Проектування лісових машин ЛП17А
Введення
Системи машин для лісосічних робіт
Раціональний вибір системи машин для ефективного проведення лісосічних робіт залежить, перш за все, від прийнятого технологічного процесу, а також від фінансових можливостей підприємства.
Під системою машин розуміється сукупність машин і устаткування різного функціонального призначення, взаємопов'язаних з технічними та технологічними параметрами і призначених для послідовного виконання технологічного процесу лісосічних робіт. Однією з найбільш ефективних форм організації роботи систем машин є комплекси (комплекти).
Комплекс (комплект) формується для ефективного функціонування системи машин в конкретних природно-виробничих умовах і характеризується кількістю машин кожного типу, послідовністю їх розстановки, а також наявністю і типом технологічних зв'язків між ними.
Класифікація систем машин
В кінці минулого століття головний інститут лісової промисловості ЦНІІМЕ виділив у системі лісозаготівельних машин і устаткування чотири системи машин для лісосічних робіт.
Перша включала валочно-пакетувальних машину ЛП-19, бесчокерниє гусеничний трелювальний трактор ЛП-18Б (колісний трактор з пачковим захопленням ЛТ-157 або МЛ-30), самохідну машину сучкорезних ЛП-33А. Надалі в цю систему були включені бесчокерниє трактори - гусеничні ЛП-18Г і ЛТ-187.
Друга система машин включала валочно-трелювальні машини ЛП-49 і самохідну сучкорезних машину ЛП-33, а для тонкомірная деревостанів Північно-Заходу країни, в тому числі для лісосік зі слабкими грунтами, розроблена третя система машин у складі валочно-трелювальної машини ЛП-17А і сучкорезних машини ЛП-30Б.
Менш поширена четверта система машин, яка використовувалася в крупномірних лісостанах Іркутської області (Красноярського краю) у складі валочно-трелювальної машини ВМ-4А і самохідної сучкорезних машини ЛП-33А.
Для вивезення з лісосік дерев, хлистів, сортиментів, порубкових залишків, пневою деревини і технологічної тріски в СРСР був розроблений спеціальний рухомий склад, як автомобільний, так і для ВЗ. Це лісовозні автопоїзда: легкого типу - на базі дизельного тривісного повнопривідного автомобіля Урал-43204 (Урал-43204 + ГКБ-9851); середнього - на базі дизельного двовісного автомобіля МАЗ-5434 + ГКБ-9362; важкого - на базі дизельного тривісного автомобіля КрАЗ- 6437 (КрАЗ-6437 + ГКБ-9362), двухкомплектной автопоїзд ТМ-30 (КрАЗ-643701 і три причепа-розпуску ГКБ-9362); автопоїзд-сортиментовоз на базі автомобіля МАЗ-64228 (МАЗ-64228 + МАЗ-99864); автопоїзда -щеповози ЛТ-170 (КрАЗ-25851 + напівпричіп) і ЛТ-191 (МАЗ-54331 + напівпричіп) та інші спеціалізовані автомобільні транспортні засоби. У стадії розробки перебували автопоїзда ТМ-31 для вивезення дерев у складі МАЗ-5434 і спеціального напівпричепа, що забезпечує захист крони дерев від забруднення при русі по лісовозних дорогах; надважкий автопоїзд на базі КрАЗ-8х8 і чотиривісного причепа-розпуску, а також тривісний лісовозний розпуск вантажопідйомністю 20 т. Вважалося, що застосування нових автопоїздів забезпечить зростання продуктивності лісовозного автомобільного транспорту на 40-60%.
Відомо, що в даний час в світі домінує хлистова технологія заготівлі деревини, на частку якої припадає близько 80% від загального обсягу заготівель, а в Росії більше 90%. Дана група технологічних процесів включає в себе виконання наступних технологічних операцій: валка - формування пакету - трелювання - очищення дерев від гілок - навантаження деревини на лісовозний транспорт. Операція очищення дерев від сучків може виконуватися як на лісосіці, так і на верхньому складі, до або після операції трелювання відповідно. На первинному транспорті деревини використовуються як гусеничні, так і колісні лісопромислові трактора.
Види лісозаготівельних машин
Основним способом підвищення економічної ефективності проведення лісосічних робіт є впровадження спеціалізованих лісозаготівельних машин, здатних виконувати валку дерев і ряд суміжних технологічних операцій.
Всі лісозаготівельні машини можна класифікувати за наступним рядом ознак:
вид рушія:
гусеничні,
колісні,
крокуючі;
число виконуваних технологічних операцій:
одно-і
багатоопераційні;
вид виконуваних технологічних операцій:
валочні (ВМ),
валочно-трелювальні (ВТМ),
валочно-пакетувальні (ВПМ),
валочно-сучкорезних-раськряжевочно (ВСРМ), також звані харвестера,
валочно-сучкорезних,
валочно-сучкорезних-трелювальні (ВСТМ),
сучкорезних-раськряжевочно (МОСР), також звані процесорами;
по застосуванню в сортиментної або хлистовою технології заготівлі:
машини для хлистовою технології (ВМ, ВТМ, ВПМ, МОС і пр., в результаті роботи яких відбувається заготівля дерев або хлистів)
машини для сортиментної технології (ВСРМ, МОСР тощо, в результаті роботи яких проводиться заготівля сортиментів);
по ширині оброблюваної смуги лісу:
узкозахватним (без гідроманіпулятора),
широкозахватні (з гідроманіпулятором);
за напрямом дії технологічного обладнання:
флангові,
фронтальні,
повноповоротні.
Що показує досвід
Досвід експлуатації валочні машин показав, що, з точки зору експлуатаційної ефективності, необхідно прагнути до максимально повної завантаженні двигуна шляхом суміщення машиною кількох технологічних операцій.
До зняття машин ВМ-4 з серійного виробництва на її базі була створена перша в СРСР валочно-трелювальна машина ВМ-4А, в даний час ВМ-4Б. У самої концепції валочно-трелювальних машин є серйозне перевагу, пов'язану з відсутністю необхідності у спеціальній трелювальної техніці при розробці лісосік, в умовах, коли орендований річний лісосічний фонд складається з невеликих розрізнених лісосік. Залучення великої кількості техніки на їх розробку недоцільно в зв'язку з великими витратами на часті перебазування. Використання подібного типу машин дозволяє істотно зменшити витрати на заготівлю лісу в подібного роду лісосіках.
У зв'язку з такого роду перевагами вітчизняна машинобудівна промисловість освоїла випуск широкозахватних валочно-трелювальних машин ЛП-17 і ЛП-49, створених відповідно на базі тракторів ТДТ-55А і ТТ-4. Як і вихідні трактори, ці машини призначені для роботи в насадженнях з середнім об'ємом хлиста відповідно до 0,4 м3 і більше 0,4 м3.
Порівняно недавно на ринку з'явилася ВТМ ЛП-58, що випускається ТОВ «Машинобудівний завод« Комунар ». Разом з тим, практика застосування машин подібної компоновки показала, що якщо звільнити ВТМ від операції з трелювання деревини і перетворити її, таким чином, в валочно-пакетувальних машину, можна не тільки вдвічі підняти її продуктивність, але і подовжити термін служби режуще-валочні апаратів , які, в такому разі, не будуть протягом полусмени перевозитися на транспортних швидкостях, а будуть повністю завантажені за прямим призначенням. Це підтвердило думку про доцільність, в більшості випадків, відділення трелювання деревини в самостійну операцію.
В даний час в РФ випускається великий асортимент валочно-пакетувальних машин, в тому числі відома ЛП-19 і її модифікації, ЛП 60-01А і ТЛГ 3-12.
Сортиментна технологія заготівлі деревини має поки незначну вагу в світі. Виробництво сортиментів може здійснюватися як у пня, так і на верхньому складі, з використанням на робочих операціях (валку, обрізку гілок і розкряжуванні) як бензіномоторних пив, так і спеціальних машин - харвестерів і процесорів. Слід зазначити, що в даний час на частку зазначених машин доводиться досить малий відсоток від загального обсягу заготівлі, як у світі в цілому, так і в Росії. Це пов'язано з дуже високою вартістю таких машин і запасних частин до них, складністю підбору кваліфікованого персоналу і малої придатністю машин для природно-виробничих умов великого числа регіонів РФ. Тому вітчизняне лісове машинобудування ніколи не було законодавцем моди на такі машини, що розробляються, в основному в скандинавських країнах.
На сьогоднішній день вітчизняні виробники випускають такі харвестери: ЛП-19 з харвестерний головкою SP-650, МЛ-152, МЛ-72, та інші, а найбільш відомим вітчизняним процесором є ЛВ-120, що випускається на базі сучкорезних машини ЛП-30Г. На наш погляд, широкому розповсюдженню в РФ таких машин, при всіх достоїнствах сортиментної технології, перешкоджають їх висока вартість і відсутність кваліфікованого персоналу. Для великих лісозаготівельних підприємств, що мають свої стаціонарні розділювальні майданчики, в більшості випадків більш вигідна хлистова заготівля, що дозволяє переносити розкряжування на більш продуктивне стаціонарне обладнання, здійснювати індивідуальний метод розкрою, підвищуючи відсоток виходу ділової деревини, і більш комплексно утилізувати заготовлювані фітомаси
ЛП-17А. Загальна інформація
Валочно-трелювальна машина ЛП-17А призначена для роботи на суцільних лісосічних рубках без збереження підросту в районах з помірним кліматом.
Функціональне призначення машини - робота в режимах: валка - трелювання, валка - пакетування.
Машина працює в лісонасадженнях з середнім об'ємом хлиста 0,14 ... 0,39 м3. Найбільш раціональну відстань трелювання - до 300 м. Може бути використана для роботи в рівнинній і слабохолмистої місцевості з ухилами: влітку до 20 ° а взимку і в сиру погоду до 14 °.
Несуча здатність грунтів розроблюваних лісосік повинна бути не нижче 90 кПа. Висота снігового покриву не повинна перевищувати 1,1 м
Конструкція машини
Шасі базового трактора оснащене спеціальним технологічним обладнанням - гідроманіпулятором, затискним Коник і передній навісною системою з штовхачем. У гідроманіпулятор входять наступні вузли: опорна ферма з поворотною колоною і механізмом повороту, стріла, рукоять і гідроциліндри.
Для виконання спеціальних операцій при валки і укладанні в конику спиляних дерев машина оснащується наступним додатковим технологічним обладнанням: захопно-зрізують пристроєм з підвіскою, які монтуються на маніпулятор замість щелепного захоплення базового трактора, пантографной системою, необхідної для вирівнювання вертикальної осі підвіски при зміні вильоту маніпулятора. У пантографную систему входять два коромисла і дві пари тяг.
Над кабіною оператора змонтовано спеціальне захисне огородження.
Модернізована машина ЛП-17А відрізняється підвищеною потужністю, більш досконалою конструкцією маніпулятора і кабіни, а також підвищеною надійністю як самого трактора, так і технологічного устаткування.
Призначена для роботи на суцільних лісосічних рубках без збереження підросту в лісонасадженнях з середнім об'ємом хлиста більше 0,4 м3. Діаметр дерева в площині пропилу не більше 65 см).
Валочно-трелювальна машина ЛП-17А - на базі трактора ТБ-1М на рамі якого встановлена поворотна колона з маніпулятором. На колоні розташовані стріла і рукоять. На рукоять допомогою підвіски кріпиться ЗСУ. На рамі трактора встановлені конику і щит. Спереду трактори навешен штовхач.
Маніпулятор приводиться в рух за допомогою поворотної колони і гідроциліндрів стріли і рукояті. Поворот колони здійснюється однією зубчастою рейкою (у машини ЛП-17А двома).
Підвіска ЗСУ здійснює рух в горизонтальній і вертикальній площинах. Поворотом підвіски в горизонтальній площині задають напрямок валки, а поворотом у вертикальній площині орієнтують ЗСУ, а отже, і його ріжучий механізм перпендикулярно дереву. Поворот підвіски здійснюється рейкою, яка входить у зачеплення з валом-шестернею і служить аналогічно механізму повороту колони штоками гідроциліндра. Захопно-зрізаючого пристрій, як і у машини ЛП-17А, призначений для захоплення, спилювання, спрямованої валки й утримання дерев при укладанні їх в конику або на грунт в залежності від режиму валки. Всі виконавчі органи для виконання перерахованих елементів операцій змонтовані в загальному корпусі (рамі) зварної конструкції. Затискні важелі приводяться в дію гідроциліндрами.
Для захисту механізму зрізання і особливо його пільной шини в нижній частині рами ЗСУ є огорожу.
Для спрямованої валки спиляних дерев на рамі приварена стійка, має упор, який спільно з затискними важелями створює валочні момент.
Технічна характеристика ЛП-17
Зрізують пристрої лісозаготівельних машин призначені для зрізання стовбурів дерев, а також розкряжування хлистів на сортименти. Найбільше застосування знайшли дві групи зрізують пристроїв: з утворенням стружки при різанні (ланцюгові і дискові пилки, фрези); без стружкообразо-вання (ножові зрізують пристрої з плоскими і клиновими ножами). Основні параметри зрізують пристроїв: робоча довжина механізму зрізання, швидкість різання, швидкість насування, потужність приводу, розміри, маса і ін
На рис. 2.16 наведені різні принципові схеми зрізують пристроїв.
Рис 2.16 Компонувальний-кінематичні схеми зрізують пристроїв
У залежності від принципу підведення потужності розрізняють зрізують пристрої з гідравлічним, механічні їм і імпульсним приводами (рис. 2.16, н). В останньому перерізання дерева здійснюється завдяки накопиченої кінетичної енергії ножа. У цьому випадку потенційна енергія може створюватися тиском повітря або пороховими газами.
В даний час найбільшого поширення набули ланцюгові зрізують пристрої (рис. 2.16, а). Варіанти б і д знаходяться в стадії експериментування. Ланцюгове срезающееустройство складається з пиляльного ланцюга, направляючої шини, провідною (приводний) зірочки та механізму насування. Привід пиляльного ланцюга і механізму насування пільной шини на стовбур дерева здійснюється гідромоторами і гідроциліндрами. Виготовляються пиляльні ланцюга з напрямними хвостовиками і седлающий типу. Пильні ланцюга седлающий типу дозволяють знизити трудомісткість виготовлення пільной шини і підвищити поперечну стійкість при пилянні.
Ножові зрізують пристрої (рис. 2.16, г, е, ж, і, к) знайшли широке застосування за кордоном (у США, Канаді). До стоінством ножових зрізують пристроїв є простота конструкції, надійність в експлуатації, швидкість різання. Основні недоліки - значні розміри, що обмежують діаметр зрізується дерева (зазвичай до 60 см), розшарування окоренкові частини деревини в зоні зрізання, особливо при різанні мерзлої деревини. У нас в країні останнім часом знаходить застосування спірально-ступінчастий дисковий ріжучий механізм (рис. 2.16, м), що зменшує розшарування деревини в зоні різання. Проводяться також дослідження термо механічного способу різання деревини з використанням електромагнітного поля надвисоких частот (НВЧ) при перерізанні деревних стовбурів ножами Бесстружечная різання (рис. 2.16, о) в умовах негативних температур. Ці дослідження проводяться з метою зменшення пошкоджуваності перерізаною зони деревини і скорочення її втрат.
Для зрізання дерев розроблені також пристрої з дисковими, кільцевими, конічними та циліндричними фрезами. На рис. 2.16, в показана фреза циліндрична, що має різці, розташовані на гранях валу перед виїмками. Ріжуча кромка різця утворена шляхом перетину бічної поверхні конуса з його заснуванням. Різці встановлюються на валу таким чином, що при обертанні їх між площиною фрезерування і бічною поверхнею утворюється задній кут, а між ріжучою кромкою і площиною фрезерування-кут різання. Аналогічні фрези виконуються також шляхом набору знімних різців.
Фірма «Дротт» для ВПМ Дротт-40ЛС створила ЗСУ з циліндричною фрезою для зрізання дерев діаметром до 60 см в площині реза. Ширина пропилу після проходу фрези становить 6,35 см. Ця фреза, проте, є складною в експлуатації і споживає значну потужність (до 100 кВт).
Дня валочні машин, що працюють напроход без зупинки У зрізується дерева, в перспективі можуть бути застосовані дискові фрези (рис. 2.16, з, л). Такі фрези можуть бути з центральним приводом (див. рис. 2.16, л) і поза центральним приводом ( рис. 2.16, з).
Відомі валочні машини ЦЮ-0, 75, на яких встановлена дискова фреза з центральним приводом при діаметрі фрези 1,5 м, шириною пропила 0,045 м і приводний потужності близько 74 кВт. Значні роботи в цьому напрямку прведени і в ЦНІІМЕ. Створені дослідні зразки фрези з внецентральним приводом діаметром 1,3 м і з різними різцями шириною пропила 50 мм зі швидкістю надвигания до48м / с і швидкістю різання до 20 м / с. Потужність на різання складає близько 100 кВт.
Ланцюгові зрізують пристрої
Ланцюгові зрізують устрою отримали широке поширення. на валочні машинах, так як вони мають цілу низку переваг порівняно з іншими зрізують пристроями мають малу масу і розміри, ними можна зрізати дерева практично будь-якого діаметру, забезпечують зручність приводу консольної пили до дерева або зрощеним деревам, можливість заглиблення в сніг, забезпечують якісний зріз дерева.
На вітчизняних лісозаготівельних машинах ЛП-19А, ІМ 4л, ЛП-17, ЛП-49 (ЛП-58) застосовують ланцюгові зрізують механізми консольної конструкції. Загальна конструктивна компонування ланцюгових зрізують пристроїв цих машин в основному ідентична. Наявні конструктивні відмінності обумовлені різними технічними характеристиками зрізують механізмів.
Останнім часом і за кордоном основну увагу дослідників і машинобудівників приділяється розробці і впровадженню цінних зрізують механізмів на валочні машинах з метою усунення пошкоджень окоренкової частини дерев.
Ножові зрізують пристрої
З початком машинізації валки дерев пов'язане створення і застосування ножових зрізують пристроїв. Ножові пристрої, наприклад, діляться на одноножові і двухножевие. Ніж односторонньої дії розрізає дерево, притискаючи його до упору. Існують ще два види дії цих ножів - коли ніж насувається поступально на дерево, притиснуте до захоплень, і коли ножове полотно заводиться за дерево і піддією двох циліндрів підтягується до основи пристрою, зрізуючи дерево (у неробочому положенні ножове полотно розташоване вертикально). Двухножевие пристрої конструктивно можуть мати загальний шарнір (ножиці) та рознесені шарніри. Велике розмаїття ножових пристроїв породжене формою лез і їх кінематикою: ножі з прямими і криволінійними ріжучими кромками, з зубцями, з протяжкою.
Ножові зрізують пристрої (НСУ) служать для зрізання дерева з метою його повалення і відносяться до Бесстружечная ріжучим органам.
Найпростішим ножовим зрізують пристроєм є одноножові схема з одним гідроциліндром (рис. 2.17, А). Двухножевие зрізують пристрої можуть бути скомпоновані як з одним загальним гідроциліндром (рис. 2.17, а), так і з окремими гідроциліндрами (рис. 2.17, б).
Рис. 2.17. Схеми ножових зрізують пристроїв: А - найпростіша одноножові; Б - двухножевие
Залежно від конструкції ножів розрізняють НСУ з прямою різальною крайкою (рис. 2.18, а), з кривою - опуклої рис. '18, Б) і кривої ввігнутої (рис. 2.18, в) кромками, з зазубреної ріжучої крайками (мал. 2.18 , г).
Рис. 2.18. Схеми ріжучих крайок ножів
У залежності від принципу підведення потужності розрізняють НСУ з гідравлічним приводом і НСУ з імпульсним приводом (Рис. 2.19), в якому перерізання дерева відбувається за рахунок накопиченої кінетичної енергії при підльоті ножа до дерева. В останньому випадку тиск у циліндрі може створюватися стисненим повітрям або пороховими газами.
Рис. 2.19. Схема ножового пристрою з імпульсним приводом
Пристрої двостороннього дії - ножиці забезпечують зрізання дерев ножовими полотнами за типом ножиць. Ножі односторонньої дії застосовують для спрямованої валки дерев. Це досягається відповідною установкою ножового полотна або його конструктивного виконання: воно товщі, ніж картина ножиць, і має сходяться верхню і нижню межі. Двосторонні ножі використовують у ВПМ. Зусилля різання ножовими полотнами змінюється в міру заглиблення в деревину. У ножів односторонньої дії воно зростає при зрізанні 2 / з діаметру дерева, а потім починає спадати. У ножиць зусилля зрізання зростає безперервно до кінця різу, поки кожне з полотен не пройде l / j діаметру дерева. При збільшенні товщини ножа в 2 рази зусилля різання зростає на 40 ... 50%. На величину зусилля різання впливають також діаметр дерева (особливо при використанні ножів односторонньої дії), щільність деревини, температура. Зі збільшенням діаметра і щільності, а також при низькій температурі воно різко зростає.
Недоліки ножових зрізують пристроїв: обмеження за розміром зрізаних дерев (максимальний діаметр їх зазвичай не перевищує 60 см в місці реза); значні розміри в плані, що є перешкодою при зануренні в сніг; пошкодження окоренкові частини зрізаних дерев. Однак простота конструкції, надійність, простота експлуатації, невелика тривалість зрізання забезпечують застосування валочні машин з ножовими зрізують пристроями.
У нашій країні ножові зрізують пристрою не знайшли застосування, а в США і Канаді вони широко використовуються навалювальних машинах. ВПМ Барко 775 FB, Омарк Хайдро-Екс 711, та інші обладнуються ножовими головками дли зрізання хвойних дерев діаметром від 38 до 56 см.
Дискові пили
У слідстві великій швидкості різання дискові пилки дозволяють реалізувати великі потужності і домогтися високої продуктивності чистого пиляння. Дисковими пилами можна зрізати дерева обмеженого діаметра, вони схильні до пошкоджень, тому повинні мати надійну защіту.Пільние диски можуть використовуватися для зрізання дерев малого діаметру.
Дискові фрези можуть мати внецентральний привід, завдяки чому ними можна зрізати дерева великих діаметрів. Фрезами можна реалізувати великі потужності і отримати високу продуктивність, вони мають велику товщину, відповідно буде і велика ширина пропилу. При виготовленні ріжучих елементів з високоміцного сплаву фрези можуть тривалий час працювати без переточувань. Висока жорсткість фрез свідчить про можливість використання їх у зрізують механізмах машин для невпинної валки дерев (машин безперервної дії). Особливістю роботи ЗСУ з пильними дисками є те, що в процесі зрізання ствола не потрібно його фіксації в захватні пристрої. Зрізане дерево захоплюється лише в момент завершення реза. Це дозволяє запобігати відколи окоренкової частини дерева.
Недоліками таких ЗСУ є: велика маса (2.5 ... .. 3т), висока вартість.