Введение к работе
Актуальность проблемы* Механизация лесовосстановительных работ особенно актуальна для таежной зоны РФ, где лесная промышленность является основной отраслью экономики, а количество трудоспособного населения сокращается.
В Республике Карелия, например, за период с 2000 по 2004 г. площадь рубок возросла с 66,4 до 79,2 тыс. га, а объем лесовосстановительных работ снизился с 26,9 до 22,5 тыс. га. Численность работающих на лесозаготовках и в лесном хозяйстве сократилась с 24,7 до 17, 9 тыс. чел. Разрыв между заготовкой и восстановлением леса увеличивается.
Известно, что наиболее эффективным способом выращивания леса является посадка сеянцев и саженцев. Однако? существующие лесопосадочные машины недостаточно надежны в условиях таежной зоны.
При работе на вырубках с большим количеством пней и камней целесообразно разделить процесс посадки леса на механизированную подготовку посадочных мест (энергоемкая операция) и ручное внесение в них растений с заделкой корней (относительно легкая операция, по требующая повышенной точности). Наиболее приспособленными для такой технологии являются лункообразователи с рабочими органами ударного действия, общая теория разработки и применения которых находится на этапе становления.
Правильный выбор параметров механизма привода лункообразователя определяет не только его работоспособность, но и качество посадочных мест. Установлено, что наибольшим нагрузкам при работе подвергаются качающийся рычаг рабочего органа н кулачковый механизм привода. Это связано с внутренней динамикой рычажно-кулачкового механизма при накоплении энергии и внешней его динамикой (ударами о почву, пни, камни).
Таким образом, разработка методики расчетов параметров наиболее нагруженных частей лункообразоватепей (включая программное обеспечение) является актуальной.
Работа выполнена в ПетрГУ в рамках федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы, № РИ-19.0/001/575.
Цель работы. Повышение эффективности работы динамических лункообразо вате лей для посадки лесных культур путем разработки и совершенствования методики проектирования механизма привода рабочих органов.
Объекты и методы исследований. Объектами исследований являются динамические лункообразователи для посадки лесных культур, в частности, модели Л—2 и Л-2У, агрегатируемые с колесными и гусеничными тракторами классами тяги 1,4 кН и 3 кН. изготовленные на Петрозаводском ремонтно-механическом заводе опытными партиями.
В работе использованы методы прикладной механики в сочетании с методами математического моделирования систем деформируемых тел при соударениях, имитационное компьютерное моделирование, лабораторные нспы-
4 тания нагруженное деталей и проверка механизмов в производственных условиях.
Научная новиїна работы. Обоснована общая методика расчета составляющих рабочего цикла динамического лункообразователя, что позволило обеспечить образование посадочных мест в соответствии с лесотехническими требованиями в реальном диапазоне условий работы агрегата.
Разработана математическая модель определения времени падения рычага, позволяющая автоматизировать расчеты параметров профиля кулачка приводного механизма, обеспечивающие синхронизацию его работы с движущейся тяговой машиной.
Предложена методика проектирования механизма привода рабочих органов, позволяющая получать оптимальный профиль кулачка с учетом возможности агрегатирования лункообразователя с различными типами тяговых машин при варьировании их параметров в реальном диапазоне рабочих скоростей движения и частот вращения валов отбора мощности.
Разработаны математические модели для определения нагруженности качающегося рычага лункообразователя при соударении в типовых технологических ситуациях, характерных для нераскорчеванных вырубок таежной зоны РФ.
Значимость для теории и практики. Разработанная методика проектирования механизма привода лункообразователя вносит вклад в теорию проектирования и применения лесохозяйственных машин с рабочими органами динамического типа.
Разработанная программа расчета параметров кулачкового механизма позволяет сократить время и повысить качество проектирования лункообразователей в процессе опытно-конструкторских работ с учетом агрегатирования с различными тяговыми машинами.
Расчет по предложенным моделям определения нагрузок, возникающих при работе динамического лункообразователя в среде препятствий, позволяет конструкторам с минимальной затратой времени подобрать оптимальные прочностные и геометрические параметры деталей механизма привода.
Предложенные математические модели и компьютерные программы для их реализации позволят организовать процесс исследований машин нового типа -динамических лункообразователей в научных организациях и обеспечить их изучение в лесотехнических вузах.
Основные положения, выносимые на защиту;,
-
Общая методика расчета составляющих рабочего цикла динамического лункообразователя, применение которой позволяет обеспечить образование посадочных мест в соответствии с лесотехническими требованиями в реальном диапазоне условий работы агрегата.
-
Математическая модель для определения времени падения рычага, позволяющая рассчитывать параметры профиля кулачка приводного механизма, обеспечивающие синхронизацию его работы с движущейся тяговой машиной.
-
Методика проектирования механизма привода рабочих органов и позволяющая получать оптимальный профиль кулачка с учетом возможности
5 агрегатирования лункообраэователя с различными типами тяговых машин при варьировании их параметров.
-
Новые математические модели для определения нагруженности качающегося рычага лункообразователя при соударении с характерными препятствиями на вырубке.
-
Методика и результаты экспериментальных исследований рычажно-кулачкового механизма лункообразователя в лабораторно-полевых условиях.
-
Выводы и рекомендации по повышению эффективности лункообразователя.
Обоснованность и достоверность результатов исследований. Достоверность результатов теоретических исследований подтверждается выбором и соответствующим применением механико-математических методов исследований и данными лабораторных экспериментов. Проверка результатов осуществлена в производственных условиях на посадке лесных культур в арендной базе ОАО «Сегежский ЦБК».
Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на II международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности и энергетике» (Петрозаводск, 2002), на III междисциплинарной конференции с международным участием НБИТТ-21 (Петрозаводск, 2004), на научных семинарах кафедры технологии и оборудования лесного комплекса лесоинженерного факультета ПетрГУ (2001-2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных трудов, в том числе одна статья в журнале из перечня ВАК, н один патент на полезную модель РФ № 56766.
Реализация работы. Основные результаты использованы в НИР № 02.2.006 04941 «Внедрение в производство лункообраэователя Л-2У» при проведении лесовосстановительных работ на вырубках ОАО «Сегежский ЦБК»,
Разработанные методики, компьютерные программы и установка для лабораторно-полевых исследований лункообразователя используются в учебном процессе на лесоинженерном факультете и при выполнении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в ПетрГУ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, общих выводов, заключения, списка использованных источников и двух приложений. Общий объем работы 163 страницы, 57 рисунков, 31 таблица. Список использованных источников включает 104 наименования.
