Химия растительного сырья. 1998. №2. С. 87-90 УДК 630.377 ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАСЧЕТНЫХ ДЕРЕВЬЕВ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ЛЕСОПОГРУЗЧИКОВ В.Ф. Полетайкин Сибирский государственный технологический университет, г. Красноярск (Россия) E-mail: [email protected] Предметом исследований являются статические и динамические параметры расчетных деревьев, необходимые при проектировании типоразмерного ряда лесопогрузчиков. Лесопогрузчики различных типов нашли ши- ментах. Установлено, что с увеличением расстоя- рокое применение в лесной промышленности Рос- ний между опорами и длин консолей уменьшается сии. Они успешно эксплуатируются во всех при- частота собственных колебаний пакета и, следова- родно-производственных зонах страны. тельно, его жесткость. В результате исследований При проектировании новых типов лесопогруз- определены угловая частота, логарифмические чиков и модернизации выпускаемых машин необ- декременты затуханий и другие характеристики. ходимы параметры расчетных деревьев, соответ- Установлено также, что при колебаниях деревья в ствующих их номинальной грузоподъемности. В пакетах движутся синхронно (отклонения не более нашей стране для погрузки древесины в лесосеках 5%). Температура окружающего воздуха не ока- в соответствии с ГОСТ 15594–80 установлен ти- зывает существенного влияния на жесткость паке- поразмерный ряд лесопогрузчиков по грузоподъ- тов. емности: 25; 35—40; 63 кН. В связи с этим требу- Параметры дерева как предмета труда лесных ются данные по характеристикам расчетных де- машин с манипуляторами рассмотрены в работе ревьев или пакетов деревьев, соответствующих [1]. В ней приведены методы расчетов моментов данному ряду. инерции, приведенных масс, жесткостей и других Изучению динамических характеристик де- характеристик. ревьев и пакетов из них посвящены работы [1, 2, Характеристики деревьев и пакетов из них при 3] и другие. В работе [4] рассматривались харак- транспортировании в захвате лесопогрузчиков теристики пакетов, уложенных на опоры, расстоя- рассматривались в работе [5]. Масса деревьев ние между которыми составляло 10...15 м, объем принималась сосредоточенной в одной, двух или 3 — 10..26 м , т.е. применительно к перевозкам их трех точках, подвешенных на одном или двух уп- автопоездами. Жесткость пакета вычислялась по ругих элементах. За центры приведения масс при- формуле нимались центры тяжести вершинной и комлевой с = mip , 2 где mi — масса пакета; р — угловая частота. частей пакета и ось крепления захвата к стреле. Несмотря на значительное количество опубли- Масса пакета рассматривалась сосредоточен- кованных работ, нет данных о характеристиках ной в 2–3-х точках, подвешенных на упругих эле- расчетных деревьев или пакетов, сила тяжести В.Ф. ПОЛЕТАЙКИН 88 ных из нескольких деревьев; которых соответствует номинальной грузоподъемности типоразмерного ряда лесопогрузчиков по • закрепления дерева на двух опорах, рас- ГОСТ 15594—80. В данной работе выполнена стояние между которыми равно ширине за- оценка параметров расчетных деревьев примени- хвата, при этом средняя часть дерева жест- тельно к транспортированию их в захвате лесопо- ко зажата. грузчиков класса 25, 35, 63 кН при следующих условиях: Оценка жесткости вершинной (Св) и комлевой (Ск) частей деревьев выполнена по формулам, • возможности погрузки одного дерева, сила полученным в работе [5]: тяжести которого соответствует номинальной грузоподъемности лесопогрузчика; • возможности погрузки пакетов, составлен- C C k = E π (t ) = E π (t ) 3 В 3 64 64 1 d 2C − 3 (t ⋅ l + d lk 3d C l2 1 − t ⋅l + d C d 2K 1 − + 3d K 3 (d K − t l K 1 + d − tlK K C ) + )3 3 − d (t ⋅ l + (d K C d C d K − td K − 2 ) − + ) l2 tl + d (t l + d C )2 − 1 + 1 C + В2 − d C 3 (t l + d C ) d 2C 3 d 3C l 2 d d C − tl3 ) ( 1 1 C − tlВ − − + + 3 2 d C 3 (d C − t l ) d C 3d C −1 −1 где t — средний сбег дерева; dк — диаметр частей деревьев II...IV разрядов сосны и ели, а комля; Xс — расстояние от торца комля до центра также зависимости этих параметров от диаметра тяжести дерева; lв, lк — длина, соответственно, на высоте груди. вершинной и комлевой частей; Xв, Xк — расстоя- Так как эксплуатационные характеристики де- ние от захвата до центров тяжести вершинной и ревьев зависят от разрядов древостоев, при опре- комлевой частей; dс — диаметр в центре тяжести; делении параметров расчетных деревьев или паке- dо — диаметр вершины; dв — диаметр вершинной тов необходимо установить зоны, в которых воз- части на выходе из захвата; d3 — диаметр комле- можна эксплуатация лесопогрузчиков той или вой части на входе в захват; l — ширина захвата; иной грузоподъемности. Анализ данных показы- l3, l4 — расстояния от продольной оси машины до вает, что лесопогрузчики грузоподъемностью 25 центров тяжести вершинной и комлевой частей кН обеспечивают погрузку деревьев в лесах V—V дерева; Е — модуль упругости древесины при разрядов. В лесах III разряда — только до диамет- растяжении. ра 0,52...0,56 м на высоте груди. 9 2 Принимаем Е=9,81⋅10 Н/м . Исходя из этого при определении параметров Вычисления по формуле (1) позволили полу- расчетного дерева для этого класса лесопогрузчи- чить значения жесткостей вершинной и комлевой ков необходимо использовать характеристики ле- ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАСЧЕТНЫХ ДЕРЕВЬЕВ … сов IV–V разрядов. 89 ной грузоподъемности для рассматриваемых клас- Лесопогрузчики класса 35 кН обеспечивают сов лесопогрузчиков, составляет: 25 кН – 3,125 м3; погрузку всех деревьев в лесах III–V разрядов, 35 кН – 4,375 м3; 63 кН – 7,875 (при объемной класса массе ствола 800 кг/м3). 63 кН – во всех природно- производственных зонах России. Поэтому пара- С учетом коэффициента заполнения захвата метры расчетных деревьев для этих машин опре- КЗ=0,85-0,9, объемы расчетных деревьев состав- делены соответственно по характеристикам лесов ляют: для лесопогрузчиков класса 25 кН – 3,0–3,1 III–IV и I–II разрядов. м3; класса 35кН – 4,0–4,2 м3; класса 63 кН – 7,2– 7,5 м3. Параметры вершинной и комлевой частей Объем пакетов, соответствующих номиналь- расчетных деревьев сведены в таблицу. Параметры расчетных деревьев Грузоподъемность лесопогрузчика, кН Наименование параметров 25 35 63 3,01 4,08 7,29 0,87 1,114 2,205 1,68 2,47 4,266 0,46 0,496 0,819 Высота (длина), м 23 26 29; 26 d1,3, м 0,6 0,68 0,8; 0,36 Сосна IV разряд Сосна III разряд Сосна II разряд l, м 3 3 3 lВ, м 12,76 14,62 16,48; 15,24 lК, м 7,24 8,38 9,52; 8,76 комлевой 1344 1976 3412,8 вершинной 696 892,2 1764 4216 4182 4890 139020 150450 184052; 11518 1124,6 1440 2790,5 2314 3402 5724 Объем, м 3 Объем вершины, м 3 Объем комлевой части, м Объем средней части, м 3 3 Порода, разряд Масса частей, кг Жесткости частей деревьев, Н/м вершинной СВ комлевой СК Демифирующее сопротивление, Н⋅с/м вершинной части К’2 комлевой части К”2 Объемы и массы расчетных деревьев и их частей, положения центров тяжести (XВ, XК), диаметров dВ, d3, dС определялись по формулам, полученным в работе [1]. Массы вершинной и комлевой частей приняты сосредоточенными в их центрах масс, средней части — в центре массы m1. Расстояние от продольной оси машины до центров масс m’2 и m”2 определялись по выражениям: l3 = l / 2 + X В , (2) l4 = l / 2 + X К Жесткости СВ и СК, вычисленные по формулам (1) приводились в центры масс m’2 и m”2. Приведенные значения определялись по выражениям В.Ф. ПОЛЕТАЙКИН 90 С 2′ = С В (l В / X В ) С11К=44330 Н/м, СшК=65174 Н/м, С1YК=96500 Н/м. 2 (Индексы 11, Ш, 1Y при h, CВ, СК определяют но- (3) С 2′′ = С К (l К / X К мер разряда высот). Таким образом, при равных )2 d1,3 жесткости частей дерева 1Y разряда в 2,62 и Жесткости частей деревьев в пакете приводятся к центрам масс одного из них по выражениям (3). При этом деревья рассматриваются как упру- 2,17 раза выше соответствующих значений деревьев 11 разряда. 2. Величина жесткостей СВ и СК в значи- гие элементы, соединенные между собой парал- тельной мере зависят от породы дерева, что связа- лельно. В этом случае приведенная жесткость па- но с различием их высот в пределах одного разря- кета равна сумме соответствующих жесткостей да (при равных d1,3). 3. отдельных деревьев. Достоверность полученных результатов подтверждена экспериментальными исследованиями. С этой целью был спроектирован стенд, оснащенный тензометрической установкой. Он включал в С увеличением разрядности древостоев наблюдается увеличение их жесткости. При этом наибольший рост жесткости присущ для сосны. Литература себя основание и две вертикальные стойки, на 1. Александров В.А. Моделирование техноло- сторонах которых крепились кронштейны с тен- гических процессов лесных машин. М., 1995. зометрическими балками. Последние тягами со- 257 с. единялись с вершинной и комлевой частями паке- 2. Полищук А.П. Эксплуатационные показа- та. В верхней части стойки имели площадки, на тели деревьев и древостоев лесного фонда СССР // которые опускался захват лесопогрузчика с паке- Тр. ЦНИИМЭ. Химки. 1968. С. 59-65. том деревьев. Возбуждение колебательного про- 3. Виногоров Г.К. К методике обоснования цесса производилось методом броска захвата на расчетных деревьев при решении лесоэксплуата- площадки стенда. ционных задач // Тр. ЦНИИМЭ. Химки. 1971. С. 51-67. Выводы 1. 4. Цофин З.С. Исследования геометрических и Из всех эксплуатационных параметров наибольшее влияние на жесткость частей дерева статических характеристик пакетов хлыстов // Тр. ЦНИИМЭ. Химки. 1977. С. 30-37. оказывает его высота (h). Так, для сосны при 5. Лозовой В.А. Теоретические и эксперимен- d1,3=0,52 м высота h11=28 м, hш=25 м, h1Y=23 м. тальные исследования взаимодействия хлыстов с При этом СВ и СК соответственно равны: лесными машинами. Автореф. дис. … канд. техн. 11 С В=1184,5 Н/м, СшВ=2297 1Y Н/м, С В=3100 Н/м, наук. МЛТИ, М. 1982. 18 с. Поступило в редакцию 25.05.98