СТРУКТУРА МОДУЛЬНОЙ ЛЕСНОЙ МАШИНЫ

 

Ширнин Ю.А., Онучин Е.М. (МарГТУ, г.Йошкар-Ола, РФ)

 

In this article the structural scheme of modular forest machine is proposed and the necessity of its transformation on 2 levels is well-grounded. Also the examples of structural units with different functions are brought.

 

Проектирование модульных машин для лесозаготовительного производства является актуальной задачей, обусловленной структурными изменениями в отрасли, необходимостью технического переоснащения предприятий, повышения эффективности эксплуатации машин и механизмов. Применение модульных лесных машин позволяет облегчить решение многих задач организации производства в лесных предприятиях, производящих как лесосечные, так и лесохозяйственные работы, а таковыми являются согласно действующему лесному законодательству большинство арендаторов участков лесного фонда.

Разработке структуры специальных лесных машин в рамках исследования их общей компоновки посвящены работы С.Ф.Орлова, В.А.Александрова, Г.М.Анисимова, А.В.Жукова, К.Н.Баринова, Я.И.Шестакова, С.Ф.Козьмина и др. В них авторы уделяют большое внимание обоснованию параметров ходовой части, трансмиссии и рабочих органов машин с учётом их статического и динамического взаимодействия с предметом труда и внешней средой. Ряд вопросов компоновки лесных машин по блочно-модульному принципу также исследован в работах П.М.Мазуркина и Г.М.Анисимова. В указанных работах главным образом исследуется компоновка специализированных лесных машин, предназначенных для выполнения одной или нескольких операций технологического процесса и не учитывается возможность гибкой трансформации машины для более полного соответствия природно-производственным условиям.

Структура модульной лесной машины (МЛМ) является основой для разработки технического задания для проектирования отдельных модулей МЛМ, т. к. отражает их взаимное положение и взаимодействие в процессе её функционирования. Предлагаемая иерархическая структура МЛМ базируется на следующих положениях:

структурная единица МЛМ, обеспечивающая энергией выполнение операций технологического процесса, является универсальной либо для всех операций либо для отдельных групп операций и образует тягово-энергетический модуль (ТЭМ) МЛМ;

для выполнения разных операций технологического процесса МЛМ оснащается различными рабочими органами;

рабочие органы могут агрегатироваться с ТЭМ как непосредственно, так и с помощью установочного модуля (УМ) ‑ вспомогательного шасси, снабжённого универсальной энергосиловой передачей для снабжения энергией рабочих органов; в последнем случае образуется технологический модуль (ТМ) МЛМ.

Функциональный анализ операций лесосечных и лесохозяйственных работ показывает, что перекомпоновка (трансформация) технологических машин возможна и необходима на двух уровнях. Они и определяют иерархическую структуру МЛМ. Первый уровень определяется различием операций в отдельном технологическом процессе предприятия, а второй различием технологических процессов, производимых предприятием, и их сезонным характером. Для каждого уровня характерны особые цели трансформации МЛМ и условия, в которых эта трансформация выполняется. Структура МЛМ может быть представлена в виде схемы (рис. 1).

Трансформация МЛМ на первом уровне преследует следующие цели.

1)      Выполнение последовательности операций технологического процесса комплексом машин на базе одного ТЭМ и нескольких ТМ.

В этом случае МЛМ в производственных условиях последовательно трансформируется для выполнения операций по ходу технологического процесса с созданием межоперационных запасов. Так при заготовке сортиментов механизированным способом на лесосеке могут быть развёрнуты ТЭМ и технологические модули для пакетирования, трелёвки сортиментов, и их погрузки. Трансформация МЛМ в этом случае происходит в следующей последовательности. Первоначально формируется МЛМ для пакетирования и трелёвки и производится перемещение сортиментов на погрузочный пункт. После создания необходимого межоперационного запаса (или завершения трелёвки с данной делянки, лесосеки) МЛМ трансформируется в машину для погрузки и производится погрузка сортиментов на подвижной состав лесовозных дорог с последующей вывозкой.

2)      Достижение лучшего соответствия параметров машины параметрам технологического процесса и предмета труда.

Основные параметры технологического процесса и предмета труда в лесном комплексе зависят от множества природных факторов и носят случайный характер. При этом значения этих характеристик могут варьироваться в широких пределах. Перекомпоновка МЛМ позволяет легко сформировать машину с параметрами наиболее близкими к требуемым путём замены ТЭМ. Так для работы в насаждениях со средним объёмом хлыста 0,4 м³ и более может применятся МЛМ для трелёвки с ТЭМ большой мощности, т. к. в этом случае повышение мощности гарантирует рост производительности и снижение себестоимости выполнения операции; в тоже время в насаждениях со средним объёмом хлыста менее 0,15  м³ большая мощность ТЭМ не обеспечит роста производительности и приведёт только к удорожанию трелёвки, поэтому в данном случае более рационально использовать МЛМ с ТЭМ меньшей мощности. Перекомпоновка МЛМ может быть вызвана не только изменением параметров предмета труда, но также и изменением условий выполнения технологической операции.

Для эффективной работы такого комплекса МЛМ необходимо, чтобы перекомпоновка МЛМ на первом уровне была максимально лёгкой и быстрой, т. к. трансформацию приходится производить одному оператору МЛМ и на время трансформации МЛМ выбывает из технологического процесса. Эти требования должны быть учтены при проектировании соединительного узла ТЭМ и ТМ, конструкция которого кроме того должна обеспечить их надёжное соединение и бесперебойную передачу энергии и информации от ТЭМ к ТМ.

Целью трансформация МЛМ на втором уровне является снижение простоев элементов УМ, на котором монтируются рабочие органы. Эффективность такой перекомпоновки обусловлена сезонным характером ряда работ, выполняемых в лесном предприятии. Так на весенне-летний период на базе УМ, имеющихся на предприятии могут быть сформированы ТМ для выполнения лесохозяйственных работ (обработки почвы, посева семян, посадки сеянцев и саженцев, защиты от вредителей и пожаров и т. п.), а на осенне-зимний период на базе этих же УМ формируются ТМ для лесозаготовительных работ (обрезки сучьев, раскряжёвки, пакетирования-трелёвки, вывозки и т. п.). Такая трансформация уже невозможна в условиях лесосеки, так как предполагает достаточно большой объём разборочно-сборочных и других работ, производить которые должны квалифицированные механики в условиях специализированного механосборочного производства. Выполнение этих условий возможно в подразделениях ремонтно-обслуживающей базы лесного предприятия, а сама трансформация может совмещаться с проведением сезонных технических обслуживаний эксплуатируемой техники.

Анализ ситуации, сложившейся в лесном машиностроении нашей страны в последнее время, показывает, что наиболее рационально реализовать предложенную схему МЛМ на базе колёсного сельскохозяйственного трактора моноблочной компоновки, который в структуре МЛМ выполняет функции ТЭМ. Этот выбор обусловлен рядом как конструктивных, так и экономико-эксплуатационных преимуществ тракторов данного типа перед специальными лесными тракторами применительно к условиям малых лесных предприятий Европейской части России.

Некоторые структурные единицы МЛМ при использовании в качестве ТЭМ колёсного сельскохозяйственного трактора моноблочной компоновки представлена на рис. 2. На первом уровне трансформации возможны различные сочетания ТЭМ и ТМ, а на втором уровне меняется структура ТМ, путём добавления, удаления или замены составляющих его элементов.

Предложенная структура МЛМ позволит в сжатые сроки внедрить в производство комплекс машин, обеспечивающий механизацию лесосечных и лесохозяйственных работ в лесных предприятиях. Экономический эффект применения предложенного комплекса машин основывается на снижении капитальных и эксплуатационных затрат, благодаря более полной и равномерной загрузке самого сложного и наиболее дорого элемента МЛМ – ТЭМ.