Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

РАСЧЕТ РАБОЧЕЙ СКОРОСТИ ПОДАЧИ АКТИВНОГО НАВЕСНОГО КУСТОРЕЗА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПАРАМЕТРОВ СРЕЗАЕМОГО КУСТАРНИКА

Булавинцева А.Д. 1 Мазуркин П.М. 1
1 ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет»
Приведены математические модели расчета допустимой скорости подачи по установленной мощности базовой машины (бульдозера) с гидростатической трансмиссией, в зависимости от параметров срезаемого кустарника и пней. В математических моделях расчета энергосиловых показателей и допустимой скорости подачи кустореза на обрабатываемую поросль учтены наихудшие условия для срезания. Расчеты произведены по максимальному диаметру ствола с учетом закономерности фактического распределения диаметров кустарника и пней, а также с учетом закономерности фактического распределения диаметра только кустарника. Представлен график зависимости установленной мощности двигателя от скорости подачи бульдозера по моделям.
математическая модель
кустарник
бульдозер
активный навесной кусторез
скорость подачи
1. Булавинцева А.Д., Рабочая скорость подачи бульдозера Четра Т11С при расчистке трассы нефтепровода [Электронный ресурс] / А.Д. Булавинцева, П.М. Мазуркин // Современные проблемы науки и образования. – 2013. - № 2. – Режим доступа: http://www.science-education.ru/108-9022. – 30.04.2013.
2. Булавинцева А.Д. Условия произрастания кустарника и поросли на трассе нефтепроводом [Текст] / А.Д. Булавинцева // Матер. IV Междун. научно-практ. конф. (ФГБОУ ВПО «Саратовский ГАУ»). – Саратов: Издательство «Саратовский источник», 2013. – С. 215-218.
3. Мазуркин П.М. Обоснование параметров модульных рабочих органов лесозаготовительных машин на начальных стадиях проектирования: дис. д-ра тех. наук. – Йошкар-Ола, 1995. – 403 с.
4. Патент 2473898 Российская Федерация, МПК G 01 33/46, А 01 G 23/00 (2006.01). Способ испытания растительного покрова на участках трассы продуктопровода / Мазуркин П.М., Булавинцева А.Д.; заявитель и патентообладатель Поволжский государственный технологический университет. - № 2010132760/13, заявл. 04.08.2010; опубл. 27.01.2013 Бюл. № 3. – 15 с.
5. РД-13.100.00-КТН-196-06 Правила безопасности при эксплуатации магистральных нефтепроводов. –М., 2006.
6. Четра Т11С [Электронный ресурс] // ЧЕТРА. Промышленные машины: сайт. ОАО «ЧЕТРА-Промышленные машины». Чебоксары, 2012. – Режим доступа: http://www.chetra-im.com/catalog/buldozery/t11s/ - 27.02.2013.

Введение. Кусторезы применяются во многих отраслях национального хозяйства. Особую актуальность расчистка от кустарника и поросли имеет для предприятия, обслуживающего трубопроводный транспорт, оптоволоконные трассы, магистральные электрические сети, полосы отвода автомобильных, железных дорог и т.п., ежегодно сталкиваются с проблемой борьбы с нежелательной растительностью.

При эксплуатации магистральных нефтепроводов должны соблюдаться требования к содержанию охранной зоны. Полоса шириной не менее 3 м от оси с каждой стороны нефтепровода должна содержаться в расчищенном состоянии [5]. Расчищенная трасса позволит эффективно контролировать эксплуатационную надежность и безопасность нефтепроводов.

Для расчистки трассы нефтепровода базовой машиной возьмем бульдозер. Бульдозер может быть использован для валки деревьев с корнями, корчевания пней и кустарников. Возможность выполнения бульдозером многих трудоемких работ наряду с простотой, прочностью и надежностью конструкции сделали его самой широко распространенной общестроительной машиной. Ходовая часть бульдозера приспособлена к перемещению по лесу. В зависимости от мощности и конструкции бульдозеры могут работать на различных грунтах – и на болотистых, и на песчаных.

Наиболее подходящий для расчистки трассы нефтепровода гусеничный бульдозер. Трасса нефтепровода местами проходит по болотистой местности, следует обратить внимание на бульдозеры с пониженным удельным давлением на грунт.

Рисунок 1. Блок-схема выбора базового бульдозера

Базовую машину (бульдозер) можно выбрать по алгоритму, приведенному в блок-схеме на рисунке 1.

Базовой машиной был выбран бульдозер Четра Т11С. Масса бульдозера 18712 кг, мощность двигателя 132 кВт, удельное давление на грунт 74,5 кПа. Бульдозер Четра Т11С имеет гидростатическую трансмиссию с двумя независимыми контурами для привода левой и правой гусениц. Трансмиссия обеспечивает бесступенчатое плавное регулирование скорости движения оператором, а также автоматическое бесступенчатое регулирование скорости и силы тяги в зависимости от внешней нагрузки. Скорость движения 0-11 км/ч (0-3,06 м/с) [6].

Пильный механизм представляет собой последовательно расположенные на корпусе четыре кусторезных головки АСК-16М – пильные диски имеют диаметр 2300 мм.

Таблица 1

Параметры зубчатого венца кусторезной головки АСК-16М

Мощность гидромотора, кВт

39,6

Число оборотов ножа, об/мин

0 - 9

Диаметр ножа и контрножа, м

2,3

Максимальное усилие срезания, кН

58

Толщина полотна ножей, мм

20

Число зубьев контрножа, шт.

90

Число зубьев подвижного ножа, шт.

90

Высота зуба, мм

50

Шаг, мм

80

Скорость подачи зависит от коробки передачи бульдозера, в нашем случае гидростатической трансмиссии, для максимальной производительности необходимо определить рабочую скорость бульдозера.

Скорость инструмента из-за гидропривода зубчатого диска изменяется редуктором в пределах 0 - 9 об/мин. При номинальной мощности 39,6 кВт обеспечивается максимальное вращение 9 об/мин. Тогда скорость инструмента равна 1,08 м/с.

Для расчета рабочей скорости активного навесного кустореза необходимо учитывать самые неблагоприятные условия для механической расчистки линейных объектов. В ходе проведенных экспериментов по замеру диаметра стволов и определения густоты на обслуживаемом участке [4], показали, на пробной площадке м имеют следующие характеристики: количество стволов растений и пней 45 шт. (из них 28 стволов растений и 17 стволов пней), максимальный диаметр ствола пня 75 мм (в расчетах принимаем мм), максимальная густота растений шт./м2 [2].

Математическая модель по максимальному диаметру стволов для расчета скорости подачи активного навесного кустореза на базе бульдозера имеет вид [1]:

(1)

где - установленная мощность двигателя; - мощность на резание кусторезной головки; - мощность на перемещение; - КПД кусторезной головки, 0,9 [3]; - КПД трансмиссии машины, 0,7 [6]; - мощность на движение подачи кусторезной головки; - нормальная сила; - касательная сила; - сила, действующая на один зуб; - общая сила резания; - толщина реза; - угол движения.

Расчет скорости подачи по математической модели (1), производим до значения скорости, при котором установленная скорость будет иметь максимальное значение, но будет удовлетворять условию , допустимая кВт, допустимая установленная мощность ДВС бульдозера Четра Т11С (таблица 2).

Таблица 2

Результаты расчетов по модели (1)

,

м/с

,

мм

,

град.

,

кН

,

кН

,

кН

,

кН

,

кВт

,

кВт

,

кВт

,

кВт

0,10

7,38

5,27

2,06

16,49

16,42

1,52

17,73

0,15

2,17

22,80

0,15

11,01

7,91

3,07

24,60

24,37

3,38

26,31

0,51

3,54

34,29

0,20

14,57

10,49

4,07

32,56

32,02

5,93

34,58

1,19

5,22

45,88

0,50

33,61

24,87

9,39

75,12

68,17

31,56

73,63

15,78

25,88

118,77

0,55

36,30

26,99

10,14

81,15

72,31

36,82

78,10

20,25

31,36

131,57

0,60

38,85

29,05

10,86

86,84

75,91

42,17

81,99

25,30

37,42

144,55

При скорости подачи (по максимальному диаметру ствола) равной 0,55 м/с это значение удовлетворяет условию . При скорости подачи равной 0,6 м/с установленная мощность двигателя , что не удовлетворяет условию. Таким образом, рабочая скорость подачи 0,55 м/с (1,98 км/ч) при срезании будет наиболее эффективной при расчистке трассы нефтепровода от древесно-кустарниковой растительности активным кусторезом с четырьмя дисками.

Поскольку на пробных площадках не все кусты имеют максимальный диаметр, то возможно уточнение допустимой скорости подачи при учете рангового распределения кустов и пней от ранее срезанных растений. Изменив систему уравнений (1) подстановкой выявленных закономерностей рангового распределения по экспериментальным данным, с наиболее тяжелым режимом работы кустореза.

При перерезании стволов растений за один раз усилие срезания больше, чем при перерезании ствола за несколько раз. Соответственно, мощность двигателя при перерзании ствола за один раз значительно больше, чем при перерзании стволов за несколько подходов.

В расчет введем закон распределения диаметра от ранга по формуле

, (2)

где 0, 1, 2, …, 22. Густота 2,81 шт./м2, то густота на ширине захвата кустореза 22,48. Ширина захвата – 8 м.

Математическую модель для расчета скорости движения бульдозера с учетом закономерностей рангового распределения диаметра стволов кустарника и пней имеет вид

(3)

Расчеты предельной скорости подачи при условии изменения инструмента и гидропривода с учетом распределения диаметров по модели (3) приведены в таблице 3.

Таблица 3

Результаты расчетов по модели (3)

,

м/с

,

мм

,

град.

,

кН

,

кН

,

кН

,

кН

,

кВт

,

кВт

,

кВт

,

кВт

0,10

7,38

5,27

2,85

6,69

6,29

0,62

6,80

0,06

2,08

10,52

0,15

11,01

7,91

4,25

9,99

6,26

1,37

6,76

0,21

3,23

12,13

0,20

14,57

10,49

5,63

13,22

6,21

2,41

6,71

0,48

4,52

13,91

1,30

61,54

50,31

23,77

55,84

4,04

42,95

4,36

55,84

82,09

122,11

1,35

62,47

51,34

24,13

56,69

3,95

44,27

4,26

59,76

87,02

129,05

1,40

63,34

52,37

24,46

57,48

3,86

45,51

4,17

63,72

91,99

136,04

Изучение закономерностей распределения диаметров стволов кустов и пней дает возможность производить расчистку трассы на более высокой скорости бульдозера, а именно на скорости подачи равной 1,35 м/с, , удовлетворяет условию .

Скорость подачи рабочего органа при изучении закономерностей распределения диаметров в раза выше. Тогда для расчета производительности можно учесть предельно возможную скорость подачи рабочего органа 1,35 м/с (4,86 км/ч).

Кусты с пнями от прошлых расчисток встречаются реже по сравнению с чистыми кустами. Этому способствует естественное загнивание пней березы и осины. Но даже при наличии прошлогодних относительно свежих пней кусторезный орган можно приподнять над ними и проводить срезку только стволов у кустарника.

Распределение кустов на пробной площадке без пней с худшими условиями принимается по формуле

, (4)

где 0, 1, 2, …, 14.

Математическая модель для расчета скорости движения бульдозера с учетом закономерностей рангового распределения диаметров стволов только кустов имеет вид:

(5)

В итоге система уравнения получит изменение только в части формулы распределения (4) и количестве слагаемых касательной силы.

Уточненные расчеты предельной скорости подачи при расчистке трассы без учета пней приведены в таблице 4.

Таблица 4

Результаты расчетов по модели (5)

,

м/с

,

мм

,

град.

,

кН

,

кН

,

кН

,

кН

,

кВт

,

кВт

,

кВт

,

кВт

0,10

7,38

5,27

2,60

4,36

3,27

0,40

3,53

0,04

2,06

6,87

0,15

11,01

7,91

3,88

6,50

3,26

0,89

3,52

0,13

3,16

8,42

0,20

14,57

10,49

5,14

8,60

3,23

1,57

3,49

0,31

4,35

10,09

1,60

66,31

55,98

23,39

39,15

1,84

32,45

1,99

51,92

84,23

122,54

1,65

66,94

56,78

23,61

39,52

1,80

33,07

1,94

54,57

87,88

127,71

1,70

67,53

57,58

23,81

39,87

1,76

33,66

1,90

57,21

91,54

132,89

Изучение закономерностей распределения диаметров стволов кустов без учета пней дает возможность производить расчистку трассы на скорости подачи равной 1,65 м/с, , удовлетворяет условию . Для расчета производительности на участках без учета пней можно учесть предельно возможную скорость подачи рабочего органа 1,65 м/с (5,94 км/ч).

На рисунке 2 приведены графики по всем произведенным расчетам зависимости установленной мощности двигателя от скорости подачи бульдозера.

Рисунок 2. График зависимости установленной мощности двигателя от скорости подачи бульдозера по моделям (1), (3) и (5)

Скорость подачи активного навесного кустореза на базе бульдозера при изучении закономерностей распределения диаметров стволов (без учета пней) на пробной площадке с худшими условиями в раза выше, чем без учета распределения, и в раза выше, чем при учете закономерностей распределения диаметра стволов кустарника и пней.

В результате проведенных расчетов по максимальному диаметру ствола с учетом закономерности фактического распределения диаметров кустарника и пней, а также с учетом закономерности фактического распределения диаметра только кустарника можно увидеть, что изучение фактических условий распределения кустарника и пней от ранее срезанных древесных растений дает возможность выбрать правильный режим срезания поросли на обслуживаемом линейном объекте.

Рецензенты:

Салихов М.Г., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой автомобильных дорог, ПГТУ, г. Йошкар-Ола.

Царев Е.М., д.т.н., профессор кафедры технологии и оборудования лесопромышленных производств, ПГТУ, г. Йошкар-Ола.


Библиографическая ссылка

Булавинцева А.Д., Мазуркин П.М. РАСЧЕТ РАБОЧЕЙ СКОРОСТИ ПОДАЧИ АКТИВНОГО НАВЕСНОГО КУСТОРЕЗА В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПАРАМЕТРОВ СРЕЗАЕМОГО КУСТАРНИКА // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=10608 (дата обращения: 22.08.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252