Введение к работе
Актуальность исследования. Согласно статье 62 «Лесовосстановле-ние» Лесного Кодекса РФ лесовосстановление проводится на вырубках, гарях, прогалинах иных пригодных для лесовосстановлепия землях. В зависимости от лесорастительной зоны предусматриваются различные способы подготовки почвы (сплошная обработка, частичная обработка почвы и т.д.). В лесостепной зоне РФ основная и дополнительная обработка почвы на вырубках производится с применением лемешных, дисковых и фрезерных орудий. Лемешные орудия обеспечивают качествешгую обработку почвы, но плохо преодолевают препятствия в виде пней, корней, порубочных остатков и др. Дисковые орудия хорошо преодолевают препятствия, но не достаточно рыхлят почву и уничтожают травянистую растительность. Фрезерные машины (лесные фрезы и фрезерные культиваторы) интенсивно рыхлят почву, измельчают травянистую растительность, но при наезде на препятствия ножи выходят из строя из-за несовершенства предохранительных устройств.
На существующих лесных фрезерных почвообрабатывающих машинах применяется громоздкий механический привод, включающий карданный вал конический и боковой редукторы, соединенные промежуточным валом с зубчатыми муфтами, через которые крутящий момент передается на массивный фрезерный барабан с индивидуальными фрикционными предохранителями на каждой ножевой секции. При встрече рабочих органов с препятствиями из-за больших инерционных масс возникают резкие динамические нагрузки с большой интенсивностью нарастания и фрикционы не успевают срабатывать, что приводит к поломкам ножей. Более перспективным, на наш взгляд, является центральный привод фрезерных барабанов с двухпоточным предохранительным устройством, при котором крутящий момент на валах фрезерных барабанов уменьшается в два раза, что позволяет значительно снизить их металлоемкость, а в отдельных случаях отказаться от индивидуальных фрикционов. Однако, исследований, касающихся динамики срабатывания двухпоточных предохранителей, с учетом параметров привода фрезерных барабанов и характеристик препятствий проведено недостаточно. Поэтому тема диссертационной работы, направленная на изучение динамической нагруженности лесных фрезерных машин, защищенных от перегрузок двухпоточными предохранителями, является актуальной.
Работа выполнена в Воронежской государственной лесотехнической академии на основе госбюджетной темы «Совершенствование узлов и деталей машин оборудования лесного комплекса» (рег.№ 01.2.00105363).
С/непень разработанности проблемы. Вопросами исследований технологических процессов обработки почвы с использованием фрезерных машин с предохранительными устройствами занимались такие ученые как И.М. Зима, Т.Т. Малюгин, А.И. Баранов, П.С. Нартов, В.Р. Карамышев, И.М. Бартенев,В.Н. Винокуров, Ю.М. Жданов, Ф.В. Пошарников, Л.Т. Свиридов, В.И. Посметьев, М.В. Драпалюк, П.И. Попиков, В.В. Цыплаков, A.M. Цыпук, В.И. Казаков и др.
Из анализа теоретических исследований параметров существующих
фрезерных машин следует, что наиболее перспективными являются фрезерные машины, оснащенные предохранительными устройствами. Однако, рабочие процессы фрезерных машин с двухпоточными предохранительными устройствами недостаточно исследованы, нет четкого представления о том, какими должны быть кинематические, геометрические и динамические параметры.
Цель и задачи исследования. Целью исследования является повышение эффективности рабочих процессов лесных фрезерных машин путем обоснования параметров двухпоточного фрикционного предохранителя.
В соответствии с поставленной целью в диссертации решаются следующие основные задачи:
разработать математическую модель рабочего процесса лесной фрезерной машины с двухпоточным предохранителем;
обосновать оптимальные параметры двухпоточного предохранителя, обеспечивающие высокую эффективность защиты рабочих органов от поломок;
получить экспериментальные закономерности взаимодействия фрезерных барабанов с препятствиями и процесса срабатывания двухпоточного предохранителя;
разработать экспериментальный образец лесной фрезерной машины с двухпоточным предохранителем, провести испытания и обосновать технико-экономическую эффективность.
Предмет и объект исследования. Объектами исследования являются фрезерные рабочие органы, двухпоточный предохранитель, система привода, почва, пни.
Предметом исследования являются математические модели, методы и алгоритмы поиска оптимальных конструктивных и технологических параметров.
Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. Теоретические исследования основывались на математическом моделировании рабочих процессов лесной почвообрабатывающей фрезерной машины для обработки почвы на вырубках. Решение систем дифференциальных уравнений осуществлялось с применением численного интегрирования на ЭВМ. Диссертационная работа и выводы основаны на фактическом материале, полученном при проведении стендовых лабораторных и производственных полевых испытаний. Достоверность полученных результатов обеспечена большим объемом выполненных экспериментальных исследований, достаточной точностью их определения с использованием современных методов испытаний, оборудования и ЭВМ, сходимостью экспериментальных и теоретических данных.
Научные результаты, выносимые на защиту:
-
Математические модели процесса перегрузки лесной фрезерной машины, позволяющие обосновать оптимальные параметры и режимы работы.
-
Оптимальные параметры двухпоточного предохранителя и режимы его работы, позволяющие усовершенствовать конструкцию лесной фрезерной машины и повысить эффективность рабочего процесса.
3. Закономерности взаимодействия фрезерного барабана с препятстви
ем и срабатывания двухпоточного предохранителя, позволяющие оценить
снижение динамической нагруженности и повышение качества обработки
почвы в зависимости от различных конструктивных и технологических па
раметров двухпоточного предохранителя и элементов привода.
4. Рекомендации по проектированию лесной фрезерной машины с
двухпоточным предохранителем, обеспечивающие ее эффективное примене
ние при обработке почвы на вырубках.
Научная новизна результатов исследования:
-
Разработана математическая модель процесса перегрузки лесной фрезерной машины, отличающаяся тем, что учитывает параметры нового двухпоточного предохранительного устройства и характеристики препятствий.
-
Обоснованы параметры двухпоточного предохранителя и режимы его работы, отличающиеся оптимальными значениями, полученными по критериям минимальной динамической нагруженности и качества обработки почвы.
-
Получены закономерности взаимодействия фрезерных барабанов с препятствиями и процесса срабатывания двухпоточного предохранителя, отличающиеся учетом моментов инерции и частоты вращения фрезерных барабанов, жесткости привода и препятствий, времени срабатывания предохранителя, физико-механических свойств фрикционных материалов и препятствий.
-
Установлен принцип компоновки двухпоточного предохранителя в системе привода лесной фрезерной машины, отличающийся снижением динамической нагруженности и точностью срабатывания.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость заключается в установлении влияния конструктивных и технологических параметров двухпоточного предохранительного устройства на работу лесной фрезерной машины; получении математической модели рабочих процессов машины; разработке нового двухпоточного предохранительного устройства, защищенного патентами на полезные модели №36599 и № 49668.
Разработанные на основе математического моделирования алгоритмы, программы для ЭВМ, рекомендации по выбору параметров двухпоточного предохранительного устройства используются в научно-исследовательских институтах ГНУ ВНИАЛМИ, в конструкторском бюро ЦОКБлесхозмаш, в учебно-опытном лесхозе ВГЛТА и в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» при подготовке инженеров лесотехнического профиля.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Полученные научные результаты соответствуют п. 5 области исследования «Обоснование и оптимизация параметров и режимов работы лесозаготовительных и лесохозяйственных машин» паспорту специальности 05.21.01 -Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства.
Апробация и реализация результатов диссертации. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронеж-
ской государственной лесотехнической академии (2005-2010 гг.), на технических советах ВНИАЛМИ, ЦОКБлесхозмаш, а также заседаниях кафедры деталей машин и инженерной графики ФГБОУ ВПО «Воронежской государственной лесотехнической академии».
Публикации. Основные научные результаты диссертации опубликованы в 14 научных работах, в том числе 3 работы - в изданиях, включенных в перечень российских рецензируемых научных журналов, 1 публикация без соавторов, 2 патента на полезные модели.
Структура диссертации. Общий объем диссертационной работы представлен на 190 страницах, включающих 180 страниц основного текста, состоящих из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников, включающих ПО наименований, 5 приложений.
