авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Научные основы интенсификации лесосечных и лесовосстановительных работ в единой ресурсосберегающей технологии (на примере республики карелия)

-- [ Страница 3 ] --

Наибольшую прибыль обеспечивает комплекс № 1 в составе бензопилы и отечественного гусеничного форвардера ТБ-1МА-16, который рекомендуется к применению в Карелии в настоящее время. Наибольший эффект с учетом ресурсосбережения обеспечивает комплекс № 4 в составе гусеничного харвестера (на базе ЛП-19В) и форвардера ТБ-1МА-16, который рекомендуется на перспективу. Близки к ним по эффекту комплексы №№ 5…7 на базе харвестеров и форвардеров иностранного производства.

Рассмотрено 12 вариантов технологий лесовосстановления. Пример для посадки сеянцев на вырубках с дренированными почвами представлен в таблице 3.2.

Таблица 3.2 – Комплексы машин для лесовосстановительных работ

Показатель База технологического комплекса
ПДН-1А + меч Колесова МЛУ-1А Л-2У
1. Себестоимость, руб./га 3265 5527 2672
2. Прибыль, руб./га 1234 – 1027 1827
3. Материалоемкость, кг/га 2806 9853 3174
4. Энергоемкость, кг/га 34 82 24
5. Показатель R i 0,30 0,22 0,15
6. Показатель E i 0,89 2,67

Технологический комплекс на базе лункообразователя Л-2У превосходит сравниваемые варианты по большинству показателей и рекомендуется к применению в условиях Республики Карелия в настоящее время и на перспективу.

Внедрение в производство единой технологии лесосечных и лесовосстановительных работ и рекомендуемых машин для ее реализации обеспечит экономический эффект 910 млн руб./год на объем работ 10 тыс га, что составляет около 2,7 млрд руб./год применительно к Республике Карелия.

15

4 Обоснование ширины технологических коридоров постоянного действия для работы лесосечных машин. Для обоснования минимально необходимой ширины ПДТК разработана теория, основанная на физическом эффекте конечной дальности распространения напряжений в почве [см. рисунок 4.1]:

; (4.1)

; ; ; , (4.2)

где H Г – наибольшая глубина колеи, м; H А – клиренс, м; – запас высоты для преодоления препятствий и обеспечения маневренности машины, м.

1, 3 – зоны напряжений в почве под движителем; 2 – гусеничная машина; С Г – минимальная ширина ПДТК для гусеничной машины, м; С А – габаритная ширина машины, м; – угол трения, град.; В Г – ширина гусеницы, м; D 1Г – глубина распространения напряжений в почве при первом проходе гусеничной машины, м

Рисунок 4.1 – Схема к определению ширины ПДТК для гусеничной машины

Значение D 1Г определяется по формуле [см. рисунок 4.1]:

(4.3)

где L Г – длина опорной поверхности гусеницы, м; f П = tg– коэффициент внутреннего трения в почве; – удельное сопротивление почвы смятию, Па; G Г – вес, действующий на заднюю, наиболее нагруженную часть гусеницы, Н:

(4.4)

где g – ускорение свободного падения, м/с2; m M – масса машины, кг; k ГР – коэффициент распределения массы трелюемой пачки между трактором и поверхностью движения; m ГР – масса пачки, кг; n Г – количество гусениц.

Наибольшая глубина колеи Н Г, образуемой гусеницами [см. рисунок 4.1]:

(4.5)

16

где 0 – первоначальная пористость почвы.

Выражение для определения глубины колеи после n проходов машины:

(4.6)

где n – пористость почвы на дне колеи после n проходов машины.

Минимальная ширина ПДТК для колесной машины С K определяется с помощью формул, аналогичных (4.1, 4.2).

Глубина распространения напряжений в почве при первом проходе колесной машины D 1K вычисляется так (см. рисунок 4.1):

(4.7)

где B K – ширина опорной площадки колеса, м, принимается равной ширине беговой дорожки колеса; L K – длина опорной площадки колеса, м; G K – вес, действующий на колесо наиболее нагруженной оси, Н. Длину L K и вес G K считают так:

(4.8)

где – давление в пневматической шине, Па; – коэффициент распределения массы между осями машины; n K – число колес наиболее нагруженной оси.

Наибольшая глубина колеи Н K и глубина колеи после n проходов машины определяются с помощью формул, аналогичных (4.5, 4.6).

Эксперимент по оценке воздействия гусеничных и колесных лесных машин (ЛХТ-55, ТДТ-55А и ЛТ-189М) на почву подтвердил применимость моделей (4.1…4.8) для обоснования ширины ПДТК [см. рисунок 4.2]. Разница между экспериментальными и теоретическими данными не превысила 20,5 %, что характерно для исследований, связанных с технологическими свойствами почвы.

 2 – Поперечный профиль колеи-61

Рисунок 4.2 – Поперечный профиль колеи колесного форвардера ЛТ-189М

Для гусеничных тракторов ОАО «Онежский тракторный завод» требования сохранности деревьев, примыкающих к ПДТК в период лесовыращивания, и проходимости лесных машин соблюдаются при ширине коридора более 4,6 м и удельном сопротивлении почвы смятию более 84 кПа (почвы в сосняках, ельниках-черничниках и более сухих типах леса).

17

Для колесных машин (форвардеры «John Deere») эти требования соблюдаются при ширине коридора более 4,4 м и удельном сопротивлении почвы смятию более 280 кПа (сосняки, ельники-кисличники и другие более сухие типы леса).

5 Исследование нагруженности динамического лункообразователя при посадке леса в среде препятствий на вырубке. Прочность узлов лункообразователя должна гарантировать его надежное функционирование в среде естественных препятствий (пней, камней). В диссертации рассмотрены возможные ситуации: удар рычага о пень, удар иглой на конце рычага о камень, удар опорного устройства (лыжи) о пень, удар лыжи о камень после преодоления пня.

Поворот рычага с иглой вокруг оси О [см. рисунок 5.1] под действием собственного веса и силы натяжения пружины описывается уравнением вида:

, (5.1)

где J – момент инерции рычага, кг м2; – угловая скорость рычага, рад/с; с0 – коэффициент жесткости пружины, Н/м.

, 0 – текущее и начальное удлинение пружины, м; 0 – угол качания рычага, град.; , , – погонные массы участков рычага, кг/м; – масса иглы, кг

Рисунок 5.1 – Расчетная схема динамического лункообразователя

Точную величину кинетической энергии E k рабочего органа определим, проинтегрировав выражение (5.1):

;

. (5.2)

Найдем угловую скорость и угловое ускорение рабочего органа:

18

; ; (5.3)

; (5.4)

(5.5)

Исходные данные для расчетов по формулам (5.2…5.5) приняты для динамического лункообразователя Л-2У. Результаты расчетов в разработанной программе для ПЭВМ в среде «Maple» показаны на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 – Изменение кинетической энергии, Дж, в зависимости от угла поворота рычага = 0…200 0 (cистема технологически пригодна, если , тогда )

Проверка модели осуществлялась выполнением приближенного и точного расчетов. Приближенный расчет обеспечил полную сходимость с аналитическим решением при угле поворота рычага до 600, в реальном диапазоне для Л-2У.

Для исследования поведения балки при соударении с опорами использованы метод конечных разностей, а для проверки его применимости к условиям задачи – метод конечных элементов, реализованные в программе для ПЭВМ в среде «Maple». Рычаг моделировался балкой с пролетом х [см. рисунок 5.1], материал которой подчиняется закону Гука. Установлено, что при ударе иглой на конце рычага Л-2У о камень коэффициент динамичности равен 465, а напряжение изгиба 276 МПа. При ударе серединой рычага о пень коэффициент динамичности равен 103, а напряжение изгиба 265 МПа.

Относительно высокие значения коэффициентов динамичности показывают, что масса машины используется наилучшим образом для совершения работы, характеризуя ресурсосбережение при использовании динамического принципа образования лунок. Требования к качеству материалов при этом возрастают.

19

Уравнение баланса энергии при соударении опорного устройства (лыжи) лункообразователя с пнем [см. рисунок 5.3] имеет вид:

, (5.6)

где m – масса лыжи и части машины, кг; – скорость агрегата, м/с; – угол, образованный горизонтальной плоскостью и плоскостью лыжи, град.; – перемещение лыжи при соударении с пнем, м, обусловлено деформацией пня; – коэффициент динамичности; N – сила контактного взаимодействия, Н; – приведенный коэффициент жесткости системы «лыжа-пень», Н/м (коэффициент жесткости пня определялся в исследовании экспериментально – 18…46 · 106 Н/м).

Ff – сила трения, Н; Q – вес лыжи и части машины, Н; точка С находится в области контакта опорной лыжи с пнем

Рисунок 5.3 – Расчетная схема соударения лыжи с пнем

Коэффициент динамичности получим, найдя положительный (с учетом физического смысла задачи) корень уравнения, выражаемого из соотношения (5.6):

. (5.7)

Моделирование соударения лыжи с пнем в программе для ПЭВМ в среде «Maple» выявило, что с увеличением угла наклона лыжи и скорости движения агрегата возрастают силы динамического взаимодействия [см. рисунок 5.4]. Рекомендуемый угол наклона лыжи составляет 33…570, при допустимой нагрузке в навесном устройстве трактора типа ЛХТ-55 или ЛХТ-100 не более 40 кН.

Кривые 1…4 построены для скорости агрегата равной 1,0; 0,5; 0,25 и 0,1 м/с соответственно

Рисунок 5.4 – Зависимость коэффициента динамичности от угла наклона лыжи и скорости агрегата

Завершающей стадией взаимодействия с неподвижным препятствием (пнем) является свободное падение лыжи с присоединенной частью массы лункообразователя с высоты пня Н на почву или камень.

20

Уравнение баланса энергии в этой ситуации будет выглядеть так:

; ; , (5.8)

где m – масса лыжи с присоединенной частью массы машины, кг; v – скорость свободного падения, м/с; N din – сила контактного взаимодействия, Н; – коэффициент жесткости лыжи в вертикальном направлении (при падении лыжи на камень как абсолютно жесткое тело) или приведенный коэффициент жесткости системы «лыжа-почва» (при падении на почву), Н/м; – перемещение, м.

Зная коэффициенты жесткости и , найдем коэффициент динамичности при свободном падении лыжи и соударении с почвой или камнем:

. (5.9)

Коэффициент получим, найдя положительный корень уравнения, выражаемого из соотношений (5.8), с учетом известного выражения для определения силы сопротивления внедрения в почву деформатора произвольной формы:

, (5.10)

где S в – площадь верхнего основания деформатора (лыжи), м2; Р – периметр основания деформатора, м; f – коэффициент трения «сталь-почва».

Расчеты по формулам (5.8…5.10) выполняются в «Mathcad» [см. рисунок 5.5].

а б

а – коэффициент жесткости почвы ; б – коэффициент динамичности k din

Рисунок 5.5 – Параметры процесса падения лыжи с высоты пня

6 Методика проектирования высевающего приспособления к динамическому лункообразователю. Размеры и расположение частей приспособления должны обеспечить выполнение агротехнических требований к посеву семян на вырубках. Длина A и ширина B площади рассеивания будет [см. рисунок 6.1]:

; (6.1)

21

(6.2)

(6.3)

(6.4)

(6.5)

(6.6)

где j – ширина окна дозатора, м; – угол рассеивания семян, град.; q и z – абсциссы концов дуги U1K1; L – расстояние между точками О и К2, м; L1 – расстояние от проекции центра барабана на почву (точка О) при сбросе первого семени до точки К1 контакта этого семени с почвой, м; L2 – расстояние от проекции центра барабана на почву до точки К2 при сбросе последнего семени (определяется по формуле для расчета L1, в которую подставляют 2 и Н2), м; L3 – величина горизонтального перемещения центра барабана за время поворота его от угла 1 до 2, м; R – радиус жесткого опорно-приводного колеса, м; R б – радиус семенного барабана, м; H1, H2 – высота точки сброса первого и последнего семени, м; vокр – окружная скорость барабана, м/с; vв, vг – вертикальная и горизонтальная составляющие окружной скорости барабана, м/с; vt – вертикальная скорость семян в конце падения, м/с; 1, 2 – углы, соответствующие крайним точкам сброса семян из барабана, град.; t – время перемещения семени до почвы, с.

а б

а – к расчету места падения семян; б – к расчету длины траектории полета семян

Рисунок 6.1 – Схема сменного высевающего приспособления (патент РФ № 50750)

Расстояние I от центра барабана до центра площади рассеивания (эллипса):

. (6.7)

22

Эксперимент по оценке качества посева семян приспособлением показал, что оно не уступает эталонному качеству высевающего приспособления покровосдирателя ПДН-1А, а также подтвердил достоверность моделей (6.1…6.7). Разница в величинах экспериментальных и теоретических данных не превысила 10,0 %.

Размеры опорно-приводного колеса высевающего приспособления должны обеспечивать преодоление препятствий при работе между ПДТК. Соотношения параметров, необходимые для построения математической модели исследуемого объекта [см. рисунок 6.2], выражаются формулами:

; ; (6.8)

; ; (6.9)

: ; (6.10)

: ; (6.11)

: . (6.12)

Для моделирования перекатывания колеса приспособления через препятствие по (6.8…6.12) разработана программа для ПЭВМ в «Maple». Разработана также программа для ПЭВМ в «Windows XP» для расчета высоты преодолеваемого препятствия. Рекомендуемый радиус колеса 0,3…0,5 м [см. рисунок 6.3].

H – высота пня, м; A и As – длины звеньев рычага, м; F – сила тяги трактора, Н; P – продольная сила в звене CO1, Н; Q – вес, передаваемый на ось колеса, Н; Fs – сила растяжения пружины, Н; k s – коэффициент жесткости пружины, Н/м; N – нормальная составляющая силы взаимодействия колеса с пнем, Н; Fтр = f N – сила трения в области контакта колеса с пнем, Н; f – коэффициент трения скольжения в этой области; MH = N – момент трения качения, Нм; – коэффициент трения качения, м; P1 – реакция почвы, Н; P2 – сила трения в области контакта с почвой, Н

Рисунок 6.2 – Механическая модель секции высевающего приспособления

23

а б


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.