Обоснование основных параметров оборудования для виброкорчевки пней и целых деревьев Савич, Василий Леонидович

Введение к работе

Актуальность темы исследования

При существующей технологии лесосечных работ после срезания дерева валочно- пакетирующей или валочно-трелевочной машиной на лесных делянках остаются пни, которые уже при проведении лесохозяйственных и лесовосстановительных работ приходится убирать, то есть выкорчевывать. Корчевка пней представляет собой довольно сложный и трудоемкий процесс, и для его осуществления приходится вторично «загонять» тяжелую и дорогостоящую технику на лесные площади, разрушая уже повторно почвенную среду и подрост деревьев, что приводит к эрозии почвы и ухудшает все условия для естественного и искусственного восстановления леса. Кроме того, существующие технологии лесозаготовок и лесовосстановления требуют больших энергетических и финансовых затрат, средств, времени и труда.

Также отметим, что корчевку деревьев и пней необходимо проводить при расчистке полос под линии электропередач с обеспечением в дальнейшем ее чистоты от древесной растительности.

Очевидно, в будущем, определенный интерес будут представлять технологии лесосечных и лесохозяйственных работ, которые позволят избежать традиционную корчевку пней, а вместо этого выдергивать деревья из земли (почвы) вместе с корневой системой с последующим её отделением. Выгода такой технологии вполне очевидна. Следует отметить, что и ранее такие попытки имели место. Наибольший вклад в развитие такой технологии лесозаготовки внесли такие известные ученые как А. И. Баранов, Е. И. Власов, И. М. Зима, Т. Т. Малюгин, И.Р. Шегельман, А.М. Цыпук, М.У. Скальский, М.П. Албяков, В.Ф. Кушляев, Б.А. Таубер, В.П. Горячкин, А.В. Верховский и др. Основными недостатками предлагаемых машин были избыточная нагруженность технологического оборудования и машины в целом, энергоемкость и невысокая надежность технологического оборудования, что, очевидно, явилось причиной не внедрения их в производство, серийный выпуск. Исследованиями установлено, что сила корчевания дерева (пня) зависит от многочисленных факторов, связанных с породой дерева, условиями произрастания, и достигает 210-250 кН. Для обеспечения и развития таких сил требуются энергоемкие, мощные машины.

Одним из направлений работ для внедрения такой технологии может быть применение вибрационной техники для продольных или поперечных колебаний дерева вместе с корневой системой. Как известно, применение вибрации во многих случаях является весьма эффективным, в частности, при забивке свай или в шпунтовыдергивателях, применяемых в строительстве. Внедрение такой технологии позволит значительно снизить силу корчевания при заготовке деревьев вместе с корневой системой или корчевке пней. В частности, в работе Скальского М. У. отмечается, что применение вибрации при корчевании снижает силу корчевания на 25-30%. При этом необходимо иметь в виду, что вибрация при определенных условиях позволяет не только снизить нагрузку на машину при корчевании деревьев, но и увеличить. Все зависит от правильного выбора динамических характеристик вибратора, которые должны соответствовать определенным образом характеристикам рассматриваемой механической системы «машина - дерево - почвенно-корневая система». Только в этом случае можно ожидать эффективность от применения вибрационной технологии.

Таким образом, применению вибрационной технологии для корчевки деревьев с корнями и (или) пней должны предшествовать всесторонние исследования динамики взаимодействия между технологическим оборудованием машины, деревом и почвенно- корневой системой с целью уменьшения силы корчевания, что определяет актуальность теоретических и экспериментальных исследований в данном направлении

Степень разработанности

Разработанные в диссертации математические модели, формулы и выводы не противоречат законам механики, и являются дополнением к существующим работам данного направления.

Цель работы

Исследование процесса взаимодействия машины с деревом при виброкорчевке деревьев (пней) вместе с корневой системой с целью повышения эффективности работы корчевальных машин.

Задачи исследования

1. Установить на основе статистических исследований расчетные параметры «модельного» дерева, расчетного пня, а также корневой системы в условиях лесозаготовок Республики Коми;

2. Определить основные динамические характеристики модельного дерева и технологического оборудования в системе «машина - дерево - почвенно-корневая система (ПКС)»;

3. Разработать математические модели динамического взаимодействия машины с модельным деревом (пнем) при их корчевании с корневой системой и ее анализ на предмет снижения силы корчевания;

4. Определить основные параметры вибрационного устройства для корчевания деревьев;

5. Провести эксперимент на определение силы корчевания при предельном равновесии дерева (пня) с корневой системой и расчетных параметров пня и корневой системы.

Научная новизна:

!.Определены основные характеристики (геометрические, инерционные, жесткостные) «модельного» дерева, пня с корневой системой в условиях лесозаготовительной зоны Республики Коми;

5. 1. Разработана методика для определения предельной силы корчевания, необходимой для оценки эффективности применения вибрации при заготовке деревьев с корневой системой или корчевке пней с учетом географии расположения корней на стадии проектирования;

   2. Разработана методика определения продольных резонансных частот «модельного» дерева с корневой системой;

   3. Созданы математические модели динамического взаимодействия машины с «модельным» деревом при его корчевке с применением вибрации;

   4. Установлены основные параметры вибрационного устройства для корчевания деревьев

   Теоретическая и практическая значимость работы

   5. 4. 1. Установленные основные характеристики «модельного» пня (дерева) с корневой системой в условиях лесозаготовок Республики Коми позволяют получить исходную (первичную) информацию, необходимую при проведении исследований, связанных с выбором параметров системы «дерево-вибратор-машина»;

         2. Разработанная методика определения продольных резонансных частот «модельного» дерева с корневой системой дает возможность обосновать динамические характеристики вибрационного и технологического оборудования;

         3. Созданная математическая модель взаимодействия машины с деревом при его корчевке с применением вибрации дает возможность подбирать наиболее рациональную базу машины;

         4. Результаты исследований внедрены в учебный процесс при подготовке студентов специальностей 170400 «машины и оборудование лесного комплекса» и 260100 «лесоинженерное дело» по курсу «Основы теории колебаний на кафедре теоретической механике и начертательной геометрии Ухтинского государственного технического университета.

         Методология и методы исследования

         Для решения поставленных задач в диссертации широко применялись методы аналитической механики, теории колебаний и математической статистики с использованием компьютерного программирования в среде qbasic.

         Положения, выносимые на защиту

         5. 4. 4. 1. Расчетные параметры «модельного» дерева, пня, а также корневой системы в условиях лесозаготовок Республики Коми.

                  2. Методика для определения предельной силы корчевания с учетом географии расположения корней.

                  3. Методика для определения инерционных и частотных характеристик дерева и почвенно-корневой системы».

                  4. Математическая модель взаимодействия машины с «модельным деревом» при его корчевании с корневой системой и установление условия снижения силы корчевания.

                  5. Основные параметры вибрационного устройства для корчевания деревьев.

                  Степень достоверности и апробация результатов

                  Результаты исследований и выводы не противоречат известным положениям науки о машинах и оборудовании лесного комплекса; базируются на строго доказанных выводах, изложенных в теоретическом и экспериментальном разделах. Дополняют известный опыт создания и совершенствования лесных машин и оборудования.

                  Основные положения работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:

                  23. научно-техническая конференция преподавателей и сотрудников УГТУ (г. Ухта, 2006 - 2012 гг.),

                  24. международная молодежная конференция «Севергеоэкотех» (г. Ухта, 2007 - 2010, 2012 г г.),

                  25. научно-техническая конференция ВГЛТА лесотехнической академии (г. Воронеж, 2009 г.);

                  26. расширенное заседание кафедры лесных и деревообрабатывающих машин и оборудования (г. Ухта, 19 январь 2012 г.).

                  Похожие диссертации на Обоснование основных параметров оборудования для виброкорчевки пней и целых деревьев

                  

                  Обоснование параметров технологического оборудования машины для формирования крон деревьев лесосеменных плантацийПопиков Виктор Петрович

                  

                  Обоснование параметров оборудования многооперационных машин при сортиментной заготовке древесиныСенькин Виктор Александрович

                  Обоснование параметров рабочего оборудования машин и технологии для рубок ухода в плантационных лесонасаждениях Чайка Олег Ростиславович

                  

                  Обоснование конструктивных и технологических параметров фракционирования древесной щепы на оборудовании с поэтажной компоновкой ситКульбицкий, Артем Валерьевич

                  

                  Обоснование параметров комбинированных рабочих органов грунтомёта для прокладки минерализованных полос в лесуГнусов Максим Александрович

                  

                  Обоснование параметров и режимов работы пневматического высевающего аппарата лесной сеялки Шпортько Оксана Николаевна

                  

                  Обоснование параметров и режимов работы контрольно-регистрирующего устройства сеялки для посева желудей на нераскорчеванных вырубках Есков Дмитрий Владимирович

                  

                  Разработка конструкции и обоснование параметров инерционно-рубящего рабочего органа кустореза для удаления лесной поросли Бухтояров Леонид Дмитриевич

                  

                  Разработка конструкции и обоснование параметров малогабаритного ленточнопильного станка для распиловки лесоматериалов Максименков Алексей Иванович

                  

                  Обоснование параметров комбинированного орудия для вибрационной подрезки и выкопки сеянцев в лесных питомниках Главацкий Сергей Григорьевич