметом труда были заложены академиком В. П. Горячкиным. Вопросы по обоснованию технологических параметров срезающих аппаратов и измельчителей изучены в работах Н. А. Гуцелюка, В. Н. Коршуна, М. Н. Летош-
нева, М. З. Цымермана и многих других. В методику расчетов рабочих органов внесли свой вклад Е. В. Даденко, И. А. Долгов, М. В. Драпалюк, В. Н. Куракин, А. И. Русанов, А. М. Цыпук, И. Р. Шегельман и многие другие.

Рассмотрены материалы научных исследований в области резания древесины. Научные основы резания и разрушения древесных матери-
алов заложены в трудах А. Л. Бершадского, С. А. Воскресенского,
В. И. Любченко, Н. Е. Резника и многих других. Процессы реза-
ния древесины с толстой стружкой исследовали Н. М. Вальщиков, К. Ф. Горохов, Э. П. Лицман, Н. П. Рушнов и другие. Исследования
и практическое использование бесстружечного резания развивается
в нескольких направлениях.

Первое направление – исследование процесса срезания сучьев рассмотрено в работах В. П. Возного, Ф. Е. Захаренкова, Е. В.Кириллова, Ф. М. Манжоса, Р. М. Некрасова, В. Г. Нестеренко, И. Б. Нестерова,
Ю. В. Плотникова, Б. А. Преловского, Н. А. Шипилина и других.

Второе направление – исследование процесса резания стволовой древесины перпендикулярно и вдоль направления волокон отражено
в работах В. А. Азаренка, В. Л. Божака, В. В. Захарова, Е. Г. Ивановско-
го, А. Н. Коршунова, В. Д. Крыльцова, В. Г. Кочегарова, Н. Ф. Курап-
цева, Б. А. Леонова, П. М. Мазуркина, В. Н. Меньшикова, В. В. Овчин-
никова, Ю. М. Петрова и других.

Третье направление бесстружечного резания – разделка нетради-
ционных ресурсов древесины (пней, корней, отходов лесозаготовок) исследовались К. А. Беляевым, И. П. Квасовым, Ю. Д. Нагибиным,
И. Р. Шегельманом и другими.

Технология применения кусторезной машины роторного типа, именуемой в дальнейшем как роторный кусторез, предусматривает работу во все сезоны года и срезание различных пород ДКР. Отметим также, что механические свойства ДКР отличаются от свойств уже сформировавшейся древесины той же породы.

В соответствии с целью работы и исходя из проведенного анализа состояния вопроса поставлены следующие основные задачи:

провести теоретические исследования технологического процесса взаимодействия ротора кустореза со срезаемой древесно-кустарниковой растительностью;
обосновать основные параметры ротора, обеспечивающие высокую эффективность работы при срезании древесно-кустарниковой растительности;
исследовать в полевых условиях таксационные показатели и изучить динамику роста возобновленной древесно-кустарниковой растительности в зависимости от способа расчистки участков;
исследовать в лабораторных условиях механические свойства древесно-кустарниковой растительности для определения эффективности применения обоснованных параметров ротора;
исследовать технологию работы роторного кустореза в летний
и зимний сезоны года, разработать рекомендации по совершенствованию конструкции кустореза и выполнить технико-экономическую оценку применения кустореза с обоснованными параметрами.

Во втором разделе рассмотрены режимы срезания древесно-кустарниковой растительности. Рассмотрена кинематика ротора. Разработана математическая модель процесса ударно-силового резания. Обоснованы основные параметры ротора.

В зависимости от диаметра срезаемой древесно-кустарниковой растительности процесс работы роторного кустореза включает следующие режимы срезания. Легкий режим – срезание мелкого кустарника (диаметром стволов до 3,0 см), средний режим – срезание крупного кустарника (диаметром стволов от 3,1 до 6,0 см) и тяжелый режим – срезание деревцев (диаметром стволов от 6,1 до 10,0 см).

Работа с мелким кустарником не вызывает значительных нагрузок на срезающий орган машины. Для полного срезания стволов мелкого кустарника определена угловая скорость вращения ротора, которая должна составлять не менее 120 с^-1.

В зависимости от нагрузок ножи работают или в режиме «свободного вращения» на своих осях, или в режиме «упора», когда тыльная сторона ножа опирается на упорный вкладыш. При снижении нагрузки ножи сходят с упора и работают в режиме свободного вращения на осях.

Для создания благоприятных условий при срезании стволы предварительно натягиваются пригибающей балкой. Предложена методика расчета установки пригибающей балки в зависимости от сопротивления ствола корчеванию опрокидыванием.

Логично считать рациональным такой режим работы ротора, при котором срезание ДКР обеспечивается при минимальной затрате энергии. Для этого рассмотрим ротор в виде системы маховик-нож в произвольный момент времени с учетом угловых перемещений ножа. В этом случае система имеет две степени свободы. В качестве обобщенных координат приняты углы поворота ротора θ и ножа  (рисунок 1). Скорость центра масс ножа С в неподвижной системе координат xoy равна:

, (1)

где r – расстояние от оси вращения ротора О до оси вращения ножа О₁, м; l_c – расстояние от оси вращения ножа О₁ до центра тяжести С, м;

– угловая скорость вращения ротора, с^-1;

– скорость движения ножа в неподвижной системе координат xoy, с^-1; (θ-ψ) – угол отклонения ножа в системе подвижных координат x₁o₁y₁, рад.

1 – маховик; 2 – нож; 3 – упорный вкладыш

Рисунок 1 – Схема основных элементов ротора с шарнирно

закрепленным ножом

Отклонившись до упора при резании, после выхода из древесины, нож без начальной скорости под действием центробежной силы начинает совершать свободные колебания относительно радиального положения. Рациональный по энергозатратам режим работы соответствует режиму, когда в начале следующего реза (этим же ножом) нож занимает радиальное положение и относительное движение ножа совпадает по направлению с вращением ротора (рисунок 2).

начало реза конец реза

θ_i – текущий угол поворота ротора;

_i – текущий угол отклонения ножа от радиального положения;

θ_р – угол поворота ротора к началу следующего реза;

_max – угол отклонения ножа до упорного вкладыша;

Рисунок 2 – Схема срезания ствола древесно-кустарниковой

растительности большого диаметра

В этом случае, по теореме Кёнига для плоского движения кинетическая энергия системы маховик-нож равна:

(2)

где

– угловая скорость вращения ротора, с^-1;

– относительная скорость движения ножа, с^-1; J_м – момент инерции маховика, кг·м²; J_н – момент инерции ножа относительно оси его вращения, кг·м²;  – угол отклонения ножа от радиального положения, рад; m – масса ножа, кг.

Для облегчения последующего анализа введены обобщенные динамические параметры системы D_c и ножа D_н, которые соответственно обозначены:

(3)

С учетом принятых обозначений (3), после преобразования, дифференциальные уравнения движения системы маховик-нож получат вид:

(4)

Для решения полученной системы воспользуемся подстановкой

, после чего система (4) приведена к виду:

(5)

Система уравнений (5) представляет собой математическую модель процесса ударно-силового резания ротора кустореза, увязывающую угловую скорость вращения ротора и свободные колебания ножа. При начальных условиях:

;

система (5) может быть интегрирована на интервале

. Для решения системы необходимо задавать динамические параметры D_c и D_н.

В математической системе Scilab было осуществлено численное решение математической модели (5). Рассмотрено влияние динамических параметров D_c и D_н на поведение системы при свободных колебаниях ножа и предложена методика расчета основных параметров ротора.

Полагая, что при принятом динамическом параметре D_c падение угловой скорости ротора при свободных колебаниях ножа незначительно, считаем

. Решение уравнения (4) существенно упрощается, если принять, что для малых углов колебаний ножа

. В этом случае период свободных колебаний ножа с учётом собственной круговой частоты свободных колебаний ножа

определяется по известной формуле:

. Количество свободных колебаний ножа за один оборот ротора называется коэффициентом кратности системы
и определяется как отношение периода колебания ротора Т_р к периоду колебания ножа Т_н. Так как до начала следующего реза нож совершает поворот вместе с ротором на угол θ_р (рисунок 2), который меньше, чем угол 2π, то время поворота ротора до начала следующего реза этим же ножом будет меньше периода колебания ротора

.

В этом случае коэффициент кратности определяется по формуле:

. (6)

При выборе динамического параметра ножа D_н лежит условие, чтобы коэффициент кратности К был равен 0,25; 1,25; 2,25 и т.д.

Применительно к ротору кустореза принимаем коэффициент кратности равным

. На рисунке 3 представлены графики изменения угла отклонения ножа

и относительной скорости ножа

при свободных колебаниях ножа за время t_max, при следующих начальных условиях:

;

Рисунок 3 – Изменение угла отклонения ножа

и относительной скорости ножа

при свободных колебаниях ножа для ротора кустореза при

В процессе свободных колебаний на нож также действует момент сопротивления от трения в шарнире, который постоянен по величине
и направлен против движения ножа.

Тогда, система уравнений (4) с учетом принятых допущений и момента сопротивления от трения в шарнире принимает вид:

, (7)

где

– угловое ускорение ножа, с^-2; p – собственная круговая частота свободных колебаний ножа, с^-1;  – угол отклонения ножа от радиального положения, рад; φ – коэффициент затухания.

С учетом коэффициента кратности К относительная скорость движения ножа при совпадении движения ножа с направлением вращения ротора определяется по формуле:

(8)

где р – собственная круговая частота свободных колебаний ножа, с^-1; _max – угол отклонения ножа до упорного вкладыша, рад; K – коэффициент кратности; φ – коэффициент затухания; t_i – время движения ножа из крайнего положения до начала резания, с.

Высокая эффективность работы ротора при срезании ствола большого диаметра достигается за счёт совпадения относительного движения ножа с вращением ротора, при этом энергозатраты на привод ротора не увеличиваются. Коэффициент изменения приведенного момента инерции ротора в этом случае определен как соотношение:

, (9)

где J_пр – приведенный момент инерции ротора при совпадении относительного движения ножа с направлением вращения ротора, кг·м²; J_р – момент инерции ротора при радиальном расположении ножей, кг·м².

Выполненные обоснования позволяют рекомендовать новые параметры ротора (таблица 1).

Таблица 1

Сравнение параметров базового ротора кустореза КР-2В (КР-2К)
и ротора с обоснованными параметрами

Параметр	Ротор кустореза КР-2В (КР-2К)	Ротор с обоснованными параметрами	Отклонение (%)
Диаметр по режущим кромкам, мм	1084	1090	+ 6 (< 1%)
Диаметр маховика, мм	500	700	+ 200 (40%)
Расстояние от оси вращения ротора до оси вращения ножа, мм	210	310	+ 100 (48%)
Вылет ножа, мм	332	235	– 97 (29%)
Расстояние от оси вращения ножа до его центра тяжести, мм	151	102	– 49 (33%)
Толщина ножа, мм	14	16	+ 2 (14%)
Масса ножа, кг	3,93	3,27	– 0,66 (17%)
Масса маховика, кг	90,6	90,6	0
Момент инерции ножа относительно оси его вращения, кг·м²	0,138	0,057	– 0,081 (59%)
Момент инерции маховика, кг·м²	2,83	5,55	+ 2,72 (96%)

Для обоснованных параметров ротора коэффициент изменения приведенного момента инерции ротора составил 1,03. Для обеспечения рационального режима работы ротора кустореза рекомендуется существенно изменить следующие основные параметры ротора: диаметр маховика увеличить на 40 %, вылет ножа уменьшить на 29 %. При этом массу маховика рекомендуется оставить неизменной, а массу ножа уменьшить на 17 %.

В третьем разделе изложена программа и приведены результаты экспериментальных исследований в полевых условиях.

Исследования в полевых условиях проводились с целью сравнения таксационных показателей возобновленной древесно-кустарниковой растительности через три года после расчистки ручным способом и роторным кусторезом КР-2В, а также определения таксационных показателей возобновленной древесно-кустарниковой растительности через 10 лет после расчистки роторным кусторезом КР-2В.

Для проведения полевых исследований были выбраны четыре участка. Первый участок – возраст ДКР около трех лет, расчистка проводилась зимой роторным кусторезом КР-2В. Второй участок – возраст ДКР три года, расчистка проводилась летом роторным кусторезом КР-2В. Третий участок – возраст ДКР три года, ручная расчистка участка проводилась весной. Четвертый участок – возраст ДКР 10 лет. Обследование данного участка проводилось для сравнения с участками № 1 и № 2.

Состав ДКР на исследованных участках по диаметру и высоте стволов представлен в таблице 2.

Таблица 2

Состав ДКР на участках по диаметру и высоте стволов

№ участка	Состав по диаметру, %			Максим. высота стволов на участке, м
№ участка	до 3,0 см	от 3,1 до 6,0 см	от 6,1 до 10,0 см	Максим. высота стволов на участке, м
1	96,3	3,7	-	5,0
2	99,9	0,1	-	3,5
3	87,1	12,6	0,3	5,5
4	76,2	19,3	4,5	10,0

Проведенные исследования позволили установить, что средняя густота древесно-кустарниковой растительности на участках составила:
на участке № 1 – 54,3 тыс.шт./га, на участке № 2 – 53,2 тыс.шт./га, на участке № 3 – 31,4 тыс.шт./га, на участке № 4 – 51,5 тыс.шт./га.

Результаты исследований позволили сделать вывод, что в формировании ДКР в условиях эксперимента на исследованных участках основную роль играют лиственные породы, такие как ива, береза, осина, ольха и рябина. Характерно, что на участке № 4 с десятилетним возрастом древостоя береза, как наиболее прочная порода для срезания, составляет 43,2 %.

В четвертом разделе изложена программа и методика проведения экспериментальных исследований в лабораторных условиях. Приведены результаты исследований в лабораторных условиях.

Исследования в лабораторных условиях проводились с целью определения механических свойств при резании древесно-кустарниковой растительности различных пород в зависимости от состояния древесины (мерзлая или талая).

Для создания статической перерезающей нагрузки использовался гидравлический пресс ПГ-100А, представленный на рисунке 4.

Рисунок 4 – Испытания образца на прессе ПГ-100А

Проведенные исследования в лабораторных условиях позволили определить:

пределы прочности при перерезании поперек волокон древесно-кустарниковой растительности различных пород, которые составили: для березы – 9,3 МПа, для ольхи – 5,0 МПа, для ивы – 6,5 МПа и для сосны – 4,1 МПа;
коэффициент, учитывающий резание при отрицательной температуре, который составил: для березы – 1,02, для ольхи – 1,16, для ивы – 1,23, для сосны – 1,46.

По результатам исследований установлено, что максимальная сила резания при положительной температуре возникала при внедрении ножа на величину равную 0,88-0,94 диаметра образца, максимальная сила резания при отрицательной температуре возникала при внедрении ножа на величину равную 0,78-0,89 диаметра образца.

В пятом разделе исследована технология работы роторного кустореза в летних и зимних условиях с различными углами подъема и проведена технико-экономическая оценка работы роторного кустореза.

Рекомендуется проводить расчистку участков роторным кусторезом по технологической схеме (рисунок 5 а) на предельных углах подъема:
в летних условиях до 25°, в зимних условиях до 15°. При работе по данной схеме роторный кусторез движется по периметру прямоугольного участка по часовой стрелке и производит срезание по ходу движения.

Расчистку участков с продольным уклоном, превышающим предельный угол подъема роторного кустореза, рекомендуется проводить по технологической схеме (рисунок 5 б). Рабочий ход совершается при спуске роторного кустореза, при подъеме совершается холостой ход.

Для технологической оценки применения ротора с новыми параметрами рассмотрен случай, когда на i-ом резе, нож кустореза срезает ствол полностью и ротор теряет часть кинетической энергии. Считаем работу ротора более или менее равномерной при восстановлении оборотов
к началу срезания следующего ствола. В этом случае, рабочую скорость кустореза определим по формуле:

, (10)

где М_кр – крутящий момент гидромотора, Нм; J_p – момент инерции ротора при радиальном расположении ножей, кг·м²; Ω – угловая скорость ротора, с^-1; А_рез – работа, затраченная на срезание ствола, Дж; η – коэффициент изменения приведенного момента инерции ротора; n_ст – количество стволов на 1 м², шт/м²; d_ср – средний диаметр двух стволов, м; k_η – коэффициент использования приведенного момента инерции.

а)

б)

1 – участок; 2 – роторный кусторез; 3 – полоса расчистки;

4 – срезанная древесно-кустарниковая растительность;

5 – высоковольтная опора; 6 – лесной массив

Рисунок 5 – Технологические схемы расчистки участков

от древесно-кустарниковой растительности

Учитывая условия работы роторного кустореза, коэффициент использования приведенного момента инерции предложено принимать равным k_η ≈ 0,8

Для определения технологической оценки были использованы данные полевых исследований количества стволов на участке № 4 при срезании ствола берёзы диаметром 10 см. По результатам технологической оценки применения ротора с обоснованными параметрами на рисунке 6 представлены графики изменения рабочей скорости движения кустореза в зависимости от угловой скорости вращения ротора.

Рисунок 6 – Графики изменения рабочей скорости движения кустореза
в зависимости от угловой скорости вращения ротора

Технологическая оценка применения кустореза с обоснованными параметрами показала увеличение производительности работы в сравнении с базовым вариантом (кусторезом КР-2В) на 14 %, при этом, энергозатраты на привод роторов не увеличиваются.

Использование роторного кустореза с обоснованными параметрами ротора позволит снизить приведенные затраты на расчистку 1 га с 4.219 до 3.700 руб./га. При этом годовой экономический эффект от использования кустореза с обоснованными параметрами ротора в сравнении
с роторным кусторезом КР-2В составит 151,2 тыс. руб.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Роторные кусторезы являются эффективными технологическими машинами для удаления древесно-кустарниковой растительности на закустаренных площадях и участках и в перспективе их применение будет расширяться, что обуславливает необходимость создания методики расчета и выбора основных параметров рабочих органов.
Разработана математическая модель процесса ударно-силового резания ротора кустореза, увязывающая угловую скорость ротора, свободные колебания ножа и предложена методика расчета основных параметров ротора.
Рекомендованы основные параметры ротора кустореза: диаметр ротора по режущим кромкам 1,090 м, диаметр маховика 0,700 м, вылет ножа 0,235 м, масса маховика 90,6 кг, масса ножа 3,27 кг.
Предложена методика расчета установки пригибающей балки
в зависимости от сопротивления ствола корчеванию опрокидыванием. Рекомендована установка пригибающей балки на высоте 1,5 м от поверхности грунта и выносом перед режущей кромкой ножей ротора
на 0,63 м, что создаст предварительное натяжение ствола и облегчит последующее его срезание.
По технологическим режимам работы роторного кустореза рекомендовано проводить расчистку участков в летних условиях при угле подъема не более 25°, расчистку участков в зимних условиях при угле подъема не более 15°.
По результатам исследований таксационных показателей возобновленной древесно-кустарниковой растительности установлено, что через три года после механизированной расчистки с использованием роторного кустореза КР-2В, доля стволов с диаметром от 3,1 до 10,0 см составляет 3,7 %, а при ручной расчистки – 12,6 %. Количество стволов на 1 га для участка с десятилетней давностью расчистки не увеличивается по сравнению с участками трехлетней давностью расчистки, это свидетельствует о том, что загущенность участков древесно-кустар-
никовой растительностью после механизированной расчистки роторным кусторезом не увеличивается.
Механические свойства древесно-кустарниковой растительности отличаются от свойств уже сформировавшейся древесины и проведенные исследования в лабораторных условиях позволили определить пределы прочности при перерезании поперек волокон, которые составили для березы – 9,3 МПа, ольхи – 5,0 МПа, ивы – 6,5 МПа и сосны – 4,1 МПа.
Технологическая оценка показала, что применение кустореза
с обоснованными параметрами ротора увеличит производительность работы на 14 % по сравнению с роторным кусторезом КР-2В, не увеличивая энергозатраты на привод ротора.
Использование кустореза с обоснованными параметрами ротора позволит снизить приведенные затраты на расчистку 1 га с 4.219 до 3.700 руб./га. При этом годовой экономический эффект от использования кустореза с новыми параметрами ротора в сравнении с роторным кусторезом КР-2В составит 151,2 тыс.руб
Полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований могут быть рекомендованы для проектирования и совершенствования конструкций кусторезных машин роторного типа.
Дальнейшие исследования планируется направить на отработку предложенных решений с учетом использования других моделей тракторов в качестве транспортно-энергетических баз для кусторезных машин роторного типа в широком диапазоне природно-производственных условий Северо-Запада Российской Федерации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ

Статьи

Ивашнев, М. В. Исследования предельных углов подъема при работе роторного кустореза [Текст]: технические науки /
М. В. Ивашнев // Вестник Поморского университета. – 2006. –
№ 3. – С. 183–186. – (Серия «Естественные и точные науки»).
Ивашнев, М. В. Математическое описание процесса работы роторного кустореза [Текст] / М. В. Ивашнев // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. – 2007. – Вып. 181. –
С. 94–99. –
Ивашнев, М. В. Исследование влияния способа расчистки трасс воздушных линий электропередач на характер возобновления древесно-кустарниковой растительности [Текст] / М. В. Ивашнев // Петрозаводский государственный университет. – Петрозаводск, 2007. – 11 с. – Деп. в ВИНИТИ 26.02.2007, № 171-В2007.
Шегельман, И. Р. Теоретическое исследование процесса рабо-
ты кусторезной машины роторного типа [Текст] / И. Р. Шегельман, М. В. Ивашнев // Экономические, экологические и технологические проблемы развития региона: науч. труды. – Петрозаводск: КРИА, 2004. – № 12. – С. 26-39. – (Серия «Лесопромышленный комплекс»), (степень авторского участия 50 %).

Материалы конференций

Ивашнев, М. В. Анализ технологий расчистки трассы роторным кусторезом [Текст] / М. В. Ивашнев // Развитие производительных сил Республики Карелия: материалы респ. науч.-практ. конф. – Петрозаводск: ПетрГУ, 2006. – С. 28.
Ивашнев, М. В. Исследования характера воздействия роторного кустореза на лесную среду [Текст] / М. В. Ивашнев // Структурная перестройка лесного комплекса Республики Карелия: материалы респ. науч.-практ. конф. – Петрозаводск, 2008. – С. 21–22.
Ивашнев, М. В. Математический анализ колебательного про-
цесса шарнирно-закрепленного ножа роторного кустореза [Текст] /
М. В. Ивашнев // Вузовская наука – региону: материалы четвертой всеросс. науч.-техн. конф. – Вологда: ВоГТУ, 2006. – Т. 1. – С. 41-43.
Ивашнев, М. В. Моделирование процесса расчистки трасс электрических воздушных линий [Текст] / М. В. Ивашнев // Новые информационные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности
и энергетике. – Петрозаводск, 2004. – С. 90.
Ивашнев, М. В. Особенности зарастания лесных площадей после расчистки роторным кусторезом [Текст] / М. В. Ивашнев // Вузовская наука – региону: материалы четвертой всеросс. науч.-техн. конф. – Вологда: ВоГТУ, 2006. – Т. 1. – С. 419-421.
Ивашнев, М. В. Процессы расчистки электрических воздушных линий от древесно-кустарниковой растительности [Текст] / М. В. Ивашнев // Новые информационные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности и энергетике. – Петрозаводск, 2006. – С. 55.

Тезисы докладов

Ивашнев, М. В. Теоретические исследования режимов работы роторного кустореза [Текст] / М. В. Ивашнев // Новые технологии
и устойчивое развитие в лесах Карелии: тез. докл. респ. науч.-практ. конф. молодых ученых, аспирантов и соискателей. – Петрозаводск: ПетрГУ, 2003. – С. 28.
Ивашнев, М. В. Удаление древесно-кустарниковой растительности машинами роторного типа [Текст] / М. В. Ивашнев // Новые технологии и устойчивое развитие в лесах Карелии: тез. докл. респ. науч.-практ. конф. молодых ученых, аспирантов и соискателей. – Петрозаводск: ПетрГУ, 2003. – С. 10.

Подписано в печать 10.03.09. Формат 60x84 ¹/₁₆.
Бумага офсетная. Уч.-изд. л. 1. Тираж 100 экз. Изд. № 80.

Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Типография Издательства ПетрГУ
185910, г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33

Blog

Содержание