ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИКО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ЛЕСНОГО КОМБАЙНА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СОРТИМЕНТОВ И ПИЛОМАТЕРИАЛОВ

 

Ефимов Ю.В. (МарГТУ, г.Йошкар-Ола, РФ)

 

The underpinning of technique-operational parameters of a harvester combine for timber and saw-timbers manufacture is presented.

 

Патентно-защищаемая конструкция лесного комбайна относится к области лесозаготовок и может быть использована для переработки стоящих деревьев на сортименты и пиломатериалы.

Предлагаемая конструкция лесного комбайна, представленная на рис.1. и рис.2., содержит базовую платформу 1, поворотную платформу 2 с установлен­ными на ней: основной телескопической стрелой 3 с гидроцилиндром 4 и мани­пулятором 5. В верхней части основной телескопической стрелы 3 посредством шарнира 6 и гидроцилиндра 4 крепится телескопическая стойка 7 с опорным захватом 8, верхним захватом 9, раскряжевочным механизмом 10 и сучкорез­ной головкой 11. На манипуляторе 5 смонтирован грейферный захват 12.

Сменный прицеп 13 содержит накопители для обзольного пиломатериала 14, готовой продукции 15 и для сбора сортиментов 16, съемный пильный блок 17 с опорами 18 и опорным эксцентричным колесом 19. Кроме того, съемный пильный блок 17 содержит механизм продольного пиления 20 с толкателем 21 и откидную стенку 22 с пружиной 23 и привод 24.

Лесной комбайн работает следующим образом: по прибытии на лесосеку комбайна, стойка 7 посредством основной телескопической стрелы 3 наводится на нижнюю стволовую часть дерева, ствол захватывается опорным захватом 8 за корневую часть, верхним захватом 9 и сучкорезной головкой 11. Далее рас­кряжёвочным механизмом 10 осуществляется верхний и нижний резы и выпи­ленный сортимент манипулятором 5 с грейферным захватом 12 удаляется из зоны телескопической стойки 7 и подается либо на пильный блок 17 для про­дольной распиловки, либо в накопитель сортиментов 16, при этом ствол при­поднимается и удерживается сучкорезной головкой 11, верхним захватом 9 и опорным захватом 8 на пень. Когда сортимент удален из зоны телескопической стойки 7, ствол под действием сил гравитации опускается вниз, при этом осу­ществляется обрезка сучьев ножами сучкорезной головки 11.

Процесс подачи, разделения и продольной распиловки сортиментов реали­зуется следующим образом. Сортимент грейферным захватом 12 подается в зону съемного пильного блока 17, где производится распиловка вразвал меха­низмом продольного пиления 20. Первый распиленный вразвал пиломатериал выталкивается толкателем 21 в накопитель для обзольного пиломатериала 14, при этом откидная стенка 22 притягивается приводом 24 в положение II. При дальнейшей распиловке привод 24 отключается, и откидная стенка 22 под дей­ствием деформации пружины 23 возвращается в исходное положение I, а тол­катель 21 перемещается в вертикальной плоскости на величину толщины выпи­ливаемых пиломатериалов, затем деловой пиломатериал выталкивается толка­телем 21 в накопитель для готовой продукции 15. Последний распиленный вразвал пиломатериал сбрасывается аналогично первому. Далее процесс цик­лически повторяется до тех пор, пока все сортименты не подвергнутся перера­ботке.

После наполнения сменного прицепа 13, манипулятором 5 происходит подъем съемного пильного блока 17, затем выдвижными опорами 18 произво­дится установка в нерабочее положение, выполняется замена сменного прицепа 13 и цикл повторяется.

Во время работы и при движении дополнительная устойчивость придается за счет опорного эксцентричного колеса 19. Съемный пильный блок устанавли­вается к левому борту сменного прицепа.

Повышение производительности лесного комбайна обеспечивается сокра­щением времени цикла вследствие совмещения операции обрезки сучьев, рас­кряжевки на сортименты стоящего дерева и продольной распиловки сортимен­тов на пиломатериалы. Снижение энергоемкости обеспечивается исключением энергетических затрат на обрезку сучьев и увеличение полезной нагрузки на сменный прицеп за счёт использования съемного пильного блока, исключением последующей транспортировки доли отходов, получающихся в процессе рас­пиловки круглых лесоматериалов на пиломатериал.

Рисунок 1 – Основной вид лесного комбайна

Рисунок 2 – Разрез А-А

 

Часовую производительность лесного комбайна можно рассчитать по формуле:

                                                   (1)

где V – средний объем хлыста, м³; T_ц – время цикла обработки одного де­рева, с.

 (2)

где  – время наводки сучкорезной головки на дерево;  – обрезки сучьев;  – время на сброску вершины;  – количество сортиментов оставляе­мых в круглом виде;  – время на поперечное пиление;  – время укладки одного сортимента;  – количество сортиментов для продольной распи­ловки;  – количество резов продольной распиловки;  – время на продольное пиление; – время укладки пиломатериалов; – время пере­езда между рабочими позициями;  – время переезда между лентами в рас­чете на 1 дерево;  – время смены пильного блока;  – время смены при­цепа в расчете на 1 дерево.

                                                      (3)

где  – длина сучковой зоны ствола;  – скорость перемещения сучкорез­ной головки по стволу;

                                              (4)

где  – длина ствола без учета вершины;  – средняя длина сорти­мента;  – коэффициент, учитывающий долю сортиментов оставляемых в круг­лом виде

                                              (5)

                                             (6)

где  – коэффициент учитывающий долю пиломатериала в общем объеме за­готовки;

                                                      (7)

                                                      (8)

                                                (9)

                                                  (10)

где  – объем прицепа; t – время смены прицепа

Расчетная сменная производительность при среднем объеме хлыста 0,5 м³ и 75% заготавливаемых сортиментов равна 49 м³.

Другим не менее важным показателем является удельная энергоемкость операций, характеризующаяся расходом энергии на 1 м³ заготовленной древе­сины. Удельная энергоемкость лесного комбайна имеет следующий вид:

             (11)

где K,K',B,B',H,H',u,u' – сопротивление резанию, МН/м²; ширина пропила, м; максимальная высота пропила, м и скорости подачи, м/с, соответственно при раскряжевке и при поперечном пилении; m – количество резов при раскря­жевке; N_м– мощность потребляемая манипулятором, кВт; η, η¹ – КПД передач от двигателя к рабочим органам; V_хл, V_сорт – средний объем хлыста и сорти­мента соответственно.

Результаты расчета удельной энергоемкости по выходу конечной продук­ции (пиломатериал на погрузочном пункте) комплектов машин представлены в таблице 1. Для расчета приняты следующие исходные данные: порода ель, по­родный состав 5Е2П3Б, средний объем хлыста 0,5 м³, ликвидный запас 150 м³/га.

 

Таблица 1 – Сравнение удельной энергоемкости комплектов машин

Комплект машин	Удельная энергоемкость по выходу конечной продукции ,кВт*ч/куб.м
Лесной комбайн, МТЗ	12,8
Timberjack 1270B, Timberjack 1410,Передвижная лесопильная ус­тановка"Хускварна"	15,38
ЛП-19А, ЛП-18А, ЛО-120, Передвижная лесопильная ус­тановка "Хускварна"	40,04

 

Расчеты показали, что удельная энергоемкость по выходу конечной про­дукции комплекта машин на базе лесного комбайна в 1,2 раза меньше энерго­емкости комплекта на базе “Timberjack 1270B” и в 3,1 раза меньше энергоемко­сти комплекта машин на базе ЛП-19А.

Предложенная методика расчета эксплуатационных параметров позволит обосновать применение лесного комбайна для производства сортиментов и пи­ломатериалов и дать его объективную оценку как вновь создаваемой машине.