Математическая модель процесса корчевания пней на гарях механизмом с гидропульсационным приводом

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 630*232. 211
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА КОРЧЕВАНИЯ ПНЕЙ НА ГАРЯХ МЕХАНИЗМОМ С ГИДРОПУЛЬСАЦИОННЫМ ПРИВОДОМ П. И. Попиков, Р. В. Юдин, И. А. Никифоров, И. С. Шестаков
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
popikovpetr@yandex. ru
Корчевание пней является энергоемкой операцией при проведении лесохозяйственных работ. Для удаления пней на вырубках применяются разнообразные рычажные корчеватели (КМ-1А, МРП-1,5 и др.) фрезерные машины (МУП-4, МДП-1,5 и др.), а также сменное технологическое оборудование к экскаваторам. На гарях и мелколесье эти машины использовать не целесообразно из-за их высокой энергоемкости и металлоемкости. На кафедре механизации лесного хозяйства и проектирования машин Воронежской лесотехнической академии разработан механизм с гидро-пульсационным приводом для корчевания пней на гарях на базе колесного трактора класса 1,4 кН.
Механизм содержит раму с несущими брусьями 1 и присоединительным треугольником 2 для навешивания на трактор, вертикальные стойки 3 с закрепленными на них подрезающим рабочим органом в виде полукруглой скобы с верхней заточкой режущей кромки 4 и полуковша 5 в задней его части (рис. 1). Вертикальные стойки 3 и рабочий орган 4 образуют двуплечий рычаг, который может поворачиваться гидроцилиндрами 6 полости кото-
рых соединены с гидропульсатором 14. Несущие брусья 1 выполнены консольными с опущенными концами и упором. Они снабжены шарнирами 7 крепления вертикальных стоек и опорами 8, размещенными под шарнирами с нижней стороны несущих брусьев. Механизм имеет трубчатый ограничитель 9, закрепленный на вертикальных стойках 3. Нижняя кромка лезвия рабочего органа 4 в исходном I и II положениях расположена на уровне или ниже опорной поверхности О-О.
Механизм работает следующим образом. Трактор с навешенным оборудованием двигается в направлении V. Оборудование при этом находится в приподнятом положении, а рабочий орган 4 — в исходном положении I.
После подхода рабочих органов 5 к почве запорный вентиль 12 закрывается и включается пульсатор 14, который обеспечивает колебательные движения штоков гидроцилиндров за счет пульсирующего давления рабочей жидкости, а следовательно, с вертикальными стойками 3 и рабочими органами 5. За счет вибрации рабочих органов 5 происходит снижение рабочего сопротивления подрезки корней пней.
а
Рис. 1. Технологическая (а) и гидрокинематическая (б) схемы механизма для корчевания
пней
С целью обоснования и оптимизации основных параметров была разработана математическая модель процесса работы механизма для корчевания пней. Уравнение моментов действующих сил на рабо-
чий орган и шток гидроцилиндра относительно точки О имеет вид
^ 2
М 0 = ^Ши^ _ ^рез^ _ ^ПР~(М^ = 0,(1)
где Ршт — усилие на штоке гидроцилиндра, Н-
h — плечо силы Ршт, м-
Ррез — сила сопротивления перерезанию корня, Н-
R — плечо силы Ррез, м-
Jпр — приведенный момент инерции
подвижных элементов к точке О,
2
кг-м —
Ф — угол поворота вертикальной стойки от горизонтали, рад.
Из уравнения моментов имеем:
d 2ф dt2
пр
Р h — Р R
шт рез '
(2)
где h=/siny- у=180°-ф, h=/sm (180°-ф).
Так как гидропульсатор работает по синусоидальному закону, то изменение величины усилия на штоке гидроцилиндра можно выразить зависимостью [2]
Ршт = ^ [Р0 + Рт SІn (2Ф + ^)] где р0 — давление в гидроприводе предохранителя при включенном гидропульсаторе, Па-
рт — амплитудное значение давления, развиваемое гидропульсатором, Па-
/ и ц — частота и начальная фаза пульсации давления в гидроцилиндре-
8п — рабочая площадь гидроцилиндра,
2
м:
4
Уравнение расходов жидкости имеет
вид:
2 — 2 + 2у +
Он — Чнпн
2 — Ф2 — €) к
(3)
(4)
4
0у = Рау ,
о = каР
0деф = р Ж 9
где 0н — расход рабочей жидкости в насосе, м3/с-
0ц — расход рабочей жидкости в гидроцилиндре, м3/с-
0у — расход на утечки, м3/с-
0деф — расход на деформацию упругих элементов гидропривода, м3/с-
^ - коэффициент, учитывающий упругие свойства гибких трубопроводов и рабочей жидкости- р — давление насоса, Н/м2- qн — объем насоса, м3/об- пн — частота вращения насоса, с-1. Определяем скорость штока гидроцилиндра из следующего выражения:
(5)
ЧнПн
Тогда получим систему уравнений
№ -
4
Ж Ж
С учетом выражений (1−4) уравнение расходов жидкости примет вид
Жшт) Т/Г, ^ ^ Жр
Ж
Vшm + ауР + кр-.
(6)
Td2ф __ л (^ - dim) sin (l80°- (P) [
dt2 4 ^
0 + Pm sin (2Ф + v)]- Ppe3R
лІ)ц dy dp
qHnH --- l+ ayp + kp-. н н 4 dt y p dt
(7)
Определим силу резания из выражения [1]
Ppeз — K1еж ¦Сж ¦ S + K2 ¦ t ¦ °p ¦ Є + KЗеж '-°аж ¦ D, (8)
где Kl, K2, K3 — удельные коэффициенты- t — толщина ножа-
а-сж — коэффициент влажности- e — величина затупления ножа-
Ос: ж — предел прочности на сжатие S — площадь подрезаемого сечения.
поперек волокон- Подставив выражение (б) в (5), полу-
D — диаметр перерезаемого пня- чим систему уравнений
. d2У л (^ - dim) sin (180° - ф)
J
dt2
4
qнnн
°cж¦S + K 2
+
1 ¦ «сж,
А (рЦ — ^т)
_ 4 dt
Таким образом, получена математическая модель вибрационного процесса корчевания пней, которая позволяет оптимизировать параметры механизма и снизить энергозатраты.
Библиографический список
1. Попиков П. И. Повышение эффективности гидрофицированных машин при лесовосстановлении на вырубках: моногр. / Воронеж: ВГЛТА, 2001. 156 с.
2. Попиков П. И., Юдин Р. В. Математическая модель рабочего процесса гидравлического пресса с гидропульсатором // Изв. вузов. Сев. -Кавк. Регион. Техн. Науки. Спецвыпуск. Математическое модели-
[P0 + Pm sin (2Ф + v)]-
®^ж D)'
(9)
Жр
аур+крЩ •
рование и компьютерные технологии. 2006.
3. Посметьев В. И., Посметьев В. В. Модель процесса вибрационного взаимодействия с почвой дисковых рабочих органов лесных орудий // Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления лесного комплекса: сб. научн. тр. / ВГЛТА. Воронеж, 1999. Вып. 4. С. 5−9.
4. Бартенев И. М., Драпалюк М. В., Попиков П. И., Бухтояров Л. Д. Конструкции и параметры машин для расчистки лесных площадей: монография / М.: Флинта: Наука, 2007. 208 с.: ил.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой