РАБОЧАЯ СКОРОСТЬ ПОДАЧИ АКТИВНОГО НАВЕСНОГО КУСТОРЕЗА – Современные проблемы науки и образования (научный журнал)

РАБОЧАЯ СКОРОСТЬ ПОДАЧИ АКТИВНОГО НАВЕСНОГО КУСТОРЕЗА

3.1 Тяговый расчет кустореза

Исходные
данные и варианты для расчета
производительности приведены в таблице
3.1.

Таблица
3.1 – Исходные данные для расчета

Ширина захвата,
м

Длина очищаемой
полосы, м

Масса призмы
волочения, кг

Угол наклона
местности, град

Диаметр ствола,
м

Рабочая скорость,
км/ч

где Wср
— сопротивления ствола дерева срезанию;

Wрез
— сопротивления грунта резанию;

Wпр
— сопротивления призмы волочения
перемещению;

Wтр
— силы трения призмы волочения об отвал;

Wдв
– сопротивления движению машины по
опорной поверхности.

где σср
– предел прочности древесины на срез
поперек волокон (для дуба σср
= 49 МПа, для сосны σср
= 4,9 МПа).

Wрез
= Kрез
· bз
· hкоп
· sinγ, (3.6)

Wтр
= mпр
· g
· μгр
· μст
· cos γ, (3.8)

и
независимо от типа отвала

Wдв
= (GТР
GРО)
· (fдв
sinα),
(3.9)

где
Kрез
– удельное сопротивление лобовому
резанию грунта, кН/м2
(для грунта I категории Kрез
≈ 68 кН/м2,
II категории – 108 кН/м2,
III категории – 167 кН/м2);

bз
– ширина очищаемой полосы захвата, м;

hкоп
– глубина копания, м (до 0,2 м);

mпр
– масса призмы волочения, кг;

g –
ускорение свободного падения, м/с2;

μгр
– коэффициент трения грунта призмы
волочения по подстилающему грунту (для
связных грунтов 0,5, для несвязных
0,7…1,0);

γ –
угол захвата (γ = 45…50°);

μст
– коэффициент трения стали о грунт (для
песков и супесей 0,35, для легких суглинков
0,5, для тяжелых суглинков 0,8);

— вес трактора, кН;

— вес рабочего
оборудования, кН;

fдв
– коэффициент сопротивления движению
(таблица 3.3);

α –
угол наклона местности к горизонту,
град. (зависит от рельефа местности; на
уклонах более 10° рабочие проходы
рекомендуется совершать, двигаясь под
уклон).

Таблица
3.3 — Значения коэффициента сопротивления
движению

РАБОЧАЯ СКОРОСТЬ ПОДАЧИ АКТИВНОГО НАВЕСНОГО КУСТОРЕЗА – Современные проблемы науки и образования (научный журнал)

Введение. Предприятия обслуживающие трубопроводный транспорт, оптоволоконные трассы, магистральные электрические сети, полосы отвода автомобильных, железных дорог и т.п., ежегодно сталкиваются с проблемой борьбы с нежелательной растительностью. Расчистка линейных объектов механическим способом – один из наиболее экономически выгодных.

При расчистке линейных объектов активным навесным кусторезом необходимо учитывать параметры кустарника и пней, оставшихся от предыдущих расчисток (густоту, максимальные диаметры стволов), влияющие на энергосиловые показатели кустореза.

Скорость подачи кустореза зависит от рабочей скорости движения машины и меняется в зависимости от густоты и диаметра стволов.

Для расчета энергосиловых показателей кустореза необходимо учитывать самые неблагоприятные условия на обрабатываемом участке. В ходе проведенных экспериментов на трассе нефтепровода в Оршанском, Медведевском и Килемарском районах Республики Марий Эл [3] по методике [5] вывили, что самые плохие условия для механической расчистки трассы на пробной площадке 4 х 4 м имеют следующие характеристики: количество стволов растений и пней 45 шт. (из них 28 стволов растений и 17 стволов пней), максимальный диаметр ствола пня 75 мм (в расчетах будем принимать мм), максимальная густота растений шт./м2.

При фланговом расположении базовой машины для срезания кустарника возможно применение многодисковых рабочих органов. Ширина полосы расчистки зависит от размеров рабочего органа, которым осуществляется срезание поросли. Применение нескольких пильных головок в одном рабочем органе во много раз повышает производительность расчистки трассы и экономит время. Один и тот же рабочий орган кустореза может быть установлен на разные машины.

Рисунок 1. Принципиальная схема [2] бульдозера для срезки кустов и пней: 1 – бульдозер; 2 – навеска; 3 – рабочий орган; 4 – дисковые пилы

Базовая машина – бульдозер Четра Т11С. Масса бульдозера 18712 кг, мощность двигателя 132 кВт, удельное давление на грунт 74,5 кПа. Бульдозер Четра Т11С имеет гидростатическую трансмиссию с двумя независимыми контурами для привода левой и правой гусениц. Трансмиссия обеспечивает бесступенчатое плавное регулирование скорости движения оператором, а также автоматическое бесступенчатое регулирование скорости и силы тяги в зависимости от внешней нагрузки. Скорость движения 0-11 км/ч (0-3,06 м/с) [6].

Пильный механизм представляет собой последовательно расположенные на корпусе четыре кусторезных головки АСК-16М, параметры зубчатого венца приведены в таблице 1, пильные диски имеют диаметр 2300 мм.

Скорость подачи зависит от коробки передачи бульдозера, в нашем случае гидростатической трансмиссии, для максимальной производительности необходимо определить рабочую скорость бульдозера.

Параметры зубчатого венца кусторезной головки АСК-16М

Модернизация фрезерного кустореза Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

Аннотация научной статьи по прочим сельскохозяйственным наукам, автор научной работы — Малюков Сергей Владимирович, Аксенов Алексей Александрович

Разработана конструкция упоров-улавливателей порослевин, позволяющая повысить полноту срезания поросли второстепенных кустарниковых пород и эффективности работы кустореза . Предложена идея придать рабочему органу возвратно-поступательное движение. Данное движение будет осуществляться за счет гидроцилиндров , закрепленных на раме кустореза . Кусторез оснащен двумя фрезами , по бокам которых располагаются по два гидроцилиндра . При удалении поросли наиболее широкое применение нашли кусторезы , имеющие рабочий орган в виде цилиндрической фрезы .

Похожие темы научных работ по прочим сельскохозяйственным наукам , автор научной работы — Малюков Сергей Владимирович, Аксенов Алексей Александрович

Modernization of milling brush cutter

The shoots design of supporting device allowing to raise completeness of vegetation cutting and to increase the bush cutter efficiency is developed. We propose the idea to give the working body reciprocating movement. This movement will be carried out by hydraulic cylinders mounted on frame of bush cutter . The bush cutter is equipped with two milling cutters on the sides of which are located two hydraulic cylinders. When removing young growth bush cutters are the most widely adopted having a working body in the form of a cylindrical cutter .

Текст научной работы на тему «Модернизация фрезерного кустореза»

Машины и оборудование

DOI: 10.12737/4530 УДК 631.3.022: 631.3.023

МОДЕРНИЗАЦИЯ ФРЕЗЕРНОГО КУСТОРЕЗА

кандидат технических наук, преподаватель кафедры механизации лесного хозяйства и

проектирования машин С. В. Малюков студент А. А. Аксенов

ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» maljukov-sergejj@rambler.ru, kafedramehaniza@mail.ru

Одним из приемов выращивания полноценных и долговременных лесных культур является осветление, в процессе которого регулируют густоту и улучшают условия роста деревьев главной породы. Осветление проводят в насаждениях, начиная с 3.. .5 и до 10 лет, а при зарастании междурядий порослью второстепенных лиственных пород необходимость осветления культур проявляется уже на втором году после посадки. Особенно это характерно для зоны смешанных лесов, где обилие тепла, плодородные почвы и достаточное количество осадков приводит к массовому появлению поросли осины и березы. И если своевременно не проводить осветление, то, как отмечают И.М. Науменко,

К.Б. Лосицкий, П.Н. Алентьев и др., культуры гибнут [1, 2].

Для срезания поросли широко применяются кусторезы ручные и тракторные с пассивными и активными рабочими органами. Наибольшее применение находят кусторезы с рабочими органами активного действия фрезерного типа. К ним относятся тракторные кусторезы КОГ-2,3, КОМ-2,3,

КОН-2,3, КО-1,5 и др. Рабочий орган выполнен в виде цилиндрической фрезы, вдоль оси которой размещены режущие ножи.

Цель работы – повышение качества и эффективности процесса осветления лес-

ных культур на нераскорчеванных вырубках путем совершенствования технологии и обоснования основных параметров рабочих органов активного действия, обеспечивающих уничтожение поросли малоценных пород.

Фрезерные кусторезы широкозахватные и просты по своей конструкции. Вместе с тем имеются и недостатки. Поросль, имеющая малое сопротивление прилагаемому давлению со стороны рабочего органа при движении агрегата, наклоняется и после прохода под действием упругих сил снова занимает вертикальное положение. Такой поросли наносят повреждение в виде сдирания коры в месте контакта с фрезой. В итоге поросль продолжает развиваться, что снижает сроки очередного проведения осветления. Поскольку поросль разнообразна по своим параметрам (диаметр, высота) и физико-механическим свойствам (сопротивление изгибу, жесткость стволика), то доля уничтожаемой поросли составляет всего лишь 30.40 % [3].

Устранить отмеченный недостаток возможно, применив фрезерование с подпором, исключающим отклонение порослевин в направлении движения агрегата.

Нами предлагается новая конструкция кустореза, включающая в себя упоры-улавливатели. Он изображен на рис. 1.

Лесотехнический журнал 2/2014

Машины и оборудование

Кусторез включает раму 1 с механизмом навески на трактор, опорные лыжи 2, упоры-улавливатели 3, режущий рабочий орган типа цилиндрической фрезы 4, его привод [4]. На раме установлены гидроцилиндры 5, посредством штока соединенные с фрезой (рис. 2). Упоры-улавливатели 3 установлены ниже фрезы, обеспечивают удержание древеснокустарниковой растительности в вертикальном или близком к нему положении.

Рис. 2. Выдвигающаяся фреза с упорами-улавливателями, вид сбоку

Работает кусторез следующим образом. При поступательном движении порослевины отклоняются боковинами упоров, скользят по их поверхности и по окончании контакта с пластинами, под действием собственной силы упругости, соскакивают с них и размещаются в пространстве, ограниченном боковинами и поперечиной. Поперечина является упором для порослевин, что препятствует их отклонению в направлении поступательного движения кустореза. Фреза, совершающая возвратнопоступательные движения, срезает порослевины при наличии подпора со стороны поперечины, что и является условием более полного срезания нежелательной растительности. Скорость подачи фрезы выбрана таким образом, что порослевины, попавшие в упоры-улавливатели, срезаются поступательным движением фрезы. При обратном её ходе порослевины вновь заполняют пространство упоров-улавливателей.

Упоры-улавливатели обеспечивают подпор поросли при фрезеровании и более полное её уничтожение. Порослевины отклоняются боковинами упоров, скользят по их поверхности и по окончании контакта с пластинами под действием собственной силы упругости попадают в зону захвата упоров-улавливателей, частично подгибаются и срезаются режущими органами [5, 6].

Упоры-улавливатели 3 обеспечивают подпор поросли при фрезеровании и более полное её уничтожение, тем самым расширяют технологические возможности и эффективность работы кустореза. Упоры-улавливатели установлены таким образом, что полностью исключается забивание по-

Лесотехнический журнал 2/2014

Машины и оборудование

росли между упорами и образование огрехов.

Это дополнительно повышает эффективность использования кустореза при различных условиях работы. Они также обеспечивают свободный проход порослевин и исключают их сгруживание. Упоры-улавливатели распологаются под режущими органами, что обеспечивает удержание древесно-кустарниковой растительности в вертикальном или близком к нему положении.

Технический результат – более полное срезание поросли второстепенных пород, особенно, имеющих малое сопротивление изгибу, увеличение срока между проходами кустореза и снижение их количества, что ведет к повышению эффективности работы кустореза путем создания благоприятных условий для срезания поросли.

1. Алентьев, П. Н. Формирование культур дуба [Текст] / П. Н. Алентьев // Лесное хозяйство. – 1990. – № 1. – С. 30-33.

2. Механизация лесного хозяйства [Текст] : учебник / В. Г. Шаталов [и др.]. -М. : Экология, 1995. – 528 с.

3. Малюков, С. В. Обоснование ра-

бочего процесса и параметров комбинированного рабочего органа кустореза-осветлителя лесных культур [Текст] : ав-тореф. . канд. техн. наук: 05.21.01 / С. В. Малюков. – Воронеж, 2012. – 14 с.

4. Патент на изобретение 2461183 РФ, МПК A01G 23/06. Кусторез [Текст] / И. М. Бартенев, С. В. Малюков ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО ВГЛТА. – № 2011114187/13 ; заявл.

11.04.2011 ; опубл. 20.09.2012.

5. Бартенев, И. М. Повышение эффективности работы кустореза при помощи упоров-улавливателей [Электронный ресурс] / И. М. Бартенев, С. В. Малюков, П. И. Титов, В. Н. Коротких // Современные проблемы науки и образования. -2012. – № 1. Режим доступа: www.science-education.ru/101-5304.

6. Малюков, С. В. Оптимизация конструкции кустореза с упорами-улавливателями порослевин на основе лабораторных экспериментов [Электронный ресурс] / С. В. Малюков // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. – Краснодар : КубГАУ,

Обоснование параметров активного навесного кустореза для линейных объектов Булавинцева, Анастасия Дмитриевна

Диссертация, – 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат – бесплатно , доставка 10 минут , круглосуточно, без выходных и праздников

Булавинцева, Анастасия Дмитриевна. Обоснование параметров активного навесного кустореза для линейных объектов : диссертация . кандидата технических наук : 05.21.01 / Булавинцева Анастасия Дмитриевна; [Место защиты: Поволж. гос. технол. ун-т].- Йошкар-Ола, 2013.- 227 с.: ил. РГБ ОД, 61 14-5/546

Введение к работе

Актуальность темы. Кусторезы применяются во многих отраслях национального хозяйства. При этом кусторезы на бульдозерах изготовляются с пассивными рабочими органами, и это не позволяет срезать кусты без загрязнения почвой. Особую актуальность расчистка от кустарника и поросли имеет на трассах нефтепроводов, проходящих по лесам и малонаселенным территориям.

В эксплуатации магистральных нефтепроводов должны соблюдаться требования к содержанию охранной зоны. Полоса шириной не менее 3 м от оси с каждой стороны нефтепровода должна содержаться в расчищенном состоянии. Расчищенная трасса позволит эффективно контролировать эксплуатационную надежность и безопасность нефтепроводов.

Анализ существующих способов расчистки трассы нефтепровода от кустарника показал, что они выполняются вручную, а это малопроизводительно и требует больших трудовых и денежных затрат. Способов и средств механизированного удаления кустарника над нефтепроводом пока не существует. Важный шаг в создании кустореза – разработка новой методики расчета энергосиловых показателей активных режущих головок, навешиваемых на серийные бульдозеры, с учетом распределения диаметра ствола у срезаемых кустов при различной густоте кустарника,

Цель диссертационной работы – обоснование режимов срезания кустарника и параметров активного навесного кустореза на базе бульдозера для линейных объектов на примере участка трассы Марийского РНУ магистрального нефтепровода «Сургут-Полоцк».

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

разработать методики измерения параметров кустов и их густоты на пробных площадках 4×4 м непосредственно над нефтепроводом;

провести полевые опыты на пробных площадках по трем участкам магистрального нефтепровода «Сургут-Полоцк» в лесном фонде РМЭ;

выявить закономерности рангового распределения диаметра стволов и пней;

выбрать энергонасыщенный базовый бульдозер для монтажа активного сменного навесного кустореза с дисковыми зубчатыми ножами;

разработать модель и методику расчета энергосиловых показателей и обосновать допустимую рабочую скорость кустореза;

оценить ожидаемую экономическую эффективность применения предлагаемого активного навесного кустореза на бульдозере;

внедрить результаты измерений и технические решения по патенту на изобретение и рекомендации в производство и учебный процесс.

Объект исследований. Кустарник, а также пни, оставшиеся после предыдущих расчисток, на пробных площадках 4><4 м на участке трассы Марийского РНУ магистрального нефтепровода «Сургут-Полоцк».

Предмет исследования – закономерности распределения кустов и пней по густоте и диаметру ствола, расчетные параметры зубчатого вен-

ца режущих головок навесного кустореза, математическая модель для расчета энергосиловых показателей активного навесного кустореза.

Методы исследования. Обоснование параметров активного навесного кустореза, закладки пробных площадок по ОСТ 56-69-83, полевые эксперименты ВАСХНИЛ, обследования трассы нефтепровода по РД-13.100.00-КТН-196-06, картографический анализ трассы нефтепровода, а также методы статистического моделирования, описательной статистики, идентификации закономерностей при статистическом моделировании в программной среде Curve Expert и численные методы расчетов в Excel.

Научные положения, выносимые на защиту:

методики выбора участков и пробных площадок на линейных объектах, а также замера диаметра стволов, количества поросли по створам и пробным площадкам на трассе трубопровода;

статистические модели распределения диаметра стволов и пней;

математическая модель и методика расчета энергосиловых показателей кустореза с учетом закономерностей распределения кустов и пней;

алгоритм выбора базового бульдозера, технические и технологические решения срезания кустарника.

Научная новизна. Способ испытания растительного покрова на участках трассы (патент № 2473898) по отбору участков измерений и закладки пробных площадок, позволяющий проводить измерения диаметра стволов, высоты побегов, количества растений. Обоснование режимов срезания кустов на трассе нефтепровода. Закономерности рангового распределения диаметра стволов, позволяющие снизить энергетические потребности кустореза. Математическая модель и методика расчета энергосиловых показателей, позволяющая обосновать значения допустимой рабочей скорости подачи бульдозера с кусторезом. Блок-схемы функций, позволяющие учитывать в энергосиловых расчетах графики влияния рабочей скорости кустореза с бульдозером Четра ТІ 1С в непрерывном режиме изменения скорости подачи гидростатической трансмиссией бульдозера.

Теоретическая значимость. Выявленные закономерности расширяют существующую теорию расчета параметров активного кустореза, навешиваемые на разные типоразмеры бульдозеров в зависимости от региональных условий произрастания кустарника и поросли. Предложенная математическая модель, позволяет обосновать параметры режимов срезания кустарника и вычислять оптимальную скорость подачи на кустарник бульдозерами с гидростатической трансмиссией.

Практическая значимость. Энергосиловые показатели по худшим условиям срезания позволяют на этапах проектно-конструкторскои деятельности снизить установленную мощность двигателя базовой машины. Графики влияния скорости подачи бульдозера позволяют до расчистки трассы определить максимальную производительность кустореза. Замеры кустов по предложенным методикам следует проводить работниками обслуживающим нефтепровод за месяц до расчистки трассы. Все расчеты по

математической модели обеспечивают выбор базовой машины из парка машин нефтепроводного управления. Для расчистки трассы участка Марийского РНУ магистрального нефтепровода «Сургут-Полоцк» требуется только покупной сменный кусторез, что позволяет добиться экономии выделенных финансовых средств.

Предложенный способ можно применять также на трассах газопровода, автодорог, железных дорог, линий электропередач и т.п.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. В диссертации исследованы параметры стволов кустарника и поросли как предмета обработки кусторезами, а также размерных и энергосиловых параметров активного навесного кустореза на бульдозер, которые соответствуют пункту 1 «Исследование параметров и показателей предметов труда, деревьев и их частей, . » и пункту 5 «Обоснование и оптимизация параметров и режимов работы лесозаготовительных и лесохозяйственных машин» паспорта специальности 05.21.01

Достоверность выводов, основных положений и рекомендаций, изложенных в диссертации, подтверждаются производственными экспериментами, результатами математического моделирования данных измерений с учетом реальных условий произрастания поросли на участке нефтепровода Марийского РНУ при замерах с погрешностью до 1% и коэффициентом корреляции у выявленных закономерностей не менее 0,9.

Реализация результатов исследования. Результаты исследования были рассмотрены в Марийском РНУ и ОАО «Энергия», где принято решение о применении их в производственном процессе обслуживания трассы нефтепровода «Сургут-Полоцк», а также используются студентами специальностей 131016 «Сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газо нефтехранилищ», 270841 «Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения» при изучении дисциплин «Сооружение газонефтепроводов и газонефтехранилищ», «Организация и технология монтажа газораспределетельных систем», «Эксплуатация и ремонт магистральных нефтепроводов», «Машины и оборудования газонефтепроводов».

Личное участие автора в получении результатов. Состоит в разработке методики и проведении экспериментов, обработке полученных результатов, статистическом моделировании идентификацией устойчивых законов, анализе выявленных закономерностей и формулировке научных выводов и рекомендаций производству. При участии автора разработаны способ испытаний растительности на участках трассы продуктопровода (патент № 2473898). Автором проведены технологические проработки, выбор базовой машины и экономическая оценка технологии расчистки трассы нефтепровода.

Апробация результатов исследования. Основные результаты докладывались на IV Международной научно-практической конференции «Основы рационального природопользования» (Саратов, 2013 г.); ежегодно докладывались на конференциях МарГТУ и ПГТУ; на III Международной

научно-практической конференции «Основы рационального

природопользования» (Саратов, 2011 г.); на Международной научно-практической конференции: Мосоловские чтения «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства» (Йошкар-Ола, 2011 г.); на научно-практической конференции, посвященной 115-летию Мариинской низшей школы в г. Мариинский-Посад «Проблемы экологии и лесопользования в современных условиях» (Йошкар-Ола, 2010 г.); на III Международной научно-практической конференции «Роль особо охраняемых природных территорий в сохранении биоразнообразия» (Чебоксары, 2010 г.).

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 10 статей объемом 2,84 п.л., авторский вклад 81%, в том числе три статьи в изданиях, включенных в перечень ВАК – 1,28 п.л., авторский вклад 66%. Получен патент № 2473898 на изобретение (0,47 п.л.), авторский вклад – 50%.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и приложений. Общий объем диссертации 151 страницы машинописного текста, 40 иллюстраций, 34 таблицы, а так же 14 приложений на 76 страницах. Список использованной литературы содержит 172 наименований, из них 24 на иностранных языках.