СОВЕрШЕНСТВОВаНИЕ КОНСТрУКцИИ ГраВИТацИОННОГО ТОрцЕВыраВНИВаТЕЛЯ К-142

К 90-летию специальности «Лесоинженерное дело»
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ
ГРАВИТАЦИОННОГО ТОРЦЕВЫРАВНИВАТЕЛЯ К-142
П.Ф. ВОЙТКО, проф., декан лесопромышленного факультета МарГТУ, д-р техн. наук,
М.М. РОЩИНА, асп. каф. технологии и оборудования лесоперерабатывающих пр-в МарГТУ
Н
а лесопромышленных предприятиях для
формирования лесных грузов наибольшее распространение получили торцевыравнивающие устройства гравитационного типа с
поворотными щитами ТГПК-1, К-127, К-142,
К-153 [1]. Они эксплуатируются на лесоперевалочных базах и лесопромышленных предприятиях совместно с крановыми механизмами различных типов. Принцип их работы
заключается в использовании силы тяжести
лесного груза, опускаемого краном в торцевыравниватель для выравнивания торцов пачки
бревен поворотными щитами. Недостатком
известных гравитационных торцевыравнивателей [2–6] является длительный цикл торцевания, связанный с наличием больших сил
трения между круглыми лесоматериалами и
грузовыми балками и необходимостью многократного опускания краном пачки круглых
лесоматериалов в торцевыравниватель. При
опускании краном пачки лесоматериалов в гравитационный торцевыравниватель К-142 она
ложится на грузовые балки, которые, опускаясь с пачкой и перемещаясь в горизонтальном
направлении, скребут по поверхности бревен
и создают дополнительное сопротивление
трения скольжения. Возникающее сопротивление уменьшает общее усилие торцевания и
снижает качество выравнивания, что требует
повторного опускания краном пачки круглых
лесоматериалов в торцевыравниватель. Недостатком конструкции К-142 [6] являются
частые поломки грузовых балок, которые приварены к телескопическим балкам, что исключает их производственную замену.
Для устранения перечисленных недостатков и снижения сил трения между грузовыми балками и пачкой лесоматериалов, а также
повышения производительности торцевыравнивателей гравитационного типа предлагаем
совершенствовать конструкцию грузовых балок торцевыравнивателя К-142. Предлагаемая
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
[email protected]
конструкция торцевыравнивателя (рис. 1) содержит металлическую горизонтальную раму
1, на которой вертикально установлены четыре
стойки уловители 2, трособлочную систему 3,
промежуточную опору 4, за которую крепятся
две регулировочные цепи 5, соединяющие две
передвижные каретки 6, на которых шарнирно установлены два Г-образных поворотных
торцующих щита 7, оборудованных горизонтальными ребрами 8, противовесами 9 и телескопическими балками 10, на концах которых
установлены упоры 13 и съемные грузовые
балки-ролики10, на концах которых установлены упоры 11 и съемные грузовые балки-ролики 12, вращающиеся вокруг своей оси на
шарикоподшипниках 13.
Грузовые балки-ролики 12 (рис. 2–4)
выполнены из полых труб, прикрепленных к
телескопическим балкам 10 с помощью болтовых соединений 14, на которых смонтированы самовращающиеся ролики 15 на шарикоподшипниках 13 расчетной длины, равной
минимальному диаметру торцуемых бревен
16. Вращающиеся ролики позволяют независимо перемещаться круглым лесоматериалам
на грузовых балках в противоположных направлениях при торцевании и снижать силы
трения между грузовыми балками и нижним
рядом круглых лесоматериалов. Вращающиеся ролики на грузовых балках при взаимодействии с пачкой круглых лесоматериалов катятся
по поверхности бревен и создают незначительное сопротивление качения. Трение качения
значительно меньше во много раз, чем трение
скольжения, потому что коэффициенты трения
качения (дерево–сталь) 0,03 меньше трения
скольжения (сталь–дуб) 0,6 в 20 раз [8].
Выравнивание торцов пачек круглых
лесоматериалов осуществляется следующим
образом. Краном пачку круглых лесоматериалов в грузовых стропах или грейфером
опускают на грузовые балки-ролики торце-
33
Наука и образование. Лесопромышленный комплекс
Рис. 1. Устройство для выравнивания торцов пачки круглых лесоматериалов: 1– металлическая
горизонтальная рама; 2 – четыре стойки уловители; 3 – трособлочная система; 4 – промежуточная опора; 5 – две регулировочные цепи; 6 – две передвижные каретки; 7 – два
Г-образных поворотных торцующих щита; 8 – горизонтальные ребра; 9 – противовесы;
10 – две телескопические балки; 11 упоры; 12 – съемные грузовые балки-ролики; 13 – шарикоподшипники
34
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
К 90-летию специальности «Лесоинженерное дело»
Рис. 2. Грузовая балка гравитационного торцевыравнивателя: 12 – съемные грузовые балки-ролики; 13 – шарикоподшипники, 14 – болтовое соединение, 15 – самовращающиеся ролики, 16 – торцуемые бревна
Рис. 3. Узел крепления грузовой
балки к телескопической балке
выравнивателя 12. Под действием веса пачки
грузовые балки-ролики 12 опускаются с грузом на металлическую раму 1, поворачивая
Г-образные торцующие щиты 7 в вертикальное положение. Одновременно вертикальные
участки торцующих щитов 7 взаимодействуют с выступающими торцами круглых лесоматериалов 16, перемещая их внутрь пачки.
После торцевания пачку выровненных бревен перегружают краном из торцевыравнивателя на лесовозный транспорт, а торцующие
щиты 7 возвращаются в исходное положение
под действием силы тяжести противовесов 9.
Для определения усилия торцевания
любого слоя пачки круглых лесоматериалов
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013
Рис. 4. Разрез грузовой балки
гравитационным торцевыравнивателем с поворотными щитами используем зависимость
И.П. Донского и Я.И. Виноградова [9]
Fc = 2Kf(1 + m)γ η lб h Bn,
(1)
где K –относительное число выступающих
торцов бревен в слое;
f – коэффициент трения между бревнами
при их относительном перемещении
вдоль волокон;
m – коэффициент распора;
γ – объемный вес древесины, кг/м3;
η – коэффициент полнодревесности пачки;
h – высота вышележащего слоя бревен, м;
Bn – ширина пачки, м.
35
Наука и образование. Лесопромышленный комплекс
Для гравитационного торцевыравнивателя, оснащенного грузовыми балкамироликами, коэффициент сопротивления продольному перемещению бревен
f = fc + fk,
(2)
где fc – коэффициент трения скольжения бревен между собой;
fk – коэффициент трения качения бревен
по грузовой балке.
Количество бревен в пачке
n = n1 + n2,
(3)
где n1 – количество бревен внутри пачки;
n2 – количество бревен, расположенных
на грузовых балках.
Коэффициенты трения и количество
бревен можно связать выражением
f n = fc n1 + fk n2.
(4)
Выразим осредненный коэффициент
трения f выражения (4)
f = (fc n1 + fk n2)/n.
(5)
Масса пачки круглых лесоматериалов
соответствует грузовместимости торцевыравнивателя
M = Wγ,
(6)
где W – объем древесины в пачке, м3;
γ – объемный вес древесины, т/м3.
Объем пачки
W = LBHη,
(7)
или W = nW0,
(8)
где L, B, H – длина, ширина, высота пачки,
формируемой в торцевыравнивателе,
м;
η – коэффициент полнодревесности пачки;
W0 – объем одного бревна, м3
Приравнивая выражения (7) и (8), вычислим n
n = LBHη/W0.
(9)
Вычислим объем осредненного бревна в пачке круглых лесоматериалов
W0 = πd02L/4,
(10)
где d0 – средний диаметр бревен, м.
Количество бревен в пачке
n = 4BHη/πd02.
(11)
С учетом преобразований (5) и (11)
усредненный коэффициент трения вычислим
по формуле
(n ⋅ f + n f )π ⋅ d 0
f = 1 1 (12)
4⋅ B⋅ H ⋅η
36
Тогда по формуле (1) усилие торцевания вычисляем по формуле
(n1 f c + n f k )πd 0
Fcб = 2 Kn
(1 + m) γ ⋅ η⋅ l ⋅ h ⋅ B =
4 BH η
2 K ⋅ (n1 f бc + n f k ) ⋅ d 0 ⋅ (1 + m) γ ⋅ l ⋅ π ⋅ h
=
. (13)
4H
Предложенная конструкция грузовых
балок гравитационного торцевыравнивателя
позволит уменьшить трение качения между
пачкой лесоматериалов и грузовыми балками, интенсифицировать процесс торцевания
пачки круглых лесоматериалов, за счет чего
повысится производительность торцевыравнивателя на 30 %, снизится расход электроэнергии кранового оборудования на 25 %.
Библиографический список
1. Войтко, П.Ф. Транспорт леса. Совершенствование
лесоперевалочных процессов на рейдах приплава: учебное пособие/ П.Ф. Войтко. – Йошкар-Ола:
МарГТУ, 2006. – 304 с.
2. АС 140843 СССР, МКИ 81е, 129. Устройство для
выравнивания торцов круглого леса в пакете / П.Н.
Колосов (СССР). – № 646262/27. Заяв. 07.12.59.
Опубл. 01.11.60. Бюл. № 15. – 2с.
3. АС 192066 СССР, МКИ 81е, 129. Устройство для
выравнивания торцов бревен в пачке / Д.И. Кожанов, Э.С. Ескарев, П.А. Юринкин (СССР). –
№ 1049718/27-11. Заяв. 17.01.66. Опубл. 23.01.67.
Бюл. № 44. – 2с.
4. АС 1183436 СССР, МКИ3 B65 G57/18, 129. Устройство для выравнивания торцов пакета лесоматериалов / А.С. Фадеев, М.И. Кошкин, М.В.
Щенов, В.И. Фадеева (СССР). – № 3568685/27-11.
Заяв. 24.03.83. Опубл. 07.10.85. Бюл. № 37. – 2с.
5. АС 1456335 СССР, МКИ4 B65 G57/18, 69/00. Устройство для выравнивания торцов пакетов лесоматериалов / А.С. Фадеев (СССР). – № 4134877-11,
№ 418403/29-11. Заяв. 07.10.86. Опубл. 07.02.89/29.
Бюл. № 5. – 2с.
6. Патент 2303566 РФ, МПК 51 B65 G57/18, 69/00. Устройство для выравнивания торцов пачек (пучков)
круглых лесоматериалов / М.Н. Волдаев, Е.М. Царев.
Заяв. 06.02.2006. Опубл. 27.07.2007. Бюл. № 21. – 4с.
7. Грубов, С.И. Исследование коэффициентов сопротивления движению неокоренной древесины / С.И.
Грубов // Тр. / ЦНИИМЭ. – 1964. – № 52. – С.35.
8. Никитин, Е.М, Теоретическая механика / Е.М. Никитин. – Изд. 6-е, стереотип. – М.:Наука, 1967. – 520 с.
9. Донской, И.П. Усилия выравнивания торцов пакетов бревен. / И.П. Донской, Я.И. Виноградов //
Лесосечные, лесоскладские работы и транспорт
леса. Межвуз. сб. науч. тр. – Л., РИО ЛТА, 1974.
– Вып. III. – С. 84–89.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2013