Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

МОДЕРНИЗАЦИЯ ЗАЖИМНОГО КОНИКА ТРЕЛЕВОЧНОГО ТРАКТОРА ТТ-4М

Мерданов Ш.М. 1 Костырченко В.А. 1 Мадьяров Т.М. 1 Ахмадуллина Л.Г. 1 Плохов А.А. 1
1 ФГБОУ ВО «Тюменский индустриальный университет»
В статье рассмотрен анализ тракторов для трелевки древесины, зажимных кониковых устройств, а также различные виды и способы трелевки. Проведен обзор технологических операций трелевочного трактора ТТ-4М. Выявлены преимущества и недостатки. Произведен расчет надежности удержания деревьев в клещевом захвате. Рассчитана сила трения деревьев в зажимных рычагах. Определено максимальное зажимное усилие на штоке гидроцилиндра коника. В статье предложена модернизация трелевочного трактора ТТ – 4М путем проектирования нового зажимного устройства, позволяющего увеличить объем, охватываемой пачки, что обеспечит рост производительности труда, при соблюдении принятых мер безопасности создаст лучшие условия труда и удобство в эксплуатации. К тому же разработанное кониковое – зажимное устройство не требует дополнительных капитальных вложений.
зажимное устройство
клещевой захват
трелевочный трактор
лесозаготовка
древесина
1. Карнаухов Н.Н., Мерданов Ш.М., Иванов А.А., Смолин Н.И., Иванов А.А., Шефер В.В. Каток для проминки оснований дорог // Патент России № 2387753.
2. Костырченко В.А., Мадьяров Т.М., Слезов М.А., Васильев А.П. Обзор методов и конструкций по утилизации древесных отходов для создания машины по производству пеллет. Фундаментальные исследования. – 2015. – № 11–1. – С. 66–70.
3. Кречетников Е.Г., Слезов М.А., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М. Обзор конструкций харвестеров для подготовительных работ при строительстве дорог В сборнике: Наземные транспортно-технологические комплексы и средства материалы Международной научно-технической конференции. Министерство образования и науки РФ; Тюменский индустриальный университет. – 2016. – С. 145–148.
4. Ловков Д.А., Слезов М.А., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М. Применение валочно-пакетирующей машины для подготовительных работ В сборнике: Наземные транспортно-технологические комплексы и средства материалы Международной научно-технической конференции. Министерство образования и науки РФ; Тюменский индустриальный университет. – 2016. – С. 157–161.
5. Мерданов Ш.М., Иванов А.А., Смолин Н.И., Иванов А.А., Обухов А.Г. Костырченко В.А., Мерданова М.Р. Вибрационный каток // Патент России № 2439240.
6. Мерданов Ш.М., Иванов А.А., Мерданов М.Ш., Шакмаков А.Ф., Юрковец А.В. Устройство для уплотнения снежных насыпей дорожного полотна // Патент России № 2327005.
7. Мерданов Ш.М., Костырченко В.А. Анализ технологий сооружения автозимников на болотистых основаниях // Проблемы эксплуатации систем транспорта Материалы Всероссийской научно-практической конференции. Тюменский государственный нефтегазовый университет, Институт транспорта. – 2009. – С. 203–205.
8. Мерданов М.Ш., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М. Проектирование вибрационного катка для строительства временной зимней дороги // Наземные транспортно-технологические комплексы и средства Материалы Международной научно-технической конференции. Тюмень, 2015. – С. 207–209.
9. Мерданов Ш.М., Шитый В.П., Крук А.Р., Шаруха А.В. Валец дорожного катка вибрационный // Патент России № 2456401.
10. Серебренников А.А., Мерданов Ш.М., Мадьяров Т.М., Костырченко В.А. Прицепной агрегат для уплотнения дорожных насыпей // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 9–2. – С. 304–308.

Российская Федерация имеет самые большие запасы лесных ресурсов в мире. Площадь лесов составляет примерно 800000 га. Основная часть лесов расположена в Сибири и на Дальнем Востоке. Строительство новых дорог требует вырубки части леса. Новые дороги значительно улучшат дорожную инфраструктуру страны, а также вырубленный лес послужит для населения новым запасом строительного материала и топлива. Необходимо использование новых технологий и конструкций машин для подготовительных работ при строительстве дорог [1–3].

В целях улучшения производительности, в настоящее время широко применяется механизация труда. На лесозаготовках для транспортировки древесины возникает потребность в трелевочных машинах.

Трелевка леса представляет собой лесозаготовительную операцию по сбору и транспортировке очищенных от сучьев стволов деревьев от места их заготовки к погрузочным пунктам у лесовозных дорог. Так как лесовозными автомобилями нельзя забрать лес непосредственно на лесосеке, то необходимость этой операции очевидна. Целью трелевки является сбор деревьев с относительно большой площади на специально подготовленные погрузочные площадки у лесовозных дорог. Это проводится в исключительно трудных условиях – при полном бездорожье на любых грунтах летом или по снежной целине зимой, преодолевая множественные препятствия в виде пней, валежника, валунов и т.д. Трелевочные машины работают на невысоких скоростях (2…10 км/ч), но развивают значительные тяговые усилия. Трелевка осуществляется на небольшие расстояния: обычно до 300–400 м, иногда до 700–800 м и лишь в редких случаях до 1 км. Основными трелевочными машинами являются гусеничные тракторы ТТ-4М Алтайского тракторного завода, ТДТ-55А Онежского тракторного завода. В большинстве случаев трелевка леса происходит в полупогруженном положении («полуволоком»), т.е. один конец трелюемой пачки погружен на трелевочный механизм (коник), а второй конец волочится по земле или снегу.

Возможны различные виды и способы трелевки (рис. 1).

Различают три вида тракторов для трелевки древесины: чокерные, бесчокерные, тракторы с пачковым захватом (скиддеры). Трелевочные машины классифицируют по ходовой части: гусеничные, пневмоколесные; по назначению: общего, специального; по тяговому классу [4–6].

merd1.tif

Рис. 1. Виды и способы трелевки

Прототипом в работе примем трактор ТТ-4М. Трелевочный трактор ТТ-4М (рис. 2) четвертого тягового класса предназначен для трелевки крупномерного и среднего леса, окучивания деревьев и хлыстов с высотой штабеля не более 1 м, а также в качестве базы лесозаготовительных машин.

Принцип работы трактора заключается в следующем: трактор при помощи гидроманипулятора производит формирование пакета хлыстов или деревьев с кронами, производит погрузку пачки на зажимной коник, после чего происходит транспортирование пакета. Транспортирование может осуществляться комлями или вершинами на щите в полупогруженном состоянии.

К преимуществам данного трактора стоит отнести следующие:

  • Широкие гусеницы позволяют беспрепятственно перемещаться как по неровной лесной дороге, так и по болотистой местности;
  • дизельный мотор умеренно расходует топливо, что способствует экономии;
  • машина универсальна – на ее базе конструируют специальные устройства;
  • увеличенная сила тяги, высокая надежность и защита внизу рамы;

В недостатках трактора стоит отметить:

  • мотор, установленный внутри кабины, имеет большой уровень шума;
  • достаточно большой вес и габариты, что способствует снижению маневренности машины в лесных условиях;
  • небольшая скорость передвижения. Данный недостаток компенсирует малое давление машины на почву [7–8].

В ходе работы был проведен анализ зажимных кониковых устройств, в результате чего было решено увеличить объем обхватываемой пачки. Вследствие увеличения объема на рычаги зажимного устройства будут действовать большие силы, которые будут стремиться разжать коник. Произведен расчет зажимного устройства на усилие и надежное удержание пачки во время ее транспортировки на лесосеке. На рис. 3 приведены принципиальные схемы зажимных коников лесозаготовительных машин.

Развитие этого вида техники ведется в целях увеличения ее производительности, устойчивости, экономичности и эргономичности. Повышение показателей эргономичности повысит уровень комфорта машиниста, что несомненно скажется на его работоспособности. Автоматизация рабочих процессов на машине позволяет более точно и непринужденно справляться с поставленной для машиниста задачей. Экономия топлива приведет к меньшим выбросам вредных загрязняющих веществ в атмосферу и меньшим затратам на горючесмазочные материалы. Создание оптимальной конструкции возможно лишь при анализе существующих конструкций и изобретений. Особенностью исследования коника машины для бесчокерной трелевки деревьев является способ удержания пачки при помощи клещевого захвата, который с целью обеспечения надежного закрепления пачки вставляется в приемную банку в виде расположенных параллельно друг другу пластин, образующих между собой паз для ввода челюстей захвата [9–10].

Условия надежности удержания деревьев в клещевом захвате можно выразить неравенством:

mer01.wmf (1)

где Fд – сила трения одного или нескольких деревьев о зажимные рычаги под действием силы тяжести (веса) деревьев, H;

Fр – сила трения зажимных рычагов о деревья при обжиме последних, Н;

Fсопр – сила трения волочащейся по земле части дерева или части деревьев, Н.

Силы трения Fд и Fсопр могут быть выражены следующими зависимостями:

mer02.wmf, (2)

где т – часть веса одного дерева или пачки деревьев, приходящаяся на захват; т = 0,52

Gд(п) – вес дерева или пачки деревьев, Н,

mer03.wmf, (3)

Qд(п) – объем одного дерева или пачки деревьев, м3;

ρд – объемная масса свежесрубленной древесины, кг/м3, ρд = 1000 кг/м3;

g – ускорение свободного падения, м/с2, g = 9,81 м/с2;

f2 – коэффициент трения стволов о рычаги захвата, f2 ≈ 0,7÷1.

mer04.wmf, (4)

где f’ – коэффициент сопротивления перемещению части дерева или пачки деревьев: для лесосеки или волока – f’ = 1,34÷1,73; при вытаскивании дерева из-под других деревьев в полосе повала f’ = 2,13÷2,94;

ν – коэффициент возможного возрастания сил сопротивления: для лесосеки и волока ν = 1,23÷1,31; при вытаскивании вершины дерева из-под лежащих деревьев ν = 1,1÷1,27.

Найдем силу трения деревьев о зажимные рычаги под действием веса деревьев:

mer05.wmf (5)

mer06.wmf

Сила трения волочащейся по земле части дерева или пачки деревьев:

mer07.wmf (6)

mer08.wmf.

Следовательно, сила трения зажимных рычагов о деревья при обжиме последних равна

mer09.wmf, (7)

mer10.wmf.

merd2.tif

Рис. 2. Трелевочный трактор ТТ-4М

merd3.tif

Рис. 3. Принципиальные схемы зажимных коников лесозаготовительных машин: а – КЗУ-I-I-а; б – КЗУ-I-I-б; в – КЗУ-I-2; г – КЗУ-II-1; д – КЗУ-II-2; е – КЗУ-III-1-а; ж – КЗУ-III-1-б; з – КЗУ-III-2-а; и – КЗУ-III-2-б

Чтобы определить максимальное зажимное усилие на штоке приравняем Fp = 56,863кН.

Для надежного удержания пачки деревьев произведем расчет гидроцилиндра захватного устройства.

Гидроцилиндры конико-зажимного устройства (КЗУ) определяются по следующим параметрам:

  • усилие на штоке, Fmax, кН;
  • скорость перемещения штока, Vi, м/с

Примем скорость перемещения штока равной 0,1 м/с.

Рабочий ход гидроцилиндра осуществляется при подаче жидкости в бес-штоковую полость. Таким образом, диаметр можно определить:

mer11.wmf (8)

где ηмц – механический к.п.д. цилиндра, принимаем ηмц = 0,95;

ψ = D2/(D2 – d2ш) – коэффициент мультипликации принимается ψ = 1,65;

ΔРс – потери давления в сливной магистрали, принимаем ΔРс = 0,5 МПа.

Рн – номинальное давление в гидросистеме, примем Рн = 16МПа

Расчет гидроцилиндра коникового зажимного устройства:

mer12.wmf м.

Согласно ГОСТ 6540-68, принимаем ближайший больший, диаметр цилиндра 0,1 м.

Определим максимальный расход рабочей жидкости по формулам:

в бесштоковой полости:

mer13.wmf; м3/с, (9)

в штоковой полости:

mer14.wmf м3/с, (10)

где hоц – объемный к.п.д. гидроцилиндра, принимаем hоц = 0,98.

z – количество гидроцилиндров, работающих в паре.

Расчет максимального расхода в бесштоковой полости:

для гидроцилиндра КЗУ:

mer15.wmf м3/с.

Расчет максимального расхода для штоковой полости:

для гидроцилиндра КЗУ:

mer16.wmf м3/с.

merd4.tif

Рис. 4. Модернизированный коник

Согласно расчетам, выбираем гидроцилиндр: ЦГ1 – 100.70х500.11 – УХЛ, ГОСТ 6540-68.

Разработанное зажимное устройство за счет увеличения объема пачки обеспечит рост производительности труда. При соблюдении принятых мер безопасности создаст лучшие условия труда и удобство в эксплуатации. К тому же разработанное кониковое зажимное устройство не требует дополнительных капитальных вложений. Так как лесозаготовка является одним из приоритетных направлений РФ, то развитие данной области, а в частности появление новых конструкций, машин, является актуальным для научных школ.


Библиографическая ссылка

Мерданов Ш.М., Костырченко В.А., Мадьяров Т.М., Ахмадуллина Л.Г., Плохов А.А. МОДЕРНИЗАЦИЯ ЗАЖИМНОГО КОНИКА ТРЕЛЕВОЧНОГО ТРАКТОРА ТТ-4М // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 11-1. – С. 53-58;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=40926 (дата обращения: 15.09.2019).

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