На правах рукописи Мукосей Марина Владимировна ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРИВОДОВ ЛЕСОЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ МАШИН 05.21.01 – Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Архангельск – 2007 2 Работа выполнена в Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им.С.М.Кирова. Научные руководители: доктор технических наук, доцент Гусейнов Э. М., кандидат технических наук, ст.н.с. Емельянов В. П. Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, Митрофанов А. А., кандидат технических наук, ст.н.с. Клименко Н. Ф. Ведущая организация: Петрозаводский государственный университет Защита диссертации состоится 22 марта 2007 года в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д. 212.008.01 при Архангельском государственном техническом университете по адресу: 163002, г.Архангельск, наб. Северной Двины, 17, ауд. 1228. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Архангельского государственного технического университета. Автореферат разослан февраля 2007 года. Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент А.Е. Земцовский 3 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Современная тенденция лесозаготовок в Российской Федерации – сохранение лесных ресурсов в малолесных районах путем проведения несплошных рубок и рубок ухода за лесом машинами с полным выполнением лесоводственных требований. Более того, эти машины и агрегаты должны соответствовать динамическим требованиям, поскольку динамическая нагруженность определяет производительность, долговечность и экономичность машин. Реализуется современная технология заготовки леса (первичной обработки деревьев) на несплошных рубках в сортименты. Группу машин без совмещения технологических операций представляют сучкорезные машины (СРМ). Однако интенсивнее создаются многооперационные машины: валочно-сучкорезные, сучкорезнораскряжевочные и валочно-сучкорезно-раскряжевочные. Примером развития современных технологий служат страны Скандинавии (Финляндия, Швеция и др.), реализуемых харвестерами и форвардерами. Основным рабочим органом первых машин является сучкорезно-раскряжевочный агрегат. Системное моделирование технологических процессов срезания сучьев, раскроя и раскряжевки хлыстов представляет актуальную задачу совершенствования новой техники и повышения эффективности ее функционирования. Оно позволяет определять закономерности функционирования агрегатов и всего привода (силовой подачи) первичной обработки дерева, устанавливать динамическую нагруженность, решать задачи функционального анализа и параметрической оптимизации. Суть в том, что вибронагруженность динамической системы, ее устойчивость и функционирование определяют внешнее воздействие, структура, оптимальные или рациональные параметры и характеристики упруго-диссипативных связей. Цель работы заключается в обосновании рациональных структур первичной обработки дерева и определении оптимальных или рациональных параметров, минимизирующих вибронагруженность приводов. Для достижения этой цели в диссертации решались следующие основные задачи: 1. Проанализировать качество древесных стволов (хлыстов), средства и способы раскроя хлыстов и срезания сучьев. 2. Разработать модели гидро- и электроприводов протяжки и раскряжевки дерева. 3. Исследовать вибронагруженность приводов в пусковых и установившихся режимах функционирования. 4. Установить расчетные параметры приводов, минимизирующие их вибронагруженность. 5. Апробировать теоретические положения экспериментально на специальном стенде протяжки деревьев. 4 Решение поставленных задач осуществлялось аналитическими методами моделирования, операционного исчисления Лапласа пусковых процессов и спектральной теории стационарных случайных процессов установившейся протяжки дерева. Научная новизна исследования: 1. Развита обобщенная модель СРМ с гидроприводом ее декомпозицией на подсистемы и аппроксимациями внешнего воздействия единичного, полигармонического и случайного характера. 2. Установлены функциональные закономерности нагруженности гидропривода в пуско-тормозных и установившихся режимах протяжки. 3. Разработана динамическая модель гидроприводной раскряжевки дерева с аппроксимацией внешнего воздействия и режимов пиления. 4. Установлены закономерности нагруженности гидропривода в трех режимах поперечного пиления. 5. Разработана трехмассовая модель раскряжевочной установки с дисковой пилой, электроприводом и упруго-диссипативной муфтой. 6. Определены функциональные закономерности нагруженности электропривода в различных режимах поперечного пиления дерева. 7. Разработаны динамическая модель СРМ с электромеханическим приводом и ее упрощенные варианты. 8. Установлены закономерности функционирования и нагруженности электропривода протяжки дерева и рациональные значения параметров. 9. Установлены динамические характеристики гидро- и электропривода протяжки дерева, а также закономерности их стационарного функционирования. 10.Определены закономерности изменения инерционно-жесткостных параметров консольно-протаскиваемого дерева с упругим и амортизированным стволом. Обоснована возможность исследования стационарного случайного процесса протяжки со средней инертностью обрабатываемой части дерева. Практическая значимость работы: 1. Исследованы способы раскроя хлыстов на предприятиях, а также автоматизированные способы и предложена кусочно-линейная оптимизация их раскроя. 2. Выявленные рациональные структуры и квазиоптимальные параметры систем протяжки и раскряжевки минимизируют их динамическую нагруженность. 3. Предложеная эффективная горизонтальная модель обработки спиленного дерева без его подъема и съема агрегата отражает простейшую и экономичную технологию первичной обработки дерева. 5 4. Установленные параметры гидро- и электроприводов и рациональные режимы их функционирования обеспечивают минимум их вибронагруженности. 5. Экспериментальные исследования протяжки деревьев различных параметров при различной податливости гидросистемы подтвердили теоретические положения нагруженности привода и расчетные параметры упруго-диссипативных связей. Достоверность результатов. Максимальное расхождение теоретических и экспериментальных исследований нагруженности гидропривода не превышает 18 %. На увеличенное расхождение оказало влияние обнаруженное повышенное трение в редукторах рябух. Изменение средней инертности дерева при протяжке одного сортимента не превышает 5 %, а всего 20-метрового дерева от исходного значения – 30 %. Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научно-технических конференциях Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С.М. Кирова в 2003-2007 гг. Научная работа по теме является победителем конкурса грантов 2006 г. для аспирантов (диплом Правительства Санкт-Петербурга АСП № 306151). Основные результаты исследований рекомендованы к внедрению в ЦНИИМЭ. Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6 печатных работах. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и приложения. Изложена на 157 страницах машинописного текста, включая 10 таблиц и 36 рисунков. Список используемых источников состоит из 90 наименований. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены цель работы, научная новизна и практическая значимость. В первой главе излагается состояние первичной обработки дерева. Анализируются средства и способы срезания сучьев, приводится классификация и характеристика машин, дается анализ работ по обрезке сучьев. Вопросам механизированной обрезки сучьев посвящены работы Б.Г. Залегаллера, К.О. Вороницина, Л.Г. Дорофеева, Е.В. Кириллова, Н.А. Шипилина, И.И. Клокова, В.С. Сюнёва, А.А. Селиверстова и др. Динамику СРМ исследовали М.Я. Обросов, В.В. Сенников, В.И. Варава, Н.А. Гуцелюк, С.В. Спиридонов, В.А. Александров, Н.Р. Шоль, Е.А. Будевич. 6 Изучение дерева как объекта труда выполнено в ЦНИИМЭ В.С. Брейтером, Р.М. Некрасовым, Э.А. Павловым и др., а качества древесных хлыстов – А.Н. Кармадоновым, В.К. Захаровым, Л.А. Нестеровым, И.И. Гусевым и др. Измерению размеров хлыстов посвящены работы В.С. Петровского, Г.А. Степакова, Ю.А. Бита, В.В. Харитонова, и др, а способам их раскроя – В.А. Червинского, И.П. Смирнова, И.Е. Емельянова и др. Из анализа выполненных работ по первичной обработке дерева определена наименее изученная и актуальная тема: исследование вибронагруженности и эффективности функционирования приводов сучкорезно-раскряжевочных машин. Во второй главе излагается исследование гидроприводного срезания сучьев. Структурная модель силовой передачи обосновывается расчетными параметрами, внешним воздействием и переводится в эквивалентную (рис. 1). соответствующие уравнения динамического состояния в координатах φН, р, φа = 5φМ, VМ = 5VН : , p pm , J M V / 2 p H H H H H H .. . , J 25 V / 2 p 5 M 5 M М a M a O C T .. . (1) V / 2 e р p 0 O H a O - , V = V0 , JН, JМ, βН, βМ – приведенные к валам насоса и мотора параметры инертности и диссипации двух блоков-роторов системы, е, β0 – податливость напорной магистрали и параметр объемных суммарных потерь, МН, МТ, МС – приведенные значения движущего момента и сопротивления трению и срезанию мутовок. MH βH βM H JH φH p ММ M JM φМ Рис. 1. Эквивалентная модель гидропривода СРМ. O МНО5MTO 5 M C ,1 ПускгидроприводаСРМисследованприβО=0,Оc,nt 11 операционнымисчислениемЛапласавформе 11 M M J JHM M Карсона по операторно-матричной системе (2), где s – оператор Лапласа: 7 2 S s V / 2 J 1 e s O O 11 O . (2) sV / 2 es 0 O 1 КрутящиймоментгидроприводаM(VO/2)pприпускепропорционаленпарциальнойинертностиJHM(,)множителюω0νивнешнемувоздействиюε0,1.Торможениедереватрениемотприжимарябухиножейограничено: O ,s 0,38мприυП=3м/с.Усилениеторможениядостигаетсяотключениемнасосаизапираниемжидкостипередгидромотором. 1 инертностиJHM(,) множителюω0νивнешнемувоздействиюε0,ε1.Торможениедереватрениемотприжимарябухиножейограничено: O ,s 0,38мприυП=3м/с.Усиление дерева трением от прижима рябух и ножей ограничено: O , s 0,38м при υП=3 м/с. Усиление торможения достигается отключением насоса и запиранием жидкости перед гидромотором. В установившемся режиме протяжки сложное вращение условных роторов i C i , i разлагается на переносное и относительное: i Ct i , i i . При этом выделяются уравнения крутильного равновесия C O M ( V / 2 ) p 0 , 2 ( M M )и возмущенных моментами M H (t ) , M C (t ) H 0 C T C крутильных колебаний с заданной спектральной плотностью. Дисперсия давления обратнопропорциональна податливости е магистрали и малой диссипации в ней, а также низшим гармоникам возмущения ω0, ω1, 0 1 пропорциональна квадратам амплитуд M H , MC низших гармоник. На рис. 2 max построеныграфикифункцийσР(е),σР(h2)примаксимальномихзначенииР(2.,5).PИзграфиковследуетменьшаянагруженностьвар.1и3приυП=3м/с,атакжерациональныепараметрыгидроприводае≈0,3см5/Н,h2≈3с-1.Однакоприh2=2с-1реализуютсямощные 1 резонансные пики давлений. Поэтому желаемая диссипация определена равной h7c, J . σР, МПа 3 2 1 2 3 1 0,1 0,2 0,3 е, см5/Н 0 1 2 3 4 h2, с-1 Рис. 2. Графики функций σР (е), σР (h2) при скорости протяжки дерева υП=2 и 3 м/с. Экспериментальные исследования срезания сучьев проводились на разработанном в ЛТА стенде протяжки с варьированием d, D, m и ПГА, 8 Vа=2,3л. Аппроксимация кривых полиномом второй степени уточнялась методом наименьших квадратов. На рис. 3 в частности приведены кривые р(d). С увеличением податливости <е> давления p(t) снижаются, а с увеличением диаметра сучков увеличиваются. Расхождение с расчетом менее 18 %. Осциллограммы рабочего процесса подтвердили особенности пускового и установившегося процесса протяжки, включающего переносное движение и относительные колебания, в первую очередь давления p(t) в магистрали. ð, Ì Ï à 18 0 pm 12 1 pm 0 1 pm 6 15 pm 20 25 30 d, ñì Рис. 3. Графики функций р(d) без ПГА (0) и с ПГА (1). В третьей главе приводятся исследования измерения и раскроя древесных хлыстов. Предложена кусочно-линейная аппроксимация образующей хлыста с учетом стандартных длин l K , li , i 1,2 и сбегов K , i концевых и средних сортиментов при длине L и сбеге h распиловочной части: L3lKzi,h . (3) i1,2 L LLP от расчетной при z i 2 z , i даетпростуюоценкумаксимальноговыходаделовойдревесины:z3lK/2.Длязаданныхсреднихвеличин,KLOh выражения(3)можнообъединить Минимизация отклонения 1/K Lz1l2, .1 (4) 1OK По формуле (4) и соответствующей таблице для замеренной раскроечной длины хлыста L в клетке выбирается желаемый раскрой средней части и две длины различного числа. 3l2 L13 L23 L33 2l2 L12 L22 l32 1l2 L11 L21 L31 1l1 2l1 3l1 l1 = l2 = О К 9 H w Í y0 RC x0 y0 P0 a H C r w Í Ìï PÑÏ ym fH a PH D0 r çâ L0 q H Измерения и анализ качества раскроя хлыстов на предприятиях показали, что содержание пиловочной древесины в балансах – случайная величина, зависящая от средств раскроя, сортиментного плана и качества древесины. Анализом автоматизированного способа измерения размера и раскроя хлыстов выявлено, что использование одного-двух датчиков дает отклонения реального результата от расчетного. Использование трех и более датчиков ощутимо снижает эти отклонения, но усложняет измерения при немалой стоимости измерителей. В четвертой главе диссертации излагаются исследования раскряжевки и протяжки дерева дизель-гидравлическим и электромеханическим приводами. Геометрическое и технологическое моделирование поперечного пиления цепной пилой частично отражено на рис. 4, x0 Рис. 4. Схемы поперечного пиления ствола цепной пилой: а – схема компоновки пила-ствол, б – геометрия пиления. где РН, Р0 – усилия подачи и отжима, РП, МП – усилие и момент протяжки, , Н – центральные углы пиления ствола и подачи оси пильной шины, Н, r, R0 – высота хорды, радиусы ствола и оси шины. а) б) 1 0 q Ï q Ï =cnt q Í PÍ =cnt q Ï Í =cnt PÏ PÍ PÏ NÏ PÍ NÏ NÏ NÏ Ñ 0.5D D H Î 0.5D D H Рис. 5. Основные режимы поперечного пиления ствола: а – Н = cnt, б – РП, РН = cnt. Выделены три значимые реализации характера пиления: Н = cnt, РП = cnt, РН = cnt (рис. 5 а, б). Хорда пиления Н(α) аппроксимируется характерной функцией времени H = 2r sin α/2 = r(1 – cos ωПt), 0Пt 2, П 2 c-1. (5) При этом приведенный к валу мотора момент сопротивления iM r / D 3 41 0 , 5 61 ММС0(1c,ot)s M 0 Ц 0 Нм, -1 ω = ωп / iм = 2π/3 = 2 с , ωt ≤ 2π, τп = 3 с. (6) Выражение и изображение по Карсону прямоугольного импульса ММП0[(t),] τ = 1 с, ММП(s)01es,t М0 = iМц = 3·41 = 123 Нм, где η(t) – единичная функция Хевисайда. Движущий момент ДВС разлагается в ряд Тейлора для iH = 1: МНдСд, Нy[dМд/.]HC (7) В итоге уравнение динамического состояния гидропривода пильной цепи по эквивалентной модели (рис. 1) д y д M J М ( V /2 ) p ,M H С Н H H H Н Н Н 0 M ( 1 cos t ), t 2 J ( V /2 ) p M ,M M 0 M M M M 0 M д y ( V /2 )( ) e p p , 0 ,p p 20 МПа , , 0 H M 0 0 m Н Н Н (8) д y где M,Н,H - приведенные значения параметров диссипации в пильной цепи, двигателе и движущем моменте. 0 Мдcnt БезмалойдиссипациидлянулевыхНУ,кроме0 Н 0иН0система(8)упрощаетсядооператорно-матричноговида,гдеs–операторЛапласа: s 2 2 J M M J ( 1 e ) H 0 H M Js V / 2 Js 0 0 22 J J s (9) ( V / 2 ) ses 0 0 1 1 Система получена весьма гибкой ввиду JM JH с критерием нагруженности 2 с J2 ( V / 40 e ). В режиме поперечного пиления Н = cnt <p(t)> или M 0 m Pm1.02,МПа P МПа .Снижениедавлениядостигаетсямалойскоростьюω0включениягидронасоса,гибкостьюпривода(е=0,2см5/Н,ν=8с-1)исущественнымрасхождениемчастотω2<<ν2.Приω=νрω(t)→∞.ВрежимеРП=cnt,НН=cntрm1.4М8Па,аврежимеРН=cnt–вышеP(2,4156)МПа.ЗасчетинтенсивногосниженияНприРН=cntреализуютсябольшиенагрузкивначалеивесьмамалые–вконцецикла. 19 Разработана трехмассовая модель раскряжевочной установки с дисковой пилой, электроприводом и упругодиссипативной муфтой. На рис. 6 приведена схема взаимодействия пила-ствол, где обозначены: PП , РН , Р0 – усилия пиления, подачи и отжима, GП , GР – вес пилы и рычага, ω, ωН – угловые скорости пиления и подачи (надвигания). ÐÑ Ï Ì ÐÍ Ï P0 C ÐÏ R0 Gä H 0 PØ GP Рис. 6. Схема взаимодействия пила-ствол. Движущий момент (7) подключается при ω0 = 0, а сопротивления пилению – Нм 0 400 по закону (6) M . Уравнения динамического состояния раскряжевочной системы С С J с ( ) M , М cnt , t 2 , 1 1 1 1 1 2 д д J с ( ) М , М М ( 1 cos t ), 2 2 2 2 1 2 П П 0 H P P P P ( G G / 2 ) sin k P k P ( G G / 2 ) sin JH H 0 д p H H 0 П д p R 0, , / 4 . При малой диссипации выделяется уравнение относительных крутильных колебаний привода 1 2 : 2 С 1 М / J M / J , J J J / J , C / J 11 c . (11) д 1 0 2 1 2 Критериями нагруженности приняты главный момент сил инерций и упругая реакция муфты. Последняя обязывает упругодиссипативную муфту, например, 1 2 резинокордную ГОСТ 20884-82. Нагруженность электропривода изучена операционным исчислением по характерным (экстремальным) режимам: М 1 = 770 Нм, М2 = 1200 Нм, М3 = 100 Нм. Она почти в четыре раза выше гидропривода за счет увеличенного в 6,5 раз момента пиления ствола при снижении в 1,4 раза гибкости системы. Затраченные мощности одинаковы ввиду уменьшенной угловой скорости дисковой пилы. В режиме пиления РН cnt получены одинаковые динамические качества с цепной пилой: при увеличенной в 3,2 раза внешней нагрузке в 3,2 раза возросла максимальная реакция. В режиме пиления РН cnt выявлен неустойчивый расходящийся процесс как за счет нарушения критерия устойчивости (h 0), так и кратности частот ≈ . Разработана динамическая модель СРМ с электромеханическим приводом. В ней отсутствует флуктуационное возмущение от двигателя, но в стационарном режиме протяжки движущий момент также разлагается в ряд Тейлора, а срезание мутовок – в ряд Фурье с выделением среднего и флуктуационного моментов. Уравнения кинетостатики СРМ J с M , , 1 1 д 1 2 (12) J с ( M M ) 2 2 C T упрощаются выделением крутильных колебаний J C М ( М М ) , J J1J2 / J. (13) 1 д 2 С Т В установившемся режиме протяжки сложное вращение ротора φi e заменяется суммой переносного i Ct и относительного ψi движений, а С средние моменты уравновешиваются , МдсСРТ. В пусковом режиме критерием нагруженности служит упругая реакция муфты. Ее максимум в двух экстремальных режимах (М1 = 407 Нм, М2 = 336 Нм) находится на уровне гидропривода. Для торможения также требуется дополнительное трение. В стационарном процессе протяжке критерием нагруженности служит дисперсия упруго-диссипативного момента муфты. Она пропорциональна жесткости с и квадрату внешнего воздействия М1, обратна основной гармонике 11 и инертности J привода. Расчетная диссипация в муфте сJ , а жесткость с0,1J12 . При выполнении условия 1 целесообразно уточненное выражение спектральной плотности срезания мутовок с малым спектром в низкочастотной области 1 . Для него получен вдвое меньше оптимум диссипации 0 (0 1Нмс )иещеменьшеминимумвибронагруженности,МDM1,5Н6.мВгидроприводесэтимспектромвибронагруженностьтакжениже,норасчетнаядиссипациявыше(h 0,5 )поограничениюсверхупри отсутствии экстремума реакции при 1 . 1 3 Технико-экономическая оценка структур и параметров приводов протяжки дерева осуществлялась по графикам зависимости М(, с, J) рис. 7а и М(, h, 1) рис. 7б. По графикам уточняются рациональные (квазиоптимальные) параметры: а – с 40 Нм, J 0,3 кгм2, = 10…14 с-1, = 0,4…1 Нмс, 1 100 с-1; б – 14 с-1, h 2 с-1 , 1 100 с-1. Ниже отмеченных значений 1 , h, и выше для = 0 нагруженность приводов резко возрастает. При этом допустимый максимум М в гидроприводе в 1,5 раза выше, чем в электроприводе. а) s Ì ,Í ì 4 3 s Ì (w 1) s Ì (Ñ) s ) Ì (b 2 1 s Ì (J) 0.1w 1 ,ñ 10 Jêãì -1 0 6 8 10 2 0.1Ñ, Í ì ;10b ,Íìñ б) s Ì ,Í ì 8 6 s ) Ì (u s Ì (h) 4 2 s Ì (w 1) 0 4 8 12 16 20 0.1w 1 ,ñ -1 n , ñ ;5h, c -1 -1 Рис. 7. Графики зависимости среднеквадратичного крутящего момента электро(а) и гидропривода (б) от их параметров. Оценка по вибронагруженности дополнена оценкой по долговечности (рис. 7 8) ТСЛТеN0, N0 10 , Те2М/ , (14) где Т е - эффективный период нагружения. а) б) 1 4 Òå ,ñ Òå ,ñ 0.4 Òå (n ) 0.3 0.4 Òå (h) Òå (h) 0.3 0.2 Òå (w 1) Òå (n ) Òå (w 1) 0.1w 1 ,ñ -1 -1 n , ñ ;10h, c -1 0.2 4 12 8 16 20 0.1w 1 ,ñ -1 n , ñ ;10h, c -1 0.1 4 12 8 16 20 -1 Рис. 8. Графики зависимости эффективного периода нагружения электро- (а) и гидропривода (б) от их параметров. Из графиков (рис. 8) следует почти линейное нарастание долговечности систем с уменьшением определяющих параметров. В среднем уровень Т е в гидроприводе в 1,4 раза ниже, чем в электроприводе. В пятой главе обосновываются интегральные параметры дерева и динамические характеристики приводов его протяжки. Наиболее простые и наглядные характеристики дерева и хлыста дают интегральные параметры, основанные на аппроксимациях их образующих в виде r r cos x / 2 l , r r cos x / 2 l , 0 x l . Радикальным упрощением моделей д T x T упругого дерева или хлыста является дискретизация распределенных по их длине масс и упругости по базисной функции изгиба f(x). Эквивалентность преобразований обеспечивает сохранение кинетической и потенциальной энергии. Обоснована эффективная модель консольно-протаскиваемого горизонтального дерева без его подъема после валки и съема агрегата СРМ. Аппроксимированы параметры инертности и жесткости изгибно-гибкого и амортизированного кроной дерева в функции времени протяжки (рис. 9). CÖ hÖ Cà 0 Ñ e õÑ ÑÊ Cà õ= t à ÑÊ õK =l K - t Рис. 9. Эквивалентная модель протяжки дерева. 1 5 Они мало и медленно меняются по длине дерева. Максимальные отклонения массы до 20 %, момента инерции и жесткости – 30 %. При задании средней инертности и жесткости для каждого сортимента эти отклонения не превышают 5 %. Стабильность параметров и инертности дерева объясняется усреднением их при протяжке вершинной и комлевой части. При этом масса кроны составляет 20 % от общей массы протаскиваемого дерева. Отсюда следует возможность исследования стационарной протяжки дерева через сучкорезный агрегат возмущенной спектральной плотностью срезания мутовок. При этом выявляются не только интегральная нагруженность приводов, но и их квазиоптимальные параметры и динамические характеристики (рис. 10). l M==M0 / M0 Ï Ã 0.6 0.4 Ý 0.2 0 5 10 15 20 25 ,c -1 Рис. 10. Модули передаточных функций гидропривода (Г) и электропривода (Э) при протяжке дерева. Из графиков рис. 10 следует меньше вибронагруженность электропривода в высоком спектре частот 12с , но больше, чем у гидропривода в низком спектре. В варианте (Э) заданы оптимальные параметры жесткости и диссипации, а (Г) с реальным заниженным демпфированием. В результате во втором случае завышен экстремум ПФ в резонансном режиме. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Определяющим критерием качества функционирования машин первичной обработки дерева является динамическая нагруженность их приводов в переходных и установившихся режимах работы. Последняя определяется: уровнем и характером внешнего воздействия, структурой систем, параметрами и характеристиками упруго-диссипативных связей. Основные результаты исследования в этом направлении: 1. Развита обобщенная модель СРМ двигатель-гидропривод-дерево ее декомпозицией на подсистемы с аппроксимациями внешнего воздействия единичного, полигармонического и случайного характера. 2. Установлены функциональные закономерности нагруженности СРМ в различных режимах функционирования: пуско-тормозных и 1 6 установившихся режимах протяжки дерева. Нагруженность снижается податливостью магистрали, расчетной диссипацией, плавным включением. 3. Определены квазиоптимальные параметры гидропривода (е ≤ 0,3 см5/Н, h ≤ 7 c-1, J) и предпочтительная скорость протяжки дерева П = 3 м/с. 4. Экспериментальные исследования вертикальной протяжки дерева на разработанном в ЛТА стенде подтвердили теоретические закономерности функционирования привода и расчетные параметры. 5. Разработана динамическая модель гидроприводного поперечного пиления дерева с аппроксимацией внешнего воздействия и режимов пиления. 6. Исследованы оперисчислением переходные процессы пиления и установлены закономерности нагруженности гидропривода в режимах Н= cnt, РП = cnt, НН = cnt. Снижение нагруженности достигается малой скоростью включения гидронасоса, гибкостью привода и расхождением частот . 7. Разработана трехмассовая модель раскряжевочной установки с дисковой пилой, электроприводом и упруго-диссипативной муфтой. Аппроксимировано внешнее воздействие, а критериями нагруженности приняты главный момент сил инерций и упругая реакция муфты. 8. Установлены закономерности поперечного пиления ствола. Нагруженность привода в 4 раза больше гидравлического за счет увеличенного в 6,5 раз момента пиления при снижении в 1,4 раза гибкости системы. В режиме пиления РП = cnt выявлен расходящийся процесс за счет критерия неустойчивости (h 0) и кратности частот ( ≈ ). 9. Разработана динамическая модель СРМ с электромеханическим приводом. В ней отсутствует флуктуационное возмущение от двигателя и пусковой импульс 0(t), а в установившемся режиме протяжки движущий момент также разлагается в ряд Тейлора, а срезания мутовок – в ряд Фурье с выделением среднего и флуктуационного моментов. 10. Установлены закономерности функционирования СРМ. Дисперсия реакции муфты пропорциональна ее жесткости с, квадрату внешнего воздействия М1, обратна основной гармонике 1 и инертности J привода. Минимизацией функционала определены параметры 2 диссипации в муфте: сJ и жесткости с0,1J1 . 11. При выполнении условия 1 введена уточненная спектральная плотность срезания мутовок с малым спектром в низкочастотной области 1 . Для нее получен вдвое меньше оптимум диссипации (0 = 1Нмс) 0 иещеменьшеминимумвибронагруженностиМD1,5Н6.мВгидроприводесэтимспектромвоздействиявибронагруженностьтакжениже,норасчетнаядиссипациявышеh 0,5 . 1 7 спектром воздействия вибронагруженность также ниже, но расчетная диссипация выше h 0,5 . M ( ) 12. Графическим построением функционала уточнены квазиоптимальные значения параметров электропривода ( с 40Нм, 2 1 J 0 , 3 кгм , 10 ... 14 с , 1 Нмс , 100 с ) и гидропривода ( 14 с-1, 1 h 2 с-1, 1 100 с-1). При этом допустимый максимум M ( ) в гидроприводе в 1,5 раза выше, чем в электроприводе. 13. Долговечность приводов в стационарном режиме функционирования Т ТеN0 ,N0 107 ,Те2М/оцененаэффективнымпериодомнагруженияТ е .Последнийплавноувеличиваетсясуменьшением,h,1.ВсреднемуровеньTe ( ) вгидроприводев1,4разниже,чемвэлектроприводе. 14. Обоснованы интегральные параметры дерева и их изменения по времени горизонтальной протяжки. Стабильность параметров инертности при протяжке в интервале сортимента объясняется усреднением вершинной и комлевой части. При этом масса кроны достигает лишь 20 % общей. Отсюда следует возможность исследования стационарной протяжки дерева через сучкорезный агрегат возмущенной спектральной плотностью срезания мутовок. 15. Установлены динамические характеристики гидро- и электропривода протяжки дерева. У электропривода меньше вибронагруженность в высоком спектре частот 12 с, но больше, чем у гидропривода в низком спектре. При малой диссипации резко выделяются резонансные пики модулей передаточных функций. 16. Исследованы способы измерения и раскроя хлыстов на предприятиях, а также автоматизированные способы и предложена кусочно-линейная аппроксимация их раскроя. Основные результаты диссертации изложены в работах: 1. Тихонов И.И., Мукосей М.В. Раскрой хлыстов: проблемы и возможные решения. // Структурная перестройка лесного комплекса Республики Карелия. Материалы республиканской научн. - практ. конф. Петрозаводск: КарНИИЛПК, 2003. – с. 52. 2. Мукосей М.В., Ледяева А.С. Система управления раскроем хлыстов (долготья) на установках с продольным перемещением. // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Сб.докл. молодых ученых на ежегодной научной конференции Санкт-Петербургской лесотехнической академии: Вып. 8/ Под общей ред. А.В. Селиховкина, Э.М. Лаутнера. СПб.: СПбГЛТА, 2004. – с. 53-58. 3. Мукосей М.В. Совершенствование поперечного раскроя хлыстов путем оптимизации выхода товарной продукции. // Одиннадцатая Санкт-Петербургская Ассамблея молодых ученых и специалистов. Аннотации работ по грантам Санкт-Петербургского конкурса 2006 г. 1 8 4. 5. 6. для студентов, аспирантов и молодых специалистов. СПб.: Изд-во С.Петерб. ун-та, 2006. Мукосей М.В. Анализ качества раскроя хлыстов на предприятиях лесозаготовительной отрасли Ленинградской области. // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Сб.докл. молодых ученых на ежегодной научной конференции Санкт-Петербургской лесотехнической академии: Вып. 10/ Под общей ред. А.В. Селиховкина, Э.М. Лаутнера. СПб.: СПбГЛТА, 2006. – с. 23-27. Мукосей М.В. Линейное программирование раскроя хлыста.//Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии. Сб.докл. молодых ученых на ежегодной научной конференции Санкт-Петербургской лесотехнической академии: Вып. 11/ Под общей ред. А.В. Селиховкина, Э.М. Лаутнера. СПб.: СПбГЛТА, 2006. – с. 82-84. Гусейнов Э.М., Мукосей М.В. Исследование процесса срезания сучьев. // Известия Санкт-Петербургской лесотехнической академии: Вып. 178. СПб.: СПбГЛТА, 2006. – с. 59-69. Отзывы на автореферат в двух экземплярах с заверенными гербовой печатью подписями просим отправлять по адресу: 163002, г.Архангельск, наб. Северной Двины, 17, Архангельский государственный технический университет, диссертационный совет Д.212.008.01.