НАПРАВЛЕНИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ЭКОЭФФЕКТИВНОСТИ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ

 

Дроздовский Г.П., Шоль Н.Р., Юсенхан В.И. (УГТУ, г. Ухта, РФ)

 

The Scientific studies in the field of ecologies of the ambience industrial wood-uses. Increasing to ecological efficiency and safety of the using the timber machines. The Criteria of the estimation of the ecological interaction forming system "machine - terrain" and value refusal element of the hydraulic drive their element.

 

В концепции развития лесного хозяйства Российской Федерации до 2010 года, приоритет отдан Северо-Западной части России и Сибири. Экологическая политика лесозаготовительных регионов должна ориентироваться на сохранение максимальных условий естественного продуктивно – качественного лесовозобновления  лесных  сырьевых ресурсов после проведения промышленного лесопользования. Значительный объем лесозаготовительных работ смещен в зоны лесосек 3 – 4 категории поверхности (более 70%), экологически неустойчивы к внешнему воздействию. Они характеризуются слабонесущей прочностной способностью, значительной деформируемостью, переувлажнением и композитным составом (минеральные и биологические компоненты почвы). Поэтому определены следующие цель и задачи направленности исследований: цель – повышение экоэффективности и экологической безопасности в процессе применения лесозаготовительных тракторов с гидроприводом технологического оборудования; комплексная задача – обоснование новых структур базовых тракторов, ходовых систем, привода технологического оборудования.

Конкретно, комплексная задача научных исследовании включает следующие направления (обеспечение экологической эффективности использования лесных машин):

1. Проведение научных исследований процессов вариации прочностных параметров поверхности (грунт – почва) лесосек.

2. Теоретические и экспериментальные исследования нового принципа взаимодействия гусеничного движителя с поворотными грунтозацепами (ПГ) с деформируемой поверхностью лесосек или снежным покровом для увеличения коэффициента сцепления, снижения буксования.

3. Разработка критерия оценки уровня экологического взаимодействия тракторов с гусеничным обводом ходовой части с деформируемой поверхностью лесосек в условиях варьирования параметров системы "местность – машина".

4. Разработка направлений оптимизации процессов проектирования тяговой базы лесозаготовительных машин и новых структур опорно-ходовых систем для выполнения экологических требований.

5. Разработка новых критериев функциональной надежности и критичности отказов элементов гидросистем привода технологического оборудования лесозаготовительных машин на базе ГОСТ  27.310-95 "Анализ видов, последствий и критичности отказов" (АВПКО). 

Для обеспечения экологической безопасности в процессе применения гидропривода решаются следующие задачи:

1) Обоснования и разработки новых способов тестового диагностирования наиболее критичных элементов гидросистем (золотниковые гидрораспределители и рукава высокого давления – РВД) для определения текущего технического состояния и прогнозирования остаточного ресурса до разрушения и потери герметичности.

2) Разработка систем предотвращения выброса гидрожидкости в окружающую среду при аварийной разгерметизации гидросистемы.

Применение лесных технологических машин наносит существенный экологический урон природной экосреде за счет разрушения поверхности лесосек.

Основными факторами разрушения поверхности лесосек являются – образование глубокой колеи от действия опорных элементов ходовой части машин в процессе движения с буксованием, особенно при экологически – критических тяговых режимах движения при вывозке древесины, разрушении колеи при маневрах машин.

Отличительной особенностью теоретических исследований по первой части задач является определение закономерностей вариации прочностных свойств деформируемой поверхности с учетом двух природно-естественных факторов: показатель консистенции грунта – почвы  и глубины деформируемого слоя   (м). Первый фактор зависит от состава поверхности лесосек и уровня влажности  (15,5 – 40%) и определяет уровни прочностных параметров поверхности , где  несущая способность грунта, коэффициент зацепления частиц структуры грунта – почвы;  угол внутреннего трения, влияющих на формирование сил тангенциального отпора поверхности и коэффициент сцепления. Второй фактор – толщина деформируемого слоя   определяет сложные неголономные процессы его деформации по глубине,

Указанные факторы в значительной степени определяют экологическую нестабильность поверхности и влияют на опорно-тяговые свойство машин и их проходимость. С увеличением   и    растет глубина колеи , увеличиваются силы сопротивления движению и буксование. Проведен теоретический анализ закономерностей вариации указанных факторов [1]. Также проведены исследования экологически – критических режимов взаимодействия тракторов с деформируемой поверхностью.

С учетом модуля осадки   и реального коэффициента  неравномерности распределения удельного давления двигателя трактора по длине опорной поверхности (), разработан теоретический критерий оценки уровня экологического взаимодействия в системе  в виде [2]

                                                   ,                                 (1)

где  - критерий проходимости,  коэффициент сцепления до начала буксования.

Разработанный критерий  позволяет дать оценку уровня экологического взаимодействия в системе "местность – машина" и оптимизировать требования к параметрам ходовой части тракторов (деформатора в опорной зоне взаимодействия), обосновать рациональную технологию перемещения сырья в пределах лесосеки.

Одним из факторов снижения экологической нагрузки тракторов на поверхность являются исследования применения дополнительных поворотных грунтозацепов (ПГ) гусениц, взаимодействующих с деформируемой поверхностью по принципиально новому алгоритму (искусственное уплотнение грунта в тангенциальном направлении). Создается дискретный опорный слой поверхности, повышается коэффициент сцепления  (в 1,5 – 2 раза), снижается буксование обвода (увеличивается  на начало буксования) и повышается коэффициент использования тяги трактора и его проходимость.

Разработана теория формирования уровня коэффициента сцепления в этом алгоритме взаимодействия [3]. Практической значимостью проведенных теоретических исследовании является оптимизация проектирования систем ходовых частей с гусеничным обводом модульно – сочлененных тракторов.

Второе направление содержит комплекс исследований по обеспечению экологической безопасности в процессе применения гидропривода в условиях реализации большого давления (), знакопеременной динамической технологической нагрузки, частых переходных процессов управления с выбросом давления в гидросистеме, интенсивных процессов износа и старения эластомерных элементов (РТИ, РВД).

По направлению обеспечения экологической безопасности:

- разработана новая структура понятий надежности (введены качественные показатели надежности);

- на базе анализа структур гидросистем современных лесозаготовительных машин и требований ГОСТ 27.310-95 разработаны коэффициенты функциональной значимости  гидроэлементов; показатели функциональной надежности гидроэлементов гидросистемы  и гидросистемы  соответственно в виде [4]:

                                                           ,                                         (2)

где - коэффициент отказов  элементов, и

                                                                                        (3)

По параметрам , ,  обоснован показатель критичности отказов  гидроэлементов, с учетом интенсивности отказов  по анализу эксплуатационной надежности гидроэлементов в составе гидропривода и гидросистемы в виде:

                                                                       (4)

Согласно расчетам по разработанной методике наиболее критичными по нарушению экологической безопасности являются гидрораспределители, трубопроводы и РВД. Это позволяет обосновать необходимость разработки систем их тестового диагностирования. Проведены разработки методик и стендов выполнения экспериментальных исследований по определению вариаций диагностических признаков в функции наработки, отражающих степень износа сопряженных деталей распределителей и старения РВД. Для распределителей диагностическим признаком является величина утечки гидрожидкости через зазор сопряжения "золотник  - втулка" на турбулентном режиме движения жидкости. Для РВД – изменение частоты собственных колебаний и радиальной податливости (вариация объемной вместимости) в функции наработки.

Получены патенты на способы диагностирования, стенды искусственного износа и  старения, стенды проведения диагностических исследований (патенты № 901676, 1393943; авторские свидетельства № 1255772, 1280356).

Направление обеспечения экологической безопасности экосреды от аварийных выбросов гидрожидкости включает разработку устройств перекрытия напорной линии насоса от поврежденных гидролиний с отводом жидкости по аварийной гидролинии в бак (авт. свид. № 1267073; 1368507; 1460440; 1476210; 1657779; 1760193; 1733786).

Таким образом, научные исследования по обеспечению экоэффективности и безопасности применения лесных машин позволяют обосновать необходимые алгоритмы проектирования их элементов и оценки взаимодействия в системе "местность – машина".

Библиографический список

1. Дроздовский, Г.П. Исследование влияния параметров грунта на критерий оценки экологического взаимодействия в системе "местность – машина" [Текст]/  Г.П. Дроздовский // Актуальные проблемы лесного комплекса: сборник научных трудов по итогам МНТК №16. – Брянск: БГИТА,  2006. – С. 11 – 15.

2. Дроздовский, Г.П. Критерий оценки экологического взаимодействия гусеничных лесных машин с поверхностью лесосеки  [Текст] / Г.П. Дроздовский, Н.Р. Шоль // Актуальные проблемы лесного комплекса: сборник научных трудов  №21. – Брянск: БГИТА, 2008. – С. 195 – 200.

3. Дроздовский, Г.П.Определение коэффициента сцепления гусеничного обвода движителя лесной трелевочной машины с деформируемой поверхностью при различных способах их взаимодействия [Текст]/  Г.П. Дроздовский // Актуальные проблемы лесного комплекса: сборник научных трудов по итогам МНТК №120. –Брянск: БГИТА, 2007.- С. 33-38.

4. Дроздовский, Г.П. Обеспечение функциональной надежности элементов гидропривода оборудования лесных машин их тестовым диагностированием [Текст] / Г.П. Дроздовский, В.И. Юсенхан // Актуальные проблемы лесного комплекса: сборник научных трудов  №21. – Брянск: БГИТА, 2008. – С. 200 – 206.