Обоснование параметров рычажно-кулачкового механизма динамического лункообразователя для посадки лесных культур 05. 21. 01 Технологи - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Повышение эффективности лесопромышленных тракторов путем совершенствования... 1 270.68kb.
Повышение эффективности производства сортиментов на лесосеке путем... 1 232.92kb.
Обоснование параметров пневмомеханической высевающей системы обеспечивающей... 1 276.68kb.
Программа исследований 1 178.09kb.
Приложение к письму департамента лесного хозяйства 1 115.76kb.
Мониторинг и прогнозирование лесных пожаров 1 197.93kb.
Памятка о порядке и нормативах заготовки гражданами древесины для... 1 160.22kb.
Анализ положений звеньев и области существования механизма вццц (часть II) 6 310.99kb.
Машины и оборудование лесного комплекса 1 78.72kb.
Это наш с тобой лес 1 55.09kb.
Регламент по осуществлению этих полномочий не утвержден. Приказом... 1 46.73kb.
Улучшение показателей работы тракторного дизеля совершенствованием... 1 184.28kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

Обоснование параметров рычажно-кулачкового механизма динамического лункообразователя - страница №1/1









На правах рукописи













МАРКОВ Олег Борисович







обоснование параметров рычажно-кулачкового

механизма динамического лункообразователя

для посадки лесных культур




05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства









АВТОРЕФЕРАТ



диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук



Петрозаводск – 2006



Работа выполнена в государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ



Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор, Цыпук Александр Максимович







Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор,

Александров Валентин Александрович


- кандидат технических наук, доцент,

Белый Евгений Константинович



Ведущая организация - Санкт-Петербургский научно-исследовательский институт лесного хозяйства

Защита состоится 22 декабря 2006 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 212.190.03 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (185910, г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33, ПетрГУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образовании ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ








Автореферат разослан 21 ноября 2006 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета В. В. Поляков


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Механизация лесовосстановительных работ особенно актуальна для таежной зоны РФ, где лесная промышленность является основной отраслью экономики, а количество трудоспособного населения сокращается.

В Республике Карелия, например, за период с 2000 по 2004 г. площадь рубок возросла с 66,4 до 79,2 тыс. га, а объем лесовосстановительных работ снизился с 26,9 до 22,5 тыс. га. Численность работающих на лесозаготовках и в лесном хозяйстве сократилась с 24,7 до 17, 9 тыс. чел. Разрыв между заготовкой и восстановлением леса увеличивается.

Известно, что наиболее эффективным способом выращивания леса является посадка сеянцев и саженцев. Однако, существующие лесопосадочные машины недостаточно надежны в условиях таежной зоны.

При работе на вырубках с большим количеством пней и камней целесообразно разделить процесс посадки леса на механизированную подготовку посадочных мест (энергоемкая операция) и ручное внесение в них растений с заделкой корней (относительно легкая операция, но требующая повышенной точности). Наиболее приспособленными для такой технологии являются лункообразователи с рабочими органами ударного действия, общая теория разработки и применения которых находится на этапе становления.

Правильный выбор параметров механизма привода лункообразователя определяет не только его работоспособность, но и качество посадочных мест. Установлено, что наибольшим нагрузкам при работе подвергаются качающийся рычаг рабочего органа и кулачковый механизм привода. Это связано с внутренней динамикой рычажно-кулачкового механизма при накоплении энергии и внешней его динамикой (ударами о почву, пни, камни).

Таким образом, разработка методики расчетов параметров наиболее нагруженных частей лункообразователей (включая программное обеспечение) является актуальной.

Работа выполнена в ПетрГУ в рамках федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» на 2002-2006 годы, № РИ-19.0/001/575.

Цель работы. Повышение эффективности работы динамических лункообразователей для посадки лесных культур путем разработки и совершенствования методики проектирования механизма привода рабочих органов.

Объекты и методы исследований. Объектами исследований являются динамические лункообразователи для посадки лесных культур, в частности, модели Л–2 и Л–2У, агрегатируемые с колесными и гусеничными тракторами классами тяги 1,4 кН и 3 кН. изготовленные на Петрозаводском ремонтно-механическом заводе опытными партиями.

В работе использованы методы прикладной механики в сочетании с методами математического моделирования систем деформируемых тел при соударениях, имитационное компьютерное моделирование, лабораторные испы-

тания нагруженности деталей и проверка механизмов в производственных условиях.

Научная новизна работы. Обоснована общая методика расчета составляющих рабочего цикла динамического лункообразователя, что позволило обеспечить образование посадочных мест в соответствии с лесотехническими требованиями в реальном диапазоне условий работы агрегата.

Разработана математическая модель определения времени падения рычага, позволяющая автоматизировать расчеты параметров профиля кулачка приводного механизма, обеспечивающие синхронизацию его работы с движущейся тяговой машиной.

Предложена методика проектирования механизма привода рабочих органов, позволяющая получать оптимальный профиль кулачка с учетом возможности агрегатирования лункообразователя с различными типами тяговых машин при варьировании их параметров в реальном диапазоне рабочих скоростей движения и частот вращения валов отбора мощности.

Разработаны математические модели для определения нагруженности качающегося рычага лункообразователя при соударении в типовых технологических ситуациях, характерных для нераскорчеванных вырубок таежной зоны РФ.



Значимость для теории и практики. Разработанная методика проектирования механизма привода лункообразователя вносит вклад в теорию проектирования и применения лесохозяйственных машин с рабочими органами динамического типа.

Разработанная программа расчета параметров кулачкового механизма позволяет сократить время и повысить качество проектирования лункообразователей в процессе опытно-конструкторских работ с учетом агрегатирования с различными тяговыми машинами.

Расчет по предложенным моделям определения нагрузок, возникающих при работе динамического лункообразователя в среде препятствий, позволяет конструкторам с минимальной затратой времени подобрать оптимальные прочностные и геометрические параметры деталей механизма привода.

Предложенные математические модели и компьютерные программы для их реализации позволят организовать процесс исследований машин нового типа – динамических лункообразователей в научных организациях и обеспечить их изучение в лесотехнических вузах.



Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Общая методика расчета составляющих рабочего цикла динамического лункообразователя, применение которой позволяет обеспечить образование посадочных мест в соответствии с лесотехническими требованиями в реальном диапазоне условий работы агрегата.

  2. Математическая модель для определения времени падения рычага, позволяющая рассчитывать параметры профиля кулачка приводного механизма, обеспечивающие синхронизацию его работы с движущейся тяговой машиной.

  3. Методика проектирования механизма привода рабочих органов и позволяющая получать оптимальный профиль кулачка с учетом возможности

агрегатирования лункообразователя с различными типами тяговых машин при варьировании их параметров.

  1. Новые математические модели для определения нагруженности качающегося рычага лункообразователя при соударении с характерными препятствиями на вырубке.

  2. Методика и результаты экспериментальных исследований рычажно-кулачкового механизма лункообразователя в лабораторно-полевых условиях.

  3. Выводы и рекомендации по повышению эффективности лункообразователя.

Обоснованность и достоверность результатов исследований. Достоверность результатов теоретических исследований подтверждается выбором и соответствующим применением механико-математических методов исследований и данными лабораторных экспериментов. Проверка результатов осуществлена в производственных условиях на посадке лесных культур в арендной базе ОАО «Сегежский ЦБК».

Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на II международной научно-технической конференции «Новые информационные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности и энергетике» (Петрозаводск, 2002), на III междисциплинарной конференции с международным участием НБИТТ-21 (Петрозаводск, 2004), на научных семинарах кафедры технологии и оборудования лесного комплекса лесоинженерного факультета ПетрГУ (2001 – 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных трудов, в том числе одна статья в журнале из перечня ВАК, и один патент на полезную модель РФ № 56766.

Реализация работы. Основные результаты использованы в НИР № 02.2.006 04941 «Внедрение в производство лункообразователя Л–2У» при проведении лесовосстановительных работ на вырубках ОАО «Сегежский ЦБК».

Разработанные методики, компьютерные программы и установка для лабораторно-полевых исследований лункообразователя используются в учебном процессе на лесоинженерном факультете и при выполнении научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в ПетрГУ.



Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, общих выводов, заключения, списка использованных источников и двух приложений. Общий объем работы 163 страницы, 57 рисунков, 31 таблица. Список использованных источников включает 104 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, формулируются её цель и задачи, практическая значимость, научная новизна, а так же положения, выносимые на защиту.

В первом разделе рассмотрены преимущества лункообразователей с рабочими органами динамического типа перед другими машинами для создания лесных культур.

Основополагающими научными трудами в области создания и применения лесопосадочных машин являются работы И. М. Зимы, Т. Т. Малюгина, И. М. Бартенева, Г. А. Ларюхина, Г. Б. Климова, М. П. Албякова, В. А. Александрова, А. И. Соколова и других исследователей и разработчиков.

Работа по реализации принципа формирования посадочных мест ударами без остановки агрегата была начата в 1971 г. в Ленинградской лесотехнической академии (С.-Пб ГЛТА) авторским коллективом в составе С. А. Помогаева, В. И. Евсюнина, А. М. Цыпука (ответственный исполнитель) и других.

Руководил работой профессор С. Ф. Орлов, и завершилась она в 1974 г. созданием опытного образца лесопосадочной машины ЛТУ-1, отмеченной Золотой медалью ВДНХ СССР.

С 1975 г. эта работа при участии А. Э. Эгипти, И. Р. Шегельмана и других была продолжена в ПетрГУ. Изготовление опытных образцов и партий лункообразователей выполнялось на заводах: Петрозаводском ремонтно-механическом «Кареллеспром», Онежском тракторном, Великолукском «Лесхозмаш» и Вырицком опытно-механическом заводе Ленинградского НИИ лесного хозяйства (С.-Пб НИИЛХ).

Теоретические и экспериментальные обоснования лункообразователя выполнялись в ПетрГУ при участии Е. Г. Митрофанова и Е. К. Белого и других сотрудников до 90-х годов прошлого века, но до завершения доведены не были в связи с прекращением НИР по причинам, не зависящим от разработчиков.

Опыт предыдущих исследований показал, что повышение эффективности динамических лункообразователей выражается в сокращении сроков их разработки, снижении материалоемкости конструкции, возможности агрегатирования с различными тяговыми машинами, оптимизации нагруженности привода, соответствии размеров лунки размерам посадочного материала и устойчивом образовании рядом с лункой комка почвы для заделки корней.

Все эти показатели зависят от характеристик рычажно-кулачкового механизма привода рабочего органа, поэтому обоснование его параметров, а также исследование нагруженности остаются в числе наименее изученных вопросов теории динамического лункообразователя.

Лункообразователь работает в режиме ударов, которые представляют собой процессы взаимодействия тел с нарастанием и убыванием сил в очень короткие промежутки времени по сравнению с рабочим циклом машины.

Проблемой удара занимались X. А. Рахматуллин, Н. А. Кильчевский, В. Гольдсмит, С. П. Тимошенко, Я. Г. Пановко, В. Л Бидерман и другие ученые. В разделе приведен обзор теорий механического удара и выбран подход к моделированию ударных нагрузок в рычаге лункообразователя.

На основании выше изложенного, были поставлены задачи исследования:


  1. Разработать методику расчета параметров рабочего цикла механизма привода динамического лункообразователя, позволяющую обеспечивать заданный шаг посадки и геометрические параметры посадочных мест в соответствии с действующими лесохозяйственными требованиями для любого типа базовой тяговой машины.

  2. Разработать математическую модель для определения времени падения рычага лункообразователя, позволяющую рассчитывать параметры профиля кулачка приводного механизма, обеспечивающие синхронизацию его работы движущейся тяговой машиной.

  3. Разработать методику проектирования механизма привода рабочих органов и программу для ее реализации, позволяющую получать оптимальный профиль кулачка с учетом возможности агрегатирования лункообразователя с различными типами тяговых машин при варьировании их параметров в реальном диапазоне рабочих скоростей движения и частот вращения валов отбора мощности.

  4. Разработать и исследовать математические модели работы качающегося рычага лункообразователя, позволяющие оценивать его нагруженность при соударении с характерными препятствиями на нераскорчеванных вырубках.

  5. Разработать методику экспериментальных исследований нагруженности рычажно-кулачкового механизма лункообразователя в лабораторно-полевых условиях и выполнить сравнение результатов теоретических исследований с данными эксперимента.

  6. Проверить полученные на основе использования предложенных методик проектирования и расчета конструктивные решения рычажно-кулачкового механизма привода рабочих органов лункообразователя в производственных условиях.

  7. Разработать практические рекомендации по совершенствованию конструкций и повышению эффективности применения лункообразователей.

Во втором разделе разработана методика расчета составляющих рабочего цикла динамического лункообразователя с целью приготовления в почве посадочного места заданных размеров, а также снижения нагрузок на кулачок и его вал, при этом использовались возможности современного программного обеспечения и технических средств.

Модель работы рычажно-кулачкового механизма привода лункообразователя может быть представлена в виде аналитических выражений и графически.

Схема лункообразователя представлена на рис 1.

Рычаг 1 приводится в движение кулачковым механизмом 2. При подъеме рычага пружина 3 растягивается, накапливая потенциальную энергию. Привод лункообразователя осуществляется от вала отбора мощности трактора (ВОМ) с частотой вращения N через червячный редуктор 4 с передаточным отношением IR, в результате чего на валу кулачка создается крутящий момент Т1, а на ролике кулачкового механизма сила F12.

Лункообразователь опирается на лыжу 5. На конце рычага 1 шарнирно закреплена плоская игла 6, положение которой в момент заглубления показано в поз. I. В процессе движения лункообразователя с постоянной скоростью V игла переходит в поз. II, при этом в почве образуется лунка 7 и комок почвы 8.

На качество посадочного места влияют следующие параметры: V – скорость трактора; N – частота вращения вала отбора мощности; IR – передаточное отношение редуктора; IL – длина иглы; – длина рычага;



Рис. 1 – Принципиальная схема образования посадочного места

лункообразователем

AL – расстояние до упора;  - угол между осью иглы и нормалью к оси рычага в момент полного внедрения иглы; SL1 – длина посадочного места; Но – расстояние от поверхности грунта до оси вращения рычага; tр – время опускания рычага; р – число рабочих профилей кулачка.

Время опускания рычага определяется так:

, (1)

где  – время поворота рычага до начала внедрения; – время поворота рычага при внедрении иглы в почву.

Время вычисляется через угловую скорость рычага и потенциальную энергию системы рычаг – пружина см. рис. 2.

Величина угловой скорости рычага зависит от следующих параметров:



, (3)

где  – расстояние до пружины;  – момент инерции рычага относительно оси, проходящей через точку А перпендикулярно плоскости вращения рычага, кг м2; – угол поворота рычага (); С – жесткость пружины, Н/м; Р1 – сила пружины при предварительной деформации (рычага в крайнем нижнем положении);  – масса рычага, кг;  – ускорение свободного падения 9,81 м/с2;  – расстояние от шарнира до центра тяжести рычага.

Угловая скорость рычага изменяется в процессе его поворота, поэтому время поворота до начала внедрения определяется так:

. (4)

По расчетам, это время находится в пределах 0,16 – 0,26 с.

Время внедрения иглы изменяется в зависимости от сопротивления почвы смятию в пределах 0,05 до 0,065 с. В расчетах рекомендуется принимать его равным 0,06 с. Максимальная погрешность при этом 0,01 с есть величина малая, по сравнению с временем поворота рычага до внедрения в почву, с которым суммируется время внедрения иглы в почву, см. (1).

При моделировании профиля кулачка сначала определяется время падения рычага, затем углы поворота рычага и соответствующие им фазовые углы кулачка. Профиль кулачка должен получиться таким, чтобы смягчить ударные нагрузки в момент возникновения контакта высшей кинематической пары (ролик-кулачок), при этом обеспечить извлечение иглы без разрушения посадочного места. Для получения данных о напряжениях в кинематической паре производится силовой анализ кулачкового механизма известным методом.

На участке движения машины длиной S, соответствующем извлечению иглы из посадочного места, толкатель должен повернуться на угол с постоянной скоростью, чтобы игла придерживала комок почвы, ограниченно выдвинутый из лунки, на ее краю.

Фазовый угол поворота кулачка на этом участке определится так:



. (5)

Для уменьшения динамических воздействий при извлечении иглы из почвы на профиле кулачка введен переходный участок с синусоидальным законом изменения аналога ускорений .

Интегрируя его дважды, получаем угол поворота перемещения толкателя на этом участке:

, (6)

где – угол поворота кулачка, который задается в пределах ; берется в долях от угла , определяемого по формуле:



(7)

где К – коэффициент скорости извлечения иглы из почвы. В качестве ограничения принято, что контактная сила F12, в момент извлечения иглы не должна превысить ее величину при максимальном натяжении пружины 3 в

верхнем положении рычага, см. рис. 1.

На основе данной методики была составлена программа на языке С++ (свидетельство о регистрации № ГР 50200600823 от 30.05.2006). Программа предусматривает два режима работы: алгоритм первого режима (рис. 2) обеспечивает построение профиля кулачка и определение передаточного отношения редуктора в зависимости от параметров трактора без изменения параметров базовой модификации лункообразователя Л-2У; алгоритм второго режима дополнительно обеспечивает возможность изменения всех параметров лункообразователя, и предназначен для проектирования новых его моделей и модификаций.


Рис. 2 – Алгоритм режима оптимизации профиля кулачка при

агрегатировании лункообразователя с различными тяговыми машинами

В результате работы программы на дисплей выводятся профиль кулачка и таблица значений его полярных координат, а также значения контактной силы и крутящего момента на валу кулачка, см. рис. 3.



Рис. 3 – Результаты вычислений и профиль кулачка

По расчетам, максимальное значение контактной силы в высшей кинематической паре при моделировании рычажно–кулачкового механизма Л – 2 (с предварительным натяжением пружины 100 Н) составило 5750 Н, а крутящего момента на кулачке 316,8 Нм. Если увеличить перемещение S (как это сделано на Л – 2У), то сила уменьшается более чем в два раза, а крутящий момент примерно на треть.

Третья глава посвящена теоретическому исследованию соударения рычага лункообразователя с препятствиями.


Основными препятствиями, затрудняющими проведение механизированных работ на вырубках, являются пни, валежник, порубочные остатки, валуны на поверхности почвы, а также корни и твердые минеральные включения в обрабатываемом почвенном слое.

Наиболее опасными ситуациями, с точки зрения нагруженности рычага, являются такие: рабочий орган (игла) ударяет о твердое препятствие, например о камень; рычаг средней частью ударяет о твердое препятствие (камень, пень); игла проваливается в пустоту (например – яму) и рычаг коротким плечом ударяется в ограничитель угла его поворота.

Во всех этих случаях необходима проверка прочности рычага с учетом ударной нагрузки.

Расчетная схема системы «рычаг – твердое препятствие» может быть представлена так (рис. 4).

В исходном положении рычаг 1 неподвижен, пружина 2 растянута. Рычаг имеет одну степень свободы – вращение вокруг оси, проходящей через точку А перпендикулярно плоскости движения рычага. При определенном положении кулачка происходит освобождение рычага, и он начинает движение под действием силы растянутой пружины и силы собственного веса.

Рис. 4 – Расчетные схемы динамического лункообразователя с качающимися

рычагами 1-го рода

Потенциальная энергия системы «рычаг – пружина» равна:



, (8)

где  – потенциальная энергия, обусловленная изменением высоты центра масс системы; – потенциальная энергия, запасаемая пружиной.

Потенциальная энергия рычага равна:

. (9)

Потерями энергии на трение и другие физические эффекты можно пренебречь, т. к. они уменьшают энергию, подлежащую гашению и уменьшают реальные нагрузки на рычаг по сравнению с расчетными.

На рис. 5 и 6 представлены схемы соударений рычажного механизма лункообразователя с препятствиями:

На рис. 7 представлена схема нагружения рычага как упругой балки для определения поглощаемой им энергии при соударении иглы с препятствием.



Рис. 7 – Нагружение балочного элемента при ударе иглой о препятствие

Здесь: МБ  – приведенная масса балочного элемента АВ;

 – прогиб балки в точке, к которой приведена масса элемента АВ;

 – изгибная жесткость балочного элемента, Н·м2;

 – модуль упругости материала балочного элемента, Па;

 – момент инерции поперечного сечения балочного элемента, м4;

x1 , x1 – текущие координаты;

– расстояние от оси А качания рычага до центра М его масс;

– расстояние от центра М масс рычага до оси В шарнира иглы;

– длина АВ рычага по осям;

Потенциальная энергия изгиба Эбпи получается суммированием элементарных работ по всей длине балки и в нашем случае выражается так:



. (10)

Выполнив интегрирование и упростив выражение, определим силу инерции рычага, приведенную к центру его масс.



. (11)
Выражение для максимальной величины изгибающего момента запишется так:

. (12)

При известных величинах изгибающих моментов и параметров опасных сечений, прочность рычага определяется инженерными методами.

По данной методике в среде Excel с помощью разработанных программ был проведен анализ рычажно-кулачкового механизма для лункообразователя Л-2, см. Таблицу 1. Примеры полученных результатов счета представлены на рис. 8 и 9.

Таблица 1 – данные для вычисления потенциальной энергии рычага



Параметр

Обозн.

Ед. измер.

Значение

Масса рычага

Мр

кг

91,7

Масса балочного элемента рычага

МБ

кг

40,5

Жесткость пружины

С

Н/м

12239,5

Длина балочного элемента рычага

l

м

1,2

Расстояние до пружины

ln

м

0,375

Расстояние до центра тяжести рычага

l0

м

0,414

Момент инерции рычага

J0

кг·м2

55,16

Максимальный угол качания рычага

0

рад.

0,512

Рис. 8 – Зависимость потенциальной энергии рычага от угла его поворота




Рис. 9 – Зависимости величины напряжений в рычаге от расстояния между шарниром и центром масс при соударении иглы с твердым препятствием



Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям критических режимов работы лункообразователя с помощью лабораторно-полевого эксперимента образца лункообразователя Л – 2 и проверке рекомендаций в производственных условиях при помощи образца Л – 2У.

Исследование нагруженности рычага проводились методом тензометрирования в трех режимах:



  1. при ударе иглой о твердое массивное препятствие;

  2. при ударе серединой рычага о препятствие;

  3. при ударе рычага об ограничитель поворота.

С помощью светолучевого осциллографа Н – 71.1 регистрировались во времени следующие параметры: напряжение на рычаге; угол поворота рычага; крутящий момент на валу кулачка.

Образцы полученных осциллограмм представлены на рис. 10 и 11.




Рис. 10 – Осциллограмма при соударении средней части рычага с твёрдым

препятствием (расстояние от иглы до места соударения 0,52 м):

1 – напряжение на рычаге, 2 – угол поворота рычага


Рис. 11 – Осциллограмма нагрузки вала кулачка за цикл работы:

1 – крутящий момент на кулачке; 2 – угол поворота рычага

Сравнение данных экспериментальных и теоретических исследований показали, что предлагаемая компьютерная программа построения профиля кулачка дала несколько заниженные значения крутящего момента на кулачковом валу (на 8 %). Это расхождение может быть объяснено отличием реального профиля кулачка от расчетного вследствие погрешностей изготовления и износа.

Предложенная методика определения нагрузок в рычаге дает завышенные значения расчетных нагрузок по сравнению с реальными – от 8 до 24 %, см. рис. 12, что соответствует принятым допущениям, см. с. 12 автореферата.


Рис. 12 – Теоретические и экспериментальные значения изгибающих моментов на рычаге при соударения иглы с твердым препятствием

Проверка в производственных условиях лункообразователя Л-2У с внесенными изменениями, показала, что агрегат, приспособлен к условиям

таежной зоны РФ. Во время производственной проверки за 1 час работы лункообразователь изготавливал в среднем 3285 пригодных для посадки лунок. Внесенные в конструкцию изменения позволили, при сохранении высокой рабочей скорости, улучшить качество посадочных мест.



ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Проведенный анализ механизированных процессов искусственного лесовозобновления показал, что при механизации посадки лесных культур на нераскорчеванных вырубках в природно-производственных условиях Северо-запада Российской Федерации наиболее целесообразно использование специальных лесохозяйственных машин, производящих формирование посадочных мест под посадку саженцев дискретным (точечным) способом.

2. Установлено, что существующие конструкции лункообразователей имеют ряд конструктивных недостатков, приводящих к нестабильности формирования посадочных мест (лунок) и их характеристик. Эти недостатки связаны в первую очередь с несовершенством методики проектирования приводного механизма динамического рабочего органа, что также не позволяет обеспечить агрегатирование машины с тракторами различных типов, имеющих различные типы ходовых систем, рабочие скорости и частоты вращения валов отбора мощности.

3. Обоснованная методика расчета составляющих динамического цикла лункообразователя, позволяет обеспечивать образование посадочных лунок с заданными параметрами (глубина, ширина, наклон стенок и формирование комка почвы и т. д) и определять рациональные параметры рабочего цикла.

4. Разработанная методика проектирования механизма привода рабочих органов и компьютерная программа для ее реализации позволяет получать оптимальный профиль кулачка, обеспечивающий возможность агрегатирования лункообразователя с базовой тяговой машиной любого типа.

5. Разработанная математическая модель определения времени падения рычага лункообразователя, позволяет рассчитать параметры профиля кулачка приводного механизма, тем самым обеспечить синхронизацию его работы с движущейся тяговой машиной. Предлагаемая методика повышает точность определения времени падения на 15 % по сравнению с применявшейся ранее методикой.

6. На основе разработанных математических моделей предложена методика определения сил и напряжений в качающемся рычаге рабочего органа. Методика реализована в виде расчетного алгоритма и компьютерных программ для подбора сечений рычага исходя из характерных режимов работы лункообразователя в условиях нераскорчеванных вырубок.

7. Проведенные экспериментальные исследования показали, что предложенные математические модели дают превышение расчетных значений нагрузок по сравнению с экспериментальными от 8 до 24 %, тем самым,

обеспечивая дополнительный запас прочности рычага при его конструировании. Также установлено, что расхождение теоретических значений крутящего момента на валу кулачка и экспериментальных значений не превышает 8 %.

8. С помощью разработанной методики проектирования привода рабочих органов и программного обеспечения для ее реализации было выполнено моделирование профиля кулачка лункообразователя для агрегатирования с трактором ЛХТ–55, а также проведена оценка прочности рычага. Посадочные места, полученные за счет применения нового кулачка с усовершенствованным профилем, имеют длину по верху 0,1 м, шаг 1,1 м, комок почвы не разрушается (при условии отсутствия соударения с камнем или иным препятствием).

9. Результаты проверки в производственных условиях в арендной базе ОАО «Сегежский ЦБК» показали, что лункообразователь, изготовленный с учетом результатов выполненного исследования, приготовляет в среднем за 1 час 3285 пригодных для посадки лунок. Отказов связанных с внесенными в конструкцию изменениями отмечено не было.

10. Анализ результатов выполненной работы позволяет сформулировать возможные направления разработки и повышение эффективности применения лункообразователей, а также их дальнейших исследований:



    • нагруженность конструкции рычажно-кулачкового механизма лункообразователя на стадии его разработки можно уменьшить за счет замены качающихся рычагов 1-го рода на рычаги 2-го рода;

    • длину посадочного места по верху рекомендуется регулировать предварительным натягом пружины;

    • рекомендуется поставлять лункообразователи с комплектом сменных кулачков предназначенных для агрегатирования лункообразователя с основными типами тракторов (по желанию потребителей);

    • дальнейшие исследования лункообразователей могут быть направлены на изучение динамической нагруженности опорных лыж, навески, остова, а также тяговой машины в агрегате с лункообразователем в среде препятствий.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Марков О. Б. Программа для вариантного проектирования рычажно-кулачкового механизма лункообразователя / О. Б. Марков // Вестник Поморского университета. Серия «Естественные и точные науки». 2006. №3. С. 191–194.

2. Марков О. Б. Пути снижения металлоёмкости лункообразователя Л-2У/ О. Б. Марков // Физические эффекты в промышленности: Сборник научных трудов ПетрГУ. – Петрозаводск, 2002. С. 121–122. Деп. в ВИНИТИ 18.12.2002, № 2208–В2002.

3. Марков Б. Г. О методе решения инженерных задач с нечёткими исходными данными./ Б. Г. Марков, В. В. Поляков, О. Б. Марков // Новые информационные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности и энергетике: Материалы пятой международной научно-технической конференции. – Петрозаводск, 2002 . С. 94–95. (авторское участие 30%)

4. Марков Б. Г. Математическое моделирование узлов лункообразователя с применением методов нечеткой геометрии / Б. Г. Марков, О. Б. Марков // Материалы 3-й междисциплинарной конференции с международным участием (НБИТТ-21). – Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2004. С. 67. (авторское участие 60%)

5. Марков О. Б. Моделирование и теоретическое исследование работы рычажно-кулачкового механизма динамического лункообразователя / О. Б. Марков; ПетрГУ–Петрозаводск, 2006. – 33 с. Деп. в ВИНИТИ 11.05.2006, № 616-В2006.

6. Марков О. Б. Методика проведения экспериментальных исследований процесса работы рычажно-кулачкового механизма динамического лункообразователя / О. Б. Марков; ПетрГУ–Петрозаводск, 2006. – 17 с. Деп. в ВИНИТИ 11.05.2006, № 617-В2006.

7. Марков О. Б. Испытания в производственных условиях динамического лункообразователя для посадки лесных культур / О. Б. Марков; ПетрГУ– Петрозаводск, 2006. – 12 с. Деп. в ВИНИТИ 11.05.2006, № 618-В2006.

8. Марков О. Б. Программа для вариантного проектирования рычажно-кулачкового механизма динамического лункообразователя для посадки лесных культур / О. Б. Марков; ПетрГУ–Петрозаводск, 2006. – 12 с. Деп. в ВИНИТИ 11.05.2006, № 619-В2006.

9. Марков О. Б. Исследования и испытания динамического лункообразователя для посадки лесных культур на вырубках / О. Б. Марков, А. В. Родионов, А. М. Цыпук., и др.; ПетрГУ– Петрозаводск, 2006. – 22 с. Деп. в ВИНИТИ 5.06.2006., № 741-В2006.( авторское участие 35%)

10. Митрофанов Е. Г. Теоретическое исследование кулачкового механизма привода рабочих органов лункообразователя / Е. Г. Митрофанов, О. Б. Марков; ПетрГУ Петрозаводск, 2006. – 23 с. Деп. в ВИНИТИ 5.06.2006., № 742-В2006. (авторское участие 45%)

11. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки. Проектирование рычажно-кулачкового механизма лункообразователя / Программа / Р. В. Воронов, О. Б. Марков, А. М. Цыпук и др.; ПетрГУ – .02069533.04506-01, № ОР 6262 от 26.05.2006. – № ГР 50200600823 от 30.05.2006. (авторское участие 30%)

12. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки. Расчет рычага лункообразователя / Программа / О. Б. Марков, А. В. Родионов, А. М. Цыпук; ПетрГУ – .02069533.04606-01, № ОР 6263 от 26.05.2006. – № ГР 50200600824 от 30.05.2006. (авторское участие 50%)

13. Внедрение в производство лункообразователя Л–2У: 2004 – 2006гг. / Отчет о НИР (заключит.) / А. В. Родионов, А. М. Цыпук, О. Б. Марков и др.; ПетрГУ; рук. А. В. Родионов. – № 02.2.006 04941 от 08.06.2006.– Петрозаводск, 2006. – 34 с. (авторское участие 25%)

14. Пат. на полезную модель 56766 РФ, МПК А01С 5/04. Ямокопатель / О. Б. Марков, А. М. Цыпук, А. Э. Эгипти и др.; заявитель и патентообладатель ПетрГУ. – № 2005108442/22; заявл. 11.05.2006; опубл. 27.09.2006, Бюл. № 27. – 2 с. (авторское участие 40%)

Подписано в печать 15.11.06. Формат 60x84 1/16.

Бумага офсетная.

Уч.-изд. л. 1. Тираж 100 экз. Изд. № 261.


Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Типография Издательства ПетрГУ



185910, г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33







Как легко обратить в свою веру других, и как трудно обратить самого себя. Оскар Уайльд
ещё >>