ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАСЧЕТНЫХ ДЕРЕВЬЕВ ПРИ

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: repeyakh@sibstu.kts.ru
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