Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследования 14
Виды отходов лесосечных работ и технологий получения топливной щепы
Анализ конструктивных решений загрузки отходов лесосечных работ в мобильные рубительные машины для измельчения
Обзор технических средств для загрузки отходов лесосечных работ в рубительные машины
Основные виды снижения эффективности работы загрузочных устройств рубительных машин и пути их устранения .
Анализ исследований процесса загрузки древесного сырья в рубительные машины
1.6 Выводы. Цель и задачи исследований 45
Теоретическое исследование рабочего процесса загрузки порубочных остатков в дисковую рубительную машину .
Методика моделирования рабочего процесса загрузки порубочных остатков
Воспроизводство в модели рабочего процесса загрузки порубочных остатков
Представление в модели вращающихся элементов устройства для измельчения порубочных остатков
Воспроизводство в модели рабочего процесса загрузки
Представление узлов механизма подачи в математической модели рабочего процесса загрузки древесного сырья 57
Воспроизводство в модели процесса подачи и измельчения порубочных остатков порубочных остатков формы загрузочного патрона .
Представление в математической модели нового устройства для загрузки порубочных остатков
Особенности решения общей системы уравнений математической модели рабочего процессе загрузки сырья
Определение величин сил в точках взаимоконтакта элементов механизма загрузки порубочных остатков з
Реализация имитационной модели рабочего процесса загрузки порубочных остатков в прикладной компьютерной программе 74
Особенности проведения компьютерного эксперимента по исследованию влияния конструктивно-технологического параметров загрузочного устройства на эффективность его работы 76
Исследование влияния параметров механизма загрузки на эффективность его работы 82
Обоснование групп факторов, используемых в математической модели 82
Зависимость величин начального и конечного положения гидроцилиндра на конструкцию загрузочного механизма
Исследование воздействия массы порубочных остатков на платформы загрузочного устройства при их подъеме
Изучение влияния скорости движения штока гидроцилиндра на динамику загрузки порубочных остатков
Изучение влияния начального положения порубочных остатков на платформах загрузочного устройства на эффективность их подъема в загрузочный патрон .
Возможные нарушения в работе механизма загрузки при подъеме порубочных остатков в загрузочный патрон 94
Определение оптимальных конструктивных параметров загрузочного устройства 96
Изучение значений угловой скорости нижней платформы загрузочного устройства, влияющих на эффективность подъема пакета порубочных остатков 103
Определение величины угловой скорости верхней платформы загрузочного устройства, влияющей на эффективность подъема пакета порубочных остатков 105
Обоснование значения угла остановки нижней платформы загрузочного устройства
Изучение величины угла остановки вращения верхней платформы загрузочного устройства 108
Определение параметров гидросистемы, обеспечивающей работу механизма загрузки порубочных остатков 110
Описание конструктивно-технологической схемы устройства для измельчения порубочных остатков, оснащенного новым загрузочным устройством 2.4 Выводы 115
3. Программа и методика экспериментальных исследований 119
Определение количества и биометрических параметров низкокачественной древесины, остающейся на вырубках после проведения лесосечных работ 119
Методика проведения экспериментов по изучению технологических параметров, влияющих на производительность и коэффициент потерь при загрузке порубочных остатков в дисковую рубительную машину, оснащенную новым загрузочным устройством 121
Описание лабораторной установки и методики проведения исследований 121
3.2.2 Подготовка и выполнение лабораторных исследований 124
Методика многофакторного планирования лабораторных исследований 125
3.4 Методика обработки результатов лабораторных исследований 127
4. Результаты экспериментальных исследований
Результаты определения количества и биометрических параметров низкокачественной древесины, остающейся на вырубках после проведения лесосечных работ 129
Результаты исследования технологических параметров, влияющих на производительность и коэффициент потерь при загрузке порубочных остатков в дисковую рубительную машину, оснащенную новым загрузочным устройством 133
4.3 Выводы 146
Результаты определения технико-экономической эффективности от внедрения результатов научных исследований в производство 151
Описание конструкции и принципов работы опытного образца дисковой рубительной машины, оснащенной новой конструкцией загрузочного устройства 151
Определение технико-экономических показателей опытного образца дисковой рубительной машины, оснащенной новой конструкцией загрузочного устройства 153
Расчет экономической эффективности от применения опытного образца машины для измельчения порубочных остатков, оснащенной новой конструкцией загрузочного устройства 159
Технические условия эксплуатации новой дисковой рубительной машины 170
Заключение .
Список литературы 176
- Основные виды снижения эффективности работы загрузочных устройств рубительных машин и пути их устранения
- Воспроизводство в модели процесса подачи и измельчения порубочных остатков порубочных остатков формы загрузочного патрона
- Описание лабораторной установки и методики проведения исследований
- Результаты исследования технологических параметров, влияющих на производительность и коэффициент потерь при загрузке порубочных остатков в дисковую рубительную машину, оснащенную новым загрузочным устройством
Введение к работе
Актуальность темы. В стратегии развития государственной политики в области деревообрабатывающей промышленности подчёркивается снижение себестоимости и повышения качества конечного изделия. Существующее шлифовальное оборудование для получения древесностружечных плит для мебельного и строительного назначений, с включением абразива, получает отходы производства древесностружечных плит в пылевидном состоянии, что делает невозможным их использование в повторном применении в технологии производства таких плит из-за низкого качества получаемых плит по прочностным показателям, увеличение расхода связующего материала, высокого потребления мощности и значительные расходы на обработку поверхности плит.
Чтобы устранить недостатки шлифовальных станков, надо в основу конструкции таких станков заключить условия, исключающие превращение снятого припуска изделия в пыль, при шлифовании использовать дифференциальный узел резания, с последующим выглаживанием поверхности изделия от температурного поля силы трения, что даёт повторное использование образующихся отходов при калибровке поверхности плит.
Степень разработанности. Исследование посвящено обработке
поверхности древесностружечных плит резанием и термосиловым
воздействием для снижения потребления мощности, повышения
экономичности станков, и при этом повышения качества поверхности древесностружечных плит. Проведенный анализ патентного фонда за последние 50 лет показал, что ряд изобретений и патентов термопроката поверхности существуют применительно к чистой древесине. В отношении к древесностружечным плитам, способ термосилового воздействия обнаружен не было. Всё это определило необходимость разработки и совершенствования новых систем приводов и узлов резания, обеспечивающих требуемое качество обработки со снижением потребления мощности на неё и получения возвратных отходов.
Цель исследования: Повышение эффективности и качества
калибрования древесностружечных плит.
Задачи исследования:
-
Исследовать и описать технологический процесс калибровки и шлифования древесностружечных плит и его технологические особенности;
-
На основе эмпирических исследований установить закономерности процесса дифференциального узла резания с последующим шлифованием поверхности плиты термосиловым воздействием;
-
Разработать математическую модель рабочего процесса калибровально-шлифовального станка с системой приводов, узлов резания и шлифования;
-
Разработать способ, оборудование и технологическую схему процесса калибровки древесностружечных плит исключающие получение невозвратных отходов;
-
Оценить экономическую эффективность при внедрения нового способа калибровки древесностружечных плит, при одновременном сравнении качества обработки поверхности с технологией шлифования ленточным инструментом.
Научная новизна работы:
-
Впервые предложена гипотеза и реализован способ термосилового воздействия на поверхность древесностружечных плит для минимизации шероховатости их поверхности с целью повышения качества изделий при одновременном снижении энергозатрат;
-
Разработана реологическая математическая модель процесса калибрования древесностружечных плит, учитывающая изменения шероховатости поверхности древесностружечной плиты при термосиловом воздействия инструмента на ее поверхность;
-
На основе экспериментальных исследований впервые получена регрессионная модель изменения параметра шероховатости поверхности древесностружечной плиты от контактного давления и температуры инструмента, положенная в основу предлагаемой технологии;
-
Усовершенствована технология процесса калибровки и шлифования путем определения рациональных конструктивно-режимных параметров термосилового воздействия на такие плиты для обеспечения заданного качества поверхности плит при минимальных энергозатратах в их производстве
Теоретическая и практическая значимость работы
Полученные результаты исследований по определению эффективных параметров (характеристик) по обработки поверхности древесностружечных плит термосиловым воздействием являются необходимым требованием для получения необходимой шероховатости.
Создан экспериментальный опытный образец калибровально-
шлифовального станка для древесностружечных плит с исключением шлифовальной ленты и с включением дифференциального привода режущего и термосилового узлов с возможностью получения теплового поля от силы трения.
Разработана методика расчёта кинематических и силовых параметров калибровального устройства, которая используется в учебном процессе кафедры «Техническая механика» СибГАУ. Материалы работы представлены в ООО «СПИК» - Сибирская промышленно-инвестиционная компания (протокол № 193 от 16 сентября 2010 г.).
Объектом исследования является станок для калибрования и снижения шероховатости древесностружечных плит.
Предмет исследования - процесс термосилового воздействия на поверхность древесностружечной плиты с целью снижения шероховатости и разнотолщинности плит.
Методы исследования - математическое и имитационное моделирование термосилового воздействия с применением вычислительной машины с пакетом прикладных программ и теория планирования эксперимента.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Гипотеза и математическая модель процесса, эмпирические зависимости для определения скорости резания, подачи и параметров режима термосилового воздействия, обеспечивающих необходимую шероховатость поверхности плиты;
-
Теоретические основы предлагаемой технологии калибрования древесностружечных плит комбинированным методом термосилового воздействия и реализующие его системы приводов, режущих и шлифующих узлов калибровально-шлифовального оборудования;
-
Методика расчета рациональных параметров нагрузочного режима рабочих органов оборудования и эффективного технологического режима обработки поверхности древесностружечной плиты;
-
Регрессионная модель поведения ДСтП в тепловом поле и при внешней силовой нагрузке в обрабатывающих узлах экспериментального калибровально-шлифовального станка
Личный вклад соискателя
Автором предложен комбинированный метод обработки поверхности
древесностружечных плит, включающий термосиловой узел шлифования и
дифференциальный узел калибрования с целью снижения шероховатости.
Разработаны основные положения, определяющие эффективность
термосилового воздействия на поверхность плиты, обработаны и
проанализированы экспериментальные данные.
Степень достоверности и апробация результатов
Подтверждаются теоретически и экспериментально: математической обработкой с использованием теории механики деформированного тела и ЭВМ с пакетом стандартных программ для обработки экспериментальных данных. Результаты работы докладывались на региональных, всероссийских и международных научно- практических конференциях студентов и молодых учёных (Красноярск 2010 – 2016 гг.), в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, из них 4 статьи в изданиях, рекомендуемых перечнем ВАК, 2 патента РФ.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх разделов, заключения, библиографического списка 151 наименований и 4 приложений. Диссертация изложена на 153 страницах и содержит 57 рисунков и 16 таблиц.
Основные виды снижения эффективности работы загрузочных устройств рубительных машин и пути их устранения
Большое количество обломков стволов образуется при их погрузке на лесовозный транспорт челюстными погрузчиками. Доля таких обломков составляет около 6,6 % запаса древесины на 1 га.
Опыт некоторых лесозаготовительных предприятий показывает, что благодаря развитию химической и химико-механической переработки древесного сырья можно использовать и такие элементы все дерева, включая сучья, ветви, вершины, пни, кору [9,113].
Но для практического применения они должны быть заготовлены и переработаны на технологическое сырье в виде щепы. Например, щепа из сучьев, вершин, кусков стволовой древесины, тонкомерных деревьев является полноценным сырьем для плитных и гидролизных производств. Хвою, неодревесневевшие побеги, листья можно использовать при производстве витаминной муки для животных, хлорофиллокаротиновой пасты и эфирных масел для парфюмерии и фармацевтики [11,18]. Для энергетических целей наиболее перспективным сырьм являются: - отходы лесозаготовки; - сучья, ветви, вершины; - древесное сырь, получаемое от рубок ухода при осветлении молодняка, рубках прореживания. Сырьем для производства топливной щепы при лесозаготовках служат, в основном, отходы лесозаготовок. Производство древесного топлива можно разделить на две стадии: заготовка древесины и переработка древесной биомассы в щепу [13,47].
В процессе лесозаготовок неизбежны потери отходов и вынужденный расход их на производственные нужды (укрепление трелевочных волоков, лесовозных усов и др.). Установлено, что средний норматив отпада отходов при валке и трелевке, используемых в дальнейшем на удобрение, в процентах от объема вывозки древесины составляет 5,4 %, а на укрепление трелевочных волоков – 6,0 %. Таким образом, реальные физические ресурсы отходов лесозаготовок будут меньше потенциальных на величину неизбежных потерь в процессе лесозаготовок, и средний норматив отходов, пригодных к использованию, составляет 3,1 % от объема вывозки древесины [45].
По отдельным странам СНГ и их лесным регионам эти нормативы будут несколько отличаться от средних значений. Так, для России нормативы образования отходов лесозаготовок на лесосеке от объема вывозки древесины следующие: всего отходов 12,2 %, в том числе отпад отходов при валке и трелевке – 5,3 %. на укрепление волоков – 4,3 %, пригодных к использованию - 2.6 %.
Ориентировочно, по данным ЦНИИМЭ, на 1 м3 заготовленной древесины приходится 56 кг древесной зелени, содержащей 36 кг хвои и листьев. Установлено, что отходы лесозаготовок и маломерную древесину экономически целесообразно перерабатывать на технологическую щепу для плитных и гидролизных производств непосредственно на лесосеке с применением мобильных рубительных машин и подачей полученной щепы непосредственно в кузов автощеповоза [21].
Техническую зелень целесообразно заготавливать в местах образования отходов лесозаготовок и лучше всего в процессе производства технологической щепы из этих отходов.
Применяемые на практике технологии освоения лесосечных отходов для энергетических целей предполагают, что древесина будет использована в измельченном виде (топливной щепы) [26,109]. В зависимости от того, где производится топливная щепа, все технологии можно разделить на три группы: 1. технологии с производством щепы у пня (на лесосеке); 2. технологии с производством щепы на верхнем или нижнем складе; 3. технологии с производством щепы у потребителя [23,108]. В соответствии с видом древесного сырья, подвергаемого измельчению на щепу, применяются различные рубильные машины, отличающиеся следующими конструктивно-технологическими признаками: - мобильность; - тип рабочего органа; - вид и число используемого режущего инструмента; - способ и направление подачи древесного сырья; - форма загрузочных устройств; - способ отбора щепы; - вид энергии, используемой для привода рабочего органа. В настоящее время широкое применение получила технология производства топливной щепы на лесосеке. При этом производство топливной щепы на лесосеке и технологический процесс, система машин на заготовке древесины взаимосвязаны [48]. Данный технологический процесс включает в себя следующие операции: -валка деревьев производится бензомоторными пилами; - трелевка осуществляется трелевочными тракторами с сортировкой по диаметрам: крупномерные перемещаются к сучкорезной машине, а тонкомерные к передвижной рубильной машине [27].
При этом передвижная рубильная машина, двигаясь вдоль штабеля из тонкомерных деревьев, при помощи загрузочного устройства захватывает деревья за вершинную часть и направляет их в загрузочный патрон рубильной машины для измельчения. Вырабатываемая в процессе рубки щепа загружается в контейнеры, которыми комплектуются автощеповозы. Тонкомерные деревья перерабатываются на щепу по вышеописанной технологии [59]. Крупномерные деревья заготавливается следующим образом по следующей технологии: -валка и раскряжевка деревьев производится бензиномоторной пилой; - полученные кряжи перемещаются к сучкорезно-окорочной машине, а затем в загрузочный патрон передвижной рубительной машины для измельчения на топливную щепу [28,29,30,31,95].
Воспроизводство в модели процесса подачи и измельчения порубочных остатков порубочных остатков формы загрузочного патрона
В работе [38] приведены расчеты кинематических и динамических характеристик погрузчиков манипуляторного типа, а также технологических параметров с целью обоснования возможности создания унифицированного погрузчика манипуляторного типа, для его применения в конструкции лесохозяйственной техники для повышения ее работоспособности. Исследованы статические и динамические реакции опор машин манипуляторного типа, проведен анализ на устойчивость.
Авторами указывается на необходимость создания универсального манипулятора для погрузки древесного сырья в загрузочный патрон рубительной машины, который должен иметь грузовой момент порядка 130 кН/м, а вылет до 11 метров. Практическая эксплуатация однотипного механизма с однотипным движителем на всех стадиях работ с лесоматериалами снижает простои на замену узлов и создания единой ремонтной базы.
В работе Тарко Л. М. [83] приведены основы динамики гидравлических механизмов и методы расчета колебаний давления, скорости рабочей жидкости и перемещения исполнительных органов при основных переходных процессах, что в значительной степени оказывает влияние на процесс загрузки древесных отходов в рубительную машину.
Исследованы переходные процессы при изменении (увеличении, уменьшении) нагрузки. Проведена работа по определению длительности переходного процесса, для чего автор вводит коэффициент, характеризующий затухания колебаний в гидросистеме.
Автор делает вывод о том, что переходный процесс продолжается до снижения амплитуды колебаний до 5 % от первоначальной значения. Рассмотрены процессы динамики рабочей жидкости в гидравлической системе при плавной и резкой ее подаче. Выделено, что при переходных процессах, незначительное уменьшение времени подачи рабочей жидкости приводит к возрастанию амплитуды колебаний давления. Исследовано влияние расположения органа управления подачи рабочей жидкости.
Установлено, что расположение органа управления у гидроцилиндра приводит к снижению амплитуды колебаний давления в гидросистеме, тем самым способствует повышению надежности и точности работы гидравлического механизма.
Баринов К.П. и Милютников В.Ю. [6] рассмотрели совместную работу стрелы и рукояти с применением согласующего устройства, что по мнению авторов должно повысить эффективность процесса загрузки древесных отходов в рубительную машину.
Кашуба С.М. и Турулай И.В.[50] исследовали влияние совместного движений стрелы и рукояти на производительность гидравлического манипулятора; оптимизировали параметры элементов манипулятора. Однако, в исследованиях процесов совмещения движений стрелы и рукояти и не учтены динамические силы, сжимаемость рабочей жидкости и податливость элементов гидросистемы дросселей и характеристик предохранительных клапанов.
Питеев В.Г. [69] занимался вопросами улучшения конструкции лесных машин для сортиментной заготовки древесины. Предложен унифицированный ряд гидроманипуляторов и метод теоретического расчета кинематики на ЭВМ.
Эффективность совмещения движений двух звеньев гидроманипулятора в видe снижения динамических нагрузок и повышения производительности обоснована в работах Бартенева И.М.,Емтыля З.К., Татаренко А.П.
Анализ научных работ, направленных на изучение процесса загрузки древесного сырья в рубительные машины при помощи гидроманипуляторов показал, что авторами изучались вопросы снижения динамической нагрузки на конструкцию гидроманипуляторов. При этом в данных исследованиях отсутствуют положения, направленные на изучение эффективности применения данного технологического оборудования при загрузке различных видов древесного сырья, включая порубочные остатки. Авторами [77] рассматривается процесс движения твердых тел по поверхности транспортеров в лесохозяйственных машинах, которое сопровождается ударным взаимодействием выступов шероховатых поверхностей транспортера, что снижает работоспособность рубительных машин, оснащенных данным оборудованием.
При определенных скоростях движения данное взаимодействие приводит к вибрации, которое является причиной изменения силы трения в зависимости от скорости движения. На трение существенное влияние оказывает и внешняя вибрация.
Авторами установлено, что вынужденная вибрация от внешних источников может иметь нормальное к плоскости контакта направление и тангенциальное направление (в плоскости контакта). Нормально направленные вынужденные колебания уменьшают силу трения по тем же причинам, что и колебания, преобразуемые при помощи силы трения. С увеличением амплитуды виброперемещений вблизи резонансной частоты, сила трения уменьшается. Тангенциальная вибрация снижает силу трения, причем это снижение пропорционально частоте вибрации. Михин Н.М. [57], считал, что сила трения зависит от трех характеристик процесса загрузки древесины в дисковые рубительные машины, оборудованных транспортерами: 1. микрогеометрии контакта вальца и древесины; 2. механических свойств контактирующих тел; 3. внешних условий.
Описание лабораторной установки и методики проведения исследований
Так как большинство элементов ветвей не контактируют с данной плоскостью в текущий момент времени, то на данном этапе расчета производится отсечение всех не контактирующих элементов ветвей исходя из условия- гвн dШ/2.
Для того, чтобы определить, с каким именно треугольником взаимодействует элемент ветви, необходимо найти проекцию центра шара на плоскость данного треугольника. Так как известны координаты нормального вектора Ан, Вн и Сн и отклонение гвн от точки до плоскости, следовательно проекция P(jcП, уП, zП) находится смещением по нормальному вектору: хп = х. — Ан гт; yn=yj-BH-reH; (2.13) zn = z. — Сн rm.
Для проверки попадания точки Р внутрь треугольника ТІ, используется метод проверки по площадям: сумма площадей трех треугольников с вершиной Р должна равняться площади всего треугольника Ті, то есть, S(AT1Ti2Ti3) = S(APTi2Ti3) + S(AT1PTi3) + S(AT1Ti2P). (2.14) Если суммарная площадь треугольников АРТі2Ті3 5 АТ1РТі3 и АТ1Ті2Р больше площади элементарного треугольника S(AT1Ti2Ti3), то точка Р не лежит внутри треугольника Т\, и шар не имеет контакта с данным треугольником. В случае, если шар контактирует с треугольником, то производится расчет сил, действующих между элементом ветви и поверхностью машины по величине внедрения гвн , определенной по формуле, аналогичной (2.3).
С течением времени поверхности элементов машины (рубительного диска, подающих барабана и вальцов) совершают вращательное движение в пространстве. При этом в представленной модели, путем приближения к равномерному вращательному движению, непрерывно корректируются координаты точек-вершин треугольников Тц (где / - номер треугольника, j -номер вершины).
При работе механизма загрузки порубочных остатков перемещение его элементов происходят только в плоскости X-Z. Поэтому разработана двумерная модель его функционирования. В состав трехмерной модели устройства для измельчения порубочных остатков, оснащенного механизмом загрузки добавляется двумерная модель механизма загрузки.
На практике общепринятым методом моделирования сложных механизмов является матричный метод формирования общих уравнений из уравнений, описывающих отдельные элементы механизма [71]. Преимуществом данного метода является упрощенное и формализованное составление общей системы уравнений, а недостатком метода можно отнести некоторую громоздкость системы дифференциальных уравнений и соответственно больший объем компьютерных вычислений.
В рамках данного метода механизм разбивается на некоторое количество абсолютно твердых тел, взаимодействующих между собой несколькими связями определенных типов (шарнирное соединение, невесомая нерастяжимая тяга, связь с помощью гидроцилиндра и т.п.). При этом, в двумерном случае, положение каждого тела / в пространстве задается координатами центра тяжести (jq, z\) и углом наклона к горизонтальному направлению і. Инерционные свойства тел задаются их массой т-х и центральным моментом инерции J-x. Для каждого тела определяется набор точек (контактных точек), в которых это тело контактирует с любыми другими телами тем или иным способом.
Для каждого тела (рисунок 2.8) вводится систему отсчета х, у, начало которой совмещена с центром тяжести. Тогда положение связанных осей относительно неподвижной системы координат х0, z0 будет задаваться набором координат jci0, zi0, щ. В связанной системе координат контактные точки удобно задавать полярными координатами Гij, ц, , где индекс / соответствует номеру тела (г = 1, 2, ..., п), j -номеру контактной точки (j = 1, 2, ...,т). Схема индексации контактных точек тела механизма загрузки в полярной системе координат Допущением является то, что неподвижная система координат представляет собой некоторую систему, связанную с условным телом номер ноль (/ = 0). Поэтому точки, принадлежащие неподвижной системе координат (некоторые жесткие заделки), будут задаваться полярными координатами вида %, ф0і. Центр тяжести любого тела условимся считать нулевой точкой (/ = 0). В соответствии с предложенными правилами индексации механизм загрузки разделен на отдельные твердые тела и связи по схеме, представленной на рисунке 2.9.
Результаты исследования технологических параметров, влияющих на производительность и коэффициент потерь при загрузке порубочных остатков в дисковую рубительную машину, оснащенную новым загрузочным устройством
При выборе границы между областями дополнительно учитывали, что благоприятная область должна занимать существенную площадь факторного пространства (не менее 30–50 %) и привязываться к одной из линий уровня. Исходя из этих требований, в качестве границ были выбраны следующие изолинии: для критерия tЗР изолиния 2,2 с, для hП изолиния 1,1 м, для kП изолиния 5 %.
Построенные частные картограммы оптимизации могут использоваться конструктором, если необходимо достигнуть оптимальных значений какого-то одного из критериев.
Затемнены благоприятные области, черным цветом выделена общая оптимальная область Если же необходимо учесть одновременно все три условия (2.18), необходимо найти пересечение частных оптимальных областей (рисунок 2.40, г). В результате пересечения получаем общие оптимальные области (выделены черным цветом на рисунке), в которой все три критерия имеют достаточно низкие значения.
Анализируя расположение оптимальных областей можно сделать следующие выводы. Длина верхней платформы загрузочного устройства Lвп должна быть не менее 0,85-0,90 м. При этом длина нижней платформы Lнп должна быть либо достаточно малой 0,8-0,9 м, либо достаточно большой 1,1-1,2 м. В таком случае, загрузочное устройство обеспечивает время достижения зоны резания не более 2,2 с, высоту подброса пакета не более 1,1 м, коэффициент потерь не более 5 %.
Таким образом, на основе решения задачи оптимизации сформулированы рекомендации по выбору оптимальных параметров загрузочного устройства.
Угловые скорости нижней и верхней платформ устройства влияют на особенности подачи пакета порубочных остатков, и придания ему начальной скорости. Нижняя платформа выполняет функции подъема пакета порубочных остатков и опоры для скольжения пакета в сторону загрузочного патрона. Верхняя платформа выполняет функции ограничения ухода пакета из устройства и функцию подталкивания пакета в сторону загрузочного патрона. Перечисленные функции в значительной степени зависят от угловых скоростей вращения нижней и верхней платформ устройства сон и шв, а также от углов останова поворота платформ рн и срв.
Для изучения влияния угловой скорости вращения нижней платформы проведена серия компьютерных экспериментов, в которых н изменялась от 0,10 до 0,30 1/с с шагом 0,05 1/с. Каждый компьютерный эксперимент проводили в трехкратной повторности (здесь и далее) для последующего усреднения результатов. Кроме того, серию экспериментов провели трижды для различных значений в (рисунок 2.41).
С увеличением скорости вращения нижней платформы закономерно уменьшается время достижения порубочными остатками зоны резания tЗР (рисунок 2.41, а), и соответственно увеличивается производительность механизма загрузки.
Зависимость высоты подброса пакета hП от н различна для разных скоростей вращения верхней платформы сов (рисунок 2.41, б). Обобщая характер изменения трех кривых можно сделать вывод, что с увеличением сов высота подброса или практически не изменяется, или уменьшается. Таким образом, увеличение сов благоприятно сказывается на траектории движения пакета порубочных остатков.
Влияние угловой скорости нижней платформы загрузочного устройства н на время достижения зоны резания (а) и высоту подброса пакета (б) при различных значениях угловой скорости верхней платформы устройства в Необходимо отметить, что с увеличением н увеличивается потребление мощности от гидросистемы, масса конструкции и ее металлоемкость. Поэтому целесообразно, чтобы угловая скорость вращения нижней платформы не превышала 0,2...0,3 1/с.
Обобщая полученные сведения, можно сделать вывод, что оптимальная угловая скорость вращения нижней платформы составляет 0,25...0,30 1/с.
Необходимо отметить, что в данной и в последующих сериях компьютерных экспериментах не происходило потерь порубочных остатков, поэтому коэффициент потерь kП был близок к нулю. Поэтому зависимость kП от параметров механизма загрузки не исследовалась. Такого низкого kП удалось добиться на предыдущем этапе оптимизации длин платформ устройства. Таким образом, оптимизированный механизм загрузки исключает потери порубочных остатков в процессе эксплуатации.
В рамках данной серии компьютерных экспериментов угловую скорость вращения верхней платформы в изменяли от 0,1 до 0,5 1/с с шагом 0,1 1/с.
Увеличение скорости вращения верхней платформы благоприятно сказывается на уменьшении времени достижения зоны резания (рисунок 2.42, а) и неблагоприятно на уменьшении высоты подброса пакета порубочных остатков (рисунок 2.42, б). Кроме того, необходимо учесть, что при малом значении сов верхняя платформа, при одновременном подъеме нижней платформы, не успевает перекрыть возможность пакету покинуть ковш, что может приводить к потере эффективности механизма. Поэтому оптимальное значение сов составляет около 0,2...0,4 1/с.