Технические науки/3. Отраслевое машиностроение

Ермалицкий А.А.

Белорусский государственный технологический университет, Беларусь

Анализ научных исследований в области повышения

технического уровня лесопогрузочных работ

с использованием перекидных лесопогрузчиков

Совершенствование конструктивных схем машин и технологического оборудования для погрузки древесины неразрывно связано с изучением специфики технологии лесопогрузочных работ, выполняемых при помощи того или иного вида техники. При обосновании параметров новых машин и механизмов решающее значение приобретают анализ и оценка выработанных практикой научных исследований технологических схем организации погрузочных работ.

В настоящее время в зависимости от различных природных, организационно-технологических и технико-экономических факторов погрузка древесины на лесосеках осуществляется фронтальными и перекидными челюстными погрузчиками на базе гусеничных и колесных тракторов, поворотными лесопогрузчиками-штабелерами с грейферным захватом, а также погрузочными устройствами манипуляторного типа, смонтированными на автомобилях.

В связи с высокими темпами развития механизации лесопогрузочных работ возрос и объем научных изысканий в этой области, проведенных на базе ведущих профильных вузов, научно-исследовательских институтов и предприятий лесной промышленности различных государств. Обширные исследования по указанному кругу вопросов представлены работами многих авторов, среди которых можно выделить труды, выполненные под руководством В.И. Алябьева, Н.Т. Гончаренко; П.С. Нартова, В.Ф. Полетайкина, Б.А. Таубера, В.Ф. Ильина и других известных ученых.

Разработке и повышению технического уровня гусеничных погрузчиков перекидного типа посвящены работы В.Ф. Полетайкина, О.А. Стефанова, В.А. Давыденко, В.Г. Кузина, Ю.М. Федорова, С.Ю. Гуськова, В.С. Аверьянова и др.

О.А. Стефанов, Ю.М. Федоров, В.А. Давыденко, Н.И. Созинов, В.Ф. Полетайкин – одни из авторов первых конструкций этих самоходных лесопогрузчиков, по принципу работы не имевших аналогов ни в бывшем СССР, ни за рубежом.

В.А. Давыденко разработал графоаналитический метод оптимального по нагрузкам синтеза параметров схем погрузочного механизма челюстных лесопогрузчиков и рекомендации по усовершенствованию его конструкции, позволяющие снизить статические и динамические нагрузки, действующие на механизм, повысить надежность и технико-экономические показатели машины в целом. Анализ типовой схемы погрузочного механизма позволил установить показатели, определяющие предельные по грузоподъемности положения и наиболее рациональные методы расчета.

Ю.М. Федоров определил оптимальные параметры и рациональные кинематические и конструктивные схемы челюстных лесопогрузчиков перекидного типа на базе специализированных трелевочных тракторов ТДТ-55, ТТ-4 и общепромышленных – Т-100ГП, Т-130, а также их вписываемость в технологию лесосечных работ. Разработал графоаналитический способ определения высоты падения центра тяжести погрузчика и методику расчета нагрузок на оси катков при движении лесопогрузчика с учетом влияния горизонтальных усилий. Им впервые для расчета металлоконструкции перекидных лесопогрузчиков с учетом динамики были проведены теоретические и экспериментальные исследования по определению момента инерции этих машин, установлен коэффициент динамичности при импульсном действии нагрузок.

Теоретическое обобщение и решение научной проблемы разработки и повышения технического уровня широкого класса гусеничных лесопогрузчиков на базе всесторонних исследований рабочих процессов (грузовой ход, разгон, остановка и др.), влияния важнейших конструктивных и эксплуатационных факторов на уровень динамической нагруженности машин и условия работы машинистов-операторов проведены профессором В.Ф. Полетайкиным. В рамках решения указанной проблемы получены значения коэффициентов динамичности нагрузок, определены границы их применения при проектировании, установлено влияние на динамическую нагруженность машины скорости движения, высоты преодолеваемых препятствий, жесткости рабочего оборудования, типа подвески корпуса, податливости груза, условий движения в режиме лесопогрузчика. Впервые исследованы случайные процессы взаимодействия ходовой части с опорной поверхностью, а также процессы внешних возмущений в системе «оператор-сиденье» лесопогрузчика. Получены характеристики процессов, позволяющие прогнозировать нагруженность машины при случайных внешних возмущениях, влияние режимов работы на состояние системы виброизоляции рабочего места оператора. Разработан алгоритм и выполнена оптимизация элементов кинематики рабочего оборудования лесопогрузчика перекидного типа.

Диссертационные исследования С.Ю. Гуськова и В.С. Аверьянова, выполненные в Сибирском государственном технологическом университете, являются продолжением работ В.Ф. Полетайкина по совершенствованию технологического оборудования лесопогрузчиков перекидного типа.

С.Ю. Гуськовым впервые рассмотрен режим движения груза из положения набора в положение укладки с учетом изменения центров вращения груза, режим совместного вращения базовой машины и стрелы, а также режим соударения лесопогрузчика с опорной поверхностью, и разработаны их математические модели. В.С. Аверьяновым усовершенствована кинематика и динамика рычажного механизма поворота захвата гусеничных лесопогрузчиков перекидного типа классов 25–40 кН на основе разработанных математических моделей процесса набора груза, позволяющих выполнять оптимизацию конструктивных параметров этого узла на стадии проектирования.

Ранее исследованием процесса зачерпывания круглых лесоматериалов челюстным захватным органом лесопогрузчиков наряду с другими учеными занимался В.С. Кузин. Им разработаны методики определения силовых и энергетических показателей процесса зачерпывания и динамических и полных нагрузок, действующих на челюстной захват, навесное оборудование и базовую машину при внедрении захвата в штабель лесоматериалов.

Вопросы оптимизации погрузки хлыстов челюстными машинами и эффективности взаимодействия этих погрузочных средств с лесотранспортной техникой нашли отражение в работах В.И. Алябьева, М.М. Померанцева, А.Г. Якунина, В.В. Никитина, В.П. Егорова и др. авторов.

А.Г. Якунин составил и проанализировал математические модели различных вариантов организации работы челюстных погрузчиков на лесосеках, исследовал влияние различных организационно-технологических факторов и основных параметров погрузчиков на эффективность функционирования системы «погрузчики-автопоезда». Установлено, что потоки автопоездов на погрузочные пункты обладают свойством ординарности, стационарности и отсутствия последействия, распределение числа прибытий автопоездов на погрузочные пункты подчиняется закону Пуассона, а распределение времени погрузки автопоездов чаще всего подчиняется закону Эрланга. В результате проведенных исследований разработана методика оптимизации процесса погрузки хлыстов челюстными погрузчиками на лесовозные автопоезда, предусматривающая определение оптимального расстояния между погрузочными пунктами, оптимального коэффициента загрузки погрузчиков, оптимального соотношения эксплуатируемых в системе автопоездов и погрузчиков, а также оптимального способа организации работы.

В.В. Никитиным выполнены теоретико-экспериментальные разработки по совершенствованию технологического взаимодействия автопоездов и погрузочно-разгрузочных машин на лесотранспорте, включающие: структурный анализ и систематизацию технологии вывозки древесины; комплекс математических моделей и алгоритмов оптимизации графиков движения автопоездов и межоперационных запасов; методику выбора технологических вариантов взаимодействия автопоездов и погрузочно-разгрузочных средств.

В.П. Егоровым были проведены исследования взаимосвязи погрузки и вывозки древесины в леспромхозах Урала с анализом эффективности внедрения диспетчерской радиосвязи на лесовозных дорогах.

Научные исследования по совершенствованию технологических процессов погрузки древесины с позиций техники безопасности проведены С.И. Кожуриным, В.С. Цибизовым и другими учеными.

С.И. Кожурину принадлежит разработка математической модели технологического процесса погрузки леса с позиций травмоопасности, позволяющая прогностически оценить меру опасности не только применяемой технологии погрузки на базе серийно выпускаемых лесопогрузчиков, но и перспективных процессов и машин на стадии проектирования и внедрения опытных образцов. Им обоснованы направления совершенствования конструкции погрузчиков в части увеличения пределов досягаемости рабочего органа, улучшения обзорности с рабочего места машиниста, оборудования кабины поворотным сиденьем и дублированным управлением.

Обобщение результатов работ, проведенных учеными профильных научно-исследовательских институтов и ВУЗов стран СНГ, а также разработчиков гусеничных челюстных лесопогрузчиков перекидного типа, показывает, что к настоящему времени различные исследования процессов погрузки в лесной промышленности позволили оптимизировать конструктивные и технологические параметры данных машин преимущественно с позиций необходимости повышения их производительности и мощности. Однако на современном этапе развития лесозаготовительной отрасли критерии конструктивного совершенства техники не могут являться определяющими при выборе технологии проведения работ. Во главу угла ставятся вопросы взаимовлияния социально-экономических, природно-производственных и др. факторов.

Оценка технико-экономической эффективности новых или модернизируемых средств механизации зачастую производится недостаточно дифференцированно, путем сопоставления их расчетных или (и) экспериментальных эксплуатационных показателей с существующими аналогами. Отсутствует многовариантный подход к решению вопросов организации лесопогрузочных работ.