Введение к работе
Актуальность темы. В соответствии со статьей 62 лесного кодекса РФ необходимым условием для создания лесных культур является подготовка лесного участка, которая включает сплошную или полосную расчистку площади от валежной древесины, стволов усохших деревьев, корчевку пней или понижение их высоты до уровня, не препятствующего движению машино-тракторным агрегатам.
В настоящее время для удаления пней на вырубках в основном применяются различные корчевальные и фрезерные машины. При работе корчевателей вместе с пнём извлекается большая масса земли, происходит перемешивание почвенного горизонта, образуется подпневая яма, что влечет нарушение биогеоценоза. Измельчение пней фрезерными машинами позволяет понижать пни при минимальном воздействии на почву. Однако существующие фрезерные машины с громоздким механическим приводом от раздаточной коробки трактора предназначены в основном для понижения пней хвойных и мягколиственных пород, поэтому при фрезеровании пней твердолиственных пород их эффективность снижается из-за высоких динамических нагрузок.
В связи с этим возникает необходимость создания нового рабочего органа для понижения пней твердолиственных пород при обеспечении высокой эффективности и минимальной энергоемкости рабочего процесса. Наиболее перспективным для этих целей является фреза с гидроприводом и обоснованными параметрами и компоновкой скалывающих и подрезных ножей, однако теоретических и экспериментальных исследований рабочих процессов о ее взаимодействии с пнями твердолиственной древесины проведено недостаточно.
Работа выполнена в соответствии с госбюджетной темой ГОУ ВПО «ВГЛТА» «Совершенствование технологий, машин и оборудования лесного комплекса» (№ гос. регистрации 01.2.00609242).
Цель и задачи исследования. Целью работы является повышение эффективности процесса понижения пней твердолиственных пород за счет обоснования основных параметров фрезы с гидроприводом.
В соответствии с поставленной целью решаются следующие задачи:
Обоснование рабочего процесса взаимодействия фрезы с гидроприводом при понижении высоты пней твердолиственных пород.
Разработка математической модели процесса понижения пней с учетом рациональной расстановки скалывающих и подрезных ножей на рабочем органе.
Получение в лабораторных условиях экспериментальных зависимостей взаимодействия фрезы с древесиной твердолиственных пород.
4. Обоснование параметров фрезы с гидроприводом, обеспечивающих
эффективность понижения пней твердолиственных пород с минимальными
энергозатратами и динамическими нагрузками.
Объектами исследования являются фрезерный рабочий орган, гидропривод, пни твердолиственных пород.
Предметом исследования являются математические модели, методы и алгоритмы поиска оптимальных конструктивных и технологических параметров фрезы.
Методы исследования и достоверность результатов.
Теоретические исследования базировались на математическом моделировании рабочих процессов фрезы для понижения пней. Решение систем дифференциальных уравнений осуществлялось с применением численного интегрирования на ЭВМ. Обоснованность и достоверность теоретических результатов обеспечивается сопоставлением с данными лабораторных и производственных экспериментов.
Научная новизна результатов работы заключается в следующем:
Обоснован процесс взаимодействия новой фрезы с гидроприводом при понижении высоты пней, новизна которой подтверждена патентом (№ 78032) на полезную модель, отличающаяся тем, что под каждым скалывающим ножом установлен подрезной нож, который располагается с выступом относительно скалывающего в направлении подачи на расстоянии a = 2...4 мм, причем пары ножей размещены на фрезе по двухзаходной винтовой линии с перекрытием.
Разработана математическая модель взаимодействия фрезы с пнем, отличающаяся учетом влияния физико-механических свойств древесины пня, геометрических, кинематических и динамических параметров фрезы на эффективность и энергоемкость фрезерования. Программа решения модели на ЭВМ подтверждена свидетельством № 2009610415.
Получены закономерности взаимодействия фрезы с древесиной пня, отличающиеся учетом энергоемкости рабочего процесса и динамики гидропривода с различными геометрическими и кинематические параметрами.
Обоснованы геометрические, кинематические и динамические параметры фрезы для понижения пней, позволяющие снизить энергоемкость и повысить производительность выполняемого технологического процесса.
Научные положения, выносимые на защиту:
Процесс взаимодействия новой фрезы с пнем для уменьшения его высоты, позволяющий снизить энергоемкость и повысить производительность.
Математическая модель взаимодействия фрезы с пнем, позволяющая обосновать ее параметры с учетом влияния физико-механических свойств древесины пней на работу машины.
Закономерности взаимодействия фрезы с пнем, позволяющие оценить энергоемкость рабочего процесса и динамику гидропривода в зависимости от различных геометрических и кинематических параметров.
Обоснованные геометрические, кинематические и динамические параметры фрезы для понижения пней, позволяющие повысить эффективность рабочего процесса.
Значимость для науки заключается в установлении влияния конструктивных и эксплуатационных параметров рабочего органа на процесс измельчения пня при работе на вырубках; получении математической модели рабочих процессов фрезы с гидроприводом; разработке новой конструкции фрезы, новизна которой подтверждена патентом на полезную модель № 78032.
Практическая значимость и реализация результатов работы.
Разработанные на основе математического моделирования, алгоритмы и программы для ЭВМ, рекомендации использованы в научно-исследовательских институтах ГНУ ВНИАЛМИ, в конструкторском бюро ЦОКБлесхозмаш, в учебно-опытном лесхозе ВГЛТА, в учебном процессе
ГОУ ВІЮ «Воронежская государственная лесотехническая академия» при подготовке инженеров лесотехнического профиля.
Достоверность полученных результатов. Выводы диссертационной работы базируются на результатах фактического материала, полученного при проведении лабораторных и полевых испытаний. Полученные данные обрабатывались методом с использованием программ Microsoft Office 2003, MathCad 2000, Microcal Origin 5.0. и Borland Delphi 7.0.
Личное участие автора заключается в определении целей и задач работы, в выполнении научно-технических исследований и анализа их результатов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной лесотехнической академии (2006-2009 гг.), на техішческих советах ВНИАЛМИ, ЦОКБлесхозмаш, а также заседаниях кафедры механизации лесного хозяйства и проектирования машин Воронежской государственной лесотехнической академии.
Публикации. Основные научные разработки по теме диссертации опубликованы в 10 работах, включая 4 статьи в издании центральной печати, рекомендованного ВАК Федерального агентства по образованию РФ, 3 публикации без соавторов, 1 патент на полезную модель и 1 свидетельство государственной регистрации программы для ЭВМ математического моделирования работы фрезы для понижения пней.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников, включающих 117 наименований. Общий объем работы 171 страница, включающий 142 страницы основного текста, 25 таблиц, 64 рисунка, приложений на 29.
