Введение к работе
Актуальность темы исследования. В общем объеме лесохозяйствен-ных работ важное место занимает переход к внедрению промышленных методов лесовыращивания на основе лесного селекционного или сортового семеноводства. Лесным кодексом РФ предусматривается создание постоянных лесосеменных участков и лесосеменных плантаций. Одним из основных направлений реализации федеральной целевой программы «Развитие лесного семеноводства на период 2009-2020 годы» является обеспечение выполнения всего комплекса мероприятий по содержанию имеющихся лесосеменных объектов и повышение их урожайности за счет лесоводственных и агротехнических уходов, включающих обрезку кроны, внесение удобрений и др.
Существующие конструкции машин для обрезки ветвей деревьев обеспечивают высоту обрезки не более 4,5 м, в то время как на лесосеменных плантациях и участках требуемая высота обрезки 7-8 м. В настоящее время обрезка ветвей деревьев лесосеменных плантаций производится рабочими, поднятыми гидроподъемниками в крону деревьев, с помощью ручных ножовок и бензопил. Любые повреждения при обрезке вредны для дерева и способствуют возникновению различных инфекционных болезней. Поэтому при обрезке крон необходимо обеспечивать качественный срез ветвей без зади-ров коры и расщепов. Задача повышения качества и производительности обрезки крон деревьев вызывает острую необходимость в разработке средств механизации этого сложного технологического процесса.
Из анализа исследований параметров существующих технических устройств для обрезки крон деревьев следует, что наиболее перспективными являются машины манипуляторного типа, рабочим органом которых являются дисковые пилы с гидроприводом. Однако рабочие процессы и параметры технологического оборудования машин для обрезки крон деревьев лесосеменных плантаций недостаточно исследованы, нет четкого представления о том, какими должны быть параметры гидропривода и зубьев дисковых пил для качественной обрезки крон деревьев.
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 - повышение качества и эффективности процесса обрезки крон деревьев путем обоснования параметров технологического оборудования машины для формирования крон деревьев лесосеменных плантаций.
Исходя из поставленной цели, в диссертации решаются следующие основные задачи:
Обоснование конструктивно-технологической схемы машины для обрезки крон деревьев с гидроприводом рабочего органа механизма резания.
Проведение теоретических исследований динамики рабочих процессов, выявление закономерности влияния параметров рабочих органов, биометрических и физико-механических свойств древесины ветвей деревьев на работу машины.
Установление экспериментальных закономерностей взаимодействия рабочих органов машины с древесиной ветвей, динамики гидропривода и энергоемкости рабочего процесса.
Обоснование оптимальных параметров технологического оборудования экспериментального образца машины, обеспечивающих качественную обрезку ветвей в производственных условиях.
Объектом исследования являются рабочие органы механизма резания, гидропривод технологического оборудования, ветви деревьев лесосеменных плантаций.
Предметом исследования являются математические модели, методы и алгоритмы поиска оптимальных конструктивных и технологических параметров.
Методы исследования и достоверность результатов
Теоретические исследования базировались на математическом моделировании рабочих процессов технологического оборудования для формирования крон деревьев. 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:
Представлена новая конструктивно-технологическая схема оборудования с гидроприводом для механизированной обрезки крон деревьев, новизна которого подтверждена положительным решением по заявке на патент изобретения № 2008.106.730 от 27.07. 2009 г., свидетельством (№ 30057) и патентом (№33684) на полезные модели, отличающегося тем, что на конце рукояти манипулятора установлен поворотный гидродвигатель, на валу которого посредством шлицевого соединения смонтирован корпус привода дисковой пилы с односторонней заточкой и разводом зубьев в сторону отделяемой части ветви.
Разработана математическая модель рабочего процесса механизма резания машины для обрезки крон деревьев, отличающаяся геометрическими и кинематическими параметрами рабочих органов, а также физико-механическими свойствами обрезаемых ветвей деревьев.
Получены закономерности взаимодействия рабочих органов машины с древесиной ветвей деревьев, отличающиеся учетом динамики гидропривода и оценкой качественных и энергетических показателей дисковой пилы с различными угловыми параметрами.
Обоснованы геометрические, кинематические и технологические параметры рабочего органа механизма резания машины для формирования крон деревьев, отличающиеся повышением качества и производительности выполняемого технологического процесса.
Положения, выносимые на защиту:
1. Конструкция технологического оборудования машины для обрезки крон деревьев, позволяющая повысить качество и эффективность рабочего процесса.
Математическая модель рабочего процесса машины для обрезки крон деревьев, позволяющая учесть влияние геометрических и кинематических параметров рабочих органов, а также физико-механических свойств ветвей деревьев на работу машины.
Закономерности взаимодействия рабочих органов машины, позволяющие учитывать динамику гидропривода и оценку энергоемкости дисковой пилы с различными угловыми параметрами.
Обоснованные геометрические, кинематические и технологические параметры рабочего органа механизма резания машины для формирования крон деревьев, позволяющие получить высокое качество выполнения технологического процесса.
Значимость для науки заключается в установлении влияния конструктивных и технологических параметров рабочих органов на процесс обрезки ветвей и получении математической модели рабочих процессов машины.
Практическая значимость и реализация результатов работы
Разработанные на основе математического моделирования алгоритмы, программы для ЭВМ и рекомендации по выбору параметров рабочих органов используются в научно-исследовательских институтах ВНИАЛМИ и ВНИИЛМ, в конструкторском бюро ЦОКБ Лесхозмаш, ОАО «Майкопский машиностроительный завод», в учебно-опытном лесхозе ВГЛТА, в учебном процессе ГОУ ВПО "Воронежская государственная лесотехническая академия" при подготовке инженеров лесотехнического профиля.
Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной лесотехнической академии (2000-2009 гг.), а также расширенном заседании кафедры «Механизации лесного хозяйства и проектирования машин» ВГЛТА, на заседаниях технических советов ЦОКБ Лесхозмаш, ВНИАЛМИ, ОАО Майкопского машиностроительного завода.
Личное участие автора в получении результатов. Диссертация является результатом исследований, выполненных при участии автора, который обосновал тему, определил цели и задачи исследований, выполнил теоретические и экспериментальные исследования и проанализировал их результаты.
Публикации
Результаты диссертационной работы опубликованы в 15 научных работах, в том числе 3 работы в изданиях, определенных ВАК Минобрнауки РФ, в одном авторском свидетельстве и одном патенте на полезные модели.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, 5 разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников, включающего 114 наименований. Общий объем работы 164 с, включающий 140 с. основного текста, 76 рис., 16 табл., приложений на 24 с.
