«ПРАКТИКУМ ПО ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЮ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА Минск БГТУ 2005 УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ А.П. МАТВЕЙКО, Д.В. КЛОКОВ, П.А. ПРОТАС ПРАКТИКУМ ...»

Станок МРР8-50ГН (рис. 2.34, б) имеет многорезцовый наклонный диск, подача лесоматериалов к диску осуществляется многоценным горизонтальным транспортером с втулочно-роликовыми цепями. Диаметр диска 2900 мм, частота его вращения 152 мин-1, число резцов 25, толщина измельчаемого лесоматериала до 80 см, мощность двигателя 160 кВт, масса станка 28 т, производительность – до 50 м3/ч.

Передвижные рубительные машины и установки.

Передвижные рубительные установки делятся на самоходные и прицепные. В самоходных установках рубительная машина размещается непосредственно на раме базовой машины (трактора или автомобиля). Главный рабочий орган рубительной машины чаще всего приводится от двигателя базовой машины через редуктор. Установки прицепного типа отличаются от самоходных тем, что рубительная машина размещается на отдельном прицепе или полуприцепе и связывается с базовой машиной через сцепное устройство. Прицепная рубительная машина приводится как от двигателя базовой машины (через карданный вал), так и от автономного двигателя, установленного на прицепе в блоке с рубительной машиной.

В зависимости от характеристики древесного сырья передвижные рубительные установки имеют механизированный или ручной способ загрузки древесины. Рубительные установки небольшой производительности, предназначенные для переработки маломерной древесины, загружаются вручную. Более производительные рубительные установки, рассчитанные на переработку целых тонкомерных деревьев или отрезков стволов, чаще всего оснащены устройствами для механизированной подачи сырья из штабеля и загрузки его в приемный патрон рубительной машины. Для этого используют шарнирносочлененные гидроманипуляторы со специальным грейфером, обеспечивающим одновременный захват и подачу одного или нескольких тонкомерных деревьев или отрезков стволов.

Основным требованием к производству щепы в условиях лесосеки является концентрация сырья у лесовозной дороги, которая обеспечивает подъезд к месту концентрации древесного сырья передвижной рубительной установки и контейнерного автопоезда (автощеповоза).

Самоходная или передвижная рубительная установка состоит из базовой машины и навесного или прицепного технологического оборудования, которое включает гидроманипулятор с челюстным захватом и рубительную машину.

Базовая машина служит для транспортировки технологического оборудования и привода его в действие. В самоходных рубительных установках базой машины является как правило шасси грузового автомобиля, а в передвижных – колесный трактор. Это обеспечивает их хорошую мобильность, что очень важно, так как концентрация древесного сырья для переработки на одной лесосеке не значительная.

Гидроманипулятор предназначен для подачи древесного сырья в подающий механизм рубительной машины и устанавливается как правило на базовой машине. Используются обычно такие же гидроманипуляторы, как на трелевочных тракторах, но оснащенные челюстным захватом для отходов и тонкомерной древесины.

Рубительная установка служит для измельчения древесного сырья на щепу. В самоходных рубительных машинах она устанавливается на базовой машине, а в передвижных – на одноосном пневмоколесном шасси. Рубительная установка состоит из механизма измельчения древесного сырья, подающего механизма и щепопровода.

Механизм измельчения древесного сырья как правило дисковый, так как он обеспечивает более высокое качество технологической щепы. Он представляет собой стальной диск с прямолинейными ножами, которые расположены по радиусам на его боковой поверхности. На образующей поверхности диска расположены лопатки для выброса щепы в щепопровод. Диаметр диска 1000-1200 мм, количество ножей – 2 и более. Диск помещен в стальной кожух и может устанавливаться на машине наклонно или вертикально. Длина щепы регулируется выпуском ножей.

Подающий механизм служит для подачи древесного сырья в механизм измельчения. Обычно применяются многоцепные в сочетании с вальцами подающие механизмы. Возможна подача и самозатягиванием сырья.

Привод механизмов рубительной установки осуществляется от двигателя базовой машины и может быть механическим (чаще всего) и гидравлическим.

Прицепная рубительная установка УРП-1 (рис. 2.35) предназначена для измельчения длинномерной древесины без предварительной ее подготовки на технологическую щепу, отвечающую требованиям производства древесностружечных и древесноволокнистых плит, гидролиза и других видов производств. Установка включает базовый колесный трактор 1, рубительную машину прицепного типа и гидроманипулятор 2, установленный на раме трактора. Передача крутящего момента валу ножевого диска осуществляется от вала отбора мощности двигателя базового трактора через карданный вал и редуктор.

Рабочим органом рубительной машины является ножевой диск 5, размещенный на валу внутри разъемного кожуха. Опорами вала ножевого диска являются два сферических роликоподшипника. Ножевой диск с валом и подшипниковыми опорами, кожух с отводящим трубопроводом 4, механизм подачи 3 (загрузочный патрон) расположены на прицепной платформе 6. Механизм подачи включает верхний и нижние подающие вальцы, которые приводятся от высокомоментных гидромоторов.

Тонкомерные деревья подаются из штабеля манипулятором 2, снабженным грейферным захватом 8. Для обеспечения лучшей ориентации и направленной загрузки тонкомерных деревьев грейферный захват имеет поворотное устройство, а механизм подачи снабжен приемным раструбом, изготовленным из листовой стали. С целью создания условий, обеспечивающих необходимую устойчивость базовой кость. Равномерное заполнение щепой транспортной емкости достигается тем, что во время погрузки щепы трубопровод может поворачиваться вокруг вертикальной оси при помощи автономного гидропривода, управляемого из кабины трактора. Установленный на конце трубопровода направляющий козырек также способствует равномерной загрузке щепой транспортной емкости.

Передвижные рубительные установки типа ТТ фирмы Валмет (Финляндия). Они предназначены для переработки целых деревьев и отходов лесозаготовок на технологическую щепу.

Самоходная рубительная установка ТТ1000F предназначена для переработки тонкомерных деревьев и вершин на технологическую щепу. Базовой машиной установки ТТ1000F является трактор мощностью 75 кВт, на раме которого смонтирована рубительная машина с наклонным двухножевым диском, опрокидывающийся контейнер для щепы вместимостью 18 м3, двигатель привода рубительной машины мощностью 117 кВт. Подача сырья из штабеля в патрон рубительной машины обеспечивается гидроманипулятором с грейфером, установленными на тракторе.

Наличие контейнера и достаточно высокая проходимость базовой машины позволяют использовать установку для автономной работы (без щеповоза) непосредственно на лесосеке или в лесу при рубках ухода за лесом в условиях малой концентрации сырья. Высота опрокидывания контейнера со щепой 3 м, размеры всей установки в транспортном положении 11,1x2,5х x4,0 м, общая масса 18 т.

Рубительная установка модели ТТ1000ТU относится к установкам прицепного типа. Рубительная машина смонтирована на отдельном одноосном полуприцепе и соединена с базовой машиной через сцепное устройство. Привод рубительной машины осуществляется от вала отбора мощности трактора через карданный вал. Загрузка сырья в патрон рубительной машины производится гидроманипулятором, который установлен на раме базового трактора.

2.3.7. Круглопильные станки для продольной распиловки древесины Назначение и классификация станков для продольной распиловки. На лесных складах распространено шпалопиление и выработка различных пиломатериалов. Все эти производства связаны с продольной распиловкой кряжей и бревен в результате которой получают:

пластины (сегменты), четвертины, двух-, тpеx- (лафеты) и четырехкантные (чистообрезные) брусья, бруски, обрезные и необрезные доски и шпалы, рейки, горбыли (рис. 2.36).

Рис. 2.36. Основные виды продукции, получаемой при продольной распиловке: а – пластина (сегмент); станках для проб – трехкантный брус (лафет); в – четвертина; г – дольной распиловки двухкантный брус; д – обрезная шпала; е – необрезосновными узлами ная шпала; ж – четырехкантный чистообрезной брус; з – брусок; и – необрезная доска; к – обрезная станки периодического действия обычно имеют зажимной механизм, механизм для поперечного перемещения кряжа или пилы, поворотный и центрирующий механизмы.

Пильные механизмы. Круглые пилы могут производить продольную распиловку верхней и нижней половиной диска. Они весьма надежны в работе и допускают большие скорости подачи. Диаметр круглых пил не превышает 1,5 м, вследствие чего при распиловке толстых кряжей (диаметром 0,6 м и более) кроме основной пилы приходится устанавливать дополнительную, лежащую в плоскости основной и несколько перекрывающую ее. Круглые пилы, применяемые для продольной распиловки, так же, как и поперечные пилы, закрепляют на пильном валу шайбами, они работают со скоростью резания V = 40-60 м/с.

Зажимные механизмы. Зажимной механизм служит для закрепления распиливаемого кряжа на тележке. Кряжи могут зажиматься с боковой поверхности и с торцов.

Поворотные механизмы. В процессе распиловки кряж, закрепленный на тележке, должен несколько раз поворачиваться на 90° вокруг своей оси. При зажиме кряжа крючьями поворот его производится при помощи цепных или реечных кантователей, поворачивающих кряж при поднятых зажимных крючьях.

Механизмы поперечного перемещения кряжа или пилы. Поперечное перемещение кряжа или пилы (на станках с подачей на тележке) служит для того, чтобы совместить плоскость пилы с плоскостью очередного пропила; его производят перед каждым пропилом. Наиболее часто это перемещение получает распиливаемый кряж.

Шпалорезный станок ЦДТ-6-3 предназначен для распиловки шпальных кряжей длиной от 1,5 до 6,5 м и диаметром до 0,5 м на шпалы и брусья с попутным получением горбылей и досок. Механизм пиления 4 станка (рис. 2.37) состоит из пильного вала с закрепленной на нем пилой диаметром 1,25 м и электродвигателя мощностью кВт. Конструкцией станка предусматривается возможность установки дополнительной навесной пилы диаметром 0,63 м, что позволяяет увеличить наибольшую высоту пропила до 0,74 м.

Тележка 6 перемещается по рельсовому пути 3 при помощи индивидуального привода 9, включающего электродвигатель, редуктор, барабан и канат, наматываемый на барабан. Скорость движения тележки в рабочем направлении до 1,3 м/с; в обратном направлении до м/с. На тележке смонтированы механизм зажима кряжа 8 и механизм поперечного перемещения кряжа 7. Подача кряжей на тележку осуществляется питателем 2, представляющим собой двухцепной поперечный транспортер. Поворот шпальных кряжей обеспечивает реечный канатный кантователь 1. Управление всеми механизмами станка дистанционное, осуществляется оператором со специального пульта.

Готовая продукция (шпалы, доски и горбыли) поступает на транспортер 5.

струкции станка является пильный узел с "плавающими" тонкими пилами толщиной 2,5 мм, исключающий боковые нагрузки на пилу. В форсунки направляющих подается водо-воздушная смесь для охлаждения пил, которая служит в качестве "подшипников" удерживающих пилы. Размеры обрабатываемого бревна: диаметр 100-420 мм;

длина 2500-6500 мм. Ширина получаемого лафета 75-250 мм. Диаметр пильного диска (наибольший) 900 мм, частота вращения пил об/мин. Наибольшая скорость подачи (скорость движения тележки) м/мин. Суммарная мощность электродвигателей 153 кВт.

Станок двухпильный RM Prizma предназначен для продольной распиловки бревен длиной от 1,2 до 6 м и диаметром 150-400 мм на лафет шириной 100-260 мм и два горбыля, за один проход. Диаметр пильного диска до 1000 мм, скорость подачи изменяется бесступенчатачато от 0 до 35 м/мин. Суммарная мощность электродвигателей кВт.

Станок Ц-32 – двухпильный (четырехпильный), предназначен для распиловки кряжей и брёвен длиной от 1 до 3 м и диаметром 100мм на брусья и сегменты. Наибольший диаметр пил 900 мм, частота вращения пил 1300 об/мин. Скорость подачи 6-20 м/мин.

Наименьшее расстояние между пилами 60 мм, наибольшее – 200 мм.

Суммарная мощность электродвигателей 58кВт.

Технические характеристики круглопильных станков, применяемые для продольной распиловки бревен на доски и брусья приведены в табл. 2.6.

Табл. 2.6. Технические характеристики развальных станков Показатели Размеры обрабатываемого бревна, мм:

Толщина получаемого Диаметр пильного диска, Принцип действия этих станков следующий. Бревно с помощью гидроподъемника подается на рабочий стол, где ориентируется и закрепляется крюками. Затем оператор, управляя гидроприводом, подает стол с бревном на пилу и срезает горбыль. Стол возвращается в исходное положение, бревно поворачивается на срезанную поверхность, и срезается второй горбыль. Далее с помощью базовой стенки устанавливается требуемый размер пиломатериала, бревно с помощью прижимного ролика прижимается к базовой стенке и распиливается в размер.

Обрезные станки, предназначенные для обрезки кромок у необрезных досок, чаще всего бывают двухпильными. Распространены двухпильные обрезные станки Ц2Д-7А, выпиливающие доски шириной от 60 до 500 мм. Эти станки имеют пилы диаметром по 0,4 м; скорость подачи 1,3 и 2 м/с, мощность двигателя 38 кВт.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите основные природно-производственные факторы влияющие на лесосечные и лесоскладские работы.

2. Дайте определение понятия системы машин для лесосечных и лесоскладских работ и назовите возможные варианты их использования.

4. По каким признакам классифицируются системы машин?

4. Каковы основные направления развития лесосечных и лесоскладских работ?

5. Назовите, как можно классифицировать бензиномоторные пилы.

6. По каким признакам классифицируются машины для валки леса?

7. Назовите особенности способов и приемов выполнения технологических операций манипуляторных валдочно-сучкорезнораскряжевочных машин.

8. Каковы основные отличия сучкорезных и сучкорезнораскряжевочных машин периодического и непрерывного действия?

9. Назовите условия применения трелевочных машин различной конструкции.

10. Какие в настоящее время машины применяют для погрузки древесины на лесовозный транспорт на лесосеке?

11. Назовите основные типы лесовозных автопоездов, применяемых в Республике Беларусь для вывозки древесины.

12. Каковы достоинства и недостатки применения на лесных складах оборудования для выгрузки, штабелевки и отгрузки лесоматериалов?

13. Каковы основные типы оборудования для производства круглых лесоматериалов?

14. Назовите основные виды и марки оборудования, используемые для сортировки круглых лесоматериалов на лесных складах.

15. Какие отличительные особенности окорочных станков вы знаете?

16. Какие установки для производства технологической щепы применяются в условиях лесозаготовительных предприятий?

17. В каких производствах может использоваться технологическая щепа?

18. Какие существуют виды и способы продольной распиловки сортиментов и в каких случаях их применяют?

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭФФЕКТИВНОГО

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛЕСНОЙ ТЕХНИКИ

В лесозаготовительной промышленности преобладают процессы, связанные с механической обработкой древесины и перемещением лесных грузов на разных стадиях технологического процесса заготовки древесного сырья. Эффективность машины или оборудования, выполняющей тот или иной вид процесса, характеризуется в основном ее производительностью и расходуемой (потребляемой) энергией.

В ЛЗП имеет место первичная обработка древесины (валка деревьев, очитка деревьев от сучьев, раскряжевка хлыстов, разделка сортиментного долготья на коротье) и механическая переработка заготовленной древесины в цехах предприятия (выпиловка различных пиломатериалов, окорка древесины, расколка короткомерных лесоматериалов на части и др.). При механической обработке древесины происходит лишь изменение формы и объема древесины и такая технология называется механической.

Механическая технология древесины в зависимости от ее способности делится по действием внешних сил и сохранять заданную форму после прекращения действия внешних сил делится на технологию с нарушением и без нарушения связей между волокнами. В лесозаготовительном производстве получила применение механическая обработка древесины с нарушением связей между волокнами – резание со стружкообразованием (пиление, строгание, фрезерование) и без стружкообразования, а также дробление (измельчение) и раскалывание древесины. Процесс резания характеризуется в основном тремя составляющим – материалом, резцом и рабочими движениями, которые включают многие переменные факторы, влияющие на результаты обработки. Резание со стружкообразованием бывает открытое и закрытое. Простейший случай открытого резания называется элементарным резанием. При открытом резании лезвие резца полностью перекрывает ширину поверхности обрабатываемой детали и этом случае отсутствуют боковые поверхности обработки, а при закрытом резании имеют место одна или две боковые поверхности обработки.

Возможны три основных вида элементарного резания древесины:

торцевое (), когда лезвие резца перемещается в плоскости, нормальной к волокнам перпендикулярно к их длине (рис. 3.1, а);

продольное (||), когда лезвие резца перемещается в плоскости волокон параллельно их длине ( рис. 3.1, б);

поперечное (#),когда лезвие резца перемещается в плоскости волокон перпендикулярно к их длине (рис. 3.1, в).

Если нарушается хотя бы одно из условий элементарного резания, процесс резания будет уже сложным.

Рис. 3.1. Виды элементарного резания древесины На практике преобладает сложное резание, отличное от трех видов элементарного резания, и четко разграничить их нельзя. Поэтому в расчетах принимают средние значения угла перерезания волокон (угол, образуемый направлением движения лезвия с направлением волокон). Причем резание может происходить под любым углом. Поэтому стружкообразование будет различным и скажется на качество поверхности обработки. Кроме угла на качество поверхности обработки влияют угол резания, толщина стружки e и порода древесины.

Резание древесины без образования стружки или так называемое силовое резание в лесозаготовительной промышленности применятся при очистке деревьев от сучьев сучкорезными машинами, а иногда и при машинной валке деревьев. Режущий инструмент при резании без образования стружки представляет собой клиновый или плоский нож толщиной S с углом заострения. В процессе резания нож, двигаясь в направлении перпендикулярном или под некоторым углом к волокнам древесины, перерезает их передней режущей кромкой (рис. 3.2). При этом происходит резание в торец или близкое к нему и наблюдаются смятие и изгиб волокон, которые вызывает расслоение виде деревьев, хлыстов, бревен, чураков, сучьев, щепы и др. При выполнении лесосечных работ они перемещаются по лесосеке и погрузочному пункту (верхнему складу) пачками, поштучно или как сыпучий груз. Пачка представляет собой несколько деревьев, Рис. 3.2. Схемы резания дрекоторым оснащаются лесозаготовивесины без стружкообразования тельные машины. После освобождения первоначальную форму. Перемещение лесных грузов может производиться по земле (грунт, снег, лед) или искусственной опоре волоком (груз полностью опирается на землю), в полупогруженном или полуподвешенном положении (груз одним концом опирается на опору) и в погруженном или подвесном положении (рис. 3.3). При этом возникает сопротивление перемещению груза, которое будет зависеть от коэффициента сопротивления движению и веса груза, колебаться в больших пределах и оказывать существенное влияние на силу, необходимую для перемещения груза. Все это (форма и размеры груза, способы и условия перемещения груза и др.) в итоге определяют конструкцию и параметры лесозаготовительных машин.

Рис. 3.3. Схемы продольного перемещения лесных грузов по лесосеке: а — волоком; б — в полупогруженном положении; в — в погруженном; г, е — в полуподвесном; д — в подвесном положении В процессе лесозаготовок при выполнении технологических операций имеют место и переместительные операции. По направлению движения груза они могут быть подъемными (груз перемещается в основном вертикально вверх или вниз) и транспортными (груз перемещается в горизонтальном направлении). Для выполнения этих переместительных операций используются различные подъемнотранспортные машины непрерывного и периодического (цикличного) действия. Машины непрерывного действия перемещают груз непрерывно в одном направлении без остановки их на загрузку и разгрузку.

В машинах периодического действия при перемещении грузов имеют место грузовые и холостые ходы, и они останавливаются на время загрузки. На лесосечных работах применяются машины периодического действия: трелевочные тракторы и лебедки, лесопогрузчики и др. Поскольку лесные грузы имеют большую длину и малое поперечное сечение за исключением щепы, различают продольное и поперечное их перемещение. При продольном перемещении груза направление перемещения параллельно продольной оси груза, а при поперечном – перпендикулярно.

Основным показателем работы машины является ее производительность – количество продукции, полученной или перемещенной за единицу времени (час, смену, сутки и т.д.).

Различают производительность машины, механизма и производительность поточной линии (технологического потока). Последняя будет зависеть от количества и производительности отдельных машин, входящих в поточную линию. Продукция или полуфабрикаты могут учитываться в штуках, по объему или по массе. Поэтому производительность может измеряться штуками изделий, объемом и массой. В лесной промышленности преобладает учет продукции в плотных кубических метрах (м3). Поэтому и производительность машин и поточных линий измеряют в основном в м3. Производительность подъемно-транспортных машин и механизмов измеряется объемом (массой) деревьев, хлыстов или сортиментов, перемещенных за единицу времени Т. Производительность машин и механизмов, выполняющих технологические операции, может измеряться как объемом (массой) перерабатываемого сырья, так и готовой продукции. При этом производительность зависит от целого ряда производственных и организационно-технологических факторов: состава и крупности лесонасаждений, грунтовых условий и рельефа местности, применяемой технологии и организации труда, технического состояния машины и т.д. При прочих равных условиях машины непрерывного действия будут иметь большую производительность, чем машины периодического действия.

3.2. Основы теории механической обработки древесины Пилением называется процесс закрытого резания многолезвийным инструментом путем разделения древесины на объемнонедеформированные части с превращением в стружку номинального объема древесины между этими частями.

Пиление древесины значительно сложнее, чем резание элементарным резцом, и происходит в закрытом пространстве. При пилении в работе участвуют одновременно несколько режущих кромок резца.

В зависимости от того, как расположена плоскость пропила относительно волокон, возможны два основных вида пиления: поперечное – а) и продольное – плоскость пропила параллельна направлению волокон (рис. 3.4, б). Кроме того, возможно смешанное пиление (плоскость пропила расположена под углом к направлению волокон). На заготовке древесины наиболее распространенным является поперечное пиление цепными и круглыми Рис. 3.4. Виды и способы пиления длинномерных сортиментов на короткие. Продольное пиление применяется при выпиловке пиломатериалов: досок, брусьев, шпал и т.д., а смешанное – при подпиле деревьев, подлежащих валке, и обрезке сучьев с поваленных деревьев.

Пильные цепи и круглые пилы являются многорезцовым режущим инструментом. Процесс пиления древесины ими происходит в закрытом пространстве, называемом пропилом. При пилении упруговосстановившаяся древесина сужает пропил и в результате возникает трение между режущим инструментом и стенками пропила (рис. 3.4, в). Это вызывает дополнительное сопротивление резанию и требуется большая мощность на резание и подачу. Причем сила трения между режущим инструментом и стенками пропила может возрасти до такой величины, что пиление станет невозможным и произойдет зажим инструмента в пропиле. Чтобы этого избежать, ширина пропила должна быть больше толщины режущего инструмента, что достигается уширением пропила, т.е. увеличением расстояния между стенками пропила. Однако это уширение должно производиться лишь на величину, необходимую для устранения трения режущего инструмента о стенки пропила. Иначе возрастут потери древесины в опилки и увеличится мощность резания.

В пильных цепях уширение пропила достигается отгибанием боковых звеньев в стороны, которое выполняется на заводе при их штамповке (рис. 3.4, г), в круглых и других пилах отгибанием режущих зубьев в стороны или плющением кончиков зубьев при подготовке их к работе.

Объем отделяемой стружки при пилении в 1 с равен где b – ширина пропила; h – высота пропила; u – скорость подачи (скорость надвигания режущего инструмента на древесину или же древесины на инструмент).

Работа, затрачиваемая на срезание древесины объемом V C в 1 с, а следовательно, мощность (Вт), расходуемая на пиление или где K W – удельная работа резания, Дж/м3; b – ширина пропила, м; h – высота пропила, м; u – скорость подачи, м/с; V – КПД передачи от двигателя к пиле.

Из механики известно, что где F V – средняя сила резания, Н; v – средняя скорость резания, м/с.

Откуда средняя сила резания Сила резания не всегда остается постоянной и может изменяться от 0 до максимума. Среднюю силу резания необходимо знать для расчета мощности двигателя, а максимальную – для расчетов узлов станка и режущего инструмента на прочность.

Мощность, расходуемая на подачу где F u – среднее значение силы подачи; u – КПД механизма подачи.

Сила подачи представляет собой силу, необходимую для надвигания режущего инструмента на древесину. Если направление подачи совпадает с направлением усилия отжима, то Усилие подачи возрастает по мере затупления режущего инструмента и увеличения толщины срезаемой стружки.

В производственных условиях не сложно измерить b, h, u, v и, если известна удельная работа резания К w, можно по заданным условиям процесса резания определить силу резания F v и мощность Р v, расходуемую на пиление (формулы 3.1 и 3.2). А зная P v, можно определить скорость подачи. Из формулы (3.1) имеем Нахождение мощности, необходимой на пиление по формуле (3.1) есть прямая задача, которую приходится решать на производстве, а нахождение допустимой скорости подачи по формуле (3.2) при известной мощности двигателя механизма пиления (Рv) – обратная задача.

При поперечном пилении круглых лесоматериалов высота пропила не является постоянной величиной. Она изменяется от нуля до диаметра, а затем снова уменьшается до нуля. Поэтому при пилении с постоянной скоростью подачи мощность, расходуемая на пиление, тоже изменяется от нуля до максимума и снова до нуля. Для более полного использования мощности двигателя при поперечном пилении круглых лесоматериалов необходимо, чтобы скорость подачи была переменной. И в этом случае в формулы (3.1) и (3.2) следует подставлять среднюю высоту пропила и среднюю скорость подачи:

где d – диаметр распиливаемого бревна, м; t – продолжительность одного пропила, с.

Важным параметром процесса пиления является также производительность чистого пиления П ч.п. – площадь пропила, которая может быть произведена пилой в 1 с. Она измеряется в м2/с Подставив значение u из уравнения (3.3), получим Производительность чистого пиления зависит в основном от мощности двигателя и вида режущего инструмента и составляет в среднем при пилении пильными цепями 0,006…0,025 м2/с, круглыми пилами – 0,03…0,05 м2/с.

3.3. Теоретические основы перемещения лесных грузов Для перемещения груза к нему необходимо приложить тяговое усилие, большее или равное по величине силе сопротивления движению. Поскольку лесные грузы в процессе лесозаготовок перемещаются с небольшой скоростью, сопротивление воздуха мало и им можно пренебречь.

В общем случае тяговое усилие самоходной лесозаготовительной машины периодического действия равно где F М, F П, F Г – соответственно сопротивление движению машины, прицепа и груза.

Сопротивление движению машины где GМ – вес машины; GГ – вес перемещаемого груза; k – коэффициент, показывающий, какая часть веса груза приходится на машину; µМ – коэффициент сопротивления движения машины; – угол наклона (подъема (+) или спуска ()) пути, по которому движется машина, от горизонтали.

Сопротивление движению прицепа где GП – вес прицепа; (1k) – часть веса груза, приходящаяся на прицеп (или грунт) при перемещении груза в полупогруженном положении; µП – коэффициент сопротивления движению прицепа.

Сопротивление перемещению груза возникает, когда он транспортируется в полупогруженном положении или волоком. Тогда где µГ – коэффициент сопротивления движению груза.

При трелевке волоком без подъема передней части пачки k = 0.

Для самоходных лесозаготовительных машин большие углы наклона пути не допускаются, а при 0,2 рад. можно принять, что cos 1 и sin = tg = i. Тогда вышеприведенные формулы примут вид:

При продольном перемещении груза в полупогруженном или полуподвесном положении где L – длина перемещаемого груза; L0 – расстояние от центра тяжести груза до его заднего конца.

Если груз перемещается гибким тяговым органом (канатом) в полуподвесном положении (передний конец груза подвешен к ходовой опоре) или в подвесном положении (весь груз подвешен к ходовым опорам), необходимое тяговое усилие с достаточной для практических целей точностью может быть определено по формулам (3.6), (3.7), и (3.8). Для этого в формуле (3.6) необходимо вместо GM подставить вес ходовых опор, а вместо µМ – коэффициент сопротивления движению ходовых опор.

Груз может перемещаться в продольном направлении канатом с использованием неподвижной опоры (мачты). В этом случае груз передним концом крепится к канату и перемещается волоком или с приподнятым передним концом, что зависит от высоты опоры Н, расстояния LР между опорой и грузом (рис. 3.3, е) и коэффициента сопротивления движению груза µГ. При этом более благоприятные условия перемещения груза, когда передний его конец будет в приподнятом положении. Это возможно при условии, что тяговое усилие и груз будет находиться от опоры на расстоянии, не большем, чем где – угол, образуемый тяговым канатом с горизонтальной плоскостью.

При установившемся движении мощность, необходимая для перемещения груза, равна где FТ – тяговое усилие; v – скорость перемещения груза; – КПД передач от двигателя к тяговому органу.

3.4. Теоретические основы производительности лесных 3.4.1. Производительность машин и оборудования Различают два вида производительности машин: технически возможную (теоретическую) и действительную (фактическую). Технически возможная производительность зависит в основном от совершенства конструкции машины и может быть определена по формуле:

где Т – продолжительность работы машины (час, смена и т.д.); V – объем или масса единицы продукции (если производительность определяется по количеству единиц продукции, V=1); tЦ – время, необходимое на обработку или перемещение единицы продукции (полуфабриката).

Производительность ПТ характеризует возможности машины при отсутствии потерь времени на подготовительно-заключительные операции, отдых оператора, по организационно-техническим причинам и др.

Эти потери времени принято называть внецикловыми потерями. Действительная производительность характеризует возможности машины с учетом внецикловых потерь, которые практически неизбежны. Она представляет собой фактическое количество продукции, которое может быть перемещено или обработано машиной за единицу времени:

где 1 – коэффициент использования рабочего времени.

Время на обработку или перемещение единицы продукции где tP – время, затрачиваемое на рабочие ходы; tХ – время, затрачиваемое на холостые ходы; tВ – время, затрачиваемое на вспомогательные операции (загрузку и разгрузку машины).

Для машин периодического действия где S – путь перемещения единицы продукции; vР – скорость перемещения продукции; vХ – скорость холостого хода машины (рабочего органа).

В машинах непрерывного действия загрузка и разгрузка их производится без остановки и tВ=0,что обуславливает их более высокую производительность по сравнению с машинами периодического действия при прочих равных условиях. Для машин непрерывного действия где v – скорость обработки или перемещения продукции; l – размер единицы продукции в направлении ее движения; l1 – расстояние между двумя смежными единицами продукции.

Тогда для этих машин Если машина выполняет не одну, а, например, две работы с частичным их совмещением по времени или раздельно (например, трелевку и погрузку древесины), общая ее производительность в данном случае равна где ПТ – производительность машины при выполнении только первой работы (например, трелевки); ПП – производительность машины при выполнении только второй работы (например, погрузки).

При выполнении машиной двух видов работ в одно и то же время общая производительность машины определяется по формуле (3.11) и (3.12).

3.4.2. Производительность поточных линий Для выпуска готовой продукции или полуфабриката необходимо выполнить несколько технологических операций на различных машинах (станках), формируемых в поточные линии. Эти линии делятся на три класса:

– последовательного агрегатирования (рис. 3.5, а);

– параллельного агрегатирования (рис. 3.5, б);

– смешанного агрегатирования (рис. 3.5, в).

Рис. 3.5. Схемы агрегатирования машин (станков) в поточных линиях При последовательном и параллельном агрегатировании производительности всех машин (станков) должны быть равны между собой. В линиях смешанного агрегатирования производительность последовательно соединенных машин должна равняться сумме производительностей параллельно соединенных машин.

В поточных линиях с разветвлениями в результате обработки получают два и более видов полуфабрикатов, каждый из которых подвергается дальнейшей обработке на своей ветви поточной линии, выпускающей свой вид готовой продукции.

При расчете производительности поточной лини необходимо учитывать взаимозависимость (связь) всех машин (станков), входящих в линию. Отдельные машины, входящие в поточную линию, связаны между собой жесткой или гибкой связью.

При жесткой связи предметы труда (заготовки) передаются непосредственно от одной машины на смежную с ней и ритм работы обеих машин должен быть одинаковым (рис. 3.5 а, б, в).

При гибкой связи допускается разный ритм работы машин (станков) (рис. 3.6 а). Но такая связь предусматривает в среднем равную производительность машин, последовательно расположенных в линии. При гибкой связи возможны даже кратковременные остановки одной или нескольких машин без нарушения нормальной работы остальных машин в линии.

Рис. 3.6. Виды связей машин (станков) в поточных линиях В качестве гибкой в поточных линиях на лесных складах применяют буферные площадки и буферные магазины для создания межоперационных запасов обрабатываемых лесоматериалов (заготовок).

Целесообразно применять поточные линии с жестко-гибкой связью технологических машин (рис. 3.6, б, в). В этом случае заготовки передаются в основном от предыдущей машины на последующую, смежную с ней, непосредственно. Буферный магазин (проходной или тупиковый) вступает в действие, когда режим работы смежных машин нарушается, или одна из них временно останавливается.

Поскольку в поточной линии машины взаимосвязаны, производительность поточной линии последовательного агрегатирования будет равна где Пmin – расчетная сменная производительность наименее производительной машины, входящей в состав поточной линии, определяемая по формулам 3.11, 3.12; – коэффициент, учитывающий взаимное влияние отдельных машин, входящих в линию, и зависящий от их числа, характера связи между ними, а также от коэффициента их надежности н Коэффициент надежности н связан с коэффициентом использования рабочего времени 1, входящим в формулы 3.11, 3.12. Эта связь выражается зависимостью где п – коэффициент, учитывающий потери времени по организационным и некоторым другим причинам; н – коэффициент надежности, учитывающий мелкие неисправности (отказы) в работе машин.

Коэффициентн зависит от количества и надежности отдельных элементов, составляющих каждую машину.

Поточная линия последовательного агрегатирования, состоящая из n машин (станков), соединенных жесткой связью, работает только тогда, когда работают все входящие в линию машины. Остановка любой из них ведет к остановке всей линии. Для линий с жесткой связью, когда надежность всех машин, входящих в линию, одинакова, л = нn- и производительность такой линии равна В поточных линиях с гибкой связью при неограниченной или весьма большой вместимости буферных магазинов обеспечивается независимая работа входящих в линию отдельных машин и л = 1. Следовательно П л = П min.

На лесосечных работах благодаря возможности создания больших межоперационных запасов также обеспечивается независимая работа машин в потоке.

На нижних лесных складах межоперационные запасы располагаются в буферных магазинах или на буферных площадках ограниченной вместимости. Поэтому остановки поточной линии могут происходить не только вследствие отказов входящих в нее машин, но и в связи с переполнением или опорожнением буферных магазинов или буферных площадок. Для таких линий 1 > л > нn-1.

На величину л также влияет коэффициент надежности буферного магазина как механизма. Для снижения влияния этого коэффициента на производительность поточной линии можно использовать жестко-гибкую связь технологических машин (рис. 3.6).

В линии, состоящей из нескольких автономно работающих технологических машин, последовательные операции выполняются независимо друг от друга. Межоперационные запасы при этом хранятся в штабелях и практически имеют неограниченные размеры, а их создание и передача обрабатываемых материалов от одной технологической машины к другой производится краном или автопогрузчиком. В этом случае понятие "производительность поточной линии" не имеет смысла, так как отдельные машины могут за смену выпускать различное количество полуфабрикатов. В целом же по складу эту неравномерность можно компенсировать в течение недели или месяца различным число смен работы отдельных машин (станков).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите процессы, которые преобладают в лесозаготовительной промышленности на разных стадиях заготовки древесного сырья.

2. Назовите виды механической технологии древесины, получившие применение в лесозаготовительном производстве.

3. Охарактеризуйте возможные способы перемещения лесных грузов по лесосеке и укажите их достоинство и недостатки.

4. Дайте определения понятия пиление древесины и назовите виды и способы пиления древесины.

5. Назовите два вида производительности лесных машин и дайте их характеристику и отличительные особенности.

6. Объясните, чем отличается производительность машины от производительности поточной линии и что нужно учитывать при определении производительности поточной линии.

7. Назовите, на какие три класса делятся поточные линии, и какие виды связей могут быть между машинами (станками), входящими в поточную линию.

АНАЛИЗ СИЛОВЫХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

ПРОЦЕССА ПИЛЕНИЯ ДРЕВЕСИНЫ ЦЕПНЫМИ

ПИЛЬНЫМИ МЕХАНИЗМАМИ

Исследование и анализ влияния различных факторов на силу резания при пилении древесины цепным При механической обработке древесины сила резания является одним из наиболее важных факторов процесса резания. Она характеризует не только процесс резания древесины, так как оказывает прямое и существенное влияние на энергозатраты, но и определяет параметры оборудования для механической обработки древесины. По величине средней силы резания определяется мощность, расходуемая на резание древесины, а по величине максимальной силы резания ведутся прочностные расчеты узлов оборудования. В этой связи важно знать, как изменяется сила резания в зависимости от технологических факторов процесса резания древесины и, прежде всего в зависимости от высоты пропила, ширины пропила, скорости резания и скорости подачи при прочих равных условиях.

Таким образом, задача может быть сформулирована так: определить, как изменяется сила резания при пилении цепными пилами в зависимости от диаметра распиливаемых хлыстов (сортиментов), ширины пропила, скорости резания и подачи.

Сила резания равна где k w – удельная работа резания, Дж/м3; b – ширина пропила, м; h – высота пропила, м; v – скорость резания, м/с; u – скорость подачи, м/с.

При поперечном пилении круглых лесоматериалов h = 0,8d, где d – диаметр резания в плоскости реза.

Тогда формула (4.1) примет вид:

Формула (4.2) является математическим описанием зависимости силы резания от различных факторов. Для установления зависимости силы резания от различных факторов целесообразно принять переменными следующие параметры: диаметр пропила, ширину пропила, скорость резания и скорость подачи.

Исходные данные для расчетов содержат 30 вариантов и даны в табл. 4.1. По каждому варианту приводятся значения постоянных факторов значения переменных факторов пределы и шаг их изменения.

Табл. 4.1. Исходные данные для расчетов к заданию № Вари- Значения постоянных факторов Переменные факторы и пределы их Расчеты производятся по формуле 4.2 по программе вычислений на ПЭВМ. Результаты расчетов по приведенной выше программе вычислений ПЭВМ выдает в виде табличных данных. Левый столбец цифр этих данных представляет собой изменяемый параметр (диаметр пропила, скорость резания и т.д.), а правый – значения силы резания при пилении цепным пильным аппаратом в зависимости от величины изменяемого параметра.

Рис. 4.1. Графики зависимости силы резания от различных факторов процесса пиления древесины По полученным данным строятся графики изменения силы резания при пилении цепным пильным аппаратом в зависимости от диаметра (высоты) пропила, скорости резания, скорости подачи и ширины пропила. Для чего по оси абсцисс откладывается в масштабе значения независимых переменных, а по оси ординат – значения силы резания. Образец графика приведен на рис. 4.1. Затем графики анализируются и делаются соответствующие выводы, в которых должно быть указано, почему такие зависимости, а не просто констатация характера зависимости. Например: из графика F=f(d) видно, что с увеличением диаметра пропила сила резания интенсивно растет. Обусловлено это тем, что с увеличением диаметра увеличивается количество зубьев одновременно режущих древесину.

Исследование и анализ влияния различных факторов на мощность, расходуемую на пиление древесины Ежегодно в Беларуси заготавливается в среднем 12,0 млн. м древесины, для чего необходимо спилить примерно 40 млн. шт. деревьев.

Валка деревьев – трудоемкая и небезопасная операция. Для ее механизации используются в основном бензиномоторные пилы и частично валочные, валочно-пакетирующие и другие машины. Основным узлом у пил и машин является цепной пильный механизм консольного типа.

Наряду с этим цепные пильные механизмы применяются и на раскряжевке древесины. Для привода в действие этих пильных механизмов требуются большие затраты энергии. В этой связи приобретает большую актуальность выбор оптимальной мощности привода пильного механизма применительно к конкретным природнопроизводственным условиям, так как диаметры деревьев колеблются в значительных пределах: от 0,1 м до 1 м и более. Для правильного выбора параметров цепных пильных механизмов и количества их типоразмеров необходимо знать, прежде всего, как изменяется расход мощности на пиление в зависимости от диаметра дерева в плоскости реза, скорости резания и подачи, ширины пропила и других факторов при прочих равных условиях.

Таким образом, задача может быть сформулирована так: определить, как изменяется мощность, расходуемая на пиление цепным пильным механизмом, в зависимости от диаметра дерева в плоскости реза, скорости резания и подачи, ширины пропила и других технологических параметров процесса пиления.

Известно, что мощность, расходуемая на пиление, равна где F т – тяговое усилие, Н; v – скорость резания, м/с; – коэффициент полезного действия передачи от двигателя к пильной цепи.

По формуле (4.3) не представляется возможным изучить влияние на расход мощности таких факторов, как диаметр дерева в плоскости реза, скорость резания и подачи, ширина пропила, длина пильного аппарата, и требуется детализация.

Для цепных пильных аппаратов тяговое усилие определяется по формуле:

где Fv – сила резания, Н; Fu – сила отжима, Н; µ – коэффициент трения цепи о пильную шину; q – вес цепи на погонной длине 1 м, Н; l – длина пильной шины, м; Fo – монтажное натяжение пильной цепи, Н.

Сила резания равна где kw - удельная работа резания, Дж/м2; b - ширина пропила, м; h высота пропила, м; h = 0,8 d; d - диаметр дерева в плоскости реза, м; u - скорость подачи, м/с.

Усилие отжима Fu = ( 0,7 - 1,0) Fv Подставив приведенные выше значения в формулу (4.3), получим Значения величин даны выше. Формула (4.6) является подробным математическим описанием процесса пиления древесины цепным пильным механизмом. Для решения поставленной задачи целесообразно принять переменными следующие параметры: диаметр дерева, ширину пропила, скорость резания, скорость подачи, длину пильной шины.

Исходные данные для расчетов содержат 30 вариантов и даны в табл. 4.2. По каждому варианту приводятся значения постоянных факторов значения переменных факторов пределы и шаг их изменения.

Расчеты производятся по формуле (4.6) по программе вычислений на ПЭВМ. Результаты расчетов ПЭВМ выдает в виде табличных данных, в которых левый столбец цифр представляет собой изменяемый параметр (диаметр пропила, скорость резания и т.п.), а правый столбец цифр - мощность, расходуемую на пиление цепным пильным аппаратом в зависимости от величины изменяемого параметра.

Табл. 4.2. Исходные данные для расчетов к заданию № Вари- Значения постоянных факторов Переменные факторы и пределы их 1 0,15 0,020 14 0,008 0,30 3, 2 0,25 0,020 14 0,008 0,30 3, 3 0,35 0,015 14 0,009 0,40 3, 4 0,45 0,015 12 0,009 0,40 3, 5 0,55 0,015 12 0,009 0,40 3, 6 0,20 0,020 14 0,008 0,35 3, 7 0,30 0,020 14 0,008 0,35 3, 8 0,40 0,015 12 0,009 0,35 3, 9 0,5 0,015 12 0,009 0,45 3, 10 0,60 0,010 12 0,009 0,45 3, 11 0,25 0,020 16 0,009 0,35 3, 12 0,35 0,020 16 0,009 0,35 3, 13 0,45 0,015 16 0,009 0,45 3, 14 0,55 0,015 14 0,010 0,45 3, 15 0,65 0,010 14 0,010 0,55 4, 16 0,30 0,025 16 0,009 0,40 3, 17 0,40 0,025 16 0,009 0,40 3, 18 0,50 0,020 14 0,012 0,40 4, 19 0,60 0,020 14 0,012 0,70 4, 20 0,70 0,020 14 0,012 0,70 4, 21 0,35 0,030 18 0,014 0,45 10, 22 0,45 0,030 18 0,014 0,45 10, 23 0,55 0,025 18 0,014 0,45 10, 24 0,65 0,025 16 0,024 0,75 20, 25 0,75 0,020 16 0,024 0,70 20, 26 0,20 0,030 18 0,014 0,50 10, 27 0,30 0,030 18 0,014 0,50 10, 28 0,40 0,025 18 0,014 0,50 10, 29 0,50 0,025 16 0,024 0,90 20, 30 0,60 0,020 16 0,024 0,90 20, По полученным данным строятся графики зависимостей мощности расходуемой цепным пильным аппаратом на пиление в зависимости от диаметра (высоты) пропила, скорости резания, скорости подачи, ширины пропила и длины пильной шины. По оси абсцисс откладывается независимая переменная, а по оси ординат – зависимая.

Затем графики анализируются и делаются соответствующие выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите, какой фактор является одним из наиболее важных факторов процесса резания древесины и на что оказывает прямое и существенное влияние.

2. Объясните, какие основные технологические факторы влияют на величину силы резания, как и почему так влияют.

3. Назовите основные факторы, оказывающие существенное влияние на расход мощности на пиление древесины цепным пильным механизмом.

4. Объясните, почему с увеличением скорости подачи, мощность, расходуемая на пиление древесины, интенсивно возрастает.

АНАЛИЗ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ,

ПРИМЕНЯЕМЫХ НА ЛЕСОСЕЧНЫХ РАБОТАХ

Исследование и анализ влияния различных факторов на производительность валочных и валочно-пакетирующих Машинная валка является более эффективной, чем бензиномоторными пилами, так как она позволяет сделать труд вальщиков более легким, производительным и безопасным.

Однако эта высокопроизводительная техника пока используется недостаточно эффективно. Одной из причин в этом является то, что наряду с односменным режимом работы машин они зачастую используются без должного учета природно-производственных условий и технологических параметров машины.

Известно, что основным показателем работы машины является ее производительность. Чтобы достичь высокой производительности, необходимо знать, какие факторы и как влияют на производительность машины при валке деревьев в зависимости от различных природнопроизводственных факторов.

Производственный опыт показывает, что на производительность валочных (ВМ) и валочно-пакетирующих машин (ВПМ) оказывают влияние средний объем хлыста, ликвидный запас древесины на 1 га, ширина разрабатываемой полосы леса за один проход и некоторые другие факторы.

Следовательно, задача может быть сформулирована так: установить, как изменяется производительность валочных и валочнопакетирующих машин от перечисленных выше и других различных природно-производственных факторов и технологических параметров машины.

Производительность валочной или валочно-пакетирующей машины цикличного действия (м3) в обобщенном виде выражается формулой где Т – время смены, с; t п-з – время на выполнение подготовительнозаключительных операций, с; 1 – коэффициент использования рабочего времени: 1 = 0,85; Vхл – средний объем хлыста, м3; n – число деревьев, срезаемых с одного рабочего положения (технологической стоянки) машины, шт.д.:

где max, min – соответственно максимальный и минимальный вылеты гидроманипулятора, м; b – ширина полосы леса, разрабатываемой машиной, м; Qга – ликвидный запас древесины на 1 га, м3.

Для узкозахватных (рычажных) машин типа ВМ-4 n = 1, для манипуляторных типа ЛП-19В n = 2 – 6 шт.

Число технологических стоянок (переездов) машины (m), необходимых для формирования пачки деревьев объемом Vп:

t1 – время на переезды машины от дерева к дереву или с одной технологической стоянки на другую, с:

где дв – средняя скорость движения машины при переездах, м/с; t ц – время цикла, включающее время t2 на подготовку дерева к спиливанию (захват, натяг и т.п.), время t3 на спиливание дерева, время t4 на сталкивание спиленного дерева, время t5 на укладку дерева в пакетоформирующее устройство и его открытие и закрытие или же на землю, с; t 6 – время на сброску сформированной пачки с машины на землю и выравнивание при необходимости комлей, с.

Значения t2, t4, t5, t6 обычно определяются хронометражными наблюдениями, а t 3 может быть определено расчетом по формуле где dо – средний диаметр дерева в плоскости спиливания (в комле), м;

Ппил – производительность чистого пиления срезающего механизма, м2/с; 2 – коэффициент использования производительности чистого пиления срезающего механизма: 2 = 0,7 – 0,8.

Из лесной таксации известно, что где f – видовое число ствола, зависящее от коэффициента формы ствола;

Н – высота дерева, м.

Приняв 1 = 0,85; 2 =0,75; f = 0,45, подставив полученные значения t1, t3, n и m в формулу (5.1) и сделав соответствующие преобразования, получим Формула (5.1) представляет собой математическое описание процесса валки и пакетирования деревьев машинами в зависимости от различных природно-производственных факторов и технологических параметров машины. Из формулы (5.7) видно, что основными факторами, оказывающими влияние на производительность машины на валке деревьев, являются средний объем хлыста (Vхл), ликвидный запас древесины на 1 га (Qга), ширина полосы леса, разрабатываемая машиной (b), средняя скорость движения машины при переездах от дерева к дереву или от одной технологической стоянки на другую ( дв) и производительность чистого пиления срезающего механизма (Ппил ).

Для узкозахватных (рычажных) валочных машин типа ВМ-4, не имеющих пакетоформирующего устройства, Vп = Vхл и t6 = 0.

Машины ЛП-19В, МЛ-119, ЛП-60-01А имеют примерно одинаковый минимальный и максимальный вылет гидроманипулятора и формуют пачки деревьев на земле. Поэтому средний объем формируемых пачек будет зависеть в основном от ликвидного запаса древесины на 1 га и характеризуется данными, приведенными в табл. 5.1.

Табл. 5.1. Примерный объем формируемой пачки ВПМ в зависимости Ликвидный запас древесины на 1 га (Q га ), м Средний объем формируемой пачки (Vп ), м Средние значения высоты дерева для основных древесных пород (сосна, ель, осина, береза) в зависимости от объема хлыста для III разряда высот приведены в табл. 5.2.

Табл. 5.2. Высота дерева в зависимости от объема хлыста Объем хлыста (V хл), м 1,1 1, В режиме «валка-пакетирование» могут также работать и валочнотрелевочные машины (ВТМ) ЛП-17(А), ЛП-58, ВМ-4А(Б). Объем пачки, формируемой в конике ВТМ, зависит от марки машины и среднего объема хлыста и составляет для ЛП-17(А) Vп6 м3, ЛП-58 Vп8 м3, ВМА(Б) Vп10 м3.

Необходимые данные для расчетов содержат 30 вариантов, они даны в табл. 5.3. и 5.4. По каждому варианту приводятся значения постоянных и переменных факторов, пределы и шаг изменения переменных факторов.

Табл. 5.3. Исходные данные для расчетов к заданию № Табл. 5.4. Дополнительные исходные данные для расчетов Принимать Q согласно варианту. Если Q изменяется, принимать Q от 120 м Vп, м3 Принимать по пачку. Прини- Принимать Vп согласно варианту Принимать согласно варианту. Если Vхл изменяется, принимать:

Vхл, м3 от 0,2 до 8,0 чеот 0,4 до 1,0 м через 0,1 м 0,45 м3 через 0,8 м3 через дв, м/с Если дв изменяется, то для всех машин принимать дв от 0,56 м/с до b, м Принимать b согласно варианту. Если b изменяется, принимать:

Ппил, Если Ппил изменяется, принимать для всех машин Ппил от 0,01 до 0,35 м2/с м2/с Н, м Так как Н зависит от Vхл, принимать Н для всех машин по таблице 5. Расчеты производятся по формуле (5.7) на ПЭВМ. Результаты расчетов ПЭВМ выводит в виде табличных данных, в которых левый столбец цифр представляет собой изменяемый параметр, а правый – производительность машины в зависимости от изменяемого параметра.

Рис. 5.1. Графики зависимости производительности ВПМ ЛП-19В от различных По полученным данным строятся графики изменения производительности машины в зависимости от объема хлыста, ликвидного запаса древесины на 1 га, ширины полосы леса разрабатываемой машиной за один проход, скорости движения машины при переездах с одной технологической стоянки на другую, производительности чистого пиления срезающего механизма. Образец графика приведен на рис 5.1.

Затем графики анализируются и делаются соответствующие выводы с пояснениями, почему такие зависимости. Например: из графика П=f(Vхл) видно, что с увеличением объема хлыста производительность ВПМ интенсивно возрастает, хотя для спиливания более крупного дерева потребуется больше времени. Обусловлено это тем, что при увеличении объема хлыста время на спиливание более крупного дерева возрастает значительно медленнее, чем прирост объема заготовленной древесины за это время и, как следствие, затраты времени на заготовку 1 м древесины уменьшаются.

Исследование и анализ влияния различных факторов на производительность валочно-трелевочных машин Валочно-трелевочные машины (ВТМ) относятся к многооперационным машинам, так как позволяют производить валку деревьев, формирование их в пачки и доставку (трелевку) сформированных пачек на погрузочный пункт или верхний склад. При необходимости они могут работать в режиме «валка-пакетирование» и «валка» деревьев. Благодаря универсальности ВТМ получают широкое применение на лесозаготовках в странах СНГ. Достоинством этих машин является то, что они исключают ручной труд, и то, что не требуется создавать на лесосеке межоперационные запасы, так как заготовленная древесина сразу же доставляется на погрузочный пункт. При этом более полно используется мощность двигателя машины по сравнению с валочными и валочнопакетирующими машинами.

Однако эта высокопроизводительная техника не всегда используется эффективно, так как не в должной мере учитываются природнопроизводственные и другие факторы. Чтобы достичь высокой производительности, необходимо знать, какие факторы и как влияют на производительность валочно-трелевочных машин. Производственный опыт показывает, что основными факторами являются средний объем хлыста и расстояние трелевки. Кроме того, на производительность оказывают влияние и такие факторы, как запас леса на 1 га, вылет манипулятора и скорость движения машины.

Таким образом, задача может быть сформулирована так: определить, как изменяется производительность ВТМ от указанных природнопроизводственных факторов и технологических параметров машины.

Математическое описание процесса валки-трелевки имеет следующий вид:

где Т – продолжительность смены, с (Т=25200с (7 ч.)); tп-з – время на выполнение подготовительно-заключительных операций, с (tп-з =2400 с); Vп – объем формируемой пачки деревьев, м3; Vхл – средний объем хлыста, м3; Q – средний запас леса на 1 га, м3; b – ширина полосы леса, разрабатываемая машиной, м; Vдв – средняя скорость движения машины при переездах, м/с; t2 – время на подготовку дерева к спиливанию, с; Ппил – производительность чистого пиления срезающего механизма, м2/с; Н – высота ствола дерева, м; t4 – время на сталкивание спиленного дерева, с;

t5 – время на укладку дерева в пакетоформующее устройство, с; S – среднее расстояние трелевки, м; Vрх – средняя скорость движения машины с грузом (пачкой), м/с; Vхх – средняя скорость движения машины без груза (порожняком на лесосеку), м/с; t6 – время на отцепку пачки и чокеров на погрузочном пункте (время на разгрузку пачки) и выравнивание комлей, с.

Необходимые данные для расчетов содержат 30 вариантов, они даны в табл. 5.5 и 5.6. По каждому варианту указана марка ВТМ и приводятся значения постоянных и переменных факторов, пределы и шаг изменения переменных факторов.

Расчеты производятся по формуле (5.8) на ПЭВМ. Результаты расчетов ПЭВМ выдает в виде табличных данных, в которых левый столбец представляет собой изменяемый параметр, а правый – производительность машины в зависимости от изменяемого параметра.

Табл. 5.5. Исходные данные для расчетов к заданию № Q, м /га Vхл, м Vп, м Q, м /га Табл. 5.6. Дополнительные исходные данные для расчетов Vxл, м3 Принимать согласно варианту. Если Vxл изменяется, принимать Принимать согласно варианту. Если b изменяется, принимать По полученным данным строятся графики изменения производительности валочно-трелевочной машины в зависимости от среднего объема хлыста, среднего расстояния трелевки, ликвидного запаса древесины на 1 га и ширины полосы леса разрабатываемой ВТМ за один проход. По оси абсцисс откладывается независимая переменная, а по оси ординат – зависимая. Затем графики анализируются и делаются соответствующие выводы с пояснениями, как и в задании 3.

Исследование и анализ влияния различных факторов на производительность валочно-сучкорезно-раскряжевочных Объемы заготовки сортиментов на лесосеке в Беларуси с каждым годом увеличиваются благодаря сокращению номенклатуры заготавливаемых сортиментов, возможности их прямой доставки потребителям минуя нижние склады в большинстве случаев, созданию высокопроизводительной лесозаготовительной техники для заготовки сортиментов.

Особенно перспективными и технологичными являются валочносучкорезно-раскряжевочные машины (ВСРМ) манипуляторного типа, применение которых позволяет исключить ручной труд, сделать труд рабочего-лесозаготовителя более легким, производительным и безопасным. В настоящее время выпускаются ВСРМ манипуляторного типа МЛ-19К, МЛ-20 (РФ), Валмет 911.1, Валмет 921, FMG 1070, Ponsse Beover (Финляндия) и др.

Однако ВСРМ хотя и высокопроизводительная, но дорогостоящая техника и зачастую используется недостаточно эффективно. Одной из причин недостаточно эффективного применения ВСРМ является то, что наряду с односменным режимом работы они часто используются без должного учета природно-производственных условий и технологических параметров машины.

Основным показателем работы ВСРМ является их производительность. Чтобы достичь высокой производительности ВСРМ в конкретных природно-производственных условиях, необходимо знать, какие факторы и как влияют на их производительность. Такими факторами являются объем хлыста, ширина разрабатываемой полосы леса машиной, запас древесины на 1 га, скорость протаскивания дерева через сучкорезное устройство и др.

Следовательно, задача может быть сформулирована так: исследовать, как изменяется производительность ВСРМ на заготовке сортиментов в зависимости от перечисленных выше и других природных факторов и технологических параметров машины.

Производительность валочно-сучкорезно-раскряжевочной машины (ВСРМ) в обобщенном виде выражается формулой где Т – продолжительность смены, с; tп-з – время на выполнение подготовительно-заключительных операций, с; 1 – коэффициент использования рабочего времени; Vхл – средний объем хлыста, м3; n – число деревьев, срезаемых и обрабатываемых с одной рабочей позиции (с одной технологической стоянки) машины, шт.; t1 – время на переезд машины с одной рабочей позиции на другую, с; tц – время на спиливание и обработку (очистку от сучьев и раскряжевку) одного дерева, с.

Чтобы можно было, используя формулу (5.9), анализировать влияние различных природно-производственных факторов и технологических параметров машины на ее производительность, требуется детализация этой формулы.

Число деревьев, срезаемых и обрабатываемых с одной рабочей позиции машины, зависит от ширины полосы леса (b), разрабатываемой машиной за один проход; ширины ленты (а), осваиваемой с одной рабочей позиции (рис. 5.2); ликвидного запаса древесины на 1 га (Qга); интенсивности рубки (i) насаждения; среднего объема хлыста (Vхл) и равно ВСРМ манипуляторного типа может срезать и обрабатывать деревья спереди по ходу движения машины, а также справа и (или) слева, что зависит от конструкции машины. В этом случае ширина ленты, осваиваемая ВСРМ с одной рабочей позиции, будет зависеть от максимального (lmax) и минимального (lmin) вылета манипулятора.

Исходя из 95 % доступности деревьев для ВСРМ и необходимости укладки заготавливаемых сортиментов у волока перпендикулярно к нему, а сучьев и ветвей на волоке, если необходимо укрепление волока, или у волока, если сучья и ветви планируется использовать на промышленные или бытовые цели, что практически составляет 0,4 lmax.

Ширина разрабатываемой полосы леса ВСРМ зависит от величины максимального вылета манипулятора, конструкции машины и принятой технологии работ и может быть равна lmax или же 2 lmax.

Интенсивность рубки насаждения зависит от вида рубки. При сплошных рубках i = 1, при рубках ухода i = 0,3 – 0,4.

Рис. 5.2. Схема для расчета ширины полосы леса (b, 2b), разрабатываемой ВСРМ за один проход, и ширины ленты (а), осваиваемой ВСРМ с одной рабочей позиции: 1 – полоса леса, разрабатываемая ВСРМ; 2 – ВСРМ; 01, 02, 03 – рабочие позиции ВСРМ;

Среднее время на переезды ВСРМ с одной рабочей позиции на другую где дв – средняя скорость движения ВСРМ при переезде с одной рабочей позиции на другую или от дерева к дереву, м/с.

Значения остальных величин даны выше.

Время на спиливание и обработку одного дерева где t2 – время на подготовку дерева к спиливанию (подвод срезающего механизма к дереву и захват дерева), с; t3 – время на спиливание дерева, с; t4 – время на сталкивание (повал) спиленного дерева, с; t7 – время на очистку дерева от сучьев, с; t8 – время на раскряжевку хлыста, с.

Значения t2 и t4 целесообразно определять по данным хронометражных наблюдений, а t3 может быть рассчитано по формуле (5.13).

Время на очистку одного дерева от сучьев где Н – средняя высота спиливаемых деревьев, м: она зависит от среднего диаметра деревьев на высоте груди и разряда высот и может быть определена по материалам отвода насаждений в рубку; k – коэффициент, показывающий, какая часть длины дерева протаскивается через сучкорезный механизм за время падения дерева; lв – средняя длина вершины дерева, не подлежащая очистке от сучьев, м; uср – средняя скорость протаскивания дерева через сучкорезный механизм с учетом замедления скорости перед каждым пропилом в процессе раскряжевки, м/с.

Время на раскряжевку хлыста где dср – средний диаметр пропилов, м: обычно за dср принимается диаметр дерева на половине его высоты; uн – средняя скорость надвигания пильного механизма на хлыст, м/с: она зависит от конструкции пильного механизма и мощности двигателя, т. е. от производительности чистого пиления пильного механизма (Ппил); mр – число пропилов (резов) на один хлыст, шт.: оно зависит от длины хлыста и средней длины выпиливаемых сортиментов (lср):

С учетом сказанного выше формула (5.15) примет следующий вид:

где 2 – коэффициент использования Ппил пильного механизма.

Значения остальных величин даны выше.

Подставив полученные значения величин t3, t7, и t8 из формул (5.14, 5.15 и 5.16) в формулу (5.12), получим где f – видовое число ствола дерева.

Подставив полученные значения n, t1 и tц из формул (5.10, 5.11, 5.12) в формулу (5.9) и сделав соответствующие преобразования, получим развернутое выражение производительности валочно-сучкорезнораскряжевочных машин манипуляторного типа:

Формула (5.18) представляет собой математическое описание процесса заготовки на лесосеке сортиментов валочно-сучкорезнораскряжевочными машинами. Она с достаточной точностью и достоверностью позволяет анализировать производительность этих машин в зависимости от их технологических параметров (скорости движения машины с одной рабочей позиции на другую (дв); ширины полосы леса, разрабатываемой машиной за один проход (b); производительности чистого пиления пильного механизма (Ппил) и др.) и природных факторов:

среднего объема хлыста (Vхл), ликвидного запаса древесины на 1 га (Qга), породы и других факторов. Она позволяет анализировать влияние различных природно-производственных факторов, технологических параметров машины и вида рубки на производительность валочносучкорезно-раскряжевочной машины.

Необходимые исходные данные для расчетов содержат 30 вариантов, они приведены в табл. 5.7 и 5.8. По каждому варианту приводятся значения постоянных факторов, значения переменных факторов, пределы и шаг их изменения.

Табл. 5.7. Исходные данные для расчетов к заданию № ВаVхл, ант Примечание. Для всех вариантов T = 25200 с (7 ч.); tп-з =2400 с; 1 = 0,85;

2 = 0,75; f = 0,45; t2 = 30 с; t4 = 10 с.

Табл. 5.8. Исходные данные для расчетов к заданию № Средняя скорость протаскивания дерева через сучкорезный механизм uср, м/с Для расчетов производительности ВСРМ необходимо знать взаимосвязь между объемом хлыста, его высотой и диаметром ствола на половине его длины. Для основных древесных пород Беларуси (сосна, ель, береза, осина) III разряда высот эта взаимосвязь характеризуется данными табл. 5.9.

Табл. 5.9. Высота дерева и диаметр ствола на середине высоты Диаметр ствола на середине высоты (dср), см Объем хлыста (Vхл), м Диаметр ствола на середине высоты (dср), см Расчеты производятся по вышеприведенной формуле (5.18) на ПЭВМ. Результаты вычислений ПЭВМ выводит в виде табличных данных, в которых левый столбец цифр представляет собой изменяемый параметр (объем хлыста, запас на 1 га, ширина разрабатываемой полосы леса и т.д.), а правый – производительность машины в зависимости от изменяемого параметра.

По полученным данным строятся графики изменения производительности машины в зависимости от объема хлыста, запаса на 1 га, ширины разрабатываемой полосы леса и от других изменяемых параметров. По оси абсцисс откладывается независимая переменная, а по оси ординат – зависимая. Затем графики анализируются и делаются соответствующие выводы с пояснениями, почему такие зависимости.

Исследование и анализ влияния различных факторов на производительность бензиномоторных пил на валке деревьев и раскряжевке хлыстов Цепные пилы изготавливаются в виде переносных моторных пил (ручной механизированный инструмент) или рабочего органа лесозаготовительных машин, выполняющих срезание деревьев и (или) раскряжевку хлыстов. Бензиномоторные пилы применяются на лесосечных работах для срезания деревьев при валке, очистке деревьев от сучьев, раскряжевке хлыстов, заделке габаритов воза, а также при выполнении подготовительных работ и очистке лесосек. Они имеют невысокую стоимость и достаточно производительны. Основными недостатками бензиномоторных пил то, что механизируется только процесс спиливания дерева.

Основным показателем работы бензиномоторных пил является их производительность. Чтобы достичь высокой производительности, необходимо знать, какие факторы и как влияют на производительность при валке деревьев и раскряжевке хлыстов в зависимости от различных природно-производственных факторов.

Производительность переносных цепных моторных пил (м3) на валке деревьев и раскряжевке хлыстов в обобщенном виде выражается формулой где Т – время смены, с; tп-з – время на выполнение подготовительнозаключительных операций, с; 1 – коэффициент использования рабочего времени; Vхл – средний объем хлыста, м3;

Здесь tп – время, затрачиваемое на один пропил, с; mр – число пропилов, приходящихся на дерево или хлыст, при валке деревьев mр=1; при раскряжевке mр зависит от длины хлыста и средней длины выпиливаемых сортиментов (lср):

где lв – средняя длина вершины дерева, не подлежащая очистке от сучьев, м.

Коэффициент kп, учитывает время на переходы от дерева к дереву при валке или от пропила к пропилу на раскряжевке (табл. 5.10).

Способ валки деревьев:

Время, затрачиваемое на один пропил, где dп – диаметр пропила, при валке деревьев dп=dс – диаметру комля, при раскряжевке dп=dср – среднему диаметру дерева в плоскости пропила, м; k1 – коэффициент, учитывающий увеличение площади пропила за счет подпила (k1=1,15 – 1,25), при раскряжевке k1=1; u – скорость подачи, м/с.

Если известен диаметр дерева на высоте, равной 1,3 м (на высоте груди) d1,3, то диаметр dс можно определить как где c – коэффициент, зависящий от породы дерева: в практических расчетах при допустимой высоте оставляемого пня с1,25; при спиливании дерева с расположением плоскости пропила на уровне земли с2.

Для основных древесных пород (сосна, ель, осина, береза) Беларуси III разряда высот средние значения высоты дерева, диаметра ствола на высоте 1,3 м, диаметра ствола на середине высоты в зависимости от объема хлыста приведены в табл. 5.11.

Табл. 5.11. Высота дерева в зависимости от объема хлыста Объем хлыста (Vхл), м3 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1, Высота дерева (Н), м 14 16,5 18 20 21 21 21,5 21,5 22 22 22,5 22, Диаметр ствола на высоте 1,3 м (d1,3), см 13,5 18 21 23,5 25,5 28 30 32 33,5 35,5 36,5 38, Диаметр ствола на середине высоты (dср), см 9 12 14,5 16 17,5 19 20,5 21,5 23 24 25 Скорость подачи u можно найти из формулы (4.1):

где kw – удельное сопротивление резанию, Н/м2; b – ширина пропила, м;

– скорость резания, м/с; hср – средняя высота пропила; при валке деревьев hср=0,8dс, а при раскряжевке хлыстов hср=0,8dср; F – сила резания, Величина F должна соответствовать неравенствам:

где Fр – усилие резания, определяемое по мощности двигателя.

где Р – мощность двигателя бензиномоторной пилы, кВт; µ – коэффициент трения цепи о шину, при работе цепи с постоянной смазкой µ = 0,1 – 0,15; при периодической смазке µ = 0,15 – 0,2.

Сила резания Fн, определяемая по ручному надвиганию, где Fн – усилие надвигания рабочего; Fн=160 – 200 Н; ао – коэффициент, зависящий от степени затупления зубьев пильной цепи (0,8 – 1).

Необходимые данные для расчетов содержат 30 вариантов, они даны в табл. 5.12 и 5.13. По каждому варианту приводятся значения постоянных и переменных факторов, пределы и шаг изменения переменных факторов.

Табл. 5.12. Исходные данные для расчетов к заданию № Vхл, м Vхл, м Примечание. Для всех вариантов T = 25200 с; tп-з =2400 с; 1 = 0,85; 2 = 0,75;

lв=0,7 м; kwв=70106 Н/м2; kwр=80106 Н/м2.

Табл. 5.13. Исходные данные для расчетов к заданию № Средняя длина выпиливаемых сортименчерез 0, тов lср, м Расчеты производятся по формуле (5.19) на ПЭВМ. Результаты расчетов ПЭВМ выводит в виде табличных данных, в которых левый столбец цифр представляет собой изменяемый параметр, а правый – производительность машины в зависимости от изменяемого параметра.

По полученным данным строятся графики изменения производительности бензиномоторной пилы в зависимости от объема хлыста, мощности двигателя, средней длины выпиливаемых сортиментов, ширины пропила. Затем графики анализируются и делаются соответствующие выводы с пояснениями, почему такие зависимости.

Исследование и анализ влияния различных факторов и сучкорезно-раскряжевочных машин Исходя из конкретных производственных условий, обрезка сучьев самоходными сучкорезными машинами может производиться: на лесопогрузочном пункте или промежуточном складе, на пасеке или непосредственно у пня; на трассе лесовозного уса при его строительстве; с протаскиванием дерева при захвате его за комель или вершину; с подсортировкой или без подсортировки хлыстов.

Основным местом работы сучкорезных машин является лесопогрузочный пункт. Процесс очистки деревьев от сучьев сучкорезной машиной включает следующие операции: захват и подачу дерева в сучкорезную головку, обрезку сучьев (в несколько приемов), сброс хлыста в штабель, уборку в сторону сучьев в процессе работы. Кроме того, в технологический процесс включают установку машины в рабочее положение у штабеля деревьев, переезды машины вдоль штабеля деревьев на рабочей площадке или от одного штабеля деревьев к другому, уход за машиной.

В последнее время на лесозаготовках получают распространение самоходные машины для заготовки сортиментов на лесосеке. Однако применение наиболее высокопроизводительных машин – харвестеров в условиях РБ затруднено ввиду их высокой стоимости и ряда других факторов. Альтернативой харвестерам для условий республики могут послужить сучкорезно-раскряжевочные машины (СРМ) – процессоры, которые значительно дешевле и проще в обслуживании.

Производственный опыт показывает, что на производительность сучкорезных и сучкорезно-раскряжевочных машин оказывают влияние средний объем хлыста, скорость протаскивания дерева, средняя длина выпиливаемых сортиментов, производительность чистого пиления и некоторые другие факторы.

Следовательно, задача может быть сформулирована так: установить, как изменяется производительность сучкорезных и сучкорезнораскряжевочных машин от перечисленных выше и других различных природно-производственных факторов и технологических параметров машины.

Производительность самоходных сучкорезных и сучкорезнораскряжевочных машин (м3/смену) для поштучной обработки деревьев с протаскивающим механизмом цикличного и непрерывного действия определяется по формуле где Т – продолжительность смены, с; tп-з – время на выполнение подготовительно-заключительных операций, с; 1 – коэффициент использования рабочего времени с учетом переездов машины с одной технологической стоянки на другую: 1 = 0,6 – 0,8; 2 – коэффициент загрузки машины: 2 = 0,85; Vх – средний объем обрабатываемого дерева, м3; tц – продолжительность обработки одного дерева, с.

Продолжительность обработки одного дерева самоходной сучкорезной машины с протаскивающим механизмом цикличного действия (ЛП-30Г, ЛП-33А, Б) определятся по формуле где t1 – время на подвод стрелы к дереву, захват и подачу в сучкорезную головку, с; t2 – время на один зажим дерева захватом протаскивающего механизма, с; n – количество захватов (перехватов) дерева при его протаскивании через сучкорезную головку, с; t3 – время протаскивания дерева через сучкорезную головку, с; t4 – время на одно открытие захвата протаскивающего механизма, с; t5 – время возврата захвата протаскивающего механизма в исходное положение, с.

Время на подвод стрелы к дереву, захват и подачу в сучкорезную головку определяют по формуле Количество захватов дерева где (Н – средняя длина обрабатываемого дерева, м; lк – расстояние от комлевого торца дерева до места первого захвата, м (lк1,5-2,5 м); Smax – максимальный ход захвата протаскивающего механизма, м.

где S3 – путь возврата захвата, м; uп и uв – соответственно, средние скорости протаскивания дерева и возврата захвата в исходное положение, м/с.

Для основных древесных пород (сосна, ель, осина, береза) Беларуси III разряда высот средние значения высоты дерева и диаметра ствола на середине высоты в зависимости от объема хлыста приведены в таблице 5.14.

Табл. 5.14. Высота дерева в зависимости от объема хлыста Объем хлыста, м (Vхл) Диаметр ствола на Объем хлыста, м (Vхл) Диаметр ствола на Для машин с протаскивающим механизмом непрерывного действия (СМ-33), осуществляющих протаскивание дерева через сучкорезную головку в один прием (без перехватов) где t1 – время подачи рабочего органа (дерева к нему) и захват дерева, с:

t1 = 8-18 с; t2 – время протаскивания дерева, с; t3 – время на сброску хлыста в штабель, с где kд – коэффициент увеличения времени протаскивания из-за проскальзывания подающих органов и более медленной обработки криволинейных участков ствола дерева (kд=1,1-1,4). Для машин, у которых дерево подается в протаскивающий механизм манипулятором lк=3-6 м, т.к. захват дерева производится максимально близко к началу сучковой зоны.

Продолжительность обработки одного дерева самоходной сучкорезно-раскряжевочной машины с протаскивающим механизмом цикличного действия (ЛО-120) определяется по формуле:

где t1 – время на подвод стрелы к дереву, захват и подачу в сучкорезную головку, с; t2 – время на один зажим дерева захватом протаскивающего механизма, с; t3 – время протаскивания дерева через сучкорезную головку, с; t4 – время на раскряжевку хлыста, с; t5 – время возврата захвата протаскивающего механизма в исходное положение, с.

Время на очистку одного дерева от сучьев где Н – средняя высота спиливаемых деревьев, м: она зависит от среднего диаметра деревьев на высоте груди и разряда высот и может быть определена по материалам отвода насаждений в рубку; lв – средняя длина вершины дерева, не подлежащая очистке от сучьев, м; uп – средняя скорость протаскивания дерева через сучкорезный механизм с учетом замедления скорости перед каждым пропилом в процессе раскряжевки, м/с.

Время на раскряжевку хлыста где dср – средний диаметр пропилов, м: обычно за dср принимается диаметр дерева на половине его высоты; uн – средняя скорость надвигания пильного механизма на хлыст, м/с: она зависит от конструкции пильного механизма и мощности двигателя, то есть от производительности чистого пиления пильного механизма (Ппил); mр – число пропилов (резов) на один хлыст, шт.: оно зависит от длины хлыста и средней длины выпиливаемых сортиментов (lср):

С учетом сказанного выше формула (5.22) примет следующий вид:

где 2 – коэффициент использования Ппил пильного механизма.

Значения остальных величин даны выше.

Продолжительность обработки одного дерева самоходной сучкорезно-раскряжевочной машины с протаскивающим механизмом непрерывного действия (СМ-35) определятся по формуле:

где t1 – время подачи манипулятора (дерева к нему) к дереву, с; t2 – зажим дерева сучкорезными ножами, с; t3 – время на очистку дерева от сучьев, с; t4 – время на раскряжевку хлыста, с; t5 – время на сброску сортимента в штабель, с Время на наведение манипулятора можно определить по формуле где R и r – максимальный и минимальный вылет манипулятора во время работы; uзу – скорость наведения захватного устройства, м/с.

Время на зажим дерева ЗУ зависит от величины раскрытия его зажимных рычагов Dзу, м, диаметра дерева в зоне зажима Dз, м, и скорости движения зажимных рычагов ЗУ (uз, м/с), и равно Значения остальных величин даны выше.

Необходимые данные для расчетов содержат 30 вариантов и даны в табл. 5.15 и 5.16. По каждому варианту приводятся значения постоянных и переменных факторов, пределы и шаг изменения переменных факторов.

Табл. 5.12. Исходные данные для расчетов к заданию № Примечание: для всех вариантов T = 25200 с (7 час); tп-з =2400 с; 2 = 0,85;

3 = 0,75.

Табл. 5.16. Исходные данные для расчетов к заданию № сортиментов, м; lср ЛО- сортиментов, м; lср СМ- Расчеты производятся по формуле (5.20) на ПЭВМ. Результаты расчетов ПЭВМ выводит в виде табличных данных, в которых левый столбец цифр представляет собой изменяемый параметр, а правый – производительность машины в зависимости от изменяемого параметра.

По полученным данным строятся графики изменения производительности машины в зависимости от объема хлыста, скорости протаскивания, средней длины выпиливаемых сортиментов, производительности чистого пиления, коэффициента использования рабочего времени. Затем графики анализируются и делаются соответствующие выводы с пояснениями почему такие зависимости.

Исследование и анализ влияния различных факторов на производительность трелевочных машин Самоходные трелевочные машины получили широкое применение на трелевке древесины благодаря их мобильности, сравнительной простоте технологического оборудования для трелевки и возможности трелевать деревья, хлысты или сортименты к любому пункту лесовозной дороги. В Республике Беларусь более 95 % заготовляемой древесины трелюется такими машинами.

В настоящее время находит применение трелевочные машины с чокерным технологическим оборудованием (ТЛТ-100А, МЛ-127, ТТРТТ-4М, МТ-5), трелевочные машины для бесчокерной трелевки, оснащенные гидроманипулятором с челюстным захватом (ТБ-1М, МЛЛП-18Д) или клещевым захватом для подбора и трелевки сформированных пачек деревьев (МЛ-136, ЛТ-230, ЛТ-187, МЛ-127С) и погрузочно-транспортные машины для сортиментов (подборщики сортиментов МЛПТ-354М, МЛ-131, ЛТ-189М), оснащенные гидроманипулятором с челюстным захватом. Причем все большее применение получают трелевочные машины для бесчокерной трелевки, позволяющие исключить ручной труд на трелевке древесины и значительно повысить производительность труда.

На производительность трелевочных машин оказывают влияние средний объем хлыста, объем трелюемой пачки, расстояние трелевки а и др. факторы. Для эффективного использования трелевочных машин необходимо знать как эти и другие факторы влияют на их производительность в конкретных природно-производственных условиях.

Таким образом, задача может быть сформулирована так: определить, как изменяется производительность трелевочной машины, объема хлыста, объема трелюемой пачки, расстояния трелевки и др. факторов.

Производительность самоходной трелевочной машины определяется по формуле:

где Т- продолжительность смены, с; tп-з - время на подготовительнозаключительные операции, с; 1- коэффициент использования рабочего времени; Vп - средний объем трелюемой пачки, м3; vр, vx - средняя скорость движения машины соответственно с грузом и без груза, м/с; tпр время на чокеровку деревьев (хлыстов) и формирование пачки или же время на захват деревьев и укладку их в коник, с; to - время на отцепку пачки и чокеров на погрузочном пункте и выравнивание комлей, с.

Примерные нормативы рейсовых нагрузок на трелевочные машины следующие (табл. 5.17) Таблица 5.17. Нормативы рейсовых нагрузок Для тракторов ТБ-1М, ЛП-18Д, МЛ- tо = (0,24 Vп +1,33) 60, с (с учетом выравнивания комлей) (5.26) где l – среднее расстояние подачи тягового каната от трактора к месту чокеровки хлыстов (деревьев), м; Vп – средний объем трелюемой пачки, м3; Vхл – средний объем хлыста, м3; n – количество рабочих, участвующих в чокеровке хлыстов (деревьев); Q – ликвидный запас древесины на 1 га, м3.

Для тракторов МЛ-127С, ЛТ-187, МЛ-136, ЛТ-187 и ЛТ-230 tпр и tо не зависят от объема трелюемой пачки, так как пачки формируются валочно-пакетирующими машинами. Они определяются хронометражными наблюдениями.

Из формул (5.22) - (5.26) видно, что основными факторами, влияющими на производительность самоходной трелевочной машины являются средний объем хлыста (Vхл), средний объем трелюемой пачки (Vп) и среднее расстояние трелевки (S).

Данные для расчетов производительности трелевочных машин приведены в табл. 5.18 и 5.19 и содержат 30 вариантов. Значения постоянных факторов даны в таблице 5.18; значения переменных факторов, пределы и шаг изменения этих факторов приведены в таблице 5.19.

Табл. 5.18. Исходные данные для расчетов к заданию № Варианты Варианты Варианты Примечание: для всех типов трелевочных машин принимать: Т=25200с (7-ми часовой рабочий день); tп-з = 1800с; 1=0,9; Q=160 м3/га; расстояние трелевки Smin =100м, Smax=500м через 50 м.

Табл. 5.19. Исходные данные для расчетов к заданию № Марка МЛ- ТЛТ-100А ТТ-4М ТБ-1М ЛП-18Д МЛ-127С МЛ- ЛТ- Примечание:

1. Для трелевочных тракторов МЛ-127, ТЛТ-100А и ТТ-4М время на чокеровку деревьев (хлыстов) и формирование пачки (tпр) определяется по формуле (5.20), а время на отцепку пачки на погрузочном пункте и выравнивании комлей (tо) – по формуле (5.21).

2. Для трелевочных тракторов ТБ-1М, ЛП-18Д, МЛ-107 время на сбор поваленных деревьев (хлыстов) и укладку их в коник (tпр) определяется по формуле (5.22), а время на сброску пачки на погрузочном пункте и выравнивании комлей (tо) – по формуле (5.23).

3. На производительность трелевочных тракторов МЛ-127С, МЛ-136, ЛТ-187, ЛТобъем хлыста не влияет, так как они трелюют сформированные валочнопакетирующими машинами пачки, время на захват пачки (tпр) для всех тракторов примерно одинаково и равно 180 с, а время на отцепку пачки (tо) на погрузочном пункте – 120 с.

Результаты расчетов по указанной программе ПЭВМ выдает в виде табличных данных в которых левый столбец цифр представляет собой изменяемый параметр (объем хлыста, объем пачки), а правый - производительность машины в зависимости от изменяемого параметра.

По полученным данным строятся графики изменения производительности машины в зависимости от объема хлыста, объема пачки и т.д. По оси абсцисс откладывается независимая переменная, а по оси ординат – зависимая. Затем графики анализируются и делаются соответствующие выводы.

Исследование влияния различных факторов на производительность погрузочно-транспортных машин В последние годы лесозаготовители проявляют повышенный интерес к технологии и мобильным машинам для заготовки сортиментов в лесу. Внедрение сортиментной технологии позволит существенно увеличить долю древесины, заготовленной от рубок ухода, сократить расходы на уход за лесом, сделав рубки ухода на стадиях рентабельными, и улучшить состояние лесов.

Особенно эффективна сортиментная заготовка древесины в лесу на рубках главного пользования в условиях малой концентрации и разбросанности лесосечного фонда, при наличии разветвленной сети автомобильных дорог общего пользования, связывающей потребителей с поставщиком при прямой вывозке сортиментов.

Заготовка сортиментов уже имеющимся комплексом машин может осуществляться по различным технологическим схемам. Однако наиболее благоприятные условия ее применения создаются при использовании лесозаготовительных машин на базе колесных тракторов, с использованием форвардеров. Такие машины при их высокой проходимости, маневренности, устойчивости, хороших эргономических качествах благоприятно влияют на сохранение лесной среды и обеспечивают высокие технико-экономические показатели. Таким образом, более широкое внедрение сортиментной технологии позволяет значительно повысить эффективность лесозаготовительного производства.

В настоящее время находит применение погрузочнотранспортные машины для сортиментов (подборщики сортиментов МЛПТ-354М, МЛ-131 и др.), оснащенные гидроманипулятором с грейферным захватом.

На производительность погрузочно-транспортных машин оказывают влияние от объема воза сортиментов, запаса на 1 га, ширины разрабатываемой полосы леса, средней длины сортиментов, интенсивности рубки насаждений. Для эффективного использования погрузочнотранспортных машин необходимо знать как эти и другие факторы влияют на их производительность в конкретных природнопроизводственных условиях.

Производительность в смену ПТМ определяется по формуле где Т – продолжительность смены, с; tп-з – время на выполнение подготовительно – заключительных операций, с; Vп – объем древесины, который будет вывезен ПТМ за один рейс, м3; 1, 2 – соответственно, коэффициенты использования рабочего времени и технической готовности; tц – время, затраченное на выполнение операций по сбору и транспортировке лесоматериалов объемом Vп, с;

где tпог, tраз – затраты времени на погрузку и разгрузку сортиментов, с; tрх, tхх – затраты времени на движение машины в грузовом и порожнем направлениях, с; tп.пер, tр.пер – время, затраченное на переезды машины во время набора пачек лесоматериалов при погрузке и разгрузке, с.

Затраты времени на погрузку и разгрузку находятся из выражений:

Затраты времени на погрузку и разгрузку одной пачки (tп.пач, tр.пач) и объемы пачки, захватываемые гидроманипулятором за один прием, при погрузке и разгрузке (Vп.пак, Vр.пак) можно найти по регрессионнным зависимостям Г. М. Ушакова где lс – средняя длина сортимента, м.

Продолжительность погрузки и разгрузки одной пачки является непрерывной случайной величиной, предполагается, что она подчиняется нормальному закону распределения.

Затраты времени на транспортировку круглых лесоматериалов определяются следующим образом.

где S – расстояние подвозки сортиментов, м; рх, хх – скорости в грузовом и порожнем направлениях, м/с; k0, k1 – коэффициенты, учитывающие увеличение пройденного пути за счет не прямолинейности при движении по волоку и увеличение пути при развороте машины.

Общие затраты времени на переезды ПТМ при сборе пачки объемом Vп где пер – средняя скорость движения машины при сборе пачки.

Путь, проходимый машиной при загрузке зависит от ширины полосы леса (b), разрабатываемой машиной; ликвидного запаса древесины на 1 га (Qга); интенсивности рубки (i) насаждения и равно Ширина осваиваемой полосы леса погрузочно-транспортной машиной зависит от принятой технологии работ и может быть равна 15м.

Интенсивность рубки насаждения зависит от вида рубки. При сплошных рубках i = 1, при рубках ухода i = 0,3-0,4.

Аналогично определяются затраты времени на переезд машины при разгрузке сортиментов где lр.пер – путь, проходимый машиной при разгрузке, м (зависит от размеров штабелей и частоты переезда при сортировке лесоматериалов).

Необходимые данные для расчетов содержат 30 вариантов и даны в табл. 5.20 и 5.21. По каждому варианту приводятся значения постоянных и переменных факторов, пределы и шаг изменения переменных факторов.

Табл. 5.20. Исходные данные для расчетов к заданию № Примечание: для всех вариантов T = 25200 с (7 час); tп-з =2400 с; 1 = 0,85; 2 = 0,75;

ko=1,2; k1=1,2; пер=0,3 м/с.

Табл. 5.21. Исходные данные для расчетов к заданию № Средняя длина выпиливаемых сортиментов, м; lср Расчеты производятся по формуле (5.26) на ПЭВМ. Результаты расчетов ПЭВМ выводит в виде табличных данных, в которых левый столбец цифр представляет собой изменяемый параметр, а правый – производительность машины в зависимости от изменяемого параметра.

По полученным данным строятся графики изменения производительности машины в зависимости от объема воза сортиментов, запаса на 1 га, ширины разрабатываемой полосы леса, средней длины сортиментов, интенсивности рубки насаждений. Затем графики анализируются и делаются соответствующие выводы с пояснениями почему такие зависимости.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите, что является основным показателем, характеризующим работу машин.

2. Перечислите марки валочно-пакетирующих машин манипуляторного типа, условия их применения и основные конструктивные отличия их друг от друга.

3. Объясните, почему с увеличением объема хлыста производительность валочно-пакетирующих машин интенсивно возрастает.

4. Назовите основные достоинства валочно-трелевочных машин и марки этих машин и объясните чем отличается машина ВМ-4Б от ЛПОбъясните, как изменяется производительность валочнотрелевочной машины с увеличением запаса древесины на 1 га и увеличением среднего расстояния трелевки и почему.

6. Перечислите, основные характерные конструктивные особенности валочно-сучкорезно-раскряжевочных машин финского производства в сравнении с валочно-сучкорезно-раскряжевочными машинами российского и белорусского производства.

7. Объясните, как изменяется производительность валочносучкорезно-раскряжевочной машины манипуляторного типа в зависимости от интенсивности рубки насаждения и почему так изменяется.

8. Назовите основные факторы, оказывающие влияние на производительность бензиномоторных пил на валке деревьев и раскряжевке хлыстов и объясните, как и почему так они влияют.