Обоснование способа и параметров рабочего органа для удаления древесины из разрабатываемого слоя торфяной залежи тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.05, кандидат технических наук Масленников, Дмитрий Георгиевич

• Масленников, Дмитрий Георгиевич
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Масленников, Дмитрий Георгиевич

Содержание

Введение

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований

1.1. Анализ существующих способов удаления древесных включений из торфяной залежи

1.2. Основные параметры и режимы работы корчевателей непрерывного действия

1.3. Некоторые физико-механические характеристики торфяного

грунта

1.4. Древесные включения в торфяной залежи

1.4.1. Краткие сведения о физико-механических свойствах

древесины пней и процессах ее резания

1.5. Классификация способов корчевания и методы расчета усилий

на рабочих органах

1.6. Цель и задачи исследования

Глава 2. Основные закономерности процесса взаимодействия рабочего

элемента с древесным включением

2.1. Формы и размеры прикорневого массива, образующегося при

различных способах приложении нагрузки

2.2. Расчет усилий корчевания при их различном направлении и

месте приложения к древесному включению

2.2.1. Расчет усилий корчевания вертикальной центрально-приложенной силой

2.2.2. Расчет усилий корчевания вертикальной силой, приложенной к корню

2.2.3. Расчет усилий опрокидывания древесного включения горизонтально приложенной силой

2.3. Взаимодействие горизонтального профиля с древесным включением, находящимся на границе обрабатываемого слоя

2.4. Выводы по теоретическим исследованиям

Глава 3. Программа и методика экспериментальных исследований

3.1. Исследования по определению усилий, формы и размеров

прикорневого массива при различных способах приложения внешней нагрузки

3.2. Исследования по определению прочности пней при корчевании

3.3. Обоснование геометрических параметров нового рабочего органа

3.4. Условия проведения полевых экспериментов

3.5. Математическая обработка результатов исследований

Глава 4. Экспериментальные исследования

4.1. Результаты экспериментов по определению усилий, формы и

размеров прикорневого массива при различных способах

приложения внешней нагрузки

4.1.1. Выводы

4.2. Результаты экспериментов по разрушению пней ножом (клином)

4.2.1.Выводы

4.3. Обоснование некоторых геометрических параметров нового

рабочего органа

4.3.1. Выводы

Глава 5. Практическое использование результатов исследований

5.1. Комплексная оценка влияния основных параметров нового

рабочего органа на энергоемкость его работы

5.2. Расчет экономического эффекта от применения новой техники

Выводы

Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование способа и параметров рабочего органа для удаления древесины из разрабатываемого слоя торфяной залежи»

Введение

Актуальность проблемы. Наличие больших запасов торфа на территории России, а также разнообразие его состава и физико-химических свойств, определило это полезное ископаемое как один из источников энергетического, технологического и коммунально-бытового топлива, сырья для газо-химическои и биологическои переработки, производства удобрении, подстилки, строительных материалов и другой продукции.

Подготовка и ремонт производственных площадей являются одним из определяющих звеньев торфяного производства. Основные виды подготовительных и ремонтных работ на торфяных залежах механизированы, причем на операции, связанные с удалением древесных остатков, приходится около 95% трудовых и материальных затрат.

Ку о

одной из технологических схем ремонта производственных площадей относится операция корчевания. Она имеет свою область эффективного применения, однако более широкому ее распространению препятствует не всегда удовлетворительное качество проведенных работ. Установлено, что надежное извлечение пня из залежи обеспечивается только при условии его захвата рабочими элементами корчевателя за корневую часть и как можно ближе к центру тяжести. При этом из залежи извлекаются только те пни, которые целиком находятся в обрабатываемом слое (глубина этого слоя обычно 40 см). Если же ствольная часть находится в обрабатываемом слое, а корневая часть - ниже этого слоя, то такие пни остаются в нижней части обрабатываемого слоя. В следствие этого древесные остатки, не удаленные из эксплуатационного слоя, являются основным препятствием для разработки торфа рабочими органами добывающих фрезеров. Это приводит к уменьшению глубины фрезерования, увеличению неравномерности расстила фрезерной крошки по толщине, засорению готовой продукции мелкими древесными

включениями. При этом производительность добывающего оборудования снижается в два раза и в два раза уменьшается наработка техники на отказ.

В связи с изложенным актуальными являются: поиск способа удаления древесины с нижней границы разрабатываемого слоя торфяной залежи, определение параметров машины для реализации этого способа.

Цель работы . Разработать способ и определить основные параметры рабочего органа машины для удаления пней, находящихся в толще залежи на границе обрабатываемого слоя. Поставленная цель достигается решением следующих задач:

- проанализировать физические процессы, происходящие с пнями при различных способах корчевания и их математические описания;

- на основе сделанного анализа предложить способ удаления пней, находящихся в толще залежи на границе обрабатываемого слоя и дать его математическое описание;

- провести экспериментальные исследования с целью проверки предложенного способа и обоснования основных параметров рабочего органа.

Научная новизна. Состоит в определении размеров и формы прикорневых массивов, образующихся при корчевании различными способами, в установлении закономерностей взаимодействия рабочего элемента в виде плоского горизонтального профиля с древесным включением, в разработке нового способа удаления пней путем их вытеснения из обрабатываемого слоя в нижележащие слои.

Практическая значимость. Заключается в том, что предложена методика расчета сопротивлений, возникающих на рабочем элементе при различном направлении и месте приложения усилия к древесному включению, предложен способ удаления древесины с границы обрабатываемого слоя путем вдавливания в нижележащие слои, обоснованы основные параметры (операционная мощность, удельная энергоемкость вдавливания, геометрические параметры) и конструктивный вид рабочего органа пассивного

типа непрерывного действия. Предложена технология практического использования такой машины на ремонте производственных площадей значительно снижающая количество древесных остатков в эксплуатационном слое.

Работа выполнялась на кафедре Торфяные машины и оборудование Тверского государственного технического университета.

Заключение диссертации по теме «Технология и комплексная механизация торфяного производства», Масленников, Дмитрий Георгиевич

Выводы

1. На основе проведенного анализа способов корчевания и теоретико-экспериментальных исследований установлено, что в ходе этого процесса происходит отрыв пня от окружающего грунта вместе с некоторым прикорневым массивом, объем которого на 20-30% меньше, чем принятый в раннее проведенных исследованиях.

2. Удаление пней, находящихся на границе обрабатываемого слоя залежи путем вдавливания в нижележащие слои горизонтальным профилем возможно и требует на 10-15% меньших усилий, чем при корчевании центрально-приложенной силой в диапазоне наиболее часто встречающихся в залежи пней с1 < 12см. Зависимости усилия и работы корчевания или вдавливания от размеров пня имеют вид степенных функций: Р= 1,81 с1°'91;А= 0,31&13 - для способа вертикального центрального корчевания; Р= 0,26 с!153;.\= 0,04 с!1'83 -для способа корчевания за боковой корень; Р= 0,066 {I ' ;А= 0,0066 с1" - для способа горизонтального вдавливания.

3. Для предотвращения заклинивания пня, нож должен иметь закругленную рабочую кромку, исключающую возможность внедрения в древесину.

4. Теоретические и экспериментальные исследования позволили обосновать конструктивную схему рабочего органа машины для удаления древесных включений с нижней границы обрабатываемого слоя в виде периметра, состоящего из горизонтального профиля определенной ширины и нескольких вертикальных профилей. Расчеты показали возможность агрегатирования такой машины с трактором Т-100 при ширине захвата рабочего органа 3-3,5м.

5. Рациональные значения основных параметров рабочего органа следующие: геометрические размеры горизонтального профиля: ширина - Ь = 0,6м, длина - Ь=3,19м, толщина - 8=0,03м; радиус закругления передней

кромки - И=30мм; угол захвата в плане - у=70°, угол наклона вертикальных профилей - ^=20°, величина «козырька» - к=0,3м, число вертикальных профилей - п=5, габаритная длина рабочего органа в сборе - Ьгаб=3,29м, масса нетто - т=914кг, среднее усилие при ведении рабочего процесса Р=28,56кН, удельное сопротивление - Руд=112кН/м2.

6. Предлагаемый рабочий орган обеспечивает полное удаление пней с границы обрабатываемого слоя, не извлекая их на поверхность. При этом было установлено, что устройство можно применять в комплексе как с активным, так и с пассивным корчевателями. Использование новой машины в комплексе с обычным пассивным корчевателем улучшит качество подготовки эксплуатационного слоя, экономический эффект от ее применения составит 151,9 руб/га.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Масленников, Дмитрий Георгиевич, 1998 год

Литература:

1. Сергеев Ф.Г. Подготовка торфяных месторождений к эксплуатации и ремонт производственных площадей.-М.:Недра, 1985.-256с.

2. Кунцевич В.Б., Сероский Ф.В. Основные параметры технологические схемы подготовки полей добычи фрезерного торфа.//Торфяная промышленность-1980.,-№11.-с Л 6-19.

3. Покаместов В.В. Состояние и перспектива совершенствования технологии и оборудования для подготовки и ремонта производственных площадей добычи торфа /ЦБНТИ Мингоппром.-М. 1981 .-с,52.

4. Малков Л.М.,Кулагин В.Е. Совершенствование исходной информации для планирования и управления ремонтом полей добычи фрезерованного торфа ' /Тр. В Н И И ТП. -1980. -В ып .44. -с.82-92.

5. Лазарев А.В.,Покаместов В.В. Технология и механизация ремонта торфяных эксплуатационных площадей.-М.:Недра, 1980.-159с.

6. Покаместов В.В.,Дородонова М.М.,Павлов В.И. Процессы отделения торфа от пней /Т. Г1.-1986.-№7-с. 5-7.

7.Покаместов В.В. Влияние различных схем подготовки залежи на технологические показатели добычи торфа. // Торфяная промышленность -1980.-№2.-с.16-17.

8. Антонов В.Я.Допенкин В.Д. Технология и комплексная механизация торфяного производства. М. :Недра, 1972.-312с.

9. Гильмсон С.Д., Гильман Л.К., Кусков Ю.Д., Щелканова H.H. Обоснование области рационального использования корчующих и фрезерующих машин. -Торфяная промышленность.-№9.-1986.-с.9-11.

10. Технологические схемы строительства осушительных систем, подготовки и ремонта производственных площадей для добычи торфа: Рекомендации

/Кузнецов А.П., Покаместов В.В., Гильмсон С.Д. и др. М-во топливной промышленности РСФСР, ВНИИТП, Калининский фил.-Радченко, 1981.-50с.

11. Гильмсон С.Д., Левин В.З., Разработка модели взаимодействия корчующих и фрезерующих машин с торфяной залежью.//Торфяная промышленность. 1986. -№6. -с. 13 -16.

12. Солод Г.И. Оценка качества горных машин.//Учеб.пособие.,Моск.горный инст.,М. 1978.-62с.

13. Ефимов В.И. Корчевание фрезерных полей и пути повышения его качества: Диссертация канд. техн.наук.-Калинин,-1987.-159с.

14. Ефимов В.И.,Самсонов Л.Н. Обоснование величины заглубления и расстояния между клыками рабочих органов корчевателей./Торфяная промышленность. -№11 .-1975.-с. 9-11.

15. Ефимов В.И. Метод выбора параметров корчевателей и метод оценки качества корчевания/В сб. Труды КПИ.-Механизация процессов добычи и переработки торфа.-М.:Недра.-1974.-с,36-41.

16. Никитин В.П. Совершенствование процесса удаления древесных включений из за лежи./ Торфяная промышленность.-№10.-1983.-с.15-16.

17. Никитин В.П. Совершенствование технологии удаления древесины: Диссертация канд .техн. наук. -Калинин, Радченко,-1987.-164с.

18. Гильмсон С.Д.Технология и средства механизации корчевания пневой древесины из торфяной залежи: Диссертация д-ра техн.наук.-С.-П.,-1992.-476с.

19. A.c. 1501976 СССР, МКИ A01G23/06. Корчеватель /С.Д.Гильмсон (СССР).5с.:ил.

20. A.c. 454873 СССР, МКИ A01G23/06. Корчевал ель-отряхиватель /О. М. Мацепу ро, В. М. Камсюк (СССР).2с.:ил.

21. A.c. 1233837 СССР, МКИ A01G23/06. Корчеватель /А.М.Саддаев (СССР).4с.:ил.

22. A.c. 803908 СССР, МКИ A01G23/06. Корчеватель /А.В.Вавилов (СССР).Зс.:ил.

23. A.c. 1491405 СССР, МКИ A01G23/06. Корчеватель /В.Г.Багров, С.Д.Гильмсон (СССР).4с.:ил.

24. A.c. 1366118 СССР, МКИ A01G23/06. Рабочий орган корчевателя /Левченя С.И.,Акулич В.А.Дазов Ю.Д.,Скугаревский В.А. (СССР).6с.:ил.

25. 5.44.351. Корчевательный плуг. Sonderkulturen Storkrodepflug // DLZ: Landwirt. Z. Prod. -Techn.-Manag.-1990.-41.№ 11.-c.108.-нем.

26. 5.44.453П. Орудия для корчевания пней. Outil d'essouchement. Beker Andre. Заявка 2562761, Франция. МКИ А0Ш23/06,4с.:ил.

27. Кот H.A. Прочность торфа на разрыв /У Торфяная промышленность.-1983,-;9.с.20-22.

28. Корчунов С.С. Зависимость несущей способности и деформации торфяной залежи от размеров опорной поверхности: Автореферат Дисс. : к.т. н., Ленинград.-1948 .-17с.

29. Корчунов С.С. Исследования физико-механических свойств торфа.-С б. трудов ./ВНИИТП. -М. - Л.. 1953.-235с,

30. Корчунов С.С. Зависимость сопротивления резанию от толщины стружки.-Тр./ВНИИТП.Л.,1978.вып.40.с.106-111.

31. Ларгин И.Ф. Основные свойства торфяных месторождений и закономерности их изменения: Авторефер.Дис....д-ра техн.наук.-Калинин,-1968.-36с.

32. Ларгин И.Ф. Корреляционная зависимость между диаметром ствольной части и размерами лап сосновых пней, погребенных в торфяных залежах// Торфяная промышленность -1959.-№8.-с.26-29.

33. Тюремнов С.Н. Торфяные месторождения.-М.:Недра,1976.-с.258-261.

34. И.Ф.Ларгин. Характеристики пнистости торфяных залежей верхового типа по плоскостным сечениям. Труды КПИ, выпуск IV (XVII) Технология и механизация торфяного производства.М.Недра,1969.

35. Сукачев Б.Н. О болотной сосне.-собр.соч. в 3-х томах.-Т.2.-М.,Недра-1973.

36. Аболин Р.И. Болотные формы сосны /Тр.ботанического музея АН.-вып.14.-с.62-81.

37. Солоневич Н.Г. Корневая система болотной сосны /АН СССР// Проблема ботаники.-Т. VI:-М.:Изд-во АН СССР, 1962.-С.297-307.

38. Загуровская Л.Н. Строение и рост корневых систем древесных растений на различных типах болот // Заболоченные леса и болота еибири:Сб.-М.:Изд-во АН СССР,1965.-с.127-145.

39. Технологические основы механизации и освоения болотно-торфяных почв/Под ред.Мацепуро М.Е.-Минск:Госиздат БССР; 1954.-528с.

40. Ларгин И.Ф. Прочность и водопоглощение древесины пней и стволов сосны, встречаемых в торфяных залежах.//-Торфяная промышленность. 1954.-№1 .-с. 18-20.

41. Наумович В.М.,Морозов А.Н. Физико-механические свойства пневой древесины // Торфяная промышленность -1984.-№10.-с.12-14.

42. Верховский A.B. Вопросы теории корчевальных машин и производство сельскохозяйственных машин.-Т.4.-М.-Л..Сельхозизд, 1936.-е.7-19.

43. Хосруашвили А.И. Исследования тяговых усилий и работы при корчевке леса прямой тягой в условиях Грузинской ССР: Автореф. дис.. .канд.техн.наук.-Тбилиси, 1965 .-27с

44. Коробейников В.Т. Основы теории корчевания//Тр.Ленинградской лесотехнической академии им.С.М.Кирова.-1971.-Вып.1.-е.5-49.

45. Крастыныш И.Е. Исследования производства технологической древесины пневого осмола в условиях Латвийской ССР: Автореф. дисс... канд.техн.наук.-Елгава, ] 974.-39с-На тит.л.также:Латвийская с.-х.акад.

46. Чернега A.M. Исследования корневых систем некоторых древесных пород в связи с раскорчевкой лесосек и последующей обработкой почвы: автореф. дис... канд. техн. наук.-Киев, 1956.-15с.

47. Шегельман И.Р. Теоретическое исследование сопротивления пней корчеванию// Машинная валка и трелевка леса: Тр. ЦНИИМЭ.-1977.-С.71-75.

48. Шмелев Б.М., Воевода Д.К. Машины, орудия и приспособления для корчевальных работ.-М . - Л.: Гос лесбумиздат, 1952.-96с.

49. Нагибин Ю.Д., Мерзляков Н.Е. Возможность заготовки свежего сомола одновременно со ствольной древесиной // Современные проблемы повышения эффективности заготовок лесохимического сырья: //Тр. ЦНИИМЭ.-1976.-С.93.

50. Марко Р.И. Исследование и выбор эффективного спосба корчевания деревьев в мелиоративном строительстве: Автореф.дис...канд.техн. наук.-Минск, 1969.-22с.

51. Аболь П.И.Теоретические предпосылки к процессу корчевания деревьев и пней // Тр.ЦНИИМЭ.-1969. -Вып.97.-с.81 -89.

52. Аболь П.И. Исследование сопротивляемости деревьев корчеванию: Дисс... канд.техн.наук.-М. 1970.-165с.

53 Седов Л.А. Механика сплошной среды. Т.1.-М.:Наука ГРФМЛ, 1983.-528с.

54. ПолторакО.М. Термодинамика в физической химии.-М.:Высш.шк. 1991.-319

55. Самсонов JT.H. Фрезерование торфяной залежи.-7М.:Недра,1985.-212с.

56. Гидромеханизация при разработке тяжелых грунтов. /' Под ред. к.т.н. Огородникова С.П., Центральный НИИ информации и технико-экономических исследований промышленности строительных материалов.

57.Горячкин В.П. Собрание сочинений в Зхтомах-т.2.-М.:Колос, 1965.-459с.

58. Зеленин А.Н. Резание грунтов.-М.:Изд-во АН СССР, 1959.-е. 103,128.

59. Зеленин А.Н. и др. Лабораторный практикум по резанию грунтов.-Уч.пособие.-М.: Высш.шк.. 1969.-31 Ос.

60. Головнин A.A. Исследование формирования нагрузки на корчующем роторе. Дисс...канд.техн.наук,Калинин, 1978,-149с.

61. Головнин A.A. О затратах энергии при выполнении технологического процесса машиной МТП-26 // Комплексная механизация и автоматизация торфяного производства: Сб.ст.-Калинин,1976.-с.61-64.

62. Головнина O.A., Головнин А,А, Расчет непрерывной технологической нагрузки на рабочем органе активного роторного корчевателя // Технология,

комплексная механизация торфяного производства.-Килинин:Из-во Калининского ун-та, 1981.-е.131-137.

63. Справочник по торфу / Под ред. канд.техн.наук А.В.Лазарева и д-ра техн.наук. С,С.Крчунова .М.,Недра, 1982.760с.

64. Сопротивление материалов. Феодосьев В.И., Главная редакция физико-математической литературы изд-во-.-Наука,-1974.-560с.

65. Скальский М.У. Исследование виброударного метода для производства корчевальных работ // Лесн.хоз-во.-1960.-№12.-с.40-43.

66. Амарян Л.С. Прочность и деформируемость торфяных грунтов,- М.:Недра, 1969.-192с.

67. Мельников C.B., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов.-2-е изд.перераб. и доп.-Л.: Колос, 1980.-168с.

68. Хайлис Г.А., Ковалев М.М. Исследования сельскохозяйственной техники и обработка опытных данных.-М. :Колос, 1994,-169с.

69. РТМ 23.2.36-73. Основы планирования эксперимента в сельскохозяйственных машинах.-М.: ВИСХОМ, 1974.-116с.

70. Спиридонов A.A. Планирование эксперимента при исследовании

71. Амарян Л.С. Полевые приборы для определения прочности и плотности слабых грунтов.-М.: Недра, 1966.-64с.

72. Резник Н.Е. Теория резания лезвием и расчеты режущих аппаратов.-М.-Машиностроение.-1975 .-311с.

73. Горячев В.И. Основы научных исследований: Учебное пособие.-Калинин: КГУ, 1982.-80с.

74. Кудимов Л.П.,Кусков Ю.Д.,Сафонов Е.К. Технология и комплексная механизация подготовки торфяных месторождений к разработке.-M. .Недра, 1974. -215с.

75. Петров А.Н. Исследование процесса экскавации торфа ковшевыми устройствами на пнистых торфяных залежах, дисс... канд. техн. наук, Калинин, 1975.-161с.

76. Левин В.З. Исследование процесса резания торфо-дерновых ковров лезвием, дис.. .канд.техн. наук,-Ленинград, 1981 .-137с.

77. Поцюнас А.Ю. Торетические экспериментальные исследования процесса резания малоразложившегося торфа, дис... д-ра техн. наук., Каунас. 1973 .-257с.

78. Нагорский И.С. Исследование работы отвала бульдозера при добыче торфа. Автореф. дис... канд.техн. наук, Минск, 1958.-16с. ЦНИИТЭСТРОМ,М., 1968.-332с.

79. Кондратьев A.B. Повышение эффективности работы валковых сепараторов, дис... канд. техн. наук., Калинин,1988.-150с.

80. Кочканян С.М. Обоснование параметров и энергетических характеристик валковых сепараторов торфяных машин. Дис... канд. техн. наук.Дверь, 1993.-148с.

81. Ветров Ю.А. Учет вариации сопротивления грунтов резанию в расчетах и исследованиях рабочих органов землеройных машин. Известия В.У.З. Стр-во и архитектура, 1960,№4.

82. Богатов Б.А., Копенкин В.Д. Математические методы в торфяном производстве.-М.:Недра, 1991 .-240с.

83. Беляков Н.Ф., Николаева Г.Я.,Сторожина A.A. Учебное пособие по основаниям и фундаментам. Харьков, изд-во ХГУ,1966-220с.

84. Глотов Н.М., Завирев К.С. Шпиро Г.С. Основания и фундаменты. М.: Траспорт, 1969.-216с.

85. Кирсанов В.В., Горячев В.Д., Егоров Ю.А. Основы математического моделирования: Учебное пособие.-Тверь: ТвеПИ, 1990.-140с.

86. Веников В.А., Веников Г.В. Теория подобия и моделирования.-Зе изд., перераб. и доп.-М.: Высш.шк., 1984.-439с.

87. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий.-М.: Наука, 1976.-286с.

88. Тензометрия в машиностроении. Справочное пособие/ Под ред. к.т.н. Р .А. Макарова. -М.: Машиностроение, 1975.-288с.

89. Васильев A.B., Рапопорт Д.М. Тензометрирование и его применение в исследованиях тракторов.-М.: Машиностроение, 1963,-339с.

100. Масленников Д.Г. Обоснование размеров прикорневого массива при сплошном корчевании пней на торфяной залежи // Технология и комплексная механизация торфяного производства: Сб.научн.тр. / Под.общ.ред. А.Е.Афанасьева, Тверь: ТГТУ, 1997,с.121-124.

101. Масленников Д.Г., Полетаева Е.В. Автоматизация выбора технологической схемы ремонта производственных площадей добычи торфа // Технология и комплексная механизация торфяного производства: Сб.научн.тр./ Под общ.ред. А.Е.Афанасьева. Тверь: ТГТУ, 1997.-С.124-127.

102. Самсонов Л.Н., Кондратьев A.B., Павлов Ю.Н., Масленников Д.Г. Результаты оптимизации параметров валковых сепараторов торфяных машин // Технология и комплексная механизация торфяного производства: Сб.научн.тр./ Под общ.ред. А.Е.Афанасьева.Тверь: ТГТУ. 1997.-е. 144-146.

103. Положительное решение на полезную модель. Заявка 94014174 от 10.05.95г. МПК: A01G23/06. Корчеватель / Масленников Д.Г., Самсонов Л.Н.