Гидроманипуляторы и лесное технологическое оборудование Бартенев

ГИДРОМАНИПУЛЯТОРЫ И ЛЕСНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ

ОБОРУДОВАНИЕ

Монография

Под редакцией доктора технических наук,

профессора И.М. Бартенева

Москва Издательство «ФЛИНТА» Издательство «Наука»

2011

Р е ц е н з е н т ы:

д.т.н. проф. ГОУ ВПО «ВГАУ» А.П. Тарасенко;

д.с.-х.н. проф. В.В. Цыплаков

А в т о р ы:

З.К. Емтыль, И.М. Бартенев, М.В. Драпалюк, П.И. Попиков, А.П. Татаренко, Л.Д. Бухтояров

Гидроманипуляторы и лесное технологическое оборудование : монография / Г46 З.К. Емтыль, И.М. Бартенев, М.В. Драпалюк, П.И. Попиков, А.П. Татаренко, Л.Д. Бухтояров; под ред. д-ра технических наук, проф. И.М. Бартенева. – М. : ФЛИНТА :

Наука, 2011. – 408 с. : илл.

ISBN 978-5-9765-1189-7 (ФЛИНТА) ISBN 978-5-02-037696-0 (Наука)

В монографии изложены результаты исследований по выбору параметров механизмов конструкций манипуляторов с учётом инерционных сил, податливости рабочей жидкости и элементов гидропривода; динамической нагруженности манипулятора при совмещении движений отдельных звеньев и эффективности совмещения; рассмотрена динамика гидропривода с дополнительным демпфером и представлены механико-технологические основы совершенствования конструкций гидроманипулятора, а также эксериментальные данные по динамике составляющих его механизмов и звеньев; представлено технологическое оборудование к гидроманипуляторам для выполнения отдельных рабочих операций в лесном хозяйстве.

Монография предназначена для научных работников и конструкторов лесного машиностроения, аспирантов и студентов лесотехнических вузов.

УДК 630*:65.011.54 ББК 43.43

Научное издание

Бартенев Иван Михайлович, Емтыль Зауркан Камболетович, Татаренко Александр Петрович, Драпалюк Михаил Валентинович, Попиков Петр Иванович, Бухтояров Леонид Дмитриевич

ГИДРОМАНИПУЛЯТОРЫ И ЛЕСНОЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Монография

Компьютерная верстка Л.Д. Бухтоярова

Подписано в печать 17.06.11. Формат 60х84 1/16. Усл. печ. л. 24,99. Уч.-изд. л. 20,82. Тираж 500 экз. Заказ №

ООО «ФЛИНТА», 117342, г. Москва, ул. Бутлерова, д. 17-Б, комн. 324.

Тел/факс: (495) 334-82-65; тел. (495) 336-03-11 E-mail: flinta@mail.ru; WebSite: www.flinta.ru

Издательство «Наука», 117997, ГСП-7, г. Москва В-485, ул. Профсоюзная, д. 90

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии ГОУ ВПО «ВГЛТА» 394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, д. 10

3

Предисловие

Сложившиеся за многие годы технологии лесовосстановления и лесоразведения, выработанные технологические процессы и операции характеризуются не только положительными, но и отрицательными факторами, к числу которых относятся большая энерго- и материалоемкость, нарушение экологии природной среды.

Существующий технологический процесс лесовосстановления на вырубках включает такие операции как сбор и удаление порубочных остатков, корчевка пней, подготовка почвы, посадка культур, лесоводственный и агротехнический уходы за ними. Все эти операции, за исключением корчевки пней, выполняются при непрерывном поступательном движении агрегатов за счёт мощности двигателя, реализуемой через движители тракторов. В результате образуется колея, глубина которой зависит от удельного давления движителя на почву, сдирается напочвенный покров, нарушается сложившаяся веками структура почв, повреждается подрост ценных пород.

Многооперационность технологических процессов приводит к многократным перемещениям различных агрегатов по одному следу и большой степени покрытия лесокультурой площади колеёй, что увеличивает плотность почвы и снижает её водопроницаемость. В результате в зоне расположения корней, плотность почвы превышает допустимые пределы оптимального значения и возрастает водная эрозия почв на площадях с уклоном всего лишь в 2 – 30 и более.

Корчевка пней вместе с корнями сопровождается минерализацией окружающей поверхности с разрушением структуры почв, образованием подпневых ям, удалением гумусового горизонта и снижением плодородия. Остающиеся нераскорчеванные кулисы между расчищенными полосами, заполненные дополнительно выкорчеванными пнями, зарастают порослью второстепенных по-

4

род и становятся непреодолимым препятствием на пути движения тракторных агрегатов, осуществляющих уходы за культурами.

Всё это выдвигает перед учеными, конструкторами, машиностроителями и работниками лесного комплекса важные задачи по разработке и применению энергоресурсо- и экологосберегающих технологий и средств механизации работ в лесном хозяйстве. Одним из путей решения стоящих задач является научно обоснованный переход от непрерывного способа выполнения технологических операций к дискретному способу, к более широкому внедрению рабочих органов активного действия, пневмно- и гидравлического привода, обладающего демпфирующими свойствами за счёт упругих элементов. В качестве средства, транспортирующего рабочие органы при выполнении ими рабочих операции, например, по дроблению или срезанию пней, подготовке почвы площадками, посадке растений в них и уходу за ними и др., можно использовать гидравлические манипуляторы разного класса и типа.

В монографии дан подробный анализ гидравлических манипуляторов, теоретические основы выбора параметров их конструктивных элементов, рассмотрены вопросы податливости рабочей жидкости и её влияния на динамическую нагруженность манипулятора и ряд других вопросов. Представлено технологическое оборудование, навешиваемое на манипуляторы, для выполнения различных видов работ.

Книга предназначена для научных работников и конструкторов лесного машиностроения, аспирантов и студентов лесотехнических вузов.

Главы 1,2,3,4,5 и 7 написаны З.К. Емтылем и А.П. Татаренко под научным руководством и непосредственном участии И.М. Бартенева в процессе подготовки З.К. Емтылем и А.П. Татаренко кандидатских и З.К. Емтылем докторской диссертаций; главы6,8 – М.В. Драпалюком, П.И. ПопиковымиЛ.Д. Бухтояровым.

5

1.Область применения манипуляторов

инаправления, связанные

с повышением их технического уровня

1.1. Типы манипуляторов и область их применения

История зарождения и развития лесозаготовительных машин манипуляторного типа достаточно молода [118]. Начало было положено созданием и успешной эксплуатацией на протяжении почти 10 лет валочно-пакетирующей машины для рубок ухода ЛП-2, которую в 60–70-ых годах производил Великолукский машиностроительный завод «Торфмаш». Подобные машины обеспечивают не только достаточную производительность, но и сохранность подроста ценных пород [153].

Базируясь на опыте создания и эксплуатации машины ЛП-2, отечественными учеными, конструкторами и производителями в 70–80-ых годах была создана целая гамма лесосечных машин манипуляторного типа: бесчокерные трелевочные машины ТБ-1 (Онежский тракторный завод) и ЛП-18 (Пермское ПО «Коммунар»); валочно-пакетирующая машина ЛП-19 (Йошкар-Олинский машиностроительный завод «Лесмаш»), валочно-трелевочная машина ЛП-49 (Пермское ПО «Коммунар»), которые позволили довести уровень машинизации наиболее тяжелых лесозаготовительных работ до 60–65% [152].

В1980 году были начаты интенсивные работы по созданию отечественных манипуляторов для лесозаготовительных машин.

Врезультате анализа сложившихся и перспективных технологий лесозаготовительных работ были определены типы и основные параметры манипулято-

ров [110, 147].

6

В зависимости от конструкции манипуляторы лесозаготовительных машин подразделяются на следующие типы (рис.1.1):

Рис. 1.1. Типы манипуляторов лесозаготовительных машин: МШ - шарнирно-рычажный (а); МТ - телескопический (б); МК - комбинированный (в).

Манипулятор шарнирно-рычажный состоит из стрелы и рукояти, соединенных шарнирно. Манипулятор телескопического типа представлен как ряд телескопически подвижных звеньев, а рукоять в нём, как элемент конструкции

– отсутствует. Манипулятор комбинированный – это шарнирно-рычажный, в котором рукоять снабжена выдвижной секцией (удлинителем).

Конструкция манипуляторов должна обеспечивать:

-удобный доступ к сборочным единицам, подвергаемым ежедневному техническому обслуживанию;

7

-возможность разборки на составные части для транспортирования;

-удобство выполнения монтажных и демонтажных работ;

-возможность агрегатного ремонта;

-управление и ежесменное обслуживание одним оператором;

-использование с различными сменными рабочими органами, входящими в комплект манипулятора.

Манипуляторы шарнирно-рычажные применяются преимущественно для тяжелых условий работы с грузовым моментом М>110 кНм; телескопические – для лесозаготовительных и лесохозяйственных машин, работающих под пологом леса; комбинированные – для погрузочно-разгрузочных и других основных лесозаготовительных работ в составе различных машин.

Отечественные гидроманипуляторы подразделяются на 7 размерных групп по грузовому моменту (табл.1.1). Минимальный вылет манипулятора, угол поворота в горизонтальной плоскости, момент поворота, мощность основной насосной установки, конструктивная масса зависят от типа и назначения манипулятора.

Наибольшее распространение в лесозаготовительном и лесохозяйственном производстве получили погрузочно-разгрузочные манипуляторы, к которым наряду с технологическими требованиями – максимальный и минимальный вылет рабочего органа, грузовой момент, момент поворота в горизонтальной плоскости, максимальная высота подъема груза – предъявляются требования ограничения манипулятора по массе. Это объясняется тем, что масса манипулятора влияет на выбор базы погрузочно-транспортной машины (форвардера или сортиментовоза), от которой, в значительной мере, зависит соответствие лесозаготовительной или лесохозяйственной машины лесоводственным требованиям, в т.ч. заданному значению удельного давления на грунт и сохранению подроста.

В настоящее время гидравлические манипуляторы находят все более широкое применение и в других отраслях народного хозяйства: на предприятиях путей сообщений как погрузочно-разгрузочное средство на ремонтных машинах и машинах для обслуживания железнодорожной призмы; на предприятиях нефтегазового и энергетического комплекса в ремонтных и специальных машинах (например – штанговозах), на специальных машинах для перевозки и монтажа железобетонных опор линий электропередач. В перспективе гидроманипуляторы могут найти широкое применение в сельском хозяйстве, автомобильном транспорте.

9

На погрузочно-разгрузочные манипуляторы (за исключением специальных) с 1998 года распространяются правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов [137, 138], что делает требования безопасности и надежности приоритетными. Требования, предъявляемые к техническому уровню гидроманипуляторов, повышаются. Это прежде всего экологические требования (меньшая удельная материалоемкость; больший вылет; наличие устройств, исключающих розлив рабочей жидкости при разрыве гибких трубопроводов) и требования безопасности (применение соответствующих материалов и технологий, специальных методов контроля, приборов и устройств безопасности).

Поэтому на протяжении всего периода разработки и производства отечественных погрузочно-разгрузочных манипуляторов ученые, конструкторы и производители ищут резервы, направленные на снижение массы манипуляторов, используя накопленный опыт и научно-технический прогресс.

1.2. Компоновочно-кинематические схемы гидравлических манипуляторов и их соответствие предъявляемым требованиям

1.2.1. Механизмы подъема стрелы и привода рукояти

Технический уровень манипулятора во многом зависит от совершенства его кинематической схемы, обеспечивающей работу манипулятора в заданной зоне. Зона работы определяется технологическими и экологическими требованиями. Одним из важнейших показателей технического уровня манипулятора является его масса. Выбор той или иной кинематической схемы, а затем оптимизация ее параметров позволяют существенно снизить массу манипулятора.

Основываясь на данных, опубликованных в работах [102, 15, 18, 14, 17, 24, 25, 35 и др.] и рекламных проспектах, все известные в настоящее время манипуляторы зарубежного и отечественного производства можно объединить в 15 основных групп (рис.1.2; 1.3), отличающихся по кинематике исполнения механизмов подъема стрелы и привода рукояти. Два типа из них №12 и 14 имеют специфическую структурумеханизмаскладываниярукоятиивдальнейшемнерассматриваются.

10

Рис. 1.2. Кинематические схемы механизма подъема стрелы и привода рукояти гидравлических манипуляторов