Обоснование параметров фрезы с гидроприводом для понижения пней твердолиственных пород на лесных участках

• Автор: Беликов, Евгений Владимирович
• Шифр специальности: 05.21.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 171 с. : ил.

Введение

1. Сост ояние вопроса, цель и задачи исследований

1.1 Анализ существующих технологий удаления пней на вырубках

1.2 Анализ конструкций машин для удаления пней

1.3 Анализ исследований процессов фрезерования пней

1.4 Выводы. Цель и задачи исследований 2 Теоретические исследования процесса взаимодействия

рабочего органа с древесиной пня

2.1. Обоснование рабочего процесса взаимодействия новой фрезы с.

гидроприводом при понижении высоты пней

2.2 Методика математического моделирования взаимодействия

фрезы с пнем

2.2.1 Дискретизация пня
2.2.2 Геометрическое представление рабочего органа
2.2.3 Учет взаимодействия рабочего органа с пнем
2.2.4 Программная реализация математической модели взаимодействия фрезы с пнем
2.2.5 Особенности проведения компьютерного эксперимента
2.2.6 Входные параметры и выходные характеристики математической модели
2.3 Исследования функционирования фрезы
2.3.1 Влияние технологических и конструктивных параметров рабочего органа на процесс фрезерования
2.3.1.1 Скорость подачи рабочего органа
2.3.1.2 Расположение комплексов ножей на фрезе
2.3.1.3 Угол наклона фрезерного рабочего органа
2.3.2 Влияние параметров ножей
2.3.2.1 Угол резания подрезного ножа
2.3.2.2 Радиус округления лезвия скалывающего ножа
2.3.2.3 Задний угол скалывающего ножа
2.3.2.4 Угол заострения скалывающего ножа
2.3.2.5 Параметры гидромотора
2.3.3 Влияние параметров пня
2.3.3.1 Размеры пня
2.3.3.2 Тип древесины
2.3.3.3 Склонность к щепообразованию
2.4 Оптимизация параметров и режимов фрезерного рабочего органа
с гидроприводом
2.4.1 Особенности решения задачи оптимизации
2.4.2 Двухфакторная оптимизация параметров и режимов рабочего
органа фрезерной машины с гидроприводом
2.5 Выводы
3 Программа и методика экспериментальных исследований
3.1 Программа исследований
3.2 Оборудование, применяемое в экспериментальных исследованиях
3.3 Методика проведения исследований
3.3.1 Определение энергоемкости рабочего процесса, для различных типов скалывающих ножей с учетом режима их работы на древесине дуба
3.3.2 Определение энергоемкости работы единичного комплекса ножей на различных кинематических параметрах
3.3.3 Оптимизация параметров рабочего органа фрезерной машины
3.4 Методика обработки результатов эксперимента
3.4.1 Определение момента сопротивления фрезерования древесины пня
3.4.2 Определение работы по измельчению древесины пня
3.4.3 Определение угловой скорости фрезерного рабочего органа
4 Результаты экспериментальных исследований
4.1 Обработка результатов лабораторных исследований
4.1.1 Определение геометрических параметров среза при фрезеровании по фото и видеосъемке
4.1.2 Определение момента сопротивления фрезерованию Мс.ф. типичного эксперимента
4.1.3 Определение угловой скорости фрезерного рабочего органа типичного эксперимента
4.1.4 Статистическая обработка экспериментов
4.2 Влияние основных параметров фрезерной машины на эффективность фрезерования
4.2.1 Влияние формы режущей кромки скалывающего ножа
4.2.1.1 Влияние угла заострения Д для ножей с прямой режущей кромкой
4.2.1.2 Влияние угла скоса X для скалывающих ножей с косой
режущей кромкой
4.2.1.3 Влияние углов Х и Ал для скалывающих ножей с двускошенной режущей кромкой
4.2.1.4 Влияние радиуса Я скалывающих ножей с дугообразной
режущей кромкой
4.2.2 Влияние основных эксплуатационных параметров
4.2.2.1 Повышение эффективности фрезерования при оснащении
фрезы подрезным ножом
4.2.2.2 Влияние скорости вращения рабочего органа
4.2.2.3 Влияние скорости подачи
4.2.2.4 Влияние породы древесины
4.3 Экспериментальная оптимизация параметров и режимов рабочего органа с гидроприводом 1 1
4.4 Выводы 3 5 Техникоэкономическое обоснование экспериментальной машины
дли понижении пней
5.1 Оценка работоспособности экспериментального образца в лесных условиях
5.2 Экономическая эффективность применения машины с новым рабочим органом
5.3 Выводы
Общие выводы и рекомендации
Список использованных источников


Размеры пней, их количество, давность вырубки деревьев в значительной степени влияют на производительность и качество выполнения корчевки и удаления с участка. Древесные породы со стелящейся поверхностной корневой системой ель, пихта, осина, ольха требуют наименьших усилий. Породы с центральным стержневым корнем, глубоко уходящим в почву дуб, лиственница, сосна корчуются особенно тяжело , 0, 3. На расчистке лесных площадей от пней и порубочных остатков за рубежом находят применение катковые рабочие органы, на поверхности которых жестко закреплены режущие элементы. Машины такого типа работают по принципу вдавливания порубочных остатков и пней в почву. Отличительной особенностью этого способа является малая скорость резания и чрезмерное уплотнение почвы , 7. Для повышения производительности лесовосстановления и снижения эрозии почв на вырубках применяют способ, позволяющий срезать или измельчать пни приблизительно на уровне почвы. Надземную часть пня удаляют способом пиления, фрезерования, дробления или силового резания плоскими и клиновыми ножами рисунок 1. Пиление цепными пилами применяется для понижения крупных пней, твердых пород рисунок 1. Недостатками данного способа является низкая надежность и малый срок службы цепи, так как она работает в абразивной среде, а оставление пня на вырубке после срезания требует дополнительных трудозатрат для их уборки , . Пиление дисковыми рабочими органами чаще всего применяются для срезания кустарника и мелколесья рисунок 1. При понижении крупных пней бывают заклинивание и поломки пильного аппарата , . Способ бесстружечного резания, осуществляется пассивными режущими органами рисунок 1. Ножи пассивного типа используются для удаления кустарника и пней малого диаметра. Ножи с силовым приводом используют для срезания пней и деревьев более крупного диаметра, а так же разделения хлыстов на сортименты. Бесстружечное резание преимущественно применяется для срезания пней мягколиственных и хвойных пород и пней ограниченного диаметра. При понижении дубовых пней среднего диаметра до 0,4 м усилие на срезание превышает 0 кН , , , . Рисунок 1. Способы измельчения пней, на наш взгляд, более перспективные, так как позволяют понижать пни различных пород и любого диаметра. Измельчение может осуществляться цилиндрической фрезой как сбоку, так и с торца до поверхности почвы, фрезеруя пень и порубочные остатки рисунок 1. Фрезерование коническим рабочим органом с торца пня осуществляется ниже уровня почвы рисунок 1. Измельчение пней снижает захламленность вырубок и дает использование щепы в качестве сырья для древесной промышленности, топлива или органического удобрения. Однако способы измельчения пней твердых пород недостаточно изучены . В лесном хозяйстве применяются корчевальные машины с поворотными рабочими органами. Машина для расчистки полос типа МРА агрегатируюгся с тракторами ЛХТ0 и ЛХТ, ДП Д3 А навешивается на Т0, К2А агрегатируется с тракторами Т0 и навешивается сзади рисунок 1. Преимущества этих машин заключаются в возможности увеличения корчующих усилий без динамического влияния на трактор и расширения их применения на других операциях путем использования дополнительных рабочих органов. Корчеватель работает следующим образом. При подъезде к корчующему предмету на расстояние 1 1,5 м оператор опускает корчующее устройство и заглубляет зубья под корчуемый предмет, рама при этом опирается на грунт. При включении гидроцилиндров клыки поворачиваются вверх и выкорчевывают пень. Усилие от корчевки пня при этом передается на раму, лежащую на грунте. Более мелкие пни этими машинами можно корчевать толкающим усилием трактора при заглублении зубьев под пень или толкающим усилием с одновременным подъемом отвала корчевателя , 6, , , 9, 2. При работе таких корчевателей происходит перемешивание почвенных горизонтов нарушение биогеоценоза. Вместе с пнм извлекается большая масса земли, на обивку которой требуется до всех трудозатрат при корчевании. Кроме того, удаление крупных пней диаметром более 0,5 осуществляется путем нескольких подъездов корчевательного агрегата с разных сторон пня, что снижает производительность и увеличивает расход топлива , , 4, .