лесотехнический журнал 2011 n 2
advertisement
ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ Научный журнал 2011 г. № 2 (2) Учредитель – Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия» (ВГЛТА) Главный редактор В.М. Бугаков Заместитель главного редактора И.М. Бартенев Члены редакционной коллегии Д.Н. Афоничев Т.Л. Безрукова М.В. Драпалюк В.К. Зольников С.М. Матвеев В.С. Петровский А.Д. Платонов Ф.В. Пошарников А.И. Сиволапов А.В. Скрыпников С.И. Сушков О.В. Трегубов А.А. Филонов Н.А. Харченко М.П. Чернышов Ответственный секретарь С.В. Пономарев Редактор С.Ю. Крохотина Компьютерная верстка С.В. Пономарев Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-44148 от 09.03.2011 г. Материалы настоящего журнала могут быть воспроизведены только с письменного разрешения редакционной коллегии РИО ГОУ ВПО «ВГЛТА» 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, телефон (473) 253-72-51, факс (473) 253-76-51, e-mail: lesteh@vglta.vrn.ru © ГОУ ВПО «ВГЛТА», 2011 СОДЕРЖАНИЕ ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО Дручинин Д.Ю. О разведении и восстановлении дубрав в поймах рек………………... Славский В.А. Вегетативное размножение форм и гибридов ореха грецкого в Воронежской области……………………………………………………………………... ЛЕСОЭКСПЛУАТАЦИЯ Занин А.А. Оценка целесообразности и направления совершенствования дорожных одежд лесных автомобильных дорог………………………………………………………. Макеев В.Н. Обратная связь в эргатических системах автоматизированного управления…………………………………………………………………………………… Морковин В.А. Особенности расчета объема земляных работ на участках кривых малого радиуса лесных автомобильных дорог……………………………………………. Пошарников Ф.В., Абрамов В.В., Бондаренко А.В. Моделирование природных условий горной местности при исследовании первичного транспорта леса……………. Саввин Е.В., Фокин С.В. О проблемах измельчения порубочных остатков на лесосеке…………………………………………………………………………………… Свиридов О.В. Обоснование благоприятной дорожно-транспортной ситуации для въезда одиночного лесовозного автопоезда на дорогу или съезда с нее……………. Скрыпников А.В., Котляров Р.Н., Морозов П.И. Проектирование и планирование обустройства лесовозных автомобильных дорог…………………………………………. Скрыпников А.В., Котляров Р.Н. Теоретическое обоснование условий безопасности движения лесовозных автопоездов в автомобильных потоках…………... Фетяев А.Н., Фокин С.В. О способах подачи порубочных остатков в зону измельчения рубительных машин………………………………………………………….. Фокин С.В. О биометрических параметрах порубочных остатков……………………... МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА Бартенев И.М., Малюков С.В. Износ лезвия при фрезеровании поросли…………….. Есков Д.В. К вопросу оперативного контроля высева лесных сеялок………………….. Захаров П.В. Обоснование формы режущего профиля ротационного рабочего органа культиватора………………………………………………………………………………… Пономарев С.В. Оценка энергоёмкости процесса резания поросли для различных типов активных рабочих органов с учётом режима их работы………………………….. Посметьев В.И., Пухов Е.В., Никонов В.О. Обеспечение устойчивости многофункциональной машины для создания и восстановления лесных культур на неудобиях………………………………………………………………………………….. Посметьев В.И., Третьяков А.И. Повышение заглубляющей способности дисковых рабочих органов путем их принудительной вибрации……………………………………... Пошарников Ф.В., Серебрянский А.И., Усиков А.В. Повышение износостойкости шарнирных соединений лесных манипуляторов………………………………………….. 2 Лесотехнический журнал 2/2011 6 9 13 17 22 25 30 31 36 41 45 50 55 58 65 68 74 79 85 Пошарников Ф.В., Усиков А.В., Серебрянский А.И. Исследование вращательного процесса трения в подшипниках скольжения лесообрабатывающего оборудования….. Ткачёв В.В., Языкова А.А. Влияние параметров рабочих органов механизма очистки на процесс удаления семян из отверстий решет………………………………… Фокин С.В., Саввин Е.В. О способах измельчения порубочных остатков по типу механизмов резания…………………………………………………………………………. МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ДРЕВЕСИНЫ Максименков А.И. Оценка влияния физико-механических свойств древесины на изменение мощности при пилении ленточными пилами……………………………… ЭКОНОМИКА И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА Заложных В.М. Обоснование сезонных объемов вывозки древесины…………………. Петров П.А. Основные принципы и этапы реализации стратегического контроллинга в организациях……………………………………………………………………………….. АННОТАЦИИ НА АНГЛИЙСКОМ ЯЗЫКЕ…………………………………………... Лесотехнический журнал 2/2011 92 96 99 104 107 111 117 3 CONTENTS FORESTRY Druchinin D.Yu. About cultivation and restoration of oak in floodplains ………………... Slavsky V.A. Vegetative reproduction of forms and hybrids of walnut in Voronezh region………………………………………………………………………………………... FOREST EXPLOITATION Zanin A.A. Assessment of the feasibility and ways of improving of road base of forest roads………………………………………………………………………………………… Makeev V.N. Feedback in ergatic automated control system …………………………….. Morkovin V.A. Features of calculating of amount of excavation on the sites of the curves of small radius of forest roads………………………………………………………………. Posharnikov F.V., Abramov V.V., Bondarenko A.V. Design of natural initial conditions of mountainous terrain in the study of primary timber transport……………….. Savin E.V., Fokin S.V. Problems of ground wood in felling area…………………………. Sviridov O.V. Validation of favorable road traffic conditions for entry into a single timber road or exit from it…………………………………………………………………... Skrypnikov A.V., Kotlyarov R.N., Morozov P.I. Design and planning of logging roads arrangement logging roads………………………………………………………………….. Skrypnikov A.V., Kotlyarov R.N. Theoretical background of road safety conditions of logging trucks in traffic flows……………………………………………………………. Fetyaev A.N., Fokin S.V. Ways to feed brush wood in the area of grinding in chippers…. Fokin S.V. About biometric parameters of cutting wastes………………………………… MACHINERY OF FORESTRY INDUSTRY Bartenev I.M., Malyukov S.V. Wear of blade in growth milling ……………………….. Yeskov D.V. On the question of operational control of forest seed planters……………… Zakharov P.V. Justification of cutting profile form of rotary working body of cultivator. Ponomarev S.V. Power consumption evaluation of growth cutting process for different types of active working units with regime of their work …………………………………... Posmetyev V.I., Pukhov E.V., Nikonov V.O. Sustainability of multi-functional machine for creation and restoration of silviculture in inarable land………………………………… Posmetyev V.I., Tretyakov A.I. Increasing of penetration ability of disk working bodies through their forced vibration………………………………………………………………. Posharnikov F.V., Serebryansky A.I., UIsikov A.V. Increasing of hardwearing of hinged joints of manipulators …………………………………………………………… Posharnikov F.V., Usikov A.V., Serebryansky A.I. Investigation of rotary triboprocess in friction bearings of forestry machines …………………………………………………... Tkachev V.V., Yazykova A.A. Effect of working parameters of working bodies of clearing unit on removal of seeds from meshes …………………………………………. 4 Лесотехнический журнал 2/2011 6 9 13 17 22 25 30 31 36 41 45 50 55 58 65 68 74 79 85 92 96 Fokin S.V., Savin E.V. About ways of grinding down cutting wastes by the type of cutting mechanisms ……………………………………………………………………… MECHANICAL WOOD PROCESSING Maksimenkov A.I. Assessing of impact of physical and mechanical properties of wood on the change of power in tape saw sawing………………………………………………… ECONOMICS Zalozhnykh V.M. Justification of season volumes of wood hauling……………………… Petrov P.A. Basic principles and stages of implementation of the strategic controlling in organizations……………………………………………………………………………... ABSTRACTS……………………………………………………………………………… Лесотехнический журнал 2/2011 99 104 107 111 117 5 Лесное хозяйство –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– УДК 630*232.326 О РАЗВЕДЕНИИ И ВОССТАНОВЛЕНИИ ДУБРАВ В ПОЙМАХ РЕК Д.Ю. Дручинин ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» Показана важность восстановления и разведения дубрав в поймах рек. Приведен способ восстановления и схема машины для создания культур дуба в поймах. Ключевые слова: дубрава, лесовосстановление, пойма реки, способ, машина, культуры дуба. Дубравы в нашей стране относятся к наиболее ценным растительным сообществам. Их сохранение и расширенное воспроизводство является важнейшей задачей современного лесоводства [1]. Дуб дает древесину высоких технических качеств, которая используется в разнообразных отраслях нашей промышленности, идет на экспорт. Древесины дуба в России немного, поэтому воспроизводство и расширение сырьевой базы дуба имеет очень большое значение. Кроме того, дуб является весьма ценной породой для разведения леса в степи, для создания защитных насаждений наиболее целесообразны и экономически выгодны культуры дуба промышленного значения в зонах широколиственных лесов в лесостепной, а также в подзоне хвойных лесов [2]. Дуб – долгоживущее лиственное дерево, срок жизни которого достигает нескольких столетий. Дубы – растения капризные, плохо переносящие пересадку, так как имеют стержневую корневую систему. В поймах с плодороднейшими аллювиальными почвами при отсутствии надежной лесной защиты могут интенсивно развиваться процессы эрозии, размыва 6 берегов и прирусловой поймы. На этих участках зачастую отсутствует древеснокустарниковая растительность. В засушливых районах на многих пойменных землях, интенсивно используемых в земледелии, еще недостаточно создается полезащитных лесных полос. Задача лесоводов – преобразовать поймы рек, повысить водоохраннопочвозащитное значение пойменных лесов. Дуб хорошо развивается на влажных, богатых гумусом и минеральными веществами почвах [3]. Поэтому целесообразно создавать культуры дуба в поймах рек. Дуб черешчатый широко внедряется в пойменные культуры. По классификации И. В. Трещевского, дуб может быть использован для высадки в редкозатопляемых поймах (до 15 дней в максимальный паводок) и в условиях кратковременного затопления (до 35 дней) [4]. Практикой подтверждается, что дуб сильно реагирует на режим и продолжительность затопления. В замкнутых насаждениях с застойным затоплением он вымокает в первые два года. Поэтому целесообразно создавать культуры дуба в поймах рек крупномерными саженцами [5]. Лесотехнический журнал 2/2011 Лесное хозяйство –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Крупномерные саженцы рекомендуется также при выращивании культур на участках с длительным затоплением, где однолетние саженцы и сеянцы обычно погибают. Учитывая, что крупные саженцы сильно болеют и плохо растут в первые годы после посадки, В. Р. Карлин рекомендует использовать зарубежный опыт глубокой посадки. В Италии, Венгрии и других странах саженцы сажают на глубину 1…1,5 м, удаляя все боковые побеги. При таком способе посадки тополя дают прирост в год до 1,5 м, а в последующие годы до 2…3 м в год. В опытах, поставленных ВНИИЛМ в ЦентральноЧерноземных областях и Среднем Поволжье, посадка крупномерных саженцев обеспечила хорошую приживаемость культур. Земкова А. И. установила, что зарегистрировано немало случаев массового усыхания дубрав естественного и искусственного происхождения. Для их восстановления требуется в первую очередь качественный посадочный материал. Однако известно, что из-за периодичности в плодоношении дуба и повреждаемости желудей вредными насекомыми, птицами и грызунами не каждый год удается получать достаточное количество здоровых желудей. Способ создания культур дуба крупномерными саженцами с комом почвы является перспективным для решения данной задачи. По опытным данным Петрова Н. Г. приживаемость дуба с обнаженными корнями (возраст 5…9 лет) составила 71 %, а с комом почвы 90 %. Дуб уже с первых лет жизни имеет Лесотехнический журнал 2/2011 мощную и разветвленную корневую систему с длинным стержневым корнем. В связи с этим при его пересадке нужна особая осторожность. Надо стараться выкапывать как можно большую часть корневой системы, иначе саженцы плохо перенесут пересадку. На кафедре механизации лесного хозяйства и проектирования машин Воронежской государственной лесотехнической академии разработана машина для создания культур дуба в поймах рек путем пересадки крупномерного посадочного материала с комом почвы (рис. 1). Машина содержит раму с несущими брусьями 1 и устройством крепления к трактору 2, вертикальные стойки 3 с закрепленным на них рабочим органом в виде двух треугольников 4, полуковша 5 в задней его части. Вертикальные стойки 3 и рабочий орган 4 образуют двуплечий рычаг, который может поворачиваться гидроцилиндрами 6. Несущие брусья 1 выполнены консольными с опущенными концами. Они снабжены шарнирами 7 крепления вертикальных стоек и опорами 8, размещенными под шарнирами с нижней стороны несущих брусьев. Машина имеет трубчатый ограничитель 9, закрепленный на вертикальных стойках 3. Нижняя кромка лезвия рабочего органа 4 в исходном I и конечном II положениях расположена на уровне или ниже опорной поверхности О-О Полуковш 5 выполнен по переменному радиусу R1 R . 7 Лесное хозяйство –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Рис. 1. Общий вид выкопочной машины Основание полуковша выполнено по переменному радиусу, плавно уменьшающемуся к его задней части. Стенки полуковша сходятся под углом 8° для небольшого уплотнения, чтобы ком почвы был более рационально сформирован. Работает выкопочная машина следующим образом. Трактор с навешенной машиной двигается в направлении V. Машина находится при этом в приподнятом положении, а рабочий орган 4 – в исходном положении Ι. При упоре ограничителя 9 в ствол дерева оператор останавливает трактор, а машину с помощью навесной системы принудительно опускает до полного соприкосновения с почвой опор 8. Рабочий орган 4 при этом частично внедряется в 8 почву. Затем оператор с помощью рукояти распределителя устанавливает в нейтральное положение гидроцилиндр управления навеской и включает в работу гидроцилиндры 6. С подачей масла в гидроцилиндры 6 рабочий орган 4 поворачивается до положения ΙΙ, вырезая корневую систему саженца вместе с комом почвы. Выполненный по переменному уменьшающемуся радиусу полуковш 5 при повороте приподнимает ком почвы, облегчая тем самым его отделение от почвенного монолита и в незначительной степени уплотняя его для лучшего формирования кома. При подъеме навески ком почвы полностью отрывается от поверхности почвы. В дальнейшем машиной готовятся ямы под посадку крупномерных саженцев дуба в пойме реки. Образованная посадоч- Лесотехнический журнал 2/2011 Лесное хозяйство –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ная яма полностью повторяет контуры кома почвы с саженцем, тем самым снижая затраты труда и повышая эффективность работ при посадке растений. Учитывая перспективность процесса создания дубрав в поймах рек крупномерными саженцами, пересаживаемыми с комом почвы, для уточнения параметров выкопочной машины необходимо провести дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования. Библиографический список 1. Новосельцева А.И. Справочник по лесным питомникам / М. : Лесн. промышленность, 1983. 280 с. 2. Заборовский Е.П., Лисин С.С., Соболев С.С. Лесные культуры и лесомелиорация / изд. 2-е, переработанное: М. : Лес- ная промышленность, 1972 . 312 с. 3. Кубышкин П.П., Полубояринов И.И. Сельскохозяйственная мелиорация и лесоводство: учеб. пособие для с.-х. техникумов / М. : Колос, 1971. 407 с. 4. Редько Г.И., Мерзленко М.Д., Бабич Н.А., Трещевский И. В. Лесные культуры и защитное лесоразведение: учеб. пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 26.04.00 “Лесное и лесопарковое хоз-во” / Санкт-Петербург: Издательско-полиграфический отдел Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии, 1999. 419 с. 5. Шаталов В.Г., Трещевский И.В., Якимов И.В. Пойменные леса / М. : Лесн. пром-сть, 1984. 122 с. УДК 630.232*653 ВЕГЕТАТИВНОЕ РАЗМНОЖЕНИЕ ФОРМ И ГИБРИДОВ ОРЕХА ГРЕЦКОГО В ВОРОНЕЖСКОЙ ОБЛАСТИ В.А. Славский ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» В работе отражены данные о разведении ореха грецкого вегетативным способом за пределами естественного ареала. Были проведены эксперименты по размножению привитыми саженцами, черенками и корневыми отводками, на основании чего сделаны выводы и даны соответствующие рекомендации. Ключевые слова: орех грецкий, вегетативное размножение, гибрид, саженцы, черенки, корневые отводки. Для получения наиболее ценных и перспективных форм и сортов ореха следует применять вегетативное размножение, поскольку именно данный способ наилучшим образом сохраняет чистосортЛесотехнический журнал 2/2011 ность и ускоряет плодоношение. При вегетативном размножении получается более быстрый результат, минуя развитие ранних этапов онтогенеза. Орех грецкий можно размножать как черенками, так и отвод- 9 Лесное хозяйство –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ками, но наибольшее практическое значение имеют прививки. Следует учесть, что культура не лучшим образом размножается вегетативно, особенно привитыми саженцами, да еще и вне условий естественного ареала. Тем не менее, были предприняты попытки вегетативного размножения различными способами. По данным ведущих ореховодов, решающими факторами при прививке являются температура и влажность [2, 4 и др.]. Оптимальными условиями для каллюсообразования и срастания прививок являются температура 25-27 °С и относительная влажность воздуха 70-80 %. Колебания в пределах 15-32 °С и кратковременные понижения влажности до 40 % не снижают приживаемости прививок. Падение температуры ниже 15-17 °С и повышение выше 32 °С, по мнению большинства авторов, отрицательно сказывается на приживаемости. На основании многочисленных опытов предлагается брать трехлетние сеянцы, а оптимальными сроками окулировки являются вторая половина августа – первая декада сентября. Размножение ореха грецкого путем прививок является достаточно сложным способом, о чем свидетельствуют отрицательные экспериментальные результаты в различных регионах. Опыты по вегетативному размножению в разные годы в Крыму, Грузии, Чехословакии и др. странах не принесли желаемого результата многим селекционерам. Также имеется ряд отрицательных опытов подобного рода и в Центральном Черноземье, в частности в Воронежской области. Поэтому, необходимо особое внимание уделить соблюде- 10 нию рекомендаций и технологии выращивания черенков. Деревья старше 40-50-ти летнего возраста дают очень мало пригодных для прививки черенков. С целью стимулирования роста побегов для привоя у старых деревьев-маточников необходимо применять осеннюю обрезку сразу после листопада по 3-4-х летней древесине, предпочтительно на развилке [2, 5 и др.]. Для прививок в закрытом грунте в качестве подвоя берут хорошо развитые зимостойкие сеянцы с прямым стволиком, диаметром у корневой шейки не меньше 12 мм и высотой 15-20 см. Стержневой корень и его основные разветвления должны быть здоровы. Лучше всего использовать не пересаженные сеянцы. В качестве привоев служат однолетние побеги с лучших форм и сортов ореха грецкого с хорошим приростом, не менее 30 см длины и 7 мм толщины. Черенки со слишком большой сердцевиной исключаются из работы. При этом по размерам в толщину черенок и подвой должны быть равны. Очень важно, чтобы черенки к моменту прививки находились в состоянии покоя, иначе почки в первую же неделю после прививки трогаются в рост, а связь проводящей системы подвоя и привоя еще не осуществилась, поэтому черенки отпадают. Для многих регионов России и в странах бывшего СССР, уже разработаны наиболее приемлемые способы вегетативного размножения ореха грецкого [4, 5 и др.]. Основываясь на их опыте, были предприняты попытки вегетативного размножения различными способами. При размножении путем2/2011 прививки Лесотехнический журнал (начатой в середине февраля), в качестве Лесное хозяйство –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– подвоя были взяты 3-х летние сеянцы орехов грецкого, маньчжурского и черного. Привоями являлись лучшие по основным селекционным показателям местные формы ореха грецкого. Стратификация проводилась в полиэтиленовых пакетах; субстрат – влажные опилки. В результате, через 2-3 недели (в начале марта) наблюдалось образование каллюса на 60 % прививок. Прижившиеся прививки были перенесены в теплицу, с температурным режимом 18-27 °С. В конце марта около 85 % оставшихся прививок погибло – произошло почернение верхушечных почек и усыхание растений. Скорее всего, причиной являлась грибная инфекция. Оставшиеся привитые саженцы не прижились при пересадке в открытый грунт. В связи с этим, необходима обработка черенков перед зимней закладкой на подгонку раствором марганцовки или борной кислоты. Большое внимание необходимо уделить просушиванию опилок, где также есть вероятность образования грибной инфекции. Таким образом, попытки вегетативного размножения местных форм ореха грецкого наиболее распространенным методом – зимней прививкой, к сожалению, не привели к желаемому результату. В данной климатической зоне особенно необходимо строго выдерживать технологию, что требует больших дополнительных затрат, в связи с чем вегетативное размножение снижает свою актуальность. В наших опытах из всех применяемых способов вегетативного размножения (прививка черенков седлом за кору, окулировка прямоугольным щитком коры2/2011 с Лесотехнический журнал глазком, обычная окулировка щитком коры с глазком, окоренение отводков, отведенных в канавку и окоренение вертикальных отводков) положительные результаты были получены только при окоренении отводков, помещенных в канавку. Во всех остальных случаях приживаемость не превышала 18 %, что свидетельствует о неудовлетворительных экспериментальных результатах. Образование корней происходило на однолетних побегах в течение второго года вегетации. Решающим фактором, стимулирующим образование корней, является влажность почвы: корни на побегах образуются только в том случае, если влажность почвы составляет не менее 65 % от полной влагоемкости. Для нормального формирования (развития) корневой системы отводков, достаточного для последующего их отделения от материнского растения, необходимо их оставлять на месте еще в течение 1-2-х лет. Выход укорененных побегов, пригодных для пересадки на плантацию, составил в наших опытах в среднем 52 %. Контрольные двухлетние побеги, заложенные для укоренения в канавку, за период наблюдения корней не образовали. Кроме того, были проведены опыты по размножению гибридов ореха грецкого × ореха маньчжурского путем прививки. Гибридные формы условно разделялись на 3 группы, по степени наследования родительских признаков. Матроклинная группа включает деревья, имеющие большее сходство с материнским (орех грецкий) деревом, патроклинная – растения, уклонившиеся в орех маньчжурский и промежуточная. В ходе проведенных опытов по веге- 11 Лесное хозяйство –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– тативному размножению гибридов, в середине февраля было выполнено 25 прививок по различным группам гибридов. Для этого, в качестве подвоя были взяты 3-4летние сеянцы ореха маньчжурского и самосева гибридов. Привоями являлись лучшие по основным показателям гибри- ды, оформленные в качестве сортов [3]. Прививки проводились по описанной выше методике. Режим температуры в первые 3 дня был 29-31 ºС, в остальные дни – 27 °С. Наблюдения за ходом роста прививок приведены в табл. 1. Таблица 1 Группа гибридов Матроклинные Патроклинные Промежуточные Всего Учет роста прививок гибридов ореха (% от общего числа) Образование Приживаемость Состояние, каллюса балл комната теплица грунт 12 36 12 60 12 36 12 60 Из таблицы можно сделать вывод, что приживаемость и состояние прививок не зависят от гибридной группы. Необходимо отметить очень низкий балл состояния растений, определяемый по стандартной шкале [1]. Таким образом, сохранилось только около 12 % прививок. Высаженные в открытый грунт привитые саженцы, в данный момент находятся в усыхающем состоянии. Причиной является несоответствие условий, необходимых для подготовки привитого посадочного материала. Также следует отметить, что материнские деревья имеют возраст, в котором возможность приживаемости достаточно низкая. Несмотря на то, что вегетативное размножение сохраняет чистосортность формы, в Воронежской области в частности, и в Центральном Черноземье в целом, данный способ приобретает второстепенное значение. Целесообразно создание насаждений семенным путем, непременно 12 8 20 12 40 нет 8 4 12 нет 3,5 4 3,7 Всего 28 40 32 100 с использованием зимостойких семян местных форм. При этом предпочтение следует отдавать семенам, если это природные виды и черенкам – если это гибриды. Библиографический список 1. Алексеев В.А. Диагностика жизненного состояния деревьев и древостоев // Лесоведение. 1989. № 4. С. 51–57. 2. Бадалов П.П. Биологические основы культуры орехов рода Juglans в степной части Украины [Текст]: автореф. дис. на соискание ученой степени д-ра с.-х. наук: Киев, 1987. 45 с. 3. Госреестр селекционных достижений / Испытание и охрана селекционных достижений. М. : 2004. 213 с. 4. Команич И.Г. Гибридизация ореха грецкого и других видов рода Juglans // Штиинца, №2. Кишинев, 1989. С. 23–31. 5. Программа и методика сортоизучения плодовых, ягодных и орехоплодных Лесотехнический журнал 2/2011 Лесное хозяйство –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– культур: Орел, 1999. 608 с. УДК 625.7:630*377.7(075.8) ОЦЕНКА ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД ЛЕСНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ А.А. Занин Воронежский филиал ОАО «ГипродорНИИ» Показано, что эффективное функционирование дорог с щебеночными и гравийными покрытиями обеспечивается грамотным обоснованием их конструкции, расчетом параметров, учитывающем реальные условия эксплуатации. Определено направление совершенствования дорожных одежд переходного типа для повышения экономичности дорожной конструкции. Ключевые слова: лесная автомобильная дорога, дорожная одежда, гравийное покрытие, щебеночное покрытие, условия эксплуатации. Для строительства покрытий дорожных одежд переходного типа лесных автомобильных дорог широко применяются местные каменные материалы: щебень и гравий. Доля вывозки древесины по дорогам с покрытием из щебня и гравия составляет более 40 % [1, 2]. Из общей протяженности указанных дорог, дороги с гравийным покрытием составляют более 84 % и обеспечивают эксплуатацию большегрузных автомобильных поездов при качественном содержании и ремонте, своевременном закрытии дорог в периоды весенней и осенней распутиц. Многие лесные районы Российской Федерации располагают незначительными запасами качественных каменных материалов, пригодных для строительства дорожных покрытий, а иногда не имеют данных запасов. Вывозка древесины по автомобильным дорогам без капитальных покрытий сопровождается значительными затратами. Доля вывозки древесины по таким дорогам составляет более 40 % [1, 2]. Лесные грунтовые автомобильные дороги и дороги с покрытиями из улучшенных грунтов труднопроезжаемые в периоды весенней и осенней распутиц. Неблагоприятные грунтовые и гидрологические условия, плохо развитая дорожная сеть являются причиной нерационального использования специализированного подвижного состава. Средняя плотность автомобильных дорог в лесных регионах России в десятки раз ниже, чем в Скандинавских странах, что не только усложняет работу заготовку древесины, но и резко снижает эффективность ведения лесного хозяйства в целом [2]. Вид и эксплуатационное состояние покрытия существенно влияют на выбор типа автопоезда, величину полезной нагрузки, скорость движения и расход топлива. Основное сопротивление движению на грунтовых дорогах в несколько раз выше, чем у дорог с покрытием из асфальтобетона и железобетонных плит. Известно [3], что экономичная скорость движения автопоездов составляет 40…50 км/ч. На лесных дорогах скорость движения автопоездов не превышает 20…30 км/ч из-за недостаточной несущей способности и ровности покрытий. При скорости движе- 13 Лесотехнический журнал 2/2011 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ния 30 км/ч удельный расход топлива возрастает в 1,6…1,7 раза. Движение автопоездов на неустановившихся режимах работы двигателей увеличивает дополнительно расход топлива до 40 % по сравнению с движением при постоянных скоростях [1]. Значения показателей эксплуатации подвижного состава для различных дорожных покрытий приведены в табл. 1. Таблица 1 Изменение эксплуатации подвижного состава в зависимости от вида дорожных покрытий [6] Вид покрытий Эксплуатационные асфальтощебеночное, грунтовое показатели чернощебеночное грунтовое бетонное гравийное улучшенное Коэффициент сопротивления 0,01…0,02 0,025…0,03 0,035…0,04 0,04…0,05 0,05…0,1 качению Скорость движения – 95* 80* 40* 30…20* Расход топлива – 105* 110* 180* 200…250* Стоимость перевозки грузов – 110* 140* 200* 300…500* Примечание. * – в процентах относительно показателей для асфальтобетонного покрытия Из таблицы видно, что автомобильные дороги с щебеночными и гравийными покрытиями обеспечивают гораздо лучшие показатели эксплуатации подвижного состава, чем грунтовые дороги, дороги с покрытиями из улучшенных грунтов и не существенно уступают дорогам с асфальтобетонными и чернощебеночными покрытиями. Вышеизложенное показывает, что исследования в области совершенствования и технико-экономического обоснования конструкции и технологических процессов строительства и ремонта дорожных одежд переходного типа являются актуальными. Одним факторов, обеспечивающих эффективное функционирование дорог с щебеночными и гравийными покры- тиями, является грамотное обоснование их конструкции, расчет параметров, учитывающий реальные условия эксплуатации, что основывается на современных подходах к проектированию дорожных одежд и экономического обоснования конструкций. На выбор типа и всей конструкции дорожной одежды влияют различные факторы: район строительства и категория дороги, местные условия строительства и эксплуатации дороги, грунтовые и гидрологические условия, наличие местных дорожно-строительных материалов, интенсивность движения транспортных средств и др. Выбор типа и конструкций дорожной одежды производится техникоэкономическим обоснованием [4]. При обосновании расчетных пара- 14 Лесотехнический журнал 2/2011 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– метров подвижной нагрузки определяются характеристики интенсивности воздействия подвижного состава на дорожную одежду с учетом изменения интенсивности движения транспортных средств, связанного с изменением объемов перевозок, что позволяет установить суммарное число приложений расчетной нагрузки и требуемый модуль упругости дорожной конструкции. Лесные дороги в основном строятся на местности с сезонным промерзанием грунтов, высоким стоянием грунтовых вод и наличием пучинистых грунтов. Поэтому дорогу необходимо разделять на характерные участки с одинаковыми условиями: грунтовыми, по характеру и степени увлажнения, схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна. В этом случае дорожная одежда на всем протяжении каждого участка будет удовлетворять в равной степени всем предъявляемым требованиям и не иметь чрезмерных запасов прочности, что соответствует рациональному соотношению затрат на строительства и транспортно-эксплуатационных качеств дороги. Функционально земляное полотно, водоотвод и дорожная одежда взаимосвязаны между собой, а их проектирование – комплекс задач по разработке дорожной конструкции в целом, ее расчету на прочность, морозоустойчивость и экономическое сравнение альтернативных вариантов. Форма и размеры земляного полотна зависят от положения проектной линии продольного профиля относительно линии земли, оно может иметь форму насыпи, выемки или размещаться в нулевых местах. Водно-тепловой режим земляного полотна в насыпях более благоприятный, чем в выемках и нулевых местах. Высота насыпи существенно влияет на расчетную влажность грунта рабочего слоя земляного полотна. Оптимальную высоту насыпи следует назначить путем сравнения затрат на производство земляных работ и устройство дорожной одежды при данной схеме увлажнения рабочего слоя. Комплексное проектирование дорожной конструкции позволяет выбрать наиболее рациональные способы обеспечения ее прочности, надежности, долговечности при минимальных затратах на строительство, ремонты, содержание [4]. Конструирование дорожной одежды по вариантам или по участкам дороги выполняется в последовательности, приведенной в [4, 5]. Затраты на строительство дорожной конструкции по вариантам и участкам определяется стоимостью устройства дорожной одежды и земляного полотна с учетом расходов на реализацию мероприятий по регулированию водно-теплового режима земляного полотна, при этом затраты на устройство дорожной одежды уменьшаются, но появляются дополнительные расходы на регулирование воднотеплового режима земляного полотна [4]. Тип и рациональная конструкция дорожной одежды при проектировании в комплексе с земляным полотном, выбираются на основании сравнения альтернативных вариантов по минимуму удельных приведенных затрат, учитывающих стоимость строительства дорожной конструкции, расходов на приобретение оборудования и эксплуатационных расходов на вывозку древесины [4]. Для реализации концепции технико- 15 Лесотехнический журнал 2/2011 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– экономического обоснования типа и конструкции дорожных одежд лесных автомобильных дорог В.В. Савельевым разработаны соответствующие математические модели, алгоритмы и программы подсистем системы автоматизированного проектирования САПР-KKL [4] по следующим направлениям: обоснование расчетных параметров подвижной нагрузки, проектирование дорожных одежд нежесткого типа, определение технико-экономических показателей функционирования транспорта на вывозке древесины. В основе концепции лежит системный подход, заключающийся в выявлении структуры системы, типизации связей, определении атрибутов, анализе влияния внешней среды. Структурные и блочно-иерархические подходы позволяют синтезировать варианты системы из блоков на иерархические уровни, выделить стадии, этапы, проектные процедуры и установить связи между параметрами иерархических уровней [4]. Система САПР-KKL и ее подсистемы имеют следующую структуру [4]: использование блочноиерархического подхода расчленения системы на подсистемы и иерархические уровни (блоки) и организация их проектирования; - моделирование и анализ подсистем – создание моделей, представляющих описание и свойства проектируемого объекта, анализ модели для определения количественных оценок (критерия оптимальности, функций ограничений); - синтез и оптимизация системы (подсистемы) – структурный синтез (разработка структуры проектируемого объек- та) и параметрический синтез (выбор значений переменных для одного из вариантов объекта и расчет численных значений переменных параметров), при которых критерий оптимальности принимает экстремальное значение в заданном интервале ограничений. Разработанные современные подсистемы САПР, реализующие расчет дорожных одежд переходного типа, не в полной мере обеспечивают экономичность дорожной конструкции при достижении требуемого уровня надежности. В настоящее время проектирование нежестких дорожных одежд осуществляется на основе инструкции МОДН 2-2001 [5], при определении требуемой толщины дорожной одежды переходного типа по данной инструкции, ее окончательная толщина получается в 1,5…2 раза больше толщины, установленной по критерию упругого прогиба. Это связано с обеспечением требований сдвигоустойчивости грунта рабочего слоя земляного полотна и морозостойкости дорожной конструкции. В результате увеличения толщины дорожной одежды значительно возрастает стоимость строительства дороги. Таким образом, требуется как совершенствование конструкции дорожных одежд переходного типа, так и разработка математических моделей, позволяющих в САПР обосновывать параметры дорожной конструкции с учетом особенностей изменения конструкции земляного полотна в результате применения различных конструкций дорожных одежд при изменении технических, технологических и экономических показателей, для обеспечения экономической эффективности в целом всей 16 Лесотехнический журнал 2/2011 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– транспортной системы в лесном массиве. Выводы 1. Автомобильные дороги с щебеночными и гравийными покрытиями обеспечивают гораздо лучшие показатели эксплуатации подвижного состава, чем грунтовые дороги, дороги с покрытиями из улучшенных грунтов и не существенно уступают дорогам с асфальтобетонными и чернощебеночными покрытиями, но являются более дешевыми по сравнению с последними, что создает предпосылки для дальнейшего их широкого применения в качестве лесных дорог. 2. Эффективное функционирование дорог с щебеночными и гравийными покрытиями обеспечивается грамотным обоснованием их конструкции, расчетом параметров, учитывающем реальные условия эксплуатации, что основывается на современных подходах к проектированию дорожных одежд и экономического обоснования конструкций. 3. Существующие подсистемы САПР, реализующие расчет дорожных одежд переходного типа, не в полной мере обеспечивают экономичность дорожной конструкции при достижении необходимого уровня надежности, что требует как со- вершенствования конструкции дорожных одежд переходного типа, так и разработки математических моделей, позволяющих в САПР обосновывать параметры дорожной конструкции с учетом особенностей изменения конструкции земляного полотна в результате применения различных конструкций дорожных одежд при изменении технических, технологических и экономических показателей. Библиографический список 1. Немцов В.П., Шестаков Б.А. Эксплуатация автомобильного транспорта на лесозаготовительных предприятиях / М. : Лесн. пром-сть, 1982. 272 с. 2. Транспорт леса. В 2-х т. Т. 1. Сухопутный транспорт / Под ред. Э. О. Салминена. М.: ИЦ «Академия», 2009. 368 с. 3. Краткий автомобильный справочник / НИИАТ. М.: Транспорт, 1983. 220 с. 4. Савельев В.В. Обоснование типа и конструкции дорожных одежд лесовозных автомобильных дорог: Дисс. д-ра техн. наук: Йошкар-Ола: МарГТУ, 2005. 551 с. 5. МОДН 2-2001. Проектирование нежестких дорожных одежд / Межправительственный совет дорожников. М.: ФГУП «СоюздорНИИ», 2002. 155 с. УДК 630*848.7-52 ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ В ЭРГАТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ В.Н. Макеев ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» Раскрывается сущность и значение обратной связи в эргатических системах автомати- 17 Лесотехнический журнал 2/2011 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– зированного управления процессами лесопромышленного производства на основе накопленного опыта при разработке и внедрении таких систем управления на действующих предприятиях лесного комплекса. Ключевые слова: обратная связь, эргатическая система, автоматизированное управление, процесс, лесопромышленное производство. Во всех системах автоматизированного управления процессами лесопромышленного производства и особенно в таких, как система автоматизированного управления подъемно-транспортными устройствами (ДУ–дистанционное управление; ДПУ–дистанционно-программное управление, ПУ–программное управление, ГДПУ – групповое дистационнопрограммное управление) [1] и системы диспетчерского управления процессами на всех фазах лесопромышленных предприятий лесного комплекса (ЦУТПЛС – централизованное управление технологическими процессами лесных складов, ЦДУПП– централизованное диспетчерское управление производственным процессом, СИОДУ – система информационнооперативного диспетчерского управления, ИОДС – информационно-оперативная диспетчерская служба) [2]. Как было установлено, существенную роль в их оптимизации играет обратная связь. То есть обратная связь допускающая саморегулирование в эргатических системах автоматизированного управления (ЭСАУ), может предоставлять информацию разных типов (подтверждение и точность ответа, его последствия, данные о стоянии окружающей среды и системы и т.п.). Она может служить в качестве руководства, мотивировать и поощрять оператора-диспетчера, принимать определенные решения по по- ставленным задачам. Обратная связь (ОС) имеет существенное значение для регулирования работы ЭСАУ и деятельности операторадиспетчера в ней. При этом цели оператора находятся в сложном соотношении с эффектом обратной связи и могут снижать этот эффект. Как для оператора (диспетчера), так и для эргатической системы в целом информация, передаваемая по ОС, всегда сравнивается с ответами самого оператора (диспетчера) команды или результирующими данными самой эргатической системы автоматизированного управления. В однооператорной эргатической системе (ГДПУ) оператор получает по ОС информацию, касающуюся его собственных ответов; в многооперативной эргатической системе (СИОДУ) его (старшего диспетчера), может интересовать деятельность всей команды (диспетчеров всех производственных подразделений предприятия). Оператор (диспетчер), устанавливающий ОС, не наблюдает ее непосредственно, однако ощущает действие обратной связи по предъявляемым стимулам (например, устройство отображение информации – мнемосхема пульта управления) и результатам влияния этих стимулов. Исследователь деятельности оператора (диспетчера) в области обратной связи не может быть полностью уверен в том, что ОС в действи- 18 Лесотехнический журнал 2/2011 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– тельности воспринимается оператором (диспетчером) так, как он ее понимает. Он (исследователь) должен учитывать влияние обратной связи на ответы оператора (диспетчера) и результирующие данные эргатической системы АУ, чтобы решить эффективно ли то, что он (оператор) представляет себе в качестве ОС [3, 4]. В самом общем смысле обратная связь является информацией о последствиях тех или иных действий оператора (диспетчера) предъявляемой самому оператору (диспетчеру). Эти последствия потом сопоставляются в памяти операторадиспетчера или с помощью устройств отображения (пульт управления, мнемосхемы, экран телевизора и т.п.) с первоначальным действием, чтобы определить приемлемость выполненного действия. Одновременно оператор (диспетчер) использует полученную оценку, чтобы руководствоваться ею при выполнении своего следующего действия. В связи с эти эффект обратной связи связан не только с предыдущими, но и последующими действиями оператора-диспетчера. Свою способность модифицировать деятельность ОС исследователь реализует следующими способами: 1) направляя изменения в действиях, выполняемых оператором, и руководя ими с тем, чтобы они удовлетворяли требованиям эргатической системы АУ; 2) создавая мотивацию для того, чтобы оператор (диспетчер) приспосабливал получаемые им результаты к другими целям; 3) поощряя определенные модели ответов, которые представляются оператору точными или успешными. Эти функции можно рассматривать также в качестве критериев эффективности информации обратной связи, определяемой в основном тем, насколько успешно она (ОС) направляет и поощряет правильные ответы, и создает мотивацию для более производительного труда оператора (диспетчера). Обратная связь может обеспечивать разные типы информации, касающиеся корректности подтверждения и последствий ответа, а также состояния эргатической системы АУ. Обратная связь включает в себя любую информацию о состоянии оператора (диспетчера), системы или среды, представляющих собой результат действий данной эргатической системы, на основе которых можно осуществлять необходимое регулирование ОС, вероятно, важнее в недетерминированных, чем структурированных (детерминированных) системах. Если операционные процессы запрограммированы заранее, они должны предусматривать по крайней мере наличие некоторых информаций (например, сигналов на пульте управления), обеспечиваемой с помощью ОС. С другой стороны в вероятностных (неопределенных) ситуациях ОС может быть единственной основой руководящей оператором в выборе одной из альтернатив. Информация, получаемая через обратную связь, не автоматически руководит, мотивирует или поощряет – эти функции определяются тем как оператор (диспетчер) интерпретирует информацию. В деятельности оператора (диспетчера) эргатической системы АУ обратная связь подтверждения ответа играет существенную роль, так как предъявляемая оператору информация о том, что он (опе- 19 Лесотехнический журнал 2/2011 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ратор) действительно выполнил ту или иную операцию обозначается только обратной связью подтверждения ответа (ОСпо). Например, после того как оператор ГДПУ нажал на кнопку переключателя с надписью ВКЛ. и подал напряжение на пульт управления загорается лампочка соответствующего индикатора. Поскольку ОСпо ничего не говорит о более отдаленных последствиях предпринятого действия сфера ее применение крайне ограничена. Информация о корректности или некорректности ответа оператора требуется тогда, когда возможны альтернативные ответы и правильный выбор ответа оператору заранее неизвестен. Например, ответ оператора (диспетчера) в процессе его обучения (подготовки) обычно сопровождается указанием на корректность или некорректность ответа обратная связь корректности ответа (ОСко). ОСко (обычно называемая усиленной обратной связью) применяется лишь в ситуации подготовки (обучения) оператора (диспетчера) на специальном тренажере имитирующем пульт управления эргатической системы или непосредственно на рабочем месте (в операторской или диспетчерской). Информация о последствиях предпринятых действий может иметь место, например, в такой ситуации САГУ, когда за поворотом тумблера следует включение двигателя на разжатие челюстей торцевого грейфера и оператор видит как они (челюсти) расходятся. В зависимости от поставленной задачи – взятие из накопителя определенной длины сортимента, оператор раздвигает челюсти грейфера до нужного размера. Таким образом, обратная связь последствий ответа (ОСпос), включает в себя описанные выше функции и она подтверждает ответ, сделанный оператором, т.е. ОСпос может быть проверена лишь по его последствиям. Обратная связь последствий ответов, как видно, может помочь оператору сделать правильный выбор следующего ответа. Получив заданную величину раскрытия челюстей грейфера, оператор опускает его на пачку сортиментов и дает команду (тумблером) на сжатие их (челюстей) для взятия этой пачки. Информация об условиях, определяющих состояние данной эргатической системы АУ или о внешней среде, знание которых позволяет оператору (диспетчеру) выполнить то или иное действие, обозначается, как обратная связь состояния системы (ОСсс). ОСсс тем и отличается функционально от других видов обратных связей, что она не обязательно, а часто и совсем не отражает следующее непосредственно за некоторым стимульным воздействием событие или реакцию на специфическое действие оператора (диспетчера). Обратная связь состояния системы может отражать последствия, возникшие в результате действий оператора (диспетчера), выполненных гораздо раньше. Информация, обеспечиваемая ОСсс, регулирует действия оператора и эргатической системы АУ, когда возникают особые состояния ее (системы) и оператор должен предпринимать действия по поддержанию целостности эргатической системы. В эргатических системах АУ лесопромышленных предприятий вместе с вышеназванными типами ОС необходимо 20 Лесотехнический журнал 2/2011 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– различать внутреннюю и внешнюю обратную связь. Внутренняя ОС обычно понимается как нечто, присущее действиям оператора (диспетчера) как таковым. Проще внутренняя ОС означает, что информация или сигналы, на основе которых оператор (диспетчер) интерпретирует информацию, получаемую через данную ОС, понимается как часть обратной связи или как нечто, коррелирующее с действиями, которые создают ее (обратную связь). При интерпретации внутренняя ОС существует лишь как физиологический коррелят индивидуального ответа и поэтому не имеет точного аналога на уровне самой эргатической системы. С другой стороны, если внутренняя ОС представляет собой часть целой системы (например, САГУ), то «человек-оператор-ПТУ» включает в себя внутреннюю ОС. Например, информацию, описывающую состояние данной системы (САГУ), можно считать внутренней, поскольку она заложена в самой ситуации (т.е. отражается на мнемосхеме пульта управления используемой в заданном порядке); такая информация представляет собой ОС, поскольку описывает последствия операций, выполняемых данной эргатической системой (включая обслуживающий персонал–строповщики, подсобные рабочие сортировочной линии и т.п.). Внешняя обратная связь не заложена в действиях оператора (диспетчера) или операциях самой системы, а поступает из внешних источников. Например, информация, характеризующая состояние штабелей круглых лесоматериалов, обслуживаемых нашей эргатической системой. Внешняя ОС обычно считается коррект- ной, потому, что внешний (информирующий) источник не станет произвольно передавать дезинформацию. Внутренняя ОС также должна быть совершенно правдивой, поскольку она не находится под сознательным контролем оператора. Однако в обоих случаях информация, получаемая через ОС, может быть неполной или неточной или восприятие и понимание ОС оператором (диспетчером) может быть не вполне точным. Обратная связь может и не соответствовать действительности в том смысле, что ее интерпретация оператором неточно отражает «объективную истину». Например, оператор ГДПУ может не совсем точно определить заполненность накопителя сортировочной линии на большом расстоянии от операторской. Такое может случиться даже тогда, когда ОС предположительно характеризует ответы самого оператор и его собственной эргатической системы. Библиографический список 1. Макеев В.Н. Оптимизация автоматизированных систем управления подъемно-транспортными устройствами на лесных складах: Монография / Воронеж: ВГУ, 1991. 166 с. 2. Макеев В.Н. Совершенствование управления транспортно-грузовыми процессами лесопромышленных производств: Монография / Воронеж: ВГЛТА, 2005. 117 с. 3. Шеридан Т.Б., Феррелл У.Ф. Системы человек-машина. Модели обработки информации, управления и принятия решения человеком-оператором / М.: Машиностроение, 1989. 399 с. 21 Лесотехнический журнал 2/2011 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 4. Макеев В.Н. Эргономические основы разработки систем автоматизированного группового управления подъемно- транспортными устройствами на лесных складах: Монография / Воронеж: ВГЛТА, ВВАИУ, 1998. 151 с. УДК 625.7:630*377.7(075.8) ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ОБЪЕМА ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ НА УЧАСТКАХ КРИВЫХ МАЛОГО РАДИУСА ЛЕСНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ В.А. Морковин ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» На стадии проектирования лесных дорог необходимо учитывать влияние параметров кривых малого радиуса на объем земляных работ. Получены аналитические зависимости для расчета объемов земляных работ на участках кривых в плане с учетом параметров земляного полотна, зависящих от радиуса кривой: уширение земляного полотна, уклон виража. Ключевые слова: кривые малого радиуса, объем, земляные работы, земляное полотно, уклон виража, уширение земляного полотна. Лесные дороги характеризуются наличием кривых малого радиуса, на которых требуется устройство виража [1, 2]. Протяженность участков виражей и их отгонов незначительна от общей протяженности строящегося (реконструируемого, ремонтируемого) участка. Также объемы, создаваемые за счет устройства виража на кривых малого радиуса, малы по сравнению с общим объемом земляных работ на участке, но если рассматривать только участки кривых в плане, то на них за счет устройства виража объемы земляных работ могут существенно возрастать [3], а это необходимо учитывать при разработке технологических процессов строительства (ремонта) земляного полотна. Таким образом, на стадии проектирования лесных дорог необходимо уточнить величину профильного объема земляных работ для участков кривых малого радиуса. Известно [3], что объем призматоида V на участке длиной L равен L V F x dx, (1) 0 где F(x) – площадь поперечного сечения призматоида, имеющего координату x (0≤x≤L), м2. Площадь поперечного сечения F(x) зависит от величины рабочей отметки H(x) и ширины земляного полотна B(x). Если H(x)>0, то F x Bx sxH x mH x fСП , (2) 2 где s(x) – уширение земляного полотна за счет устройства виража, м; m – коэффициент заложения откоса; fСП – площадь сливной призмы, м2. При H(x)<0 F x Bx sx 2bKB 2bЗП H x mH x fСП , 2 где bKB – ширина кювета по верху, м; 22 (3) bЗП – ширина закюветной полки, м. Лесоте Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Нетрудно заметить, что формула (2) является случаем зависимости (3) при bKB=bЗП=0 и замене знака у fСП на противоположный. На участке отгона ширина земляного полотна B(x) изменяется по линейному закону [3] и если ввести понятие удельное уширение земляного полотна δ – уширение, приходящееся на 1 м отгона, то можно получить зависимость Bx B0 x, где lOB – длина отгона виража, м. Следует отметить, что сложная форма сливной призмы не учитывается только Лесотехнический журнал 2/2011 на некотором участке отгона виража длиной l1 равной B0lOBiП l1 , (8) B0 ПЧ iB ПЧ iП где iП – поперечный уклон поверхности сливной призмы на прямом участке дороги. (4) В формуле (7) B0lOB ПЧ l , также в B(0) – ширина земляного полотна в начале рассматриваемого участка призматоида, то есть при x=0, м. ЗП , (5) lОЗП работе [4] показано, что влияние величины где ЗП – уширение земляного полотна на кривой, м; lОЗП – длина отгона уширения земляного полотна, м. Ширина земляного полотна в любом сечении отгона, расположенном на расстоянии l от его начала составляет Bl l. (6) Если пренебречь сложной формой сливной призмы, то изменение поперечного уклона в пределах отгона виража определяется функцией B ПЧ iBl , i l 0 (7) B0lOB ПЧ l где B0 – ширина проезжей части на прямом участке дороги, м; ПЧ – уширение проезжей части на кривой, м; iB – уклон виража; l – расстояние от начала отгона до рассматриваемого сечения, м; ПЧl на значение i(l) не существенно, а следовательно поперечный уклон i(x) в пределах отгона виража на участке ограниченной длины изменяется по линейному закону ix i0 x, (9) где i(0) – поперечный уклон в начале рассматриваемого участка призматоида (при x=0), определяемый по формуле (7); – удельное приращение уклона – приращение уклона, приходящееся на 1 м отгона виража, м–1. dil B0 ПЧ B0lOBiB (10) . dl B0lOB ПЧ l 2 При l=0 B0 ПЧ iB . B0lOB (11) При l=lOB B0iB . B0 ПЧ lOB (12) Правые части зависимостей (11) и (12) будут равны если ПЧ=0, тогда i B . lOB (13) 23 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Для повышения точности результата при использовании формулы (9) следует определять по зависимости (10) для сечения с координатой 0,5L. В пределах отгона виража и виража f СП 0,5Bx ix . (14) sx Bxixm. (15) 2 Подставим полученные зависимости (4) и (9) в формулы (14) и (15) и получим fСП 0,5B0 x i0 x. 2 (16) sx B0 xi0 xm. (17) Полученные зависимости позволяют рассчитать площади поперечных сечений насыпей и выемок на участках кривых в плане с учетом уширения земляного полотна за счет устройства виража, что позволит уточнить объемы земляных работ на участках с виражами и отгонов виражей. Объем призматоида в данном случае рассчитывается по формуле, полученной интегрированием зависимости (1) 0,5F L F 0 V 1 BL B0 (18) 2 L. 6 sL s0 H L H 0 mH L H 0 Формула (18) позволяет более точно лотна, зависящих от радиуса кривой: ушиопределить объем земляных работ на рение земляного полотна, уклон виража. участках кривых в плане, где устраиваются виражи, а также на участках отгонов виБиблиографический список ражей, что позволит рационально подобрать технические средства и способы 1. Транспорт леса. В 2-х т. Т. 1. Супроизводства земляных работ. Зависимохопутный транспорт / Под ред. Э.О. Салсти (2) – (18) дополняют математическое минена. М.: ИЦ «Академия», 2009. 368 с. обеспечение системы автоматизированно2. СНиП 2.05.07-91*. Промышленго проектирования лесных автодорог. ный транспорт / Госстрой России. АПП ЦИТП, 1996. 120 с. 3. Афоничев Д.Н. СовершенствоваВыводы 1. На участках кривых малого радиуние расчета объемов земляных работ в сиса при устройстве виражей происходит достеме автоматизированного проектироваполнительное уширение земляного полотния автомобильных дорог. Воронеж: ВГЛна за счет поднятия верхней кромки проТА, 2008. 117 с. Деп. в ВИНИТИ езжей части, которое увеличивает объем 26.02.2008, № 164-В2008. земляных работ. 4. Курьянов В.К. Афоничев Д. Н. По2. Полученные аналитические завивышение транспортно-эксплуатационных симости позволяют определить объем качеств сборных дорожных покрытий на насыпи или выемки на участках кривых в отгонах виражей // Вестник МГУЛа. Лесплане с учетом параметров земляного поной вестник. 2004. № 5. С. 69–74. 24 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– УДК 630*372 Лесотехнический журнал 2/2011 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ ГОРНОЙ МЕСТНОСТИ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ПЕРВИЧНОГО ТРАНСПОРТА ЛЕСА Ф.В. Пошарников, В.В. Абрамов, А.В. Бондаренко ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» При исследовании первичного транспорта леса предлагается математический аппарат для моделирования горизонтальной конфигурации лесосеки, ее поверхности, а также пространственной структуры расположения деревьев с их индивидуальными эксплуатационными параметрами. Ключевые слова: моделирование, природные условия, горная местность, первичный транспорт леса, лесосека, расположение деревьев. Для обоснования эффективной технологии первичного транспорта леса в горной местности из существующего многообразия альтернатив необходимы достоверные показатели сравниваемых вариантов в конкретных лесоэксплуатационных условиях. Успешное решение такой задачи на ЭВМ требует разработки математического аппарата для моделирования: конфигурации разрабатываемой лесосеки, ее рельефа местности, а также параметров древостоя. Для моделирования горизонтальной конфигурации лесосеки и близлежащих транспортных путей предполагается использовать материалы отвода лесного участка в рубку. При этом привязку местности к системе координат желательно начинать с противоположного лесовозной дороге угла отведенного в рубку участка. Первый угол располагается в начале системы координат и в дальнейшем от него ведется нумерация остальных углов по кругу против часовой стрелки (рис. 1). При этом второй угол привязывается к абсцис- се системы координат, а начиная с третьего угла, проверяются следующие условия XL1≤XLi(i=3,…,k); YL1≤YLi(i=3,…,k). Если XL1≤XLi выполняется корректировка всех смоделированных углов по абсциссе с учетом переноса начала координат, в большую сторону на величину - XL1+| XLi|. Если YL1≤ YLi выполняется корректировка всех смоделированных углов по ординате с учетом переноса начала координат, в большую сторону на величину - YL1+|YLi|. После графического моделирования контуров отведенного в рубку лесного участка таким же образом, против часовой стрелки от угла с номером №1 последовательно с заданным шагом вводятся координаты продольной оси лесовозной дороги, привязанные материалами отвода к двум углам разрабатываемой лесосеки [3]. Моделирование поверхности разрабатываемого лесного участка выполняется на основе результатов горизонтальной привязки конфигурации лесосеки с близлежащими транспортными путями к системе координат, а также топографических 25 Лесотехнический журнал 2/2011 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– данных местности. Для этого вся территория разрабатываемого лесного участка в пределах крайних точек Di и Li покрывает- ся сеткой с элементарными плоскостямиквадратами определенного разрешения F. Рис. 1. Моделирование лесосеки и близлежащих транспортных путей по контурным точкам с последующей к ним привязкой горизонталей Определение вертикальных координат поверхности разрабатываемой лесосеки происходит следующим образом. На основе обработки графических изображений имеющихся данных топографических карт последовательно на конфигурацию лесосеки накладываются горизонтали. После этого определяются точки пересечения горизонталей с линиями заданной сетки и фиксируются их координаты Phyi j X C1 ; Yij . Далее по каждой прямой yi X Ci1 F с соответствующими абсциссами XCi просматривается попадание узлов в интервал жение [1] ZH X CiYCi H pi где l , L (1) ZH X CiYCi – значение высоты Ci-го узла рельефной сетки соответствующего ординаты YCi и абсциссы XCi; Hpi – отметка горизонтали, м; – сечение горизонталей, м; L – заложение сетки (расстояние между горизонталями по сетке), м; l – расстояние от точки пересечения с горизонталью стороны квадрата сетки до узла сетки, отметка которого опре- Phyi j Cij Phyi j 1 между этими точками, и деляется (плюс – при hyij hyij 1 подъ- рассчитываются аппликаты узлов (рис. 2). Для этого используется следующее выра- еме от узла в сторону горизонтали; 26 минус – при уклоне hyij hyij 1 ), м. Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Рис. 2. Определение аппликат узлов рельефной сетки Для моделирования пространственN Лесотехнический 2/2011 (3) журнал . ной структуры расположения деревьев с S их индивидуальными эксплуатационными Плотность распределения расстояний параметрами (координаты местоположемежду двумя деревьями определяется ния деревьев на лесосеке, их количество по функцией 2 каждой породе, диаметр, высота, объем и (4) f l 2ll -l , масса ствола, ширина и протяженность а среднее расстояние между деревьями кроны) требуется статистическая инфорформулой мация с их распределениями, а также соотl 0,5 , (5) ветствующий математический аппарат. N S Лесотехнический журнал 2/2011 При моделировании координат деревьев где площадь под расположение деревьев на разрабатываемом лесном участке необнаходится по крайним контурным точкам ходимо знать вероятностный закон их расразрабатываемой лесосеки привязанных пределения по площади. В практике лесраннее к системе координат ной таксации при решении задач о средних расстояниях между деревьями исходят из случайного равномерного расположения деревьев на лесопокрытой площади, таким образом, в лесоэксплуатации используют, как правило, закон Пуассона. Из допущений Пуассоновского распределения числа деревьев на лесной площади следует, что если N деревьев расположены на площади S, то вероятность P(n) нахождения n деревьев на площади c равна (при N>n и S>c) P n где c n , (2) n! ρ – среднее число деревьев на единице площади лесосеки, шт; S X Lmax X Lmin YLmax YLmin , (6) а общее количество деревьев определяется как Q S Qга X Lmax X Lmin YLmax YLmin N га , (7) n qср qсрi i 1 где Qга – средний запас стволовой древесины на одном га, м3/га; qср – средний объем ствола дерева в древостое, м3; qсрi – средний объем ствола дерева iой породы. Координаты деревьев, а также подроста и подлеска X PDni и YPDni можно считать случайными величинами, равномерно распре- 27 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– деленными соответственно в интервалах ( X Lmin , X Lma x ) и ( YLmin , YLma x ) и моделировать единицу можно получить из следующего выражения по правилам: X PDni X Lmin i1 X Lmax -X Lmin , YPDni YLmin i 2 YLmax -YLmin , где i1 , i 2 – случайные числа, равномерно распределенные в интервале (0,1); YPDni – ордината месторасположения i–го дерева PDni ; X PDni – абсцисса месторасположения i–го дерева PDni . После расчета координат i–го дерева PDni на основе данных таксационных описаний разрабатываемой лесосеки по составу насаждения моделируется его порода с последующим присваиванием соответствующего индекса (n): 1 – сосна, 2 – ель, 3 – лиственница, 4 – кедр, 5 – граб, 6 – бук, 7 – береза, 8 – пихта, 9 – осина, 10 – дуб. Для моделирования породы дерева, а также подроста и подлеска выполняется генерирование случайной величины с последующей проверкой ее подания в долевой интервал той или иной породы составляющей общий состав насаждения ρi-1<ξj≤ ρi, где ξj – случайное число, равномерно распределенное в интервале (0, 1); ρi – интервал доли i–ой породы в общем составе древостоя X Li i 3,...k , при этом ρk=1. Определение интервала доли i–ой породы в общем составе древостоя выполняется следующим образом i P1 P2 ... Pi , где Pi – вероятности наличия i–ой породы в рассматриваемом древостое. Определение доли числа деревьев i– ой породы в общем числе, принятом за 28 Pi 0,1K 0 qср qсрi , (8) где K0 – коэффициент объемного распределения пород в древостоях (в долях от десятых). Таким образом, количество одной породы произрастающей в древостое может быть вычислено по формуле: Ni 0,1Qга X Lmax X Lmin YLmax YLmin K 0 qсрi , (9) Моделируемый объем ствола дерева i–ой породы с достаточной точностью для технических расчетов можно определить по формуле предложенной Алябьевым В.И. [1]: qi D02,5 A1, (10) 4 где D0,5 – диаметр ствола на середине высоты; A1 – коэффициент, учитывающий образующую форму ствола дерева (при форме ствола – I: для хвойных и лиственных пород A1=0,998; при форме ствола – II: для хвойных и лиственных пород A1=1,117). Диаметр ствола дерева i–ой породы на середине высоты можно определить по следующей формуле [2]: 1,3 1,7 b2 2 b0 b1 Hi Hi Di 2,2 2,9 b3 3 b4 4 Hi Hi 1 , (11) D0,5i где b0, b1, b2, b3, b4 – коэффициенты, зависящие от формы образующей ствола; Di – моделируемый диаметр i–ого дерева по логнормальному распреде- Лесоте Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– лению, м; i 1, i 2 – случайные числа, равно- Hi – моделируемая высота i–ого дерева смоделированному ранее диаметру, м. Для моделирования диаметра i–ого дерева предлагается использовать результаты ЦНИИМЭ в виде следующей зависимости: ср 2 ln i1 sin 2i 2 Di exp , 1 2 ln Dср ср 2 мерно распределенные в интервале (0,1). При моделировании высоты дерева может быть использован следующий алгоритм H i H срср н 2 ln i1 cos 2i 2, D где D H срср – средняя высота дерева по ступени диаметра Dср; σн – среднеквадратическое отклоне- (12) где Dср – средний диаметр i–ой породы дерева, м; Hi – средняя высота i–ой породы дерева, м; βср – один из параметров логнормального закона принимаемый; для условий Северного Кавказа принимается 0,2678; (13) D ние H срср для ступени диаметра Dср. Для определения величины D H срср можно использовать математическую модель [2] массовых таблиц a1 a2 a32 , (14) Dср Dср Длину кроны можно определить по известным формулам проф. Алябьева В.И. [1] в зависимости от смоделированного ранее диаметра и соответствующей ему высоты, а также рассчитанной длины бессучковой зоны дерева i–ой породы. По величине реализаций диаметра и высоты дерева находится масса ствола дерева Лесотехнический журнал 2/2011 a a D H срср H ср a1 2 32 Di Di где Hср – средняя высота i–ой породы дерева соответствующая Dср на определенной ступени по таксационным данным массовых таблиц; Di – смоделированный диаметр дерева i–ой породы в зависимости от Dср; a1, a2, a3 – постоянные коэффициенты, зависящие от породы дерева. Для моделирования диаметра кроны дерева может быть использована формула проф. В.С. Сюнева [4]: DKi b0b1 Aq 0,6 i 0,5, (15) где b0, b1 – постоянные коэффициенты, зависящие от породы дерева; Aq – возраст дерева (из таксационных характеристик), лет. mi где D02,5 H i A2, (16) 4 ρ – плотность древесины, моделируемая как случайная нормально распределенная величина. Библиографический список 29 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 1. Алябьев В.И. Оптимизация произвание технологий рубок с сохранением водственных процессов на лесозаготовках лесной среды (на примере Уральского ре/ М. : Лесн. пром-сть, 1977. 248 с. гиона): Дисс. д-ра техн. наук: М. : РГБ, 2. Барановский В.А., Некрасов Р.М. 2005. 270 с. Системы машин для лесозаготовок / М. : 4. Сюнев В.С. Обоснование выбора Лесн. пром-сть, 1977. 248 с. систем машин для рубок ухода: Дисс. д-ра 3. Герц Э.Ф. Теоретическое обоснотехн. наук : Петрозаводск, 2000. 397 с. УДК 630*232.211 О ПРОБЛЕМАХ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПОРУБОЧНЫХ ОСТАТКОВ НА ЛЕСОСЕКЕ Е.В. Саввин, С.В. Фокин ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И.Вавилова» В статье анализируются факторы, влияющие на качество получаемой щепы при измельчении порубочных остатков на стационарных дисковых машинах. Ключевые слова: фактор, щепа, качество, лесосека, порубочные остатки, стационарные дисковые машины. Создание безотходной технологии полосной расчистки нераскорчеванных вырубок в климатических зонах Среднего Поволжья является актуальной задачей в связи с тем, что в настоящее время порубочные остатки либо разбрасываются по вырубке, либо сжигаются. Это экономически нецелесообразно, как с финансовой, так и экологической точек зрения. Поэтому предлагается безотходная технология для расчистки нераскорчеванных вырубок, которая позволит решить проблему утилизации щепы, получаемую при измельчении порубочных остатков. При ее внедрении до 16 % полезной площади вырубок освободятся от валов и куч порубочных остатков [1]. При ее внедрении сохранится плодородный слой почвы, а отходы лесосечных работ в виде порубочных остатков могут быть использованы в промышленных целях. Современные технологии химико- 30 механических производств позволяют использовать отходы лесозаготовительных работ после предварительной механической обработки (измельчения) в качестве сырья. Например, щепа из древесины лиственных пород деревьев, которые имеют преимущественное распространение в Среднем Поволжье, может служить органическим наполнителем при производстве арболита. Тонкомерная щепа – это не только кормовая добавка, применяемая для приготовления компостов, но и подстилка для животных и птиц. Щепа размером 21…100 мм может сжигаться в котельных установках, квартирных печах и промышленных топках, решая проблему энергообеспечения в районах, испытывающих недостаток в энергоносителях. Для решения задач энергопотребления может применяться щепа размером 3…6 мм, используемая в брикетированном виде [2]. Для осуществления данной техноло- Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– гии пока нет специализированного отечественного оборудования с эксплуатацией на лесосеке. Основная масса щепы на сегодняшний день вырабатывается из балансов на стационарных дисковых рубительных машинах. Предлагаемая установка для измельчения порубочных остатков призвана решить эту проблему. Проведенные полевые исследования данной установки показали, что необходимо улучшить механизм резания порубочных остатков на щепу, так как получаемая щепа содержит: повышенное содержание коры, тонких длинных веточек, крупных фракций щепы, затруднявших процесс химической переработки. Причем отмечалось зависание щепы в пневмосистеме транспортирующего устройства установки. Анализ щепы полученной на установке показал, что образующий крутящий момент и центробежные силы на боковых кромках лезвий ножа приводит к образованию сколов, отщепов и неудовлетворительному перерезанию мелких длинных веточек, так как сквозное отверстие в теле диска превышает длину лезвия ножа. В силу этого короткие грани отщипывают часть перерабатываемой древесины, а веточки не перерезаются из-за отсутствия жесткой опоры контрножей. Все это сни- жает полезный выход щепы нормальной фракции и увеличивает брак на 10…15 %. Другим фактором снижения качества щепы является удар щепы о внутренний кожух диска машины. Резание толстой стружки сопровождается расслоением стружки по толщине, длине и ширине с интенсивным выделением жидких и газообразных фаз химически активных веществ, интенсифицирующих коррозионные явления поверхности кожуха. При неполном срезе толстой стружки, сколы, отщепы, длинные веточки уплотняют измельченную массу в кожухе диска с налипанием частиц на поверхности трубопровода, что приводит к экстремальной, аварийной ситуации машины. Поэтому необходима разработка устройств снижающих негативное влияние этого явления. Библиографический список 1. Будников Н.А., Долгих А.И., Игнатьев Л.М., Истомин В.С. Производство культуртехнических работ: учеб. пособие / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». Саратов, 2002. С. 52. 2. Михайлов Г.Н., Серов Н.А. Пути улучшения использования вторичного древесного сырья / М. : Лесн. пром-сть, 1988. 224 с. УДК 630*377.45 ОБОСНОВАНИЕ БЛАГОПРИЯТНОЙ ДОРОЖНО-ТРАНСПОРТНОЙ СИТУАЦИИ ДЛЯ ВЪЕЗДА ОДИНОЧНОГО ЛЕСОВОЗНОГО АВТОПОЕЗДА НА ДОРОГУ ИЛИ СЪЕЗДА С НЕЕ О.В. Свиридов 31 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» Проведены исследования по влиянию безопасности движения лесовозного транспорта при выезде с мест обустройства дороги. Произведена оценка безопасности маневра лесовозного транспорта. Выявлено, что маневр въезда на дорогу в большинстве случаев производится сходу вне зависимости от уровня загрузки автомобильной дороги. Ключевые слова: лесовозный автопоезд, дорожно-транспортная ситуация, дорога, маневр, уровень загрузки. Лесотехнический журнал 2/2011 Сооружения комплекса обустройства дороги, предназначенные для обслуживания движения, могут располагаться с двух сторон или с одной стороны дороги (автозаправочные станции, мотели, кемпинги, магазины, пункты общественного питания, источники питьевой воды, площадки отдыха и т.п.). Автомобили съезжают с дороги к таким пунктам для технического обслуживания и обслуживания людей. После обслуживания они въезжают на дорогу для продолжения движения. С точки зрения безопасности движения расположение обслуживающих сооружений с одной стороны дороги менее желательно, чем расположение их с двух сторон ее. Дело в том, что в случае съезда с дороги к пункту с выполнением левого поворота необходимо пересекать путь движения встречного автомобильного потока. А также после обслуживания, при въезде на дорогу с выполнением левого поворота приходится пересекать по крайней мере два автомобильных потока (первый, идущий слева, и второй, идущий справа, с которым происходит «слияние» для продолжения движения в желаемом направлении). Ясно, что такие маневры более опасны, чем въезд на дорогу после обслуживания с выполнением правого поворота, т.е. когда сооруже- 32 ние для обслуживания расположено справа по ходу движения. С ростом интенсивности движения на дороге условия для выполнения необходимого маневра быстро ухудшаются. С некоторого момента может наступить необходимость улучшения теми или иными инженерными мерами. Для выявления такого момента, знание которого необходимо для своевременного планирования, разработки и реализации мер по улучшению условий движения в зоне сооружений обустройства дороги определим количественные критерии дорожнотранспортных ситуаций. Здесь мы рассматриваем ДТС, которая наиболее желательна для водителей, застать которую они всегда надеются при выполнении любого маневра. Самой благоприятной ДТС является такая, когда необходимый маневр выполняется сходу, без какой-либо задержки его и, кроме того, в удобном для водителя режиме движения и безопасным образом. При этом здесь мы рассматриваем сооружения, имеющие малую мощность обслуживания. Т.е. такие, к которым на обслуживание поступают не потоки автомобилей, а лишь одиночные автомобили (до двух, трех десятков за час) и от которых после обслуживания на дорогу въезжают также не потоки автомобилей, Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– а одиночные автомобили. характер большинства сооружений обустройства дороги именно таков и поэтому рассматриваемые условия достаточно типичны. Обращаясь к математическому описанию самой благоприятной для одиночного автомобиля ДТС, отмечаем следующее. Одиночным автомобилем считается такой, когда в момент возникновения у него необходимости в маневре, а также за время описания условий для этого и за время выполнения маневра другой автомобиль в том же месте ожидания не появляется (после своего обслуживания). Местом выполнения маневра считается, в общем, поперечник проезжей части, на которой в случайные моменты времени поступают автомобили потоков главной дороги и автомобиль, выполняющий рассматриваемый маневр (съезд, налево к пункту обслуживания или же въезд на дорогу направо после обслуживания). Для выполнения конкретного маневра в конкретной дорожной обстановке в удобном водителю режиме необходимо, чтобы расчетный поперечник проезжей части был бы свободен от автомобилей главной дороги по крайней мере на время 0 секунд. В настоящее время считается [1, 2], что если сам водитель застал поперечник свободным на указанное время, то маневр выполняется сходу и безопасным образом. Однако это не так, потому что при этом не учитываются следующие два обстоятельства, отмеченные нами [3]. Во-первых, в момент необходимости в выезде на дорогу можно действительно застать ее свободной потому, что застали длинный >0 интервал в автомобильном потоке, но это еще не гарантирует безопасность маневра, т.к. например, застали конечную часть длинного интервала, т.е. когда выполнению маневра угрожает близость автомобиля, замыкающего этот интервал. Во-вторых, не учитывается и то обстоятельство, что в тех интервалах автомобильного потока, на которые попадает момент заявки на выполнение маневра, от- Лесотехнический журналft2/2011 резки времени имеют иную точность () вероятностей, чем в остальных интервалах [1, 4]. Отметим, что здесь и далее любой символ со звездочкой означает рассмотрение ситуаций, связанных только с такими интервалами, на которые попал момент необходимости в маневре. С учетом вышеизложенного можно утверждать, что самая благоприятная ситуация для выполнения маневра в удобном водителю режиме и гарантировании безопасности возникает при совпадении следующих случайных событий. Заявка на маневр поступает на начало длинного интервала (условная вероятность чего равна 0t ). Это совпадение наступает только при условии, что длинный интервал принадлежит к числу тех, на которые попадает заявка на маневр (условная вероятность чего равна Pgt ). В свою очередь, это событие имеет место при условии, что случайный интервал из всей совокупности интервалов в потоке есть длинный, т.е. >0 (безусловная вероятность чего равна Pд). Но для оценки интересующей нас ситуации выполнения маневра надо рассматривать 33 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– другую совокупность, состоящую только из тех интервалов, на которые приходится момент возникновения необходимости въезда на дорогу (или съезда с нее). Критерием ситуации, которую застает водитель в дорожном движении, является ее вероятность. Итак [3], в конечном счете, условная вероятность того, что для выполнения маневра одиночному автомобилю имеются самые благоприятные условия, равна P0 U 0 0 с нее) короткий (<0) интервал в потоке, равна P(tk ) 0 0 f t ()d f ()d 0 (3) 0 P( ) P( ) P( tдк ) t д t дн P( ) (1 )(1 t дк t 0 0 f t ()d)(1 0 (4) 0 f ()d (5) 0 f () (6) m 3600 m (7) n m – средний интервал в пересекаемом потоке с часовой интенсивностью n – автомобилей 0t 1 0 ; (при t 0 ). (8) д где Математическое ожидание данного интервала равно t д 34 2 f ()d 0 f ()d . (9) t f ()d)(1 0 0 f ()d) . (2) Формулы пригодны для любого закона распределения интервалов в автомобильном потоке. Для приближенной оценки самых благоприятных условий в дорожном движении для въезда на дорогу в зоне объекта обслуживания можно использовать f0() экспоненциальную функцию плотности вероятностей. Тогда приведенные выражения приобретают следующий простой вид где f t () (1) Иными словами, это вероятность того, что на дороге ситуация такова, что автомобиль въезжает на дорогу немедленно, без какой-либо задержки, удобным и безопасным образом потому, что он попадает на начальную часть длинного интервала в потоке. Здесь: P(tдн ) 0t pдt pд 0t (1 Вероятность того, что автомобиль застает на въезде на дорогу (или на съезде P tдн . P tk P tд P(tдн ) 0t e 20 ( 0 1); (10) P(tk ) 1 e 0 ( 0 1) (1 e 0 ) (11) P(tд ) e 20 ( 0 1); (12) 0 02 0 2m ; 0 1 m 0 t д 2 (13) n ; авт/с. (14) 3600 Если автомобиль, въезжая после обслуживания на дорогу, должен пересекать два автомобильных потока (например, выполняя маневр левого поворота), то вероятность того, что он застанет на дороге наиболее благоприятные для въезда условия, определяется по формуле Лесоте Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– P0 ( H ) P0 ( H )1 P0 ( H ) 2 . (15) Индексы 1, 2 относятся соответственно к ближнему и дальнему пересекаемым потокам с интенсивностью движения в них n1 и n2. При этом для обоих потоков принимается значение интервала 0=02. Оно находится в общем случае для любого маневра, выполняемого сходу, по формуле: B 0 k , (16) V где В – необходимая для выполнения маневра длина пути плюс длина автомобиля, м; V – скорость движения автомобиля при выполнении маневра сходу, м/с; – запас времени для приближающегося автомобиля, угрожающего созданием аварийной ситуации, м; τ – продолжительность оценки дорожной обстановки, с; k – коэффициент, зависящий от схемы организации движения на дороге. Следует отметить весьма важное обстоятельство, заключающееся в том, что приведенный критерий количественной оценки наиболее благоприятных условий в дорожном движении пригоден не только при рассмотрении автомобилей. Этот критерий в полной мере пригоден при оценке условий движения людей через дорогу. Особенно важна такая оценка в зонах автобусных остановок, на участках дорог, пролегающих по населенным пунктам и в других местах дороги с пешеходным движением. Все приведенные формулы пригодны для указанной оценки. При этом ясно, что длина пути для пешехода равна ширине проезжей части, а скорость перемещения его и значение коэффициента k иные, чем для автомобиля. Значения же и τ также отличны для автомобиля и пешехода. Очевидно, что с увеличением интенсивности движения на дороге, необеспеченной видимости на въезде на нее или при неблагоприятной планировке места подъезда от пункта обслуживания к дороге вероятность удобного и безопасного маневра уменьшается. Т.е. возрастает вероятность задержки автомобиля или пешехода. Эта вероятность вычисляется по формуле Лесотехнический журнал 2/2011 PU 1 P0 U . (17) Ясно, что если P0(U) близко к нулю, то в рассматриваемом месте в зоне пункта обслуживания необходимо улучшение условий движения. необходимо изменить проектное решение по расположению этого пункта относительно дороги или изменить подходы к нему так, чтобы указанная вероятность повысилась. При этом лучшим решением будет такое, которое имеет большое значение вероятности. Пусть, например, въезд с площадки отдыха на дорогу имеет переходноскоростную полосу для разгона и удобный подход к ней при совершении маневра правого поворота. При этом автомобилю необходимо войти в поток на дороге с интенсивностью 600 автомобилей за час. Пусть также для выполнения маневра сходу и безопасным образом водителю требуется интервал в потоке не менее 0=3 c. Оценить, насколько дорожные условия у рассматриваемого пункта обслуживания благоприятны для удобного и безопасного 35 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– движения. По вышеприведенным формулам имеем, что 600 1 и 0 0.5 3600 6 Тогда 0.5 tд 2.6 3 13 c 0.5 1 3 0t 1 0.769 13 P 1 769e 1.5 0.127 P 0.769e 1.5 0.424 P 0.127 0.424 0.551 P tk 1 e 0.5 1.5 1 e 0.5 0.036 t дк t дн 1 1 t д Наконец, имеем: 0.424 P0 U 0.72 0.036 0.551 PU 1 0.72 0.28 То есть, в 72 случаях из 100 маневр совершается с ходу. Можно считать, что условия для въезда на дорогу весьма благоприятные и улучшения их не требуется. Библиографический список 1. Хейт Ф. Математическая теория транспортных потоков / Пер. с англ. Е.Г. Коваленко; Под ред. И.Н. Коваленко. М.: Мир, 1966. 286 с. 2. Лобанов Е.М., Сильянов В.В., Ситников Ю.М. Пропускная способность автомобильных дорог: учеб. пособие / М.: Транспорт, 1970. 152 с. 3. Кисляков В.М., Ивановская С.И. Исследование условий для безопасного маневра без задержки: учеб. пособие / М.: 1975. 4. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: учебник для втузов / 4-е изд., стереотип. М.: Наука, 1969. 576 c. УДК 630*383.001.2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ПЛАНИРОВАНИЕ ОБУСТРОЙСТВА ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ А.В. Скрыпников, Р.Н. Котляров, П.И. Морозов ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» Проведены аналитические исследования по влиянию дорожной обстановки на энергозатраты водителя, которые в первую очередь влияют на производительность труда водителей на маршруте и безопасности движения автомобилей. Было установлено, что при выполнении разъездов и обгонов энергозатраты водителя возрастают с уменьшением ширины проезжей части, так как возрастает и риск, связанный с этими маневрами. Ключевые слова: дорожная обстановка, энергозатраты, водитель, производительность труда, лесовозная автомобильная дорога. В связи с ростом дорожной сети в последние годы значительно повысился 36 интерес к вопросам благоустройства и внешнего вида лесовозных автомобильных Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– дорог. Лесовозные автомобильные дороги должны не только обеспечить условия для вывозки лесоматериалов, реализации динамических качеств автомобилей и экономических перевозок, но и удовлетворять физические и эстетические запросы водителей и пассажиров автомобилей. Благоустройство и оборудование лесовозных автомобильных дорог являются одним из средств повышения безопасности и скорости движения, но и удовлетворять физические и эстетические запросы водителей и пассажиров автомобилей. Благоустройство и оборудование лесовозных автомобильных дорог являются одним из средств повышения безопасности и скорости движения. Мероприятия по оборудованию дорог информируют и направляют действия водителя в сложной дорожно-транспортной обстановке. Благоустройство дорог, в частности, обслуживание в пути пассажиров, водителей и автомобилей повышает эффективность использования транспортных средств, обеспечивает своевременное снижение утомления водителей. Под благоустройством лесовозных автомобильных дорог понимают тот комплекс сооружений и устройств, который позволяет обеспечить нормальные условия жизнедеятельности людей, пользующихся лесовозными автомобильными дорогами. К нему относят средства оформления дороги и систему сооружений обслуживания движения. Все виды обслуживания движения на лесовозных автомобильных дорогах можно разделить на три основные группы: - общие услуги (информация об условиях движения, средства связи, места кратковременного отдыха в пути); - аварийная служба (медицинская помощь пострадавшим при дорожноЛесотехнический журнал 2/2011 транспортном происшествии, ремонт поврежденных автомобилей). В соответствии с рекомендациями и указаниями [1, 2] мероприятия по благоустройству должны быть предусмотрены в техническом проекте вновь прокладываемых лесовозных автомобильных дорог. Лесотехнический журнал 2/2011 Для существующих дорог технические проекты благоустройства дороги или отдельных объектов системы обслуживания движения разрабатывают специализированные проектные организации дорожного или других заинтересованных ведомств. Не имеется предложений по техникоэкономическому обоснованию целесообразности строительства и частоте размещения дорожных обустройств. Влияние дорожной обстановки на тяжесть работы водителя, определяемую параметрами трассы дороги, интенсивностью и составом движения, и характером придорожного пространства может быть учтено с помощью разработанной методики проектирования дорог. Исследования в области физиологии показывают, что тяжесть работы человека, занятого различной производственной деятельностью, является важным показателем при определении мер по повышению эффективности его деятельности, и, в частности, установлений рационального режима труда и отдыха. Энергозатраты водителя в процессе движения являются следствием усилий, прилагаемых последним к рулевому коле- 37 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– су, частоты переключения, воздействия ускорения, вибрации и колебаний. Кроме того, определенные затраты энергии имеют место в связи с эмоциональным напряжением в моменты изменения дорожной обстановки, при осуществлении различных маневров, появления опасности и т.п. Определение энергозатрат водителя осуществляется с целью учета тяжести их работы при определении мер по повышению производительности труда водителей на маршруте и безопасности движения автомобилей. Тяжесть работы водителей находит отражение в затратах энергии и изменениях характеристик ЭКГ, КГР и других биохарактеристик человека. Последние, в свою очередь, определяются параметрами дорожной обстановки, в частности, ее плотностью (λ) и информационной емкостью. При этом прием водителем информации, выработка управляющих действий и их осуществление в процессе того или иного маневра сопровождается определенной реакцией нервной системы и расходом некоторого количества энергии. Поэтому величина расхода энергии используется в качестве показателя, обобщающего все стороны информационного процесса, который протекает в системе «водительдорожная обстановка». Энергозатраты ( Эз ) водителя складываются из затрат энергии в связи с физическими усилиями и эмоциональным напряжением ( Эн ). При этом в различной дорожной обстановке энергозатраты могут быть больше от физических усилий, чем от Эн и наоборот. Как отмечалось выше, влияние ширины проезжей части дороги и эмоциональное напряжение водителя проявляются в первую очередь при выполнении разъездов и обгонов. При этом следует отметить, что в процессе указанных маневров Эн водителя наиболее значительным по величине энергозатрат оказывается влияние эмоционального напряжения, чем физических усилий при вращении рулевого колеса. Таблица 1 Воздействие элементов дорожной обстановки на водителя Энергозатраты Класс элементов Характеристика дорожной обстановки Физические усилия Эмоциональное напряжение ( Эн ) I Транспортный поток (разъезды, обгоны, стабилизация) + + II Видимость - + II Трасса дороги + + 38 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– II Продольный уклон + + III - IV Придорожное пространство - + Следовательно, при выполнении разъездов и обгонов энергозатраты водителя возрастают с уменьшением ширины проезжей части, так как возрастает и риск, связанный с этими маневрами. Анализ дорожно-транспортных происшествий показывает, что с уменьшением ширины проезжей части растет число ДТП, и в первую очередь. При разъездах и обгонах. При этом водители, совершившие аварии, часто утверждают, что для выполнения маневра, который привел к аварии, не было никакой опасности и не связано было, по мнению водителя, с риском. Приведенное говорит о том, что водитель перед совершением маневра, ошибочно оценил дорожную обстановку. Правильность оценки водителем дорожной обстановки зависит от его нервно-эмоциональной направленности. Следовательно, можно сделать вывод, что водитель с уменьшением ширины проезжей части испытывают в процессе маневров Эн все больше отличающееся от оптимального, характерного для движения на свободных участках. Последнее приводит к более нарастанию утомляемости водителя, и, как следствие – уменьшению скорости его реакции. Поэтому при определении тяжести работы водителя в связи с выполнением разъездов и обгонов необходимо учитывать Эн с учетом ширины проезжей части и обочин. Лесотехнический журнал 2/2011 Определение энергозатрат осуществляется в такой последовательности: 1. Выделяются дорожные факторы (стимулы), которые наряду с эмоциональЛесотехнический 2/2011 ным воздействием требуют журнал и определенных физических условий, затрачиваемых водителем на управление автомобилем. К таким факторам, в первую очередь, относятся встречные автомобили и впереди идущие тихоходные, криволинейные участки, трасса дороги ит.п. элементы дорожной обстановки, при воздействии с которыми водитель вынужден менять траекторию и скорость движения. 2. Определяется количество указанных выше стимулов и их размещение по длине дороги. 3. Устанавливаются энергозатраты водителя при взаимодействии с другими автомобилями потока (обгоны и разъезды), торможение у перекрестков и т.п. 4. Определяются суммарные энергозатраты. 5. Выделяются типовые (по размерам энергозатрат) участки дороги. Для определения энергозатрат водителя на отрезке дороги длиною 1 км в типовых условиях. Необходимо установить характер и число операций, выполняемых за время проезда указанного отрезка. При этом могут быть использованы 39 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– следующие зависимости. Число обгонов, которые совершает автомобиль за время проезда 1 км дороги n0 где 2 N пр t0 N пов о 3600 , (1) V 3600 Nпр, Nh – соответственно интенсивности прямого и встречного направления; V – скорость движения, км/ч; V0 – скорость свободного движения; t0 – минимальный интервал между автомобилями в рассматриваемом потоке, t0=2,5-3,0 сек.; 0 – интервал во встречном потоке, достаточный для обгона (20-30 сек.). Число разъездов, которое совершит один автомобиль за время проезда отрезка дороги, длинною 1 км (в случае N=Nпр=Nпов) равно: 2N nр . (2) V В таблице указаны примерные энергозатраты водителя при осуществлении таких операций движения, как обгон, разъезд и стабилизация. Приведенные в табл. 2 величины энергозатрат определены с учетом физических усилий при движении автомобиля по криволинейной траектории. Таблица 2 Определение энергозатрат водителя при осуществлении операций движения Операция Обгон Разъезд Стабилизация Энергозатраты, ккал/мин 0,87 0,84 0,84 Продолжительность операции, с 13,50 10,00 2,34 Однако, как показали исследования, на эмоциональное напряжение водителя и, как следствие, его энергозатраты, оказывает ширина проезжей части дороги и обочин. При этом величина эмоционального напряжения, в процессе указанных выше маневров, обусловливается степенью риска, который возрастает с уменьшением ширины проезжей части. Разработки, проведенные на кафедре, позволили определить расчетные значения энергозатрат, вследствие изменения эмоционального напряжения в зависимости от характеристик проезжей части. В процессе исследований, были уточнены методики расчета Эз на участках спусков и ограниченной видимости. 40 Энергозатраты водителя, связанные с торможением и переключением передач автомобиля могут быть приняты следующими. Двойной выжим сцепления требует усилия в =0,45 кг, переключение передачи – =0,4 кг. Энергозатраты водителя, связанные с управлением автомобилем при движении по кривой участка трассы дороги, определяются кривизной трассы q , радиусом кривой и скоростью движения. q K , L (3) где K и L – соответственно, длина криволинейного и прямого участка трассы (из расчета на 1 км). Лесоте Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– На основании расчетов Эз от отдельных стимулов строится суммарная эпюра Эз. Библиографический список 1. Указания по архитектурноландшафтному проектированию и благоустройству автомобильных дорог Молдавской ССР, ВСН 4-74, Кишинев, 1974. 2. Орнатский Н.П. Проектирование благоустройства автомобильных дорог: учеб. пособие / М.: «Высшая школа», 1974. 3. Учет психофизиологии водителей при проектировании автомобильных дорог: учеб. пособие / И. В. Бегма и др. М.: «Транспорт», 1976 г. 4. Булатов А.И., Крулев Г.И. Предупреждение дорожно-транспортных происшествий: учеб. пособие / М.: Автотрансиздат, 1961. УДК 630*377.45+656.13.08 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ УСЛОВИЙ БЕЗОПАСНОСТИ ДВИЖЕНИЯ ЛЕСОВОЗНЫХ АВТОПОЕЗДОВ В АВТОМОБИЛЬНЫХ ПОТОКАХ А.В. Скрыпников, Р.Н. Котляров ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» Проведены аналитические и статистические исследования на влияние качественных показателей автомобильной дороги на безопасность движения лесовозного транспорта. Выявлено, что оценка условий движения с позиций безопасности в местах размещения сооружений, обслуживающих автомобильные и пешеходные потоки является наиважнейшим фактором при проведении реконструкции дорог. Ключевые слова: лесовозный автопоезд, безопасность движения, качественные показатели автомобильной дороги, поток, реконструкция. Обустройство дороги в широком смысле этого понятия предназначено для обеспечения удобного и безопасного движения; с точки зрения водителей это означает возможность перемещаться по дороге с желаемым режимом движения, без длительных задержек, без угрозы ДТП, с обеспеченной информацией о предстоящих условиях движения и возможность получить в случае необходимости отдых, питание, медицинскую и техническую помощь. С точки зрения пассажиров это – быстрота передвижения, плавность движения, возможность быстрого и комфортабельного удовлетворения в дороге человеческих нужд, в том числе психофизиологического характера. Лесотехнический журнал 2/2011 В целом, обустройство дороги должно быть таким, чтобы поездка доставляла человеку удовлетворение в широком смысле этого слова и гарантировала безопасность движения. 29 октября 2009 г. вышло соответ- 41 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ствующее постановление Правительства Российской Федерации № 860 О требованиях к обеспеченности автомобильных дорог общего пользования объектами дорожного сервиса, размещаемыми в границах полос отвода. В соответствии со статьей 22 Федерального закона "Об автомобильных дорогах и о дорожной деятельности в Российской Федерации и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" Правительство Российской Федерации постановляет: Установить, что: 1. Автомобильные дороги общего пользования федерального, регионального, межмуниципального и местного значения обустраиваются различными видами объектов дорожного сервиса, размещаемых в границах полос отвода таких автомобильных дорог, исходя из транспортноэксплуатационных характеристик и потребительских свойств этих дорог; 2. Объекты дорожного сервиса различного вида могут объединяться в единые ком- плексы; 3. Размещение каждого вида объектов дорожного сервиса в границах полосы отвода автомобильной дороги соответствующего класса и категории осуществляется в соответствии с документацией по планировке территории с учетом минимально необходимых для обслуживания участников дорожного движения требований к обеспеченности автомобильных дорог общего пользования федерального, регионального, межмуниципального и местного значения, объектами дорожного сервиса, размещаемыми в границах полос отвода автомобильных дорог, согласно приложению № 1; 4. На объектах дорожного сервиса, размещаемых в границах полос отвода автомобильных дорог, обеспечивается оказание минимально необходимых услуг в соответствии с требованиями к перечню минимально необходимых услуг, оказываемых на объектах дорожного сервиса, размещаемых в границах полос отвода автомобильных дорог. Таблица 1 Минимально необходимые для обслуживания участников дорожного движения требования к обеспеченности автомобильных дорог общего пользования федерального, регионального, межмуниципального и местного значения объектами дорожного сервиса, размещаемыми в границах полос отвода автомобильных дорог Максимальное расстояКласс (категория) автомобильной Вид объекта дорожного ние между объектами дороги сервиса дорожного сервиса одного вида, км 1 2 3 Автомагистраль (IА), мотель (кемпинг) 250 скоростная автомобильная дорога (IБ), 42 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– нескоростная автомобильная дорога (IВ) 1 Нескоростная автомобильная дорога (II), нескоростная автомобильная дорога (III) Нескоростная автомобильная дорога (IV) Нескоростная автомобильная дорога (V) пункт общественного питания автозаправочная станция (включая моечный пункт, предприятие торговли) станция технического обслуживания площадка отдыха 100 100 100 50 Окончание табл. 1 Лесотехнический журнал 2 3 2/2011 пункт общественного пи100 тания автозаправочная станция 100 (включая моечный пункт, предприятие торговли) станция технического об100 служивания площадка отдыха 50 пункт общественного пи150 тания автозаправочная станция 150 (включая предприятие торговли) станция технического об150 служивания площадка отдыха 75 автозаправочная станция 300 (включая предприятие торговли) пункт общественного пи300 тания Между тем анализ статистики дорожно-транспортных происшествий [1, 2, 3] указывает на то, что разные участки дороги имеют различную обеспеченность безопасности движения. Указанный анализ приводит нас к выводу, что наиболее опасными участками или местами дороги являются такие, на которых дорожное движение происходит с выполнением маневров и, в первую очередь, таких маневров, выполнение которых связано с пересечением автомобильных потоков. Это не только пересечения автомобильных дорог, это и въезды на дорогу с территорий разных сооружений, обслуживающих движение (площадки отдыха, площадки для остановки автомобилей, въезды с АЗС, со станций технического обслуживания автомобилей, с автобусных остановок, автостанций, автокранов). Это и съезды с дороги к указанным сооружениям с выполнением левого поворота. Это и места передвижения людей через дорогу от сооружений или к сооружениям или пунктам, обслуживающим их. Это, наконец, и участки дороги, на которых происходят обгоны ав- 43 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– томобилей. Особенно опасны такие участки при двухполосной проезжей части, когда обгоняющий автомобиль движется по пути встречного автомобиля. На указанные места на дороге приходится каждое четвертое-пятое дорожнотранспортное происшествие от общего их числа. Непродуманное размещение сооружений обустройства дороги может не понизить, а повысить аварийность на дороге. При этом рост аварийности будет увеличиваться с ростом интенсивности движения в местах выполнения маневров. Поэтому никакой проект обустройства автомобильной дороги нельзя считать приемлимым для реализации, если в нем отсутствует оценка условий движения с позиций его безопасности в местах размещения сооружений, обслуживающих автомобильные и пешеходные потоки. При этом такая оценка должна быть научно обоснованной и способной давать научный прогноз уровня безопасности, она должна учитывать особенности поведения участников движения при выполнении маневра, она должна отражать физическую сущность процесса дорожного движения, она должна соответствовать именно той дорожно-транспортной ситуации, которая возникает при выполнении конкретного вида маневра и, наконец, она должна давать количественную характеристику уровня условий, безопасных для выполнения маневра. Только при использовании такой оценки можно наиболее правильно запроектировать расположение сооружений обустройства дороги относительно автомобильной дороги или же предусмотреть 44 такие элементы обустройства, которыми определится необходимый по условиям удобства и безопасности режим движения по дороге, только такого рода оценка пригодна для решения вопроса, где и когда на дороге потребуется введение практических мер по улучшению условий движения, т.е. материальные, денежные и трудовые затраты. Такого рода оценка дает также возможность назначить наиболее целесообразную меру для улучшения условий движения на тех или иных участках дорог. Исследования базируются на математическом моделировании дорожнотранспортных ситуаций. Под дорожнотранспортной ситуацией нами понимается вероятностное состояние места на дороге, в котором в случайный момент времени возникает необходимость в выполнении того или иного маневра. Для описания ДТС в потоках применяются общие методы теории вероятностей. Используются характеристики и законы дорожного движения. Критериями оценки ДТС служат вероятностные показатели, определяемые аналитическим путем. Для выполнения вычисления их используется ЭВМ. Это дает, в конечном счете, возможность разработать такую методику оценки условий движения при разработке проекта обустройства дороги, которая будет простой и удобной в практических инженерных расчетах. Библиографический список 1. Булатов А.И., Крулев Г.И., Предупреждение дорожно-транспортных происшествий / М.: Автотрансиздат, 1961. 2. Васильев А.П., Состояние дорог и Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– безопасность движения автомобилей в Ю.С., Предупреждение дорожносложных погодных условиях / М.: Транстранспортных происшествий на автомопорт, 1976 г. бильном транспорте / М.: Транспорт, 1977. 3. Давыдов Л.Н., Могила В.П., Конек УДК 630*232.211 О СПОСОБАХ ПОДАЧИ ПОРУБОЧНЫХ ОСТАТКОВ В ЗОНУ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ РУБИТЕЛЬНЫХ МАШИН А.Н. Фетяев, С.В. Фокин ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И.Вавилова» В статье обосновывается необходимость разработки и внедрения безотходной технологии расчистки нераскорчёванных вырубок. Проводится анализ конструкций рубительных машин для измельчения древесины с точки зрения подачи измельчаемого материала в зону измельчения. Ключевые слова: способ подачи, измельчение древесины, рубительная машина, безотходная технология расчистки, нераскорчеванные вырубки. Лесная и деревообрабатывающая промышленность Российской Федерации находится в стадии активного развития технологий и оборудования для комплексного и экономически оправданного решения вопросов выращивания леса и переработки древесины непосредственно на вырубках. Поэтому создание безотходной технологии расчистки нераскорчеванных вырубок в климатических условиях Среднего Поволжья является актуальной задачей в связи с тем, что в настоящее время порубочные остатки либо разбрасываются по вырубке, либо сжигаются. Это экономически нецелесообразно, как с финансовой, так и экологической точек зрения [1]. 45 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Рис. 1. Классификация способов подачи порубочных остатков в зону измельчения Основными средствами для осуЛесотехнический журналопе2/2011 ществления данной технологической рации являются рубительные машины. В них предусматривается подача древесины в зону измельчения следующими способами: при помощи подающего устройства и без подающего устройства (рис. 1). Машины с подающими устройствами могут быть следующих типов: С клещевыми захватами. Передвижная рубительная машина [2] включает трактор с манипулятором (рис. 2). На прицепной тележке установлен ножевой бара- бан. Ножевой барабан размещен перпендикулярно продольной оси машины. Загрузочное устройство выполнено в виде наклонной шахты с V-образными торцовыми стенками. Стенки снабжены ножами силового резания с приводом. Устройство для отвода щепы расположено снизу ножевого барабана наклонно к его оси. Емкость для щепы установлена параллельно устройству и выполнена съемной. 46 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Рис. 2. Передвижная рубительная машина С активными рабочими органами. Устройство для измельчения древесины [3] работает следующим образом (рис. 3). С помощью самоходного шасси подают устройство в зону навала древесины. Гидроцилиндром устанавливают фрезу над навалом древесины, и гидроцилиндром поворачивают отбойную плиту. От привода приводят во вращение фрезу. При вращении фрезы древесину перемещают ножами в сторону бокового ножа и зажимают в углу, образованном отбойной плитой и боковым ножом, где и осуществляют измельчение древесины. Затем самоходным шасси устройство подают в зону последующего навала древесины, после чего цикл повторяется. Недостатком данной конструкции является то, что она металлоемка и способна измельчать древесину большого диаметра. Применение такой конструкции на вырубках в условиях степной и лесостепной климатических зон экономически нецелесообразно. Лесотехнический журнал 2/2011 Рис. 3. Устройство для измельчения древесины С транспортером. На рис. 4 изображен питатель рубительной машины [4], который включает в себя транспортер, загрузочный патрон рубительной машины, барабан. Питатель рубительной машины работает следующим образом. Включают в работу рубительную машину, приводят во вращение барабан, Транспортером сучья подают в барабан, который захватывает их внутренней рабочей поверхностью, поднимает на некоторую высоту за счет трения сучьев о рабочую поверхность. Затем сучья скатывают вниз против вращения барабана. При этом сучья и вет- ки ориентируются вдоль оси барабана и скручиваются их в валок. Рис. 4. Питатель рубительной машины Скручивание сучьев и веток в валок происходит в результате сцепления вращающихся в барабане сучьев и веток с Лесотехнический журнал 2/2011 47 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– сучьями и ветками, подаваемыми транспортером в валок при этом уплотняют. В связи с уклоном барабана валок подают в загрузочный патрон рубительной машины, где производят измельчение сучьев. Анализ данной конструкции позволяет сделать вывод о том, что скручивание веток будет оказывать негативное влияние на качество щепы. С подающими рамами. Устройство для измельчения порубочных остатков [5] содержит (рис. 5): корпус загрузочного патрона, щепопровод, измельчитель, ременную передачу, приводной вал, механизм подачи, состоящий из подающего устройства пальчикового типа, подающие вальцы, раму подъемного устройства, гидроцилиндр, трубопровод, масляный бачок, режущие диски, консоль, систему шкивов, валов, клиноременную передачу, понижающий редуктор. Недостатком данного устройства является то, что в конструкции не учтено влияние ударных нагрузок на подъемное устройство. ния) (cайт доступа: http://www.gardenclub.ru) (рис. 6), включающий в себя: воронку, толкатель для наполнения и протягивания измельчаемого материала. Данное устройство предназначено для измельчения древесного материала небольшого диаметра. Применяется при ведении садово-парковых работ. Данное устройство является низкопроизводительным, и применение его на вырубках экономически нецелесообразно. С подачей приемной камерой. Машина для переработки древесной растительности на технологическую щепу (рис. 7) [6], содержащая самоходное шасси, приемную камеру, установленную с возможностью поворота в вертикальной плоскости. Устройство для измельчения выполнено в виде валковой дробилки и смонтировано в проеме между основанием приемной камеры и ее задней стенкой, а привод валков выполнен реверсивным. Лесоте Рис. 5. Устройство для измельчения порубочных остатков Машины без подающего устройства подразделяются на устройства. С ручной подачей материала. Измельчитель AXT Rapid 2000 Bosch (Герма- 48 Рис. 6. Измельчитель AXT Rapid 2000 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Bosch (Германия) Приемная камера поворачивается и опускается, при включении мотора. Валки дробилки начинают вращаться навстречу друг другу, при подходе машины к валу древесной растительности, в виде сучьев или обломков древесины, последние затягиваются валками дробилки внутрь приемной камеры и измельчаются во время прохождения между валками. При полном заполнении камеры, щит поворачивается, сжимает пружину и воздействует штоком на отключающее устройство мотора валков дробилки. Для выгрузки материала включают вращение валков дробилки в обратную сторону и опускают при помощи силового цилиндра приемную камеру, при этом измельченная масса выгружается и при прохождении между валками в процессе выгрузки дополнительно измельчается. Недостатком данного устройства является то, что оно может работать только в условиях раскорчеванных вырубок. Рис. 7. Машина для переработки древесной растительности на технологическую щепу С подачей тяговым устройством. Ру- наклонного ножевого диска с тарельчаты- бительная машина [7] (рис. 8) включаю- ми ножами. Загрузочный патрон имеет щая: корпус, загрузочный патрон, ножевой вертикально расположенные параллело- диск с лопатками нагревателя и ножами граммообразные ограничители с пазами с машина снабжена навесным орудием, ко- размещенными в них отбойными плитами, торое выполнено в виде фронтально- которые выполнены выдвижными. 49 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Рис. 8. Рубительная машина Тарельчатые ножи свободно закреплены на ножевом диске от центра к кромкам по спирали Архимеда, причем оси тарельчатых ножей на кромках диска размещены под углом к оси диска, равным его фронтальному наклону. Недостатком рубительной машины является то, что она не работоспособна в условиях нераскорчеванных вырубок. Проведенный обзор и анализ, сущеЛесотехнический журнал 2/2011 ствующих в настоящее время средств расчистки от порубочных остатков нераскорчеванных вырубок степной и лесостепной климатических зон позволяет сделать вывод о том, что для внедрения в производство экологосберегающих технологий необходима разработка средств ее осуществления, оборудованных новыми конструкциями устройств, подающих порубочные остатки в зону измельчения. Библиографический список 1. Пахомова Н.В., Рихтер К.К. Экономика природопользования и охраны окружающей среды: учеб. / СПб: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2003. 220 с. 2. Пат. 1386459, МПК В 27 L 11/00 Передвижная рубительная машина / Н.П. 50 Шунько; заявитель и патентообладатель Центральный НИИ механизации и энергетики лесной промышленности.№ 4005402/29-15; заявл. 02.01.86. опубл. 07.04.088. Бюл. № 13. 3. Пат. 1093563, МПК В 27 L 11/00 Устройство для измельчения древесины / В.П. Никитин, Н.Ф. Швец, Г.В. Батин, А.В. Мирошкин, В.В. Покаместов; заявитель и патентообладатель Калининградский филиал всесоюзного НИИ торфяной промышленности. № 3553599/29-15; заявл. 09.02.83. опубл. 23.05.84. Бюл. № 19. 4. Пат. 965773, МПК В 27 L 11/00 Питатель рубительной машины / В.И. Белоусов, Е.Н. Быков, К.А. Демин; заявитель и патентообладатель Карельский НИИ Лесной промышленности. № 3293724/2915; заявл.15.05.81. опубл. 15.10.82. Бюл. № 38. 5. Пат. 2354545, МПК B 27 L 11/00 Устройство для измельчения порубочных остатков / В.В. Цыплаков, О.Н. Шпортько, С.В. Фокин; Заявитель и патентообладатель СГАУ. № 2007147160/12; заявл. 18.12.2007. опубл. 10.05.2009. Бюл. № 13. 6. Пат. 808281, МПК В 27 L 11/00 Машина для переработки древесной рас- Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– тительности на технологическую щепу / В.В. Смердов, Н.Я. Сотонин; заявитель и пантентообладатель СНПЛО и Уральский лесотех.институт. № 2454512/29-15; заявл. 21.02.77. опубл. 28.02.81. Бюл. № 8. 7. Пат. 2058887, МПК В 27 L 11\00 Рубительная машина / А.П. Швецов, Т.В. Швецова, Ю.В. Краснов, А.К. Кочедыков, В.К.Куприянов; заявитель и патентообладатель Научный центр «Радченкоторф». № 5047729/15; заявл. 15.06.91. опубл. 27.04.96. Бюл. № 12. УДК 630*232.211 О БИОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРАХ ПОРУБОЧНЫХ ОСТАТКОВ С.В. Фокин ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И.Вавилова» В статье приводятся результаты исследований основных биометрических параметров порубочных остатков, являющихся основанием для разработки конструктивных элементов устройства для измельчения порубочных остатков. Ключевые слова: биометрические параметры, порубочные остатки, конструктивные элементы, измельчение. Территория Поволжского федерального округа (ПФО) относится к степной и лесостепной климатическим зонам. Леса этих зон представлены, в основном, твердолиственными породами (дуб – 52 %, липа – 9 %, сосна – 21 %). Так как в настоящее время в ПФО лесокультурные работы, главным образом, ведутся на вырубках, то возникает проблема расчистки этих вырубок. В ПФО на долю сухих, засушливых лет приходится 63 %. На большей части территории ПФО количество выпадающих осадков составляет 360…400 мм, что при наличии высоких температур вызывает резкий дефицит влаги. Поэтому на данной территории преобладают вырубки с дренированными почвами. Технология расчистки свежих вырубок в равнинных условиях этого типа почв имеет следующий вид: удаление порубочных остатков; полосная расчистка от пней [1]. Одной из основных операций по расчистке нераскорчеванных вырубок является Лесотехнический журнал 2/2011 измельчение порубочных остатков. Средством для выполнения данной операции является устройство для измельчения порубочных остатков. Для обоснования его конструктивных параметров определялись основные биометрические параметры порубочных остатков. С этой целью использовалась выборка порубочных остатков, взятых со сплошных вырубок, имеющих в своём составе: клён, липу, дуб, осину, вяз. Диаметр порубочных остатков определялся в их средней части при помощи штангенциркуля. Длина порубочных остатков определялась при помощи метрической линейки рулонного типа. Статистическая обработка данных проводилась при помощи ПЭВМ. В качестве базовой компьютерной программы использовалась 51 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– «STATISTICA 6.0». Определение диаметра порубочных остатков устанавливалось как для всей вырубки, так и по породам, с использованием показателей описательной статистики (среднее, выборочная дисперсия, стандартное отклонение, доверительный интервал) [2]. Границы доверительных интервалов значений диаметров пней по породам и в целом по вырубке приводятся в табл. 1. На основании таблицы 1 можно сделать вывод, что наибольший диаметр порубочных остатков имеет вяз (5,65 см). Поэтому для обоснования конструктивнотехнологических параметров устройства для измельчения порубочных остатков будет использован данный размер. Таблица 1 Значение диаметров порубочных остатков древесная порода средний диаметр пня, клён липа дуб осина вяз по вырубке Определение длин журнал порубочных Лесотехнический 2/2011 остатков устанавливалось как для всей вырубки, так и по породам, с использованием показателей описательной статистики (среднее, выборочная дисперсия, стандартное отклонение, доверительный интервал) [2]. Границы доверительных интервалов значений диаметров пней по породам и в целом по вырубке приводятся в табл. 2. На основании таблицы 2 можно сделать вывод, что наибольшую длину порубочных остатков имеет клен (377,13см). Поэтому для обоснования размера загрузочного патрона будет использован этот параметр. По данным статистической обработки выборки можно определить наиболее распространённые биометрические пара- абсолютная ошибка, см 4,61 ± 0,61 4,8 ± 0,51 4,85 ± 0,64 4,97 ± 0,8 5,17 ± 0,48 4,84 ± 0,29 метры порубочных остатков, являющиеся основанием для расчета конструктивных элементов устройства для измельчения порубочных остатков. Таблица 2 Значение длин порубочных остатков Длина, Древесная порода абсолютная ошибка, см клён 324,43 ± 52,7 липа 268,62 ± 78,36 дуб 231,87 ± 30,99 осина 283,33 ± 49,5 вяз 226,11 ± 57,7 по вырубке 268,44 ± 22,46 Данное устройство предназначено для измельчения порубочных остатков в щепу, поступающих в загрузочный патрон, 52 Лесоте Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– при помощи ножей, равномерно расположенных по плоскости вертикального диска (рис. 1) [3]. Устройство для измельчения порубочных остатков содержит корпус загрузочного патрона 1, щепопровод 2, измельчитель 3, ременную передачу 4, приводной вал 5, механизм подачи 6, состоящий из подающего устройства пальчикового типа, подающие вальцы 7, раму подъемного устройства 8, гидроцилиндр 9, трубопровод 10, масляный бачок 11, режущие диски 12, консоль 13, систему шкивов, состоящую из шкивов 14, шкива 15, шкива 16, вал 17, вал 18, клиноременную передачу 19, понижающий редуктор 20. Устройство для измельчения порубочных остатков работает следующим образом: маневрированием трактора устройство подается к куче порубочных остатков таким образом, чтобы рама подъемного устройства 8, шарнирно закрепленная с внешней стороны боковых стенок корпуса загрузочного патрона 1 на оси подающего устройства пальчикового типа механизма подачи 6, располагалась в нижней части кучи порубочных остатков. После этого в гидроцилиндре 9 при помощи трубопровода 10 и масляного бачка 11, соединенного с гидросистемой трактора, создается избыточное давление. Вследствие этого шток гидроцилиндра 9, выходя из корпуса гидроцилиндра 9, воздействует на раму подъемного устройства 8. Так как рама подъемного устройства 8 представляет из себя многозвеньевую систему, то горизонтальное движение штока гидроцилиндра 9 преобразуется в вертикальное движение рамы подъемного устройства 8. В результате куча порубочных остатков располагается на уровне большего основания корпуса загрузочного патрона 1, имеющего призмовидную форму, меньшим основанием прикрепленным к измельчителю 3, а большее основание является входным отверстием для подачи порубочных остатков. 53 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 2 1 4 7 3 к ВОМ 5 12 8 12 9 6 10 к гидросистеме 11 16 19 1 3 15 18 2 1 17 0 4 Рис. 1. Схема устройства для измельчения порубочных остатков пальчикового типа механизма подачи 6, расположенные по бокам входного окна Лесотехнический журнал 2/2011 корпуса загрузочного патрона 1, позволяют Вращающиеся режущие диски 12, придать поступающим в корпус загрузочимеющие жесткое крепление при помощи ного патрона 1 порубочным остаткам нужконсоли 13 на оси подающего устройства 54 Лесоэксплуатация –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ные габаритные размеры. При этом подающее устройство пальчикового типа механизма подачи 6, ось которого установлена в основании нижней части входного отверстия корпуса загрузочного патрона 1, и подающие вальцы 7, перпендикулярно прикрепленные к внутренним боковым стенкам корпуса загрузочного патрона 1 в два ряда, обеспечивают постоянную подачу ветвей в корпус загрузочного патрона 1 и дальнейшее движение порубочных остатков к измельчителю 3. Вращательное движение подающего устройства пальчикового типа механизма подачи 6 и подающих вальцов 7, а соответственно и линейное движение измельчаемого материала в корпусе загрузочного патрона 1 с определенной скоростью подачи, обеспечивается при помощи ременной передачи 4 и системы шкивов, состоящей из шкивов 14, шкива 15, шкива 16, которые через понижающий редуктор 20 с валами 17,18, приводного вала 5 и клиноременную передачу 19, соединены с валом отбора мощности трактора. Форма корпуса загрузочного патрона 1 и расположенные в нем подающие вальцы 7 способствуют уплотнению массы порубочных остатков для измельчения. Измельчение порубочных остатков происходит при помощи режущих элементов расположенных на фронтальной части измельчителя 3. Измельченные части крон и ветвей под действием центробежной силы транспортируется через щепопровод 2 в приемную тару или остаются на вырубке для перегнивания. Непрерывность подачи материала для измельчения обеспечивается путем перемещения машинно-тракторного агрегата по вырубке на пониженной передаче. Для расчета основных конструктивных элементов устройства целесообразно использовать средние значения биометрические параметры порубочных остатков. Так как величина среднего диаметра порубочных остатков по вырубке составляет 4,84±0,29 см, то данное значение, с точки зрения энергетических характеристик устройства, не принципиально. Поэтому для обоснования размеров корпуса устройства для измельчения порубочных остатков можно использовать среднее значение длины порубочных остатков. Таковым является среднее значение длины порубочных остатков по вырубке, которое равно 268,44±22,46 см. Библиографический список 1. Винокуров В.Н., Еремин Н.В. Система машин в лесном хозяйстве: учеб. / М.: Издательский центр «Академия», 2004. 320 с. 2. Боровиков В.П. Программа STATISTIKA для студентов и инженеров / М.: Компьютер пресс, 2001. 301 с. 3. Пат. 2354545, МПК B 27 L 11/00 Устройство для измельчения порубочных остатков / В.В. Цыплаков, О.Н. Шпортько, С.В. Фокин; заявитель и патентообладатель СГАУ. № 2007147160/12; заявл. 18.12.2007; опубл. 10.05.2009; Бюл. № 13. Лесотехнический журнал 2/2011 55 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– УДК 630*332.9+674.055:621.914.2 ИЗНОС ЛЕЗВИЯ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ ПОРОСЛИ И.М. Бартенев, С.В. Малюков ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» В статье проанализирован износ лезвия при фрезеровании поросли. Представлены элементы резца, учитываемые при износе. Показан процесс резания реальным лезвием. Приведены графики для расчета коэффициента затупления резца. Ключевые слова: износ лезвия, фрезерование поросли, процесс резания, расчет, коэффициент затупления резца. Взаимодействие лезвия с упруговязким материалом в процессе его резания характеризуется чрезвычайно сложными, главным образом, физическими явлениями, которые не поддаются строгому аналитическому описанию. Только при сочетании теории с экспериментом возможен подход к пониманию подлинной физической картины этого процесса, позволяющей делать важные в прикладном отношении выводы. Зависимости усилия резания и работы резания от остроты лезвия указывают на то, что чем оно острее, тем значительнее облегчается процесс резания. Это обусловлено тем, что при более остром лезвии на его кромке легче создать контактное напряжение, необходимое для разрушения под ним материала с его разделением на части. Во время работы режущего инструмента лезвие его под действием ударных нагрузок самопроизвольно обламывается, а затем острые кромки лезвия притираются, притупляются (рис. 1). Режущая кромка реального лезвия представляет некоторую кривую поверхность, соединяющую поверхности передней и задней граней [1]. Лесотехнический журнал 2/2011 Рис. 1. Схема реального лезвия Впишем условно в поверхность режущей кромки цилиндрическую поверхность. Радиус этой поверхности служит мерой остроты режущей кромки и называется радиусом округления (затупления) режущей кромки. Для лезвия =o+ , (1) где – радиус округления режущей кромки произвольной остроты, мкм; o – радиус округления режущей кромки после заточки, мкм; – величина прироста затупления за время работы, мкм. Для лезвий из сталей ХВГ и 85ХФ принимают следующие значения o: для фрез o=4…6 мкм. Прирост затупления составляет = L, (2) 56 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– где – величина затупления режущей кромки, мкм/м; L – путь резца, м. Радиус закругления лезвия не может в полной мере характеризовать работоспособность режущего инструмента. Одно и то же состояние лезвия для одних условий считается тупым, неработоспособным, а для других условий – достаточно острым и работоспособным. Понятие работоспособность и затупление всегда следует рассматривать во взаимосвязи с результатами работы лезвия: шероховатостью и точностью обработанной поверхности, энергопотреблением, производительностью и параметрами шума. Указанные параметры определяют критерий затупления. Критерий затупления характеризуется максимально допустимым значением износа режущего инструмента, после достижения которого наступает его отказ, т.е. неработоспособное состояние. Элементы резца, учитываемые при износе, показаны на рис. 2 (где Аμ – линейное укорочение лезвия, измеренное по задней поверхности резца; l – длина лунки (впадины) по передней поверхности резца. Заштрихованная площадь fp – площадь износа резца; η – фаска по задней поверхности резца) [2]. Стружка, сходящая по передней поверхности резца, может выработать лунку на передней поверхности резца. Фаска, образующаяся на задней поверхности резца, уменьшает задний угол α, что при упругом восстановлении волокон увеличивает силу трения по задней поверхности резца. Рис. 2. Микрогеометрия лезвия Несмотря на микроразмер ρ, пренебрегать им нельзя, так как с увеличением ρ мощность и силы резания значительно возрастают, а шероховатость поверхности обработки увеличивается. На рис. 3 показана схема резания древесины реальным лезвием. При внедрении лезвия в древесину разрушение последней происходит около наиболее выдвинутой точки лезвия n. Эта точка лежит на плоскости резания Рn. Отделяемая часть древесины, расположенная выше плоскости резания, скользит по передней грани лезвия и образует стружку. Частицы древесины, расположенные ниже плоскости резания, подминаются режущей кромкой и задней гранью под лезвие. Так, точка m, лежащая на уровне плоскости резания, будет подмята резцом до уровня l–l. Она опустится на величину mm1. Древесина под лезвием упругопластически деформирована. После прохода лезвия древесина освобождается и частично упруго поднимается на величину С. При этом обработанная поверхность располагается ниже плоскости резания на величину остаточной деформации. Лесотехнический журнал 2/2011 57 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Рис. 3. Схема резания древесины реальным лезвием По мере затупления режущих кромок лезвий значения касательной силы резания увеличиваются. Увеличение силы резания учитывают коэффициентом затупления з по задней поверхности лезвия и коэффициентом затупления п по передней поверхности лезвия. Рассчитывать единичную касательную силу резания для затупленного лезвия необходимо согласно выражению: Fxт1=зр+пka. (3) Коэффициент п при резании массивной древесины незначительно отличается от единицы, поэтому принимают п=1. На рис. 4 линией ЕdАВ представлен график зависимости касательной силы резания для острого лезвия, линией ЕтdтАтВт – для тупого лезвия. Фиктивная сила резания для тупого лезвия находится с учетом коэффициента затупления : рт = р. Из точки Т проходит прямая линия АтВт зависимости касательной силы резания от толщины срезаемых макрослоев. АтВт проходят параллельно. Сила резания по задней поверхности лезвия: для острого лезвия [3] о Fхз ( р 0,1k )( ); (4) о 50 для тупого лезвия [3] Fхзт ( р 0,1k )( о о 50 ). (5) Заменим отрезки парабол Еd и Етdт прямыми линиями и получим два подобных треугольника: 0dтЕт и 0dЕ. Составим отношение сторон этих треугольников 0d т 0 Е т . (6) 0d 0Е Коэффициент затупления лезвия k . р о 50 1 (1 0,1 ) (7) Из (7) следует, чем больше значение k и меньше р, тем больше значение коэффициента затупления . Если п=1, то прямые линии графика АВ и Лесотехнический журнал 2/2011 58 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Вт1 Fx1,H/мм Вт2 Ат Т Вт Fx1т= р+kа В А Fx1о= р+kа p dт Fxзт p d Е Ет о+ G Fxз о 0 0 0,1 2 а, мм Рис. 4. Графики для расчета коэффициента затупления [3] Библиографический список 1. Глебов И.Т. Фрезерование древесины: учеб. / Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2003. 169 с. 2. Бершадский А.Л., Цветкова Н.И. Резание древесины: учеб. / Минск: «Вышэйш, школа», 1975. 304 с. 3. Ивановский Е.Г., Василевская П.В., Лаутнер Э.М. Новые исследования резания древесины: учеб. / М.: Лесн. промсть, 1972. 128 с. УДК 630*232.337 К ВОПРОСУ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ ВЫСЕВА ЛЕСНЫХ СЕЯЛОК Д.В. Есков ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова» Описано контрольно-регистрирующее устройство на базе двух микропроцессоров для сеялки фрезерной лесной комбинированной СФК-1. Приведены принцип работы, технические характеристики, результаты лабораторных и полевых исследований, а также экономическая эффективность его применения при высеве желудей на нераскорчеванной вырубке. Ключевые слова: контрольно-регистрирующее устройство, сеялка, технические характеристики, высев желудей, экономическая эффективность. Сегодня, когда Россия выбирает инновационный путь развития, очень важ- 59 ным становится разработка и внедрение новейших и современных технологий и Лесотехнический журнал 2/2011 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– техники во все области народного хозяйства, в том числе и лесное. В Концепции развития лесного хозяйства Российской Федерации на 2003–2010 годы указывается, что «… своевременное и качественное воспроизводство лесов, …» должно осуществляться на основе внедрения достижений науки и техники, из которых приоритетными направлениями в рассматриваемый период являются «… разработка технологий и технических средств, обеспечивающих повышение устойчивости и продуктивности лесов; … разработка специальных машин и механизмов для работы в лесу, удовлетворяющих лесоводственным, экологическим и социальноэкономическим требованиям; …» [1]. Основной лесообразующей породой на европейской части Российской Федерации (в основном леса I-ой и II-ой групп) является дуб черешчатый (Quercus robur L.) – 3,52 млн. га. Площадь дубрав лесостепной, степной и сухостепной зон составляет 2,06 млн. га. Дубравы Саратовской области занимают 225,7 тыс. га или 50 % покрытых лесом земель области [2]. Одна из важных задач, стоящих в настоящее время перед лесоводами – скорейший перевод порослевых дубовых насаждений в семенные, как наиболее продуктивные и устойчивые. Например к 2010 году в целях улучшения качества лесного фонда предусматривается осуществить лесовосстановление на 6900 тыс. га [1]. Решить эту задачу возможно путем посева желудей на свежих нераскорчеванных вырубках с использованием комбинированных посевных машин, которые позволяют в сжатые сроки произвести обработ- 60 Лесотехнический журнал 2/2011 ку почвы с одновременным высевом семян. Но контроль качества технологического процесса на подобных агрегатах осложняется тем, что они выполняют сразу несколько технологических операций (подготовка почвы, посев, внесение удобрений). Поэтому возникает необходимость оснащения комбинированных сеялок автоматизированным устройством контроля расхода семян на базе микропроцессора. Опыт применения подобных устройств на сельскохозяйственных агрегатах показал их высокую эффективность и надежность [3]. Однако, большинство исследований посвящено контролю высева сельскохозяйственных сеялок, а измерители расхода лесных семян и опыт их применения практически отсутствуют. В связи с вышеизложенным, на кафедре «Механизация лесного хозяйства и лесомелиорация» ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» разработано, испытано и запатентовано контрольно-регистрирующее устройство сеялки на базе двух микропроцессоров, позволяющее повысить качество посева лесных семян на нераскорчеванных вырубках [4]. Исследования микропроцессорного устройства проводились при высеве не стратифицированных (позднеосенний посев) и стратифицированных в песке (ранневесенний посев) желудей сеялкой лесной комбинированной – СФК-1, включенной в систему машин [5]. Сеялка предназначена для механизированного посева желудей, в т.ч. на нераскорчеванных вырубках с количеством пней до 600 шт./га. Однако она не оснащается системой контроля качества, регулирования и управления процес- Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– сом посева, что не позволяет максимально полно использовать энергетические возможности машинно-тракторного агрегата, сократить сроки посева и облегчить труд тракториста. Предлагаемое контрольнорегистрирующее устройство лесных сеялок содержит: инфракрасный (ИК) счетчик (ИК-сенсор) количества семян 1 и блок дополнительных датчиков 2 (пути, уровней семян и удобрений и др.), подключенных через усилитель 3 к блоку микропроцессора датчиков 4 (рис. 1). Последний через последовательный канал (RX, TX) соединен с блоком индикации и сигнализации 5. Блок микропроцессора датчиков 4, заключенный в корпус, размещается на раме сеялки. Блок индикации и сигнализации 5 устанавливается в кабине трактора (рис. 2). Он состоит из клавиатуры 6 для ввода данных и вывода результатов, буквенно-цифрового LCD (жидкокристаллического) дисплея 7, звуковой сигнализации 8 и центрального микропроцессора 9. Датчик пути на основе герметичного контакта – геркона (рис. 3) может устанавливаться над звездочкой ВА сеялки или на стойке приводного колеса. Питание устройства осуществляется от бортовой электросети трактора (12 В). На основе теории выбросов случайных процессов за поле допуска для автоматизированной информационно- советующей системы разработан алгоритм работы на листинге «MPASM™ Ассемблер» и заложен в память центрального микропроцессора 9. Специально для контрольнорегистрирующего устройства разработан инфракрасный счетчик или ИК-сенсор количества семян (рис. 4), монтируемый в разрезы семяпровода (рис. 5). Он состоит из линейки 10 (рис. 1), содержащей семь дискретных (раздельных) светодиодных ИК-излучателей 11, подающих тонкие (1…1,5 мм) ИК-лучи 12 на такое же количество противостоящих дискретных фотоприемников 13. Входы ИК-излучателей 11 линейки 10 соединены с выходами драйверов 14 излучателей. Входы драйверов 14 излучателей подключены к выходам блока регистрации желудей, представляющим собой микропроцессор датчиков 4. Фотодатчики 13, соединены с формирователями 15 импульсов, выходы которых подключены к входам блока микропроцессора датчиков 4. Между дискретными ИКизлучателями 11 и фотодатчиками 13 линейки 10 находится контролируемая плоскость 16. Микропроцессорный блок 4 оснащен двумя портами для одновременного подключения двух линеек 10. В этом случае семена регистрируются линейками 10 независимо друг от друга, затем результаты усредняются микропроцессором датчиков 4 и передаются в блок индикации и сигнализации 5 по последовательному каналу (RX, TX). При этом точность можно повысить, если две линейки 10 дискретных излучателей и фотодатчиков расположить во взаимно-перпендикулярных направлениях. Отличительная особенность линейки 10 заключается в том, что расстояние Sиф в линейке между центральными осями смежных дискретных ИК-излучателей 11 и Лесотехнический журнал 2/2011 61 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– фотодатчиков 13 равно половине минимальной толщины Lmin желудя. При таком условии линейки не фиксируют песок и остатки опилок, встречающиеся в страти- фицированных желудях, а так же раздробленные семена, размер которых менее расстояния между двумя соседними ИКлучами. а Блок питания 17 5 Кабель RX, TX 7 8 4 9 6 Датчик пути (герконт) 10 11 13 Шпильки крепления линеек б Рис. 1. Автоматизированное контрольно-регистрирующее устройство сеялки (обозначения в тексте): а – функциональная схема; б – внешний вид Лесотехнический журнал 2/2011 62 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Рис. 2. Блок индикации и сигнализации, установленный на панели приборов в кабине трактора 1 4 2 3 1 – соединительный кабель; 2 – магнит; 3 – герметичный контакт (геркон); 4 – П-образный держатель Рис. 3. Датчик пути на основе герконта (внешний вид) 63 Лесотехнический журнал 2/2011 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Устройство регистрации желудей в семяпроводе работает следующем образом. Тактовые сигналы, вырабатываемые микропроцессором датчиков 4 (рис. 1), поступают на драйверы излучателей 14 линейки 10. Драйверы излучателей 14 усили- вают поступившие сигналы и сканируют их с высокой частотой через дискретные светодиодные ИК-излучатели 11, в виде тонких ИК-лучей, на противостоящие фотоприемники 13. 1 5 2 3 4 1 – ИК-излучатели, 2 – шпильки крепления, 3 – желудь, 4 – плата фотоприемников, 5 – соединительный кабель Рис. 4. ИК-сенсор количества семян (внешний вид) 1 4 2 3 1 – семяпровод; 2 – ИК-датчик количества семян; 3 – сошник; 4 – тукопровод Рис. 5. ИК-сенсор количества семян, смонтированный в разрезах семяпровода Лесотехнический журнал 2/2011 64 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Таким образом, в семяпроводе образуется контролируемая плоскость 16, образованная линейкой 10. Желуди, пролетая через плоскости контроля 16, пересекают ИК-лучи 12, улавливаемые фотоприемниками 13. При этом на выходах фотоприемников 13 образуются импульсы, поступающие на входы формирователей 15. Далее сформированные импульсы передаются в микропроцессор 4, который по каждой линейке отбирает импульсы, поступившие одновременно от смежных фотоприемников. Импульсы образованные одним фотоприемником 13 линейки 10 не учитываются, так как в этом случае луч перекрывается объектом, размер которого менее Sиф. Оригинальность ИК-сенсора количества желудей в семяпроводе заключается в том, что он имеет собственный микропроцессор, снабженный последовательным каналом для подключения к блоку индикации и сигнализации. Заложенная в микропроцессор программа по учету импульсов и расположение ИК-излучателей и фотодатчиков позволяет регистрировать точное количество желудей, проходящих через область контроля в семяпроводе, без учета раздробленных и раздавленных желудей (в нашем случае размером менее 7…8 мм). Кроме того, ИК-лучи используемые в вышеописанном сенсоре не реагируют на дневной свет. ИК-счетчик количества семян способен фиксировать от 1 до 3 желудей (максимальное количество ограничено размерами семяпровода сеялки), пролетающих одновременно через плоскость семяпровода. 65 После прохождения участка контроля Lк, для оценки качества посева микропроцессор определяет характеристики фактического расхода qф желудей: mq среднюю норму высева на Lк; D – дисперсию; V - коэффициент вариации; ∆н - фактическое отклонение qн от mу; P-∆qн, P+∆qн вероятности отклонения mq от qн; k=∆н/|∆qн | – коэффициент; ∆P∆qн – относительное отклонение mq от qн; ε+, ε- - относительные длительности выбросов qн выше и ниже +∆qн; δ – общую вероятность выбросов за уровень qн; Р∆qф – фактическая вероятность сохранения +∆qн. Их числовые значения выводятся на дисплей кнопкой «Вывод». Основные технические характеристики автоматизированного устройства оперативного контроля качества высева желудей и допустимые условия эксплуатации: микропроцессоры (датчиков и центральный) PIC 16F877-20I с корпусом DIP40 (40 ног, из них вводов-выводов 33) и тактовой частотой 20 мГц; память команд 8Кx14; оперативная память 368 кБ; внешняя память К573РУ10 (2 кБ); дисплей DV 16210 (16 символьный, 2-х строчный); инфракрасные излучатели АЛ160; приемники (фотодатчики) ФД320; питание 12В (0,5А). Масса не более 1,5 кг. Допустимые условия эксплуатации: температура от –40 до +55 °С, относительная влажность до 80 %, атмосферное давление от 75 до 107 кПа (560-800 мм рт. ст.). Расчеты эффективности показали, что применение данного устройства на СФК-1 при высеве желудей на нераскорчеванных вырубках экономически целесообразно. Производительность труда увели- Лесотехнический журнал 2/2011 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– чивается на 15 %, затраты на оплату труда тракториста снижаются на 13 %, сокращается время на технологические остановки и настройку сеялки на заданный расход. За счет поддержания заданного расхода в установленных допусках экономится 6 % семенного материала. Оценочная стоимость устройства 25200 рублей. Библиографический список 1. Концепция развития лесного хозяйства Российской Федерации на 20032010 годы. Одобрена распоряжением Правительством Российской Федерации от 18 января 2003 г. №69-р. М., 2003. 22 с. 2. Доронин К.М., Доронин М.С. Лесной фонд Саратовской области на рубеже веков // Лесное хозяйство Поволжья: межвуз. сб. науч. работ. Вып. 5; Сарат. гос. агр. ун-т. Саратов. 2002. С. 6–13. 3. Бенедицкий И.В. Электроника на полях // Сельский механизатор. 2001. №11. С. 18–19. 4. Пат. 2240666 (RU), МПК7 A 01 C 7/00 Устройство регистрации семян в семяпроводе / В.В. Цыплаков, Д.В. Цыбаев, Д.В. Есков. заявл. 05.02.2003, №2003103448; опубл. в Б.И., 2004, 33. 5. Система технологий машин для комплексной механизации лесного хозяйства в условиях рыночных отношений на 2001…2005 годы и на период до 2010 года. Пушкино: ВНИИЛМ, 2001. 133 с. УДК 630*:65.011.54 ОБОСНОВАНИЕ ФОРМЫ РЕЖУЩЕГО ПРОФИЛЯ РОТАЦИОННОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА КУЛЬТИВАТОРА П.В. Захаров ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» Приведена конструкция и дано обоснование формы режущего профиля ротационного рабочего органа культиватора. Ключевые слова: форма, режущий профиль, ротационный рабочий орган культиватора, схема, устройство. Для ухода за почвой в рядах и защитных зонах лесных насаждений отечественная промышленность в настоящее время выпускает культиватор КРЛ-1, многолетняя практика которого выявила ряд недостатков, снижающих качество ухода. В частности, орудия уплотняют почву ниже глубины обработки, сдвигают и засы- 66 Лесотехнический журнал 2/2011 пают часть культур почвой, оставляют холмики, в которых почва недостаточно разрыхлена[1]. Для улучшения качества крошения почвы без сгруживания предлагается использовать для обработки почвы в рядах лесных культур пальцевый ротационный рабочий орган (рис. 1). Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Рис. 1. Установка рабочего органа к обрабатываемому рядку насаждений: 1 – ось вращения; 2 – корпус; 3 – палец; 4 – элемент рыхлящий На каждом пальце 1 жестко закреплены три ряда рыхлящих элементов 2 (рис. 2). Кривая ab на рис. 2 соответствует фор- ме режущего профиля пальцевого ротационного рабочего органа. Рис. 2. Рабочий орган культиватора-рыхлителя Основное назначение этого профиля – подрезание растительных остатков и рыхление почвы. В теории скользящего резания установлено, что качество работы и энергоемкость режущих элементов существенно 67 зависят от угла скольжения. Поэтому радиус кривизны режущей кромки следует увязать именно с этим углом. Необходимо, чтобы в процессе резания угол скольжения непрерывно возрастал (рис. 3). Лесотехнический журнал 2/2011 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Рис. 3. Расчетная схема режущего профиля На схеме в системе координат хОу разместим кривую ab, которая является частью режущей кромки, и на ней выбрана точка М. Допустим, что движение этой точки вместе с режущей кромкой осуществляется в направлении прямой ML, параллельной оси Ох. Тогда нормаль MN к режущей кромке и прямая ML образуют угол скольжения τ. Введем дополнительные обозначения: α* – угол, образованный касательной МК к кривой ab в точке М с осью Ох; φс – угол между радиусом-вектором ОМ=ρ и осью Ох; – угол между касательной МК и радиусом ОМ. Углы α*, φс и связаны соотношением: α*=φс+. Из треугольника MFK следует, что * 90. Следовательно, для монотонного возрастания угла скольжения τ необходимо, чтобы угол α* также монотонно возрастал. Это возможно лишь в том случае, если угол или сохраняет свое значение или увеличивается. Рассмотрим случай, когда =const. Исходя из соотношения для угла α*, можно записать: tg * tg C , (3) откуда tg * tg C tg . 1 tg C tg (4) Из курса дифференциальной геометрии известно, что: dy y tg * ; tg C . (5) dx x (1) (2) Лесотехнический журнал 2/2011 68 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Тогда, полагая tg K const , по- лучим однородное уравнение: дифференциальное y K x y . y 1 K x Интегрируя, имеем: tgC 1 ln x ln C ln 1 tg 2C , K 2 (6) или ln tgC x ln C , cos C K откуда x Ce cos C tg C K В полярных x cos C . Тогда Ce . координатах tg C K (7) . Таким образом, искомой формой режущего профиля будет логарифмическая спираль [2]. Ротационный рабочий орган культиватора-рыхлителя работает следующим образом. При его перемещении пальцы с режущим профилем под определенным углом внедряются в почву на некоторую глубину, величина которой зависит от собственной массы орудия, а также от физико-механического состояния почвы и скорости движения орудия. Свободно вращаясь от сцепления с почвой, пальцы с режущим профилем рыхлят почву, срезают и вырывают сорняки, крошат комки, выравнивают поверхность и обрабатывают рядок. Библиографический список 1. Бартенев И.М. Борьба с сорной растительностью в защитных лесных насаждениях / М.: Колос, 1991. 47 с. 2. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисление для ВТУЗов, т. І / М.: Наука, 1985. 432 с. УДК 621.791.019 ОЦЕНКА ЭНЕРГОЁМКОСТИ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ ПОРОСЛИ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ АКТИВНЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ С УЧЁТОМ РЕЖИМА ИХ РАБОТЫ С.В. Пономарев ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» Представлены результаты экспериментальных исследований, оценки энергетических показателей работы различных типов активных рабочих органов машины для агротехнического ухода за лесными культурами. Ключевые слова: энергоемкость процесса, резание поросли, активные рабочие органы, режим работы, агротехнический уход, лесные культуры. Исследование энергоёмкости проводилось на разработанной нами лабораторной установке. Изменение давления в подводящей гидромагистрали отслеживается датчиком давления, сигналы которого подаются через модули аналогового вводавывода – ADAM-4017 и ADAM-4016 на Лесотехнический журнал 2/2011 преобразователь интерфейса RS-232/RS- 69 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 485 – ADAM-4520 и далее обрабатываются ЭВМ и выражаются графически (рис. 1, 2). Были исследованы четыре типа рабочих органов, условно названные нами: чашечным ножом с углом заточки 30°, гри- бовидным ножом с углом заточки 35°, тарельчатым ножом с углом заточки 40° и комбинированным ножом кромки которого выполнены тарельчатой и грибовидной формы. P, МПа 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5,5 t, с 5 Рис. 1. Изменение давления при срезании поросли чашечным ножом при скорости вращения вала гидромотора 320 об./мин P, МПа 6 5 4 3 2 1 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 t, с Рис. 2. Изменение давления при срезании поросли чашечным ножом при скорости вращения вала гидромотора 540 об./мин Для расчёта энергоёмкости процесса резания воспользуемся эмпирической формулой, которая с достаточной точностью описывает изменение давления: yt , Pmax Pmin Pmax Pmin sin , (1) где Pmax – давление в рассматриваемый момент времени, МПа; Pmin – давление при холостом режиме Лесотехнический журнал 2/2011 работы, МПа; 70 – эмпирический коэффициент равный 0 tобщ / tшаг ; tобщ – длительность всплеска, с; tшаг – частота фиксирования давления, с. Рассмотрим характер изменения давления, при срезании поросли диаметром 20 мм рабочим органом – чашечным ножом Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– (рис. 3). Как видно из рисунка всплеск развивается по синусоидальному закону. На основании эмпирической формулы, была построена кривая, характеризу- ющая изменение давления, и, в соответствии с рис. 4, эта кривая была наложена на экспериментальную кривую изменения давления в процессе резания. Эксперимент P, МПа 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 t, с 0.05 0.1 0.15 0.2 Эксперимент Рис. 3. Всплеск давления при срезании поросли диаметром 20 мм чашечным ножом Таким образом, имеем функциональную зависимость с входящими параметрами – давление холостого хода, максимальное давление, время всплеска и частота фиксирования давления. Как известно, совершаемая работа резания, равна площади от величины всплеска. В нашем случае границами всплеска давления являются моменты времени начала и конца всплеска, а функцией всплеска является установленная эмпирическая формула (1) с учётом входных параметров изменения давления. P, МПа 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 t, с 0 0 0,05 Эксперимент 0,1 0,15 0,2 Теория Рис. 4. Кривые изменение давления, полученные экспериментальным путём, и на основании эмпирической формулы С помощью программы Mathcad 11 найден криволинейный интеграл применительно к рассматриваемому случаю: 0.01 ; Pmax 2/2011 1.57 ; Pmin 0.3 ; Tstep журнал Лесотехнический tsum 0.19 71 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Ssum tsum P min ( Pmax Pmin ) sin( Tstep / t ) dt 13.46 ; 0 S holst tsum Pmin 5.7; S p Ssum S holst 7.756. . Таким образом, мощность резания в данном случае равна 7.75 кВт. Аналогично рассчитывается мощность для других диаметров и типов рабочих органов. Результаты расчёта сведены в таблице. Столь высокая мощность резания объясняется низкой скоростью подачи ра- бочего органа, из-за чего увеличивается время перерезания поросли и, следовательно, мощность. Увеличение глубины резания почвы не оказывает серьезного влияния на повышение мощности резания. Таблица 1 Энергоемкость работы четырёх типов рабочих органов при глубине резания почвы 4 см Диаметр Мощность для соответствующего типа рабочего органа, Вт поросли, мм чашечный грибовидный тарельчатый комбинированный 10 1126 1220 906.9 1345 15 2502 2345 3127 2408 20 3972 3534 4065 4191 25 6255 5973 6943 7756 Из данной таблицы следует, что при срезании тонкой поросли диаметром 10 мм рабочие органы потребляют мощность, колеблющуюся от 0,91 до 1,35 кВт. При срезании поросли характер среза у всех четырёх рабочих органов примерно одинаков и представляет собой разрыв поросли в одном месте контакта. При срезании поросли диаметром 15 мм и более происходит увеличение мощности в 2-2,5 раза, что объясняется увеличением диаметра, как стволиков так и корней срезаемой поросли. При резании различными типами ражурнал 2/2011 бочих Лесотехнический органов наблюдалась примерно одинаковая картина удаления поросли. На полученной после процесса резания поросли чашечным ножом, видно (рис. 5, а), что вначале нож входит в поросль в тангенциальной плоскости и заглубляется на несколько миллиметров, после чего происходит расслоение поросли, дальнейший ее излом (рис. 5, б), после чего поросль попадала в пространство между защитным кожухом и ножами где происходило ее измельчение, смешивание с почвой и выброс за машиной (рис. 5в). Длина щепы поросли колебалась от 3 до 30 см. Столь широкий интервал объясняется тем, что в процессе испытаний в работе была задействована лишь одна секция с рабочими органами, вследствие чего происходило 72 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– прохождение поросли мимо или удар ее частью режущей кромки рабочих органов. а б в Рис. 5. Образцы поросли от воздействия рабочего органа – чашечного ножа При срезании поросли тарельчатым ножом срез имеет схожий характер. Однако при срезании поросли диаметром свыше 10 мм наблюдается значительное увеличение энергоемкости по сравнению с другими типами рабочих органов. Это можно объяснить тем, что данный нож имеет плоскую верхнюю грань, которая препятствует вхождению ножа в древесину, и он контактирует не режущей кромкой, а плоскостью, вследствие чего происходит "скольжение" ножа по поросли (рис. 6). При резании поросли грибовидным ножом наблюдается более гладкий срез без излома поросли в месте контакта с ножом (рис. 7), что выражается в наименьшей энергоемкости при резании поросли различного диаметра среди всех видов ножей. Это можно объяснить тем, что режущая кромка ножа имеет плоский симметричный профиль, что способствует затягиванию ножа внутрь древесины, а также уменьшает трение волокон о полотно ножа. Рис. 6. Образцы поросли от рабочего органа тарельчатого ножа Рис. 7. Образцы поросли от рабочего органа – грибовидного ножа длине от 2…3 до 13…15 см, также поросль Лесотехнический имела почти гладкийжурнал срез (рис.2/2011 8), так как вначале происходило ее надрезание грибо- Применение комбинированного рабочего органа позволило увеличить степень крошения щепы, как стволиков, так и корней поросли, которая колебалась по 73 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– видной, а затем полное срезание тарельча- той кромкой ножа. а б в Рис. 8. Образцы поросли от рабочего органа – комбинированного ножа Также для уменьшения длины щепы ложение, попадала под гибкий рабочий были применены втулки с круговыми реорган, после чего срезалась, но с большижущими кромками, что позволило увелими затратами мощности орудия. чить её измельчение примерно в 2 раза – Таким образом, наиболее заметна от 2…3 до 15…17 см. Однако это увеличиэффективность нового орудия при работе ло массу рабочих органов, что выразилось именно с порослью диаметра 1,5 см и бов увеличении энергоемкости процесса релее. Это объясняется тем, что усилие резазания. ния, которое накапливается и расходуется Кроме применения различных типов в процессе работы без приемногибких рабочих органов, на раме опытного пригибающей пластины достаточно для образца кустореза была смонтирована присреза поросли диаметром до 1,5 см. Приемно-пригибающая пластина. При встрече менение комбинированных рабочих оргапластины с порослью происходил её нов позволяет увеличить разрушающий наклон, после чего при ударе ножа о поэффект на стволики поросли, а следоваросль диаметром свыше 1,5 см, как правительно, увеличить силу резания, хотя это и ло, происходил практически полный её приводит к незначительному увеличению срез, приводивший к дальнейшему излому энергоемкости процесса резания. Однако стволовой части поросли, которая в дальустановка приемно-пригибающей пластинейшем попадала в пространство под заны препятствует отклонению крупной пощитным кожухом и измельчалась. росли и способствует её излому между В том же случае, когда опорного носвоей опорной поверхности и вращаюжа не было, эта поросль оставалась не срещимся гибким рабочим органом. занной, или, возвращаясь в исходное поУДК 630*232.427 Лесотехнический журнал 2/2011 ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ МАШИНЫ ДЛЯ СОЗДАНИЯ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЛЕСНЫХ КУЛЬТУР НА НЕУДОБИЯХ В.И. Посметьев, Е.В. Пухов, В.О. Никонов 74 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» Рассмотрены условия функционирования и обоснования обеспечения устойчивости многофункциональной машины для создания и восстановления лесных культур на неудобиях. Ключевые слова: устойчивость, лесные культуры, неудобия, многофункциональная машина. Значительные площади земель, потенциально пригодные для лесовосстановления, занимают труднодоступные места – неудобия. Последние характеризуются наличием: резких перепадов высот рельефа, оврагов, склонов, заболоченных и участков под пологом леса, изрезанной береговой линией рек и озёр, плывунов, провалов, просадок и впадин, бугров, ям, уступов, террас, выходов скальных пород, пней, валунов, крупных корней, малоценной древесной и кустарниковой растительности [1]. Такие тяжелые условия являются серьезными причинами нарушения устойчивости движения и безопасной работы разрабатываемой многофункциональной лесной машины (МЛМ), предназначенной для создания и восстановления лесных культур на неудобиях. В этой связи обеспечение устойчивости МЛМ является актуальной задачей и требует всестороннего исследования. Концептуально МЛМ представляет собой самоходное транспортное средство с колесным, шаговым или гусеничным движителями, а в плавающем варианте – на понтоне. Она оснащена следующими ос- новными навигационным и технологическим оборудованием: манипулятором с держателем для сменных рабочих органов, контейнером со сменными рабочими органами, контейнером с саженцами, ёмкостями с водой, датчиками, аппаратурой навигации и управления и др. (рис. 1). МЛМ при лессовостановительных работах на неудобиях должна обеспечивать в автоматическом и (или) полуавтоматическом режимах, выполнение следующих технологических операций: – мониторинг участка с помощью системы видеокамер, датчиков, и навигационного оборудования [2]; – определение оптимального места посадки саженца с фиксацией его координат в бортовой ЭВМ; – очистка площадки от поросли и порубочных остатков; – подготовки лунки или возвышения с защитной зоной; – посадки саженцев; – периодический уход за саженцами; – при необходимости: полив, подкормка, борьба с вредителями растений и др. Лесотехнический журнал 2/2011 75 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 2 7 5 12 1 8 3 10 9 11 6 14 4 15 13 Рис. 1. Схема перспективной многофункциональной лесной машины: 1 – трактор; 2 – стрела манипулятора; 3 – монитор; 4 – бортовая ЭВМ; 5 – антенна; 6 – ёмкость для воды; 7 – универсальный держатель сменных рабочих органов; 8 – видеокамера; 9 – рабочий орган; 10 – датчик сканирования; 11 – датчик определения геопатогенных зон; 12 – ультразвуковой датчик; 13 – датчик определения физико-механических свойств почвы; 14 – контейнер со сменными рабочими органами; 15 – контейнер для саженцев При функционировании МЛМ в условиях неудобий необходимо учитывать её продольную и поперечную устойчивость. В общем случае под устойчивостью понимается способность машины выдерживать заданное направление в разнообразных дорожных условиях без опрокидывания и скольжения колес. Нарушение устойчивости неизбежно приводит к опрокидыванию МЛМ, вследствие чего возможны ее поломки и травмирование обслуживающего персонала. При движении aT tg max где МЛМ по склону фактические углы наклона местности в продольном и поперечном направлениях движения МЛМ не должны превышать максимально допустимых значений. Устойчивость МЛМ зависит, как от конструктивных параметров машины, так и от характеристики и состояния опорной поверхности. Продольная устойчивость МЛМ характеризуется критическим углом наклона, который определяется по формуле [3]: V GТО G aM hT ТО hM GTP GTP g t , G hT ТО hM GTP (1) max – максимальный угол наклона в aT , aM , hT , hM – координаты центра продольной плоскости; тяжести трактора и технологического Лесотехнический журнал 2/2011 76 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– оборудования в транспортном положении; GTP – сила тяжести трактора; GM – сила тяжести технологического оборудования; V – скорость движения трактора, м/с; g – м/с2; tg max t – время трогания с места (t=1 c). Поперечная устойчивость МЛМ характеризуется предельным углом поперечного наклона по формуле: V2 GТО В GТО В l hT hM 2 GTP 2 GTP g r , В GТО B V 2 GТО hT hM l GTP 2 GTP 2 g r где В – ширина колеи трактора; l – поперечное смещение центра тяжести навесного орудия относительно центра тяжести трактора; r – радиус кривизны движения агрегата. С целью устранения опасности опрокидывания агрегата при движении поперек склона фактический угол наклона местности β не должен быть более (0,4…0,6). Во время движения по прямой продольная и поперечная устойчивость будет обеспечена, если линия действия силы тяжести не выходит за пределы периметра точек опоры транспортного средства (рис. 2, а и б). ЦТ GTО GTО (2) ЦТ RЗК α RПК GTP RПК β GTP l2 l1 а RЗК б Рис. 2. Схемы обеспечения продольной (а) и поперечной (б) устойчивости МЛМ: ЦТ – центр тяжести; RЗК и RПК – реакции грунта задних и передних колёс; GTP и GTО – силы тяжести трактора и технологического оборудования; α и β – углы наклона опорной поверхности машины в продольной и поперечной плоскостях; l1 и l 2 – плечи продольной и поперечной устойчивости Лесотехнический журнал 2/2011 77 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Важно отметить, что МЛМ может потерять продольную (опрокидывание относительно задних или передних колес) и поперечную устойчивость (опрокидывание относительно колес левого или правого бортов), если линия действия силы тяжести пересекается с опорной поверхностью за пределами площади, ограниченной точками опоры колес. Следовательно, устойчивость МЛМ обеспечивается при условии: l1 >0; l 2 >0, с учётом динамики движения агрегата, согласно выражениям (1) и (2). Устойчивость движущегося МЛМ зависит от следующих основных факторов: массы транспортного средства и высоты его центра тяжести; базы и ширины колеи; размера шин, их конструкции и состояния; вылета стрелы манипулятора; массы стрелы и многофункциональной головки со сменными рабочими органами; радиусов кривизны дороги и состояния ее поверхности; ветровой нагрузки; технического состояния тормозов; скорости и направления движения машины; квалификации оператора МЛМ. Очевидно, что, чем выше расположен центр тяжести колёсной машины и чем меньше ширина колеи, тем опрокидывание вероятнее, поэтому для повышения устойчивости МЛМ колея должна быть широкой, а центр тяжести располагаться как можно ниже. Очевидно также, что большую роль на продольную и поперечную устойчивость МЛМ оказывает вылет стрелы манипулятора и вес, как самой стрелы, так и сменной многофункциональной головки. В связи с этим, условия сохранения устойчивости МЛМ, т.е. рабочее пространство максимально возможного вылета стрелы манипулятора, в условиях неудобий будет различным (рис. 3) и определяется геометрией соответствующей эпюры, параметры которой, определяются расчетным путем. Опасная зона (поз. 2 на рис. 3) характеризуется потерей устойчивости и опрокидыванием МЛМ. 1 2 в б 1 – рабочее пространство; 2 – опасная зона а – ровная поверхность; б и в – наклонные поверхность в продольной и поперечной плоскостях Рис. 3. Схемы зон действия стрелы манипулятора МЛМ в зависимости от наклона опорной поверхности трактора а Лесотехнический журнал 2/2011 78 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Устранение этих нежелательных явлений, может быть достигнуто путем обоснования конструктивных рабочих параметров МЛМ для заданных условий её движения ещё на стадии принятия решения и проектирования МЛМ. Для успешного выполнения лесовосстановительных работ на неудобиях МЛМ должна быть снабжена манипулятором с радиусом действия стрелы, наибольшим из возможных по условию устойчивости принимаемого трактора. Для обеспечения устойчивости МЛМ оборудуется системой управления, которая, автоматически, в режиме реального времени, за счет использования датчиков и бортовой ЭВМ создает и обрабатывает эпюры устойчивости, определяет опасные зоны опрокидывания МЛМ и выдает соответствующие команды для обеспечения безаварийной работы машины. При этом за счет максимального снижения массы выносного технологического оборудования и самой стрелы, в сочетании с установкой ведущих колес трактора на максимальный размер ширины колеи, использования автоматического контроля и управления машиной, а также утяжелением колёс путём заполнения их водой, гарантированную устойчивость агрегата можно обеспечить без применения аутригеров. Это особенно важно, так как в условиях неудобий использование аутригеров малоэффективно из-за большого числа препятствий, неровностей рельефа и слабой несущей способности почвы на таких участках. Кроме этого частые установ- УДК 631.316:630*231.331 79 ки и подъемы аутригеров существенно снижают производительность МЛМ, к тому же аутригеры увеличивают габаритные размеры, усложняют и утяжеляют конструкцию машины. По энерговооруженности, проходимости и маневренности, наиболее приемлемыми и экономически оправданными для МЛМ являются колесные тракторы тяговых классов 9 и 14 кН (Т-40АМ, МТЗ82, МТЗ-82К и др.). С учетом приведенных обоснований и результатов выполненного предварительного расчета МЛМ на устойчивость по формулам (1) и (2) показал, что в агрегате с трактором Т-40АМ наибольший радиус двухколенной стрелы манипулятора МЛМ может достигать 10-12 м, а с трактором МТЗ-82К – 15-18 м. Это позволяет доставлять сменные рабочие органы МЛМ практически во все труднодоступные места неудобий. Библиографический список 1. Сухов И.В. Кострикин В.А., Казаков В.И. Технологии лесокультурных работ на вырубках (рекомендации) / М.: ВНИИЛМ, 2004. 152 с. 2. Карлащук В.И. Спутниковая навигация. Методы и средства / Изд. 2-е переработанное и дополненное. М. : СОЛОНПресс, 2009. 288 с. 3. Бартенев И.М. Расчет и проектирование лесохозяйственных машин: учеб. пособие / Воронеж : ВГЛТА, 2001. 262 с. Лесотехнический журнал 2/2011 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ПОВЫШЕНИЕ ЗАГЛУБЛЯЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДИСКОВЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ПУТЕМ ИХ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ВИБРАЦИИ В.И. Посметьев, А.И. Третьяков ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» Рассмотрены способы заглубления почвообрабатывающих орудий в почву. Предложен энергосберегающий способ вибрационного удержания дисковых рабочих органов на заданной глубине обработки. Ключевые слова: почвообрабатывающее орудие, дисковый рабочий орган, заглубляющая способность, энергосберегающий способ вибрационного удержания, глубина обработки. При работе на нераскорчеванных вырубках наиболее энергозатратной операцией является агротехнический уход. Сложность проведения уходов состоит в том, что лесокультурные площади насыщены трудноперерезаемыми корнями, почва сильно задернелая, а в процессе передвижения лесных почвообрабатывающих агрегатов (ЛПА) неизбежны наезды на препятствия. Так, по данным источника [1] на вырубках на глубине до 30 см находится 20…50 % корней, причем на глубине до 20 см – 80…90 %, а количество пней на 1 га составляет соответственно в таежной зоне европейской части страны: 600-800 пней – 45 %; в зоне смешанных лесов 400-600 пней – 50 %; в зоне европейского севера 800 пней – 80 %. Для ухода за лесными культурами в таких специфических условиях используют серийно выпускаемый навесной лесной дисковый культиватор КЛБ-1,7. Однако он и другие дисковые почвообрабатывающие орудия имеют низкую заглубляющую способность, а так же неустойчивы по глубине хода, что существенно снижает качество обработки почвы. Указанной проблеме исследователями уделяется большое внимание, и она все еще остается актуальной. В Лесотехнический настоящее время используются три журнал 2/2011 80 основных способа, позволяющих повысить заглубляющую способность дисковых рабочих органов и стабильно удерживать их на заданной глубине обработки почвы. Первый способ – управление мгновенным центром вращения (МЦВ). МЦВ системы есть мнимая точка пересечения направлений верхней и нижней тяг в вертикальной плоскости. МЦВ в рабочем положении должен лежать в зоне, ограниченной условным углом тяги ∆ (рис. 1а). Для колесных тракторов классов от 0,6 до 2,0 т условный угол тяги ∆=11°. Линия, проходящая из точки О под углом ∆=11°, является границей зоны, ниже которой должен находиться МЦВ навесного устройства в рабочем положении агрегата. В случае расположения МЦВ выше этой зоны может быть не обеспечено заглубление орудия и его устойчивый ход по глубине. В горизонтальном направлении зона расположения МЦВ ограничивается вертикалями, отстоящими от оси ведущего колеса на расстоянии 0,5 L и 1,25 L, где L – база трактора (оптимальным является расположение МЦВ по середине базы трактора). В этом случае угловые колебания остова трактора, возникающие при преодолении неров- Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ностей рельефа поля, приводят к наименьшим угловым колебаниям орудия и, следовательно, к большему постоянству глубины обработки почвы [2]. Регулирование положения МЦВ достигается при помощи муфт, укорачивающих и удлиняющих тяги навесного механизма. Недостатками управляемой системы МЦВ являются то, что данный механизм требует достаточно точной регулировки для конкретного орудия и слабо влияет на изменение глубины обработки. Параметры и присоедительные размеры навесных механизмов закладываются при проектировании, и рассчитываются на усредненные условия эксплуатации навесных почвообрабатывающих орудий. Второй способ заглубления дисковых рабочих органов основан на использовании утяжелителей в виде балластных ящиков, который рекомендуется производителями навесных дисковых почвообрабатывающих орудий (рис. 1б). Данный способ имеет ряд недостатков: – существенное увеличение металлоемкости и массы ЛПА, что приводит к дополнительным динамическим нагрузкам и перерасходу топлива; – использование балластных ящиков в эксплуатации неудобно, так как плотность и задернелость почвы значительно меняется, даже в пределах одного участка, что затрудняет возможность регулирования глубины обработки изменением массы балласта. Третий способ – позиционно-силовое регулирование глубины хода рабочих органов или система с универсальным регулятором навесного механизма (УРН). Применение силового и позиционного способов регулирования положения орудия относительно трактора позволяют автоматически регулировать глубину обработки почвы. Типовая схема навесной системы трактора с УРН приведена на рис. 1, в [3]. Реализация силового регулирования основывается на том, что тяговое сопротивление навесного механизма меняется с изменением глубины обработки. Изменение тягового сопротивления навески трактора передается через верхнюю тягу на пружину силового датчика 17. Деформация пружины датчика через систему рычагов передаются силовому регулятору 14, который управляет силовым цилиндром навесного механизма и поднимает или опускает его звенья 13, устанавливая заданную глубину обработки. Силовое регулирование используют при неровном рельефе обрабатываемой поверхности, а позиционное на ровных территориях. При позиционном регулировании глубины обработки почвы, система работает, как и при силовом, но сигнал на регулятор УРН передает тяга позиционного датчика 15, которая соединена шарниром с штоковым рычагом гидроцилиндра. Функционирование позиционного датчика основано на изменении положения рычага силового цилиндра. Изменение глубины обработки почвы вызывает изменение положения навески, следовательно, и рычага позиционного датчика. Позиционный датчик передает сигнал на УРН 14, который стабилизирует глубину обработки. Лесотехнический журнал 2/2011 81 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– а б 1 – звенья навесного механизма трактора; 2 – пружина амортизатора; 3 – балластный ящик; 4 – диск; 5, 8 – насосы НШ-32, 6 – фильтр, 7 – гидробак; 9, 18 – напорные гидромагистрали; 10 – гидрораспределитель; 11 – сливная магистраль; 12 – трубопровод; 13 – силовой гидроцилиндр; 14 – универсальный регулятор навесной системы; 15 – позиционный датчик; 16 – рукоятка регулятора; 17 – силовой датчик Рис. 1. Способы заглубления дисковых рабочих органов в почву при помощи: а – управления положением МЦВ; б – изменения массы балластных ящиков; в – позиционно-силовым регулированием Недостаток позиционно-силового регулирования заключается в сложности системы и ее достаточно высокой стоимости. Авторами предлагается использовать более перспективный способ повышения заглубляемости и стабильности хода дисковых рабочих органов на заданной глубине обработки почвы, достигаемый за счет использования Лесотехнический принудительного журналвиб2/2011 рационного воздействия. Применению виброэффекта при резании и обработке почвы лесными почвообрабатывающими орудиями посвящены работы ряда исследователей. Так, Найнисом В.К. проводились исследования по вибрированию черенкового ножа кустарниково-болотного плуга при вспашке почв на нераскорчеванных вырубках [4]. В ра- 82 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– боте Совкова А.Ф. предложено использовать активный черенковый рабочий орган при резании почв насыщенных корнями [4]. Учеными Вялковой П.Ф. и Главацким С.Г. были обоснованы конструкции вибрационных рабочих органов для подрезки и выкопки сеянцев и саженцев в лесных питомниках [5]. Однако данных по использованию эффекта вибрации для заглубления дисковых рабочих органов лесных почвообрабатывающих орудий выявлено не было. Оригинальным техническим решением, в котором впервые применена прину- дительная вибрация дисковых рабочих органов, является заявка на патент ВГЛТА за № 2009119778 «Почвообрабатывающее орудие» (рис. 2), на которое получено положительное решение. Экспериментальные исследования этой конструкции на реальных лесных объектах показали ее эффективность, но выявили ряд недостатков. К ним относятся сложность конструкции, относительно низкие надежность и КПД вибрационного механизма (ВМ), вследствие использования в нем механической передачи для привода от вала отбора мощности агрегатируемого трактора. а б Рис. 2. Принципиальные схемы лесного дискового культиватора (а) и гидромеханического вибрационного механизма рабочих органов (б) 1 – вибрационный механизм; 2 – корпус; 3 – двухкулачковый вал; 4 – плунжер; 5 – секция плунжерного насоса; 6 – пружинно-гидравлический аккумулятор; 7 – предохранительный клапан; 8, 9, 10 – обратные клапаны; 11 – теплообменник; 12 – регулируемый вентиль; 13 – пневмогидравлический аккумулятор; 14 – редуктор; 15 – вал отбора мощности трактора Более эффективной и надежной в работе, а также простой по конструкции является предложенное авторами техническое решение по заявке на патент ВГЛТА № 2010128888 от 12.07.2010 г. (рис. 3). По данному изобретению предлагается изба- виться от дополнительных утяжелителей, повысить качество обработки почвы за счет повышения заглубляющей способности и стабильности глубины обработки почвы, а также уменьшить расход топлива. Достигается это путем вибрационной и Лесотехнический журнал 2/2011 83 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– энергосберегающей систем. В данном случае непроизводительно рассеиваемую энергию при движении массивного почвообрабатывающего агрегата на вырубках, предлагается рекуперировать, и использовать в рабочем процессе для привода вибрационного механизма навесного дискового почвообрабатывающего орудия. Аккумулирование энергии осуществляется от систем: рекуперации предохранителя почвообрабаты- вающего орудия 1, ходовой части 2 и навесного устройства трактора 3 (рис. 3). В качестве накопителя энергии служит пневмогидравлический аккумулятор (ПГА) 25. Работа всех трех механизмов рекуперации ЛПА основана на насосном эффекте, возникающем при возвратнопоступательном движении штоков гидроцилиндров и соответствующей работе обратных клапанов. 1…3 – системы рекуперации предохранителя почвообрабатывающего орудия, подвески и навесного механизма трактора, соответственно; 4 – гидрораспределитель трактора; 5 – насосно-аккумуляторный узел; 6 – гидропульсатор вибрационного механизма; 7 – пружина; 8 – отводящий трубопровод; 9 – золотник; 10 – плунжер; 11 – гидроцилиндр предохранителя и вибрационного механизма рабочих органов орудия; 12, 14, 15, 16, 18, 20, 23, 24, 29 – клапаны обратные; 13 – дроссель регулируемый; 17 – гидравлический амортизатор подвески трактора; 19 – дроссель нерегулируемый; 21 – гидроцилиндр навесного механизма; 22 – мультипликатор давления; 25 – пневмогидроаккумулятор; 26 – манометр; 27 – клапан разгрузочный автоматический; 28 – насос; 30 – фильтр; 31 – гидробак; 32 и 33 – напорная и сливная магистрали Рис. 3. Схема гидропривода лесного почвообрабатывающего агрегата с механизмами рекуперации энергии и вибрации рабочих органов дискового почвообрабатывающего орудия 84 Лесотехнический журнал 2/2011 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Вибрационный механизм рабочих органов культиватора включает в себя гидропульсатор 6 и механизм рекуперации предохранителя 1 рабочих органов культиватора. Гидропульсатор обеспечивает вибрацию дисковых батарей с заданной частотой и амплитудой независимо, как от механизмов рекуперации 2 и 3, так и от насосно-аккумуляторного узла 5. Работа гидропульсатора 6 вибрационного механизма заключается в следующем. Рабочая жидкость от насосноаккумуляторного узла 5 по напорной магистрали 32 подводится к проточке «а» и плунжеру 10 гидропульсатора. При этом в условный начальный момент времени отводящий трубопровод 8 гидропульсатора перекрыт золотником 9. Давлением жидкости плунжер 10 плавно начинает перемещать золотник 9 и сжимать пружину 7. При дальнейшем движении золотник 9 вначале с помощью проточки «в» отсоединяет трубопровод 8 от сливной магистрали 33, а затем соединяет его через проточки «а» и «б» с напорной магистралью 32. Одновременно жидкость подается в проточку «г», под торец золотника 9, площадь которого значительно больше торца плунжера 10, что обеспечивает ускоренное движение (релейное переключение) золотника. Следствием такого движения золотника является импульсный выброс рабочей жидкости через проточку «б» в отводящий трубопровод 8 и далее в гидроцилиндр 11. Так как давление рабочей жидкости в гидроцилиндре 11 снижается по мере движения его штока, соответственно уменьшается и давление в проточке «г» гидропульсатора. Благодаря этому, золотник под воздей- ствием усилия сжатой пружины 7 возвращается в исходное положение и рабочий цикл гидропульсатора повторяется. Таким образом, при движении дискового рабочего органа в почве на заданной глубине обработки почвы, он вместе со стойкой совершает вынужденные колебания в упругой системе "рабочий орган – пружина – почва" под воздействием пульсаций рабочей жидкости в гидроцилиндре 11 предохранителя, передаваемой по трубопроводу 8 от гидропульсатора вибрационного механизма 6. При этом гидроцилиндр 11 в конструкции культиватора, в зависимости от цикла срабатывания, совмещает в себе функцию вибродвигателя и гидроцилиндра пневмогидравлического предохранителя. Регулирование амплитуды колебаний рабочего органа, а следовательно, и глубины обработки в зависимости от удельного сопротивления обрабатываемой почвы и других факторов, осуществляется с помощью регулируемых обратного клапана 12 и дросселя 13 механизма рекуперации предохранителя 1. Предлагаемая конструкция ЛПА обеспечивает рекуперацию энергии, повышение заглубляющей способности дисковых рабочих органов и их более устойчивый ход на заданной глубине обработки. Компьютерное моделирование функционирования на вырубке лесного почвообрабатывающего агрегата с вибрационными рабочими органами (частотой 5…7 Гц и амплитудой 20…30 мм) и системой энергосбережения показали экономию топлива не менее чем на 20…25 %. Это подтверждает, что выбранное направление Лесотехнический журнал 2/2011 85 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– исследования перспективно и его целесообразно продолжить в направлении экспериментальной проверки результатов компьютерного моделирования и последующей апробации в реальных условиях нераскорчеванных вырубок. Библиографический список 1. Бартенев И.М., Карамышев Е.В., Карамышев В.Р. К вопросу столкновения лесохозяйственных машин с препятствиями на вырубках // Вестн. Центр.-Чернозем. регион. отделения наук о лесе РАЕН ВГЛТА : сб. науч. тр. / ВГЛТА. Воронеж, 1998. Вып. 1. С. 230–234. 2. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. В 4 т. Т. 1. / Под ред. М.И. Клецкина. М.: Машиностроение, 1967. 722 с. 3. Дьячков Е.А. Гидропривод: учебное пособие / Волгоград : Волгоградский Ордена Красного Знамени политехнический институт, 1983. 81 с. 4. Совков А.Ф. Обоснование режимов работы и параметров активного рабочего органа черенкового типа для резания почв, насыщенных корнями: Дисс. канд. техн. наук. Новочеркасск, 1982. 167 с. Библиогр. С. 147–160. 5. Главацкий С.Г. Обоснование параметров комбинированного орудия для вибрационной подрезки и выкопки сеянцев в лесных питомниках: автореф. дис. канд. техн. наук. Красноярск, 2004. 24 с. УДК 630.323.113 ПОВЫШЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ШАРНИРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЛЕСНЫХ МАНИПУЛЯТОРОВ Ф.В. Пошарников, А.И. Серебрянский, А.В. Усиков ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» Разработаны конструкции шарнирных соединений, в которых конструктивно исключается реверсивность трения. Представлена методика расчета фактических величин напряжений в тяжело нагруженных шарнирных соединениях с малой скоростью скольжения и неметаллическим антифрикционным материалом. Ключевые слова: шарнирное соединение, реверсивность трения, расчет, напряжение, неметаллический антифрикционный материал. В лесной промышленности широко применяется манипуляторное технологическое оборудование, наименее износостойкими узлами которого являются шарнирные соединения. Анализ конструктивно-технологиче- Лесотехнический журнал 2/2011 86 ских характеристик и условий работы шарниров манипуляторов помог определить вид антифрикционного материала, способствующего повышению рабочего ресурса рассматриваемых узлов трения [1]. Однако, предложенные пластики не могут Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– эффективно работать при реверсивном трении, кроме того, отрицательный эффект реверса примерно в два раза снижает износостойкость трущихся деталей. Это говорит о необходимости изменения конструкции шарнирных соединений с целью исключения реверсивности трения. Что бы исключить влияние отрицательного эффекта реверса на износостойкость деталей шарнирных соединений лесопромышленных манипуляторов предлагается изменить конструкцию шарниров, как это показано на рис. 1. Предложенное шарнирное соединение включает в себя охватывающую проушину 1, охватываемую проушину 2, две антифрикционные втулки 3 с внутренними и наружными рабочими поверхностями, четыре блока пружинных полуколец, составляющих пружинные шайбы 4 – два с правым и два с левым направлением образующей цилиндрической спирали, распор- ную втулку 5, втулку 6 с внутренней рабочей поверхностью и палец (вал) 7. Антифрикционные втулки 3 выполнены с возможностью поворота как относительно втулки 6, так и относительно пальца 7. Блоки, составляющие пружинные шайбы 4 включают в себя 2 (1…n) сектора кольца. Два блока 4 с разносторонним направлением образующей цилиндрической спирали крепятся к торцевым сторонам распорной втулки 5, установленной с натягом в втулке 6 и два блока 4 с разносторонним направлением образующей цилиндрической спирали крепятся к внутренним сторонам охватывающей проушины 1. На втулках 3 с торцевых сторон выполнены канавки, имеющие вид храповых зубьев, и по направлению ответны направлению свободных концов полуколец блоков составляющих пружинные шайбы 4 с возможностью их заклинивания. Рис. 1. Шарнирное соединение с двумя зонами трения. В предложенной конструкции шарнирного соединения реверсивное трение преобразуется в прерывистое вращатель- ное посредством механизмов блокировки, состоящих из блоков составляющих пружинные шайбы 4, и канавок, Лесотехнический журналвыполненных 2/2011 87 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– в виде храповых зубьев на торцах втулок 3. Данная конструкция подтверждена патентом [2]. Шарнирное соединение работает следующим образом. При повороте охватываемой проушины 2 относительно охватывающей проушины 1, блоки составляющих пружинные шайбы 4, закрепленные на распорной втулке 5 входят в зацепление с храповыми секторами на внутренних торцевых поверхностях антифрикционных втулок 3 и сообщают последним движение, в то время, как, блоки составляющих пружинные шайбы 4 на внутренних торцевых поверхностях охватывающей проушины 1 проскальзывают относительно канавок в виде храповых зубьев на внешних торцевых поверхностях антифрикционных втулок 3 из-за разного направления образующих цилиндрической спирали в блоках составляющих пружинные шайбы 4 и канавок. В этом случае трение происходит между внутренними поверхностями антифрикционных втулок 3 и наружной поверхностью пальца 7. При обратном ходе охватываемой проушины 2 относительно охватывающей проушины 1 блоки составляющих пружинные шайбы 4, закрепленные на торцевых поверхностях распорной втулки 5 выходят из зацепления с канавками в виде храповых зубьев на внутренних торцевых поверхностях антифрикционных втулок 3 и при дальнейшем движении проскальзывают друг относительно друга. Одновременно блоки составляющих пружинные шайбы 4, закрепленные на внутренних торцевых поверхностях охва- Лесотехнический журнал 2/2011 88 тывающей проушины 1 входят в зацепление с канавками на наружных торцевых поверхностях антифрикционных втулок 3 и сообщают им движение. В этом случае, процесс трения происходит между наружными поверхностями антифрикционных втулок 3 и внутренней поверхностью втулки 6. Таким образом, за счет механизмов блокировки, реверсивное движение преобразуется в прерывистое вращательное поочередно по внутренним и наружным поверхностям антифрикционных втулок 3, что позволит повысить износостойкость деталей шарнирных соединений в 1,7…2,1 раза. Данный вариант конструкции шарнирного соединения наиболее предпочтителен для средненагруженных (≈30 Мпа) узлов трения лесопромышленных манипуляторов. Однако, в лесной промышленности, особенно на лесозаготовительных работах (ЛП-19) используется манипуляторное технологическое оборудование, шарнирные соединения которых воспринимают более высокие нагрузки. В таких случаях наличие двойного зазора (рис. 1) может привести к повышенному износу деталей шарнирных соединений из–за действия динамических нагрузок. Для манипуляторов, шарнирные соединения которых воспринимают нагрузки выше 30 МПа разработано шарнирное соединение с одним зазором, в котором реверсивное трение преобразуется в прерывистое вращательное (рис. 2), что подтверждено патентом [3]. Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Рис. 2. Шарнирное соединение с одной зоной трения Шарнирное соединение состоит из пальца (вала) 1, охватывающей проушины 2, охватываемой проушины 3, втулки охватываемой проушины 4, средней антифрикционной втулки 5, боковых антифрикционных втулок 6, блоков составляющих (1…n) пружинные кольца 7, канавок в виде храповых зубьев 8 и фиксирующих крышек 9. Принцип работы данного шарнирного соединения аналогичен первому случаю (рис. 1). К отличиям относятся: не две антифрикционные втулки, а три, - две антифрикционные втулки 6 установлены с натягом в щеках охватывающей проушины 2, а одна антифрикционная втулка 5 установлена с натягом во втулке 4 охватываемой проушины 3, канавки в виде храповых зубьев 8 выполнены на части внутренних поверхностей антифрикционных втулок 5 и 6, блоки составляющих пружинные кольца 7 закреплены на валу 1, и изогнуты не в осевом направлении, а в радиальном, для обеспечения возможности заклинивания с канавками 8. Для предотвращения, из-за сил трения, заклинивания вала 1 в щеках охватывающей проушины 2, его 89 торцы выполнены конусными. Для фиксации вала 1 в шарнирном соединении предусмотрены крышки 9. Посредством механизмов блокировки, реверсивное трение будет преобразовываться в прерывистое вращательное, только, в отличии от первого случая (рис. 1), вращательное движение буде сообщаться валу 1 и процесс трения будет происходить при движении охватываемой проушины 3 относительно охватывающей проушины 2 в одну сторону – между валом 1 и антифрикционной втулкой 5, а при движении охватываемой проушины 3 относительно охватывающей проушины 2 в другую сторону – между валом 1 и антифрикционными втулками 6. Основополагающим фактором, обуславливающим рабочий ресурс шарнирных соединений, является величина радиального зазора. При достижении критической величины радиального зазора (0,9…0,13 мм) шарнирные соединения лесопромышленных манипуляторов выходят из строя. Для этих целей была разработана конструкция шарнирного соединения, в котором при одновременном преобразовании Лесотехнический журнал 2/2011 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– реверсивного трения в прерывистое вра – зазор сопряжения, предварительщательное происходит автоматическая компенсация износа. На данную конструкцию получен патент [4]. Для того, что бы повысить рабочий ресурс шарниров предлагается металлический антифрикционный материал заменить самосмазывающимися антифрикционными пластиками, а именно, применять ЭСТЕРАН-29 и АМАН-13 [5; 6; 7]. Так как изменен антифрикционный материал в шарнирах манипуляторов, то процесс трения и изнашивания будет происходить несколько иначе, чем в исходных шарнирных соединениях. Поэтому необходимо определить действительную величину фактора, имеющего наибольшее влияние на величину износостойкости – удельного давления Р с учетом проведенных изменений в шарнирных соединениях. Расчет величин удельных давлений проводится с учетом рекомендаций Добычина М.Н. [8] и используются рекомендации, предложенные в [9; 10]. Для определения величины среднего удельного давления Рср воспользуемся решением Г. Герца для внутреннего касания цилиндров, если выполняется условие 1 12 1 22 0,092, (1) где R 103 , l E1 (2) где R – расчетная нагрузка, действующая на подшипник, кН; Е1 – модуль упругости пластика, МПа; l – длина антифрикционных втулок, мм; 90 Лесотехнический журнал 2/2011 но принимается равным 0,4 мм. Отсюда =Е1/Е2, (3) где Е2 – модуль упругости стали, МПа; 1 – коэффициент Пуассона пластика; 2 – коэффициент Пуассона стали. Если неравенство (1) не выполняется, то, расчет проводится по следующей схеме, в начале определяется половина угла контакта φ0, рад. , 1 n 0 C (4) где n C C 0,32 0 1 , 0,12 (5) где C0 1 12 1 22 ; 4 n m1 m2 2 n0* , где m1 0,07 1 lg ; m2 0,2 1 lg . (6) (7) (8) Максимальное давление в центре дуги контакта Pm определяется: Pm 5500 R 1 0,35 , l r1 20 (9) где R – внутренний радиус втулки, мм; l, мм – длина подшипника. Среднее давление на контакте определяется по формуле: 5000 R P . (10) l r1 2 0 Далее необходимо уточнить размеры подшипника по найденному удельному давлению, при этом нужно, что бы соблю- Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– далось неравенство: Е1=2300 МПа, =0,4 мм, Е2=210000 МПа, dl=R/Р. (11) Если условие выполняется, то необходимость в корректировке размеров конструктивных составляющих подшипника скольжения отпадает. Результаты расчетов максимального давления в центре дуги контакта Рm и 1=0,375, 2=0,29, n0* =0,543 и индивиду- среднего давления на контакт P во всех рассматриваемых шарнирных соединениях для ЭСТЕРАНА-29 сведены в табл. 1, для АМАНА-13 – в табл. 2. Результаты табл. 1 получены при постоянных значениях альных, для каждого из рассматриваемых шарнирных соединений, значениях Р, кН; l, мм и r1,мм. Результаты табл. 2 получены при постоянных значениях Е1=2450 МПа, =0,4 мм, Е2=210000 МПа, 1=0,335, 2=0,29, n0* =0,543 и индивидуальных, для каждого из рассматриваемых шарнирных соединений, значениях Р, кН; l, мм и r1, мм. Таблица 1 Расчетные давления в шарнирных соединениях с пластиком ЭСТЕРАН – 29 ЛП – 19А ЛП – 49, ЛП –18А ЛП – 17А, ТБ – 1М Подвеска – рукоять Рm, МПа 26,57 28,67 29,19 19,68 21,69 22,03 Р , МПа Pm, МПа Р , МПа Pm, МПа Р , МПа 38,48 27,2 Рукоять – стрела 29,87 21,81 43,7 32,73 38,48 27,2 Стрела – поворотная колонка 33,4 24,04 33,35 25,76 Таблица 2 Рm, МПа Р , МПа Pm, МПа Р , МПа Pm, МПа Р , МПа Расчетные давления в шарнирных соединениях с пластиком АМАН-13 ЛП – 19А ЛП – 49, ЛП –18А ЛП – 17А, ТБ – 1М Подвеска – рукоять 19,44 20,83 24,83 13,35 14,56 17,32 30,76 20,18 Рукоять – стрела 22,92 15,49 32,28 22,35 30,76 20,18 Стрела – поворотная колонка 26,11 17,41 23,32 16,65 Лесотехнический журнал 2/2011 91 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Таким образом, значения, представленные в табл. 1 и 2, характеризуют реальные давления в шарнирах лесных манипуляторов с антифрикционными пластиками ЭСТЕРАН-29 и АМАН-13. Эти значения давлений отличаются от давлений, которые возникают в шарнирах при использовании антифрикционных сталей, чугунов и бронз, они меньше. Уменьшение значений удельных давлений, по сравнению с прототипом, объясняется тем, что пластики более мягкие материалы, и, следовательно, полуугол контакта у них больше, чем у сталей и бронз, за счет чего достигается более равномерное распределение и по большему участку нагрузки. Уменьшение удельных давлений приводит к повышению износостойкости материалов, за счет чего достигается более равномерное распределение и по большему участку поверхности нагрузки. Уменьшение удельных давлений приводит к повышению износостойкости материалов за счет того, что в меньшей степени структура поверхностных и приповерхностных слоев. Уменьшается влияние пластических деформаций. Снижается вероятность схватывания трущихся поверхностей и т.д. Библиографический список 1. Влияние статических нагрузок на износостойкость пластиков типа АМАН // Серебрянский А.И. Воронеж: ВГЛТА, 2002. 34 с. Деп. в ВИНИТИ. № 975-В2002. 2. Пат. 34661 РФ, МПК 7 F 16 С 11/06. Шарнирное соединение / Ф.В. Пошарников, Н.С. Смогунов, А.И. Серебрянский; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. № 2003123320/20; заявл. 28.07.03; Лесотехнический журнал 2/2011 опубл. 10.12.03. 3. Пат. 2242644 РФ, МПК7 7 F 16 C 11/00. Шарнирное соединение / А.И. Серебрянский, Н.С. Смогунов, Ф.В. Пошарников; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. № 2003118950/11; заявл. 24.06.03; опубл. 20.12.04, Бюл. №35. 10 с. 4. Пат. 2246051 РФ, МПК 7 F 16 С 11/00. Шарнирное соединение / Ф.В. Пошарников, А.И. Серебрянский; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. № 2003119908/11; заявл. 30.06.03; опубл. 10.02.05. 5. Серебрянский А.И. Применение антифрикционных пластиков в тяжелонагруженных подшипниках скольжения // Лес и молодежь ВГЛТА - 2000 год : сборник научных трудов юбилейной конференции молодых ученых, посвященной 70летию образования ВГЛТА / под ред. Л. Т. Свиридова ; ВГЛТА. Воронеж, 2000. Т. 1. С. 207–210. 6. Серебрянский А.И., Смогунов Н.С. О целесообразности изменения смазочного материала в шарнирных соединениях лесных манипуляторов // Повышение технического уровня машин лесного комплекса : материалы Всероссийской научнопрактической конференции, Воронеж, 3-5 июня 1999г. Воронеж, 1999. С. 83–85. 7. Смогунов Н.С., Серебрянский А.И. Повышение износостойкости узлов трения манипуляторного технологического оборудования лесных машин // Научнотехнические проблемы в развитии ресурсосберегающих технологий и оборудования лесного комплекса : материалы Международной научно-практической конференции, Воронеж, 24-26 сентября 1998 г. / ВГЛТА. Воронеж, 1998. С. 227–229. 92 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 8. Добычин М.Н., Алексеев Н.М. Расчет несущей способности подшипников скольжения с вкладышем // Машиноведение. 1975. № 1. С. 107–114. 9. Трение изнашивание и смазка: справочник / Под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина. Т. 1. М. : Машиностроение, 1978. 400 с. 10. Трение изнашивание и смазка : справочник / под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина. Т. 2. М. : Машиностроение, 1979. 358 с. УДК 630.323.113 ИССЛЕДОВАНИЕ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА ТРЕНИЯ В ПОДШИПНИКАХ СКОЛЬЖЕНИЯ ЛЕСООБРАБАТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ Ф.В. Пошарников, А.В. Усиков, А.И. Серебрянский ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» Проведено исследование по влиянию вращательного процесса трения на величину изнашивания полимерного антифрикционного материала, как с металлическим наполнителем, так и без наполнителя. Выявлена зависимость линейного и весового износа антифрикционной втулки подшипника скольжения. Ключевые слова: исследование, вращательный процесс трения, изнашивание, линейный износ, весовой износ, втулка подшипника скольжения. Антифрикционные подшипниковые материалы на полимерной основе способны заменять в узлах трения лесообрабатывающего оборудования цветные антифрикционные материалы на основе бронзы, баббита др., при этом допустимы более высокие значения нагрузок и температуры без обильной подачи смазочного материала. Не вращающиеся втулки из полимерных материалов в условиях сухого и граничного трения быстро теряют свою работоспособность вследствие локализации напряжений, температуры и износа на небольшой части их поверхности трения. Поиски различных способов улучшения работы композиционных, металлополимерных подшипников скольжения, привели к созданию принципиально новых видов трущихся сопряжений – «обратных пар» трения. В такой паре трения подшипник скольжения (антифрикционная втулка) жестко закреплен на валу по своей внутренней поверхности, а внешняя его поверхность участвует в работе трения по опорной поверхности корпуса подшипника [1]. В этом случае температура по всей внешней поверхности подшипника будет одинакова, так как она вся участвует в трении. При таком виде трения получаем осесимметричное температурное поле относительно оси вращения. Кроме того, в обратной паре благодаря распределению снятого при изнашивании объема материала по всей поверхности вала, прирост зазора будет значительно меньше, чем в «пря- Лесотехнический журнал 2/2011 93 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– мой паре» трения, когда вал вращается относительно жестко закрепленной втулки. Для повышения теплопроводности полимерной втулки предлагается использовать наполнитель в виде мелкой металлической стружки (низкоуглеродистая сталь), который обработан магнитным полем в момент изготовления втулки. Данный композиционный материал обладает увеличенной теплопроводностью и прочностью по сравнению с чистым полимером. Рассмотри износ полимерной втулки, армированной металлическим наполнителем, в «прямой» и «обратной» паре трения подшипника скольжения. Можно приближенно определить отношение износов деталей в прямой и обратной паре трения. Для простоты расчетов примем условие, что вал в прямой паре и подшипник в обратной паре не изнашиваются и объемные износы деталей обеих пар одинаковы. В случае использовании прямой пары трения, когда опора скольжения работает в режиме частого пуска и остановки, площадь выработанной валом лунки в нормальном к оси сечении (рис. 1) приближенно рассчитывается следующей формулой [2]: S1 2 bh, 3 Площадь износа шейки вала в обратной подшипниковой паре (рис. 2) определяется из уравнения: S 2 2ra a 2 , (2) где S2 – площадь износа по радиальному сечению вала, мм2; a – радиальный износ вала, мм; b – диаметральный зазор, мм. (1) где S1 – площадь радиального сечения лунки, мм2. h – ширина лунки, мм; b – ширина лунки, мм. 94 Рис. 1. Положение вала в выработанной им втулке (прямая пара) Лесотехнический журнал 2/2011 Рис. 2. Положение вала в корпусе после износа (обратная пара) Разделив уравнение (2) на уравнение (1), приняв, что S1= S2 и пренебрегая величиной a2 в виду ее незначительности, получим: 2ra 1, (3) 2 / 3bh Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Если принять h=2r, то b≈5a, где a – половина прироста зазора в прямой паре; b – прирост зазора в обратной паре. В данном случае увеличение диаметрального зазора в прямой паре в 2,0…2,5 раза больше, чем в обратной паре. Практически h<2r, следовательно, увеличение зазора в прямой паре будет еще больше. Если износ вала в обратной паре больше чем на подшипнике в прямой паре, то отношение b/2a будет меньше теоретического, но всегда прирост зазора в прямой паре будет больше, чем в обратной. Износостойкость металлополимерной втулки в обратной паре трения почти в 2 раза превышает износостойкость такой же втулки в прямой паре [2]. Нам проводились сравнительные исследования композиционного полимерного материала на износостойкость в прямой и обратной паре трения. Износостойкость композиционного материала определялась на лабораторном стенде по схеме вал – подшипник. Для получения большего износа обеих пар использовался повышенный режим испытаний. 80 1 п.п 70 1 п.п Износ, мкм 60 1 п.п 50 1 п.п 40 2 п.п 1 п.п 2 п.п 2 п.п 3 о.п 4 о.п 2 п.п 30 3 о.п 4 о.п 3 о.п 4 о.п 20 2 п.п 1 п.п 2 п.п 3 о.п 4 о.п 3 о.п 4 о.п 3 о.п 4 о.п 10 0 1 о.п 2 3 4 п.п 0 8 16 24 32 40 Время, час Рис. 3. Зависимость линейного износа от времени композиционного материала в «прямой» и «обратной» паре трения по сравнению с чистым полимером (полиамид А6 – Капролон) 1 – полимер без наполнителя в прямой пате трения; 2 – полимер с металлическим наполнителем (15 % по массе) в прямой паре трения; 3 – полимер без наполнителя в обратной пате трения; 4 – полимер с металлическим наполнителем (15 % по массе) в обратной паре трения Для определения величины износа материала и распределения износа по поверхности трения используют метод определения линейного износа. Измеряя размеры пары трения до и после испытания, определяют разность линейных размеров и тем самым судят о величине линейного износа. Линейный износ выражается в безразмерных единицах. Износ также определялся по потере в весе, но весовой способ Лесотехнический журнал 2/2011 95 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– определения износа является интегральным, так как фактически определяется суммарная потеря веса по всей поверхности трения. 60 3 о.п 50 4 о.п 3 о.п Износ, мг 40 4 о.п 1 п.п 3 о.п 30 2 п.п 4 о.п 3 о.п 3 о.п 4 о.п 4 о.п 20 3 о.п 4 о.п 10 0 1 2 п.п 32 4 1 о.п п.п 0 8 16 24 1 п.п 1 п.п п.п 2 1 п.п п.п 2 1 2 п.п п.п 32 2 п.п 40 Время, час Рис. 4 Зависимость весового износа от времени композиционного материала в «прямой» и «обратной» паре трения по сравнению с чистым полимером (полиамид А6 – Капролон) Из анализа проведенных исследований видно, что полимерный антифрикционный материал с металлическим наполнителем имеет высокие антифрикционные свойства по сравнению с полимером без наполнителя и в ряде случаев может заменять в подшипниках цветные металлы (бронзу, баббит). Приведенные данные подтверждают повышение износостойкости композиционного полимера с металлическим наполнителем, а увеличении износостойкости в 2 раза в «обратной» паре трения говорит о целесообразности применения подшипников скольжения такого типа в узлах трения лесообрабатывающего оборудования. Применение данного ком- 96 Лесотехнический журнал 2/2011 позиционного полимерного материала позволит продлить срок эксплуатации лесообрабатывающего оборудования. Библиографический список 1. Альшиц И.Я., Анисимов Н.Ф., Благов Б.Н. Проектирование из пластмасс: справочник / М.: «Машиностроение», 1969. 243 с. 2. Мотовилин Г.В., Брин В.К., Шальман Ю.И., Закатов Ю.А. Восстановление автомобильных деталей полимерными материала: учеб. пособие / Гос. Науч. Исслед. Ин-т автомобильного транспорта Ленфилиал. М. : «Транспорт», 1974. 180 с. Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– УДК 630*:65.011.54 ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МЕХАНИЗМА ОЧИСТКИ НА ПРОЦЕСС УДАЛЕНИЯ СЕМЯН ИЗ ОТВЕРСТИЙ РЕШЕТ В.В. Ткачёв, А.А. Языкова ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» Приведены теоретические исследования процесса удаления забившихся семян из отверстий плоских решет семяочистительных машин. Установлено, что для эффективного удаления семян из отверстий решет следует использовать для изготовления щеток материал с большими значениями модуля упругости, а также увеличивать диаметр щетины щетки при уменьшении ее длины. Ключевые слова: семяочистительная машина, плоские решета, отверстие, семена, щетка. Семяочистительные машины, оснащенные плоскими качающимися решетами, используют для очистки и сортирования на размерные фракции семян лесных культур. Основным недостатком таких машин является то, что в процессе их работы происходит забиваемость отверстий решет семенами и их примесями. В результате этого падает эффективность сортирования, снижается производительность процесса, а вследствие долговременного нахождения семян в отверстиях решет наблюдается повреждение дорогостоящего посевного материала. Решить указанную проблему можно путем удаления застрявших частиц из отверстий решет механизмом очистки. Однако, ввиду особых свойств семян лесных культур, в частности, хвойных пород, применение традиционно используемых механизмов очистки сельскохозяйственного назначения не позволяет добиться желаемого результата. Вследствие этого, проблема очистки отверстий решет от забившихся в них лесных семян долгое время оставалась нерешенной. На основании исследований по сортированию семян хвойных пород на плоских качающихся решетах разработана новая конструкция механизма очистки отверстий. Рабочими органами механизма являются активные цилиндрические щетки, совершающие под решетами возвратнопоступательное движение, а также вращательное движение вокруг своих осей [1]. Рассмотрим процесс воздействия рабочих органов механизма очистки на забившуюся в отверстии решета частицу. При этом частицу семени будем аппроксимировать шаром с равномерно распределенной по объёму массой (рис. 1). Очевидно, что для эффективной работы механизма очистки необходимо, чтобы выполнялось требование: lщ H b p , где (1) lщ – длина щетины щетки, м; b р – толщина решета, м; Н – высота размещения щетины под нижней кромкой решета, м. Лесотехнический журнал 2/2011 97 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Lотв d bp xmax Н lщ V δmax щ Рис. 1. Схема воздействия щетки механизма очистки на забившуюся в отверстии решета частицу Будем считать, что частица выталкивается из отверстия, если: Fупр mч g Fзакл , (2) где Fупр – упругая сила со стороны щётки, Н; Fзакл – сила заклинивания частицы в отверстии, Н; mч – масса частицы, кг; g – ускорение силы тяжести, g=9,81 м/с2. При сортировании частиц на решетах с прямоугольными отверстиями предположим, что: Fзакл 2 Fтр 2 f ст c max , (3) где Fтр – статическая сила трения части- Лесотехнический журнал 2/2011 цы о кромки отверстия, Н; fст – коэффициент трения покоя; c – коэффициент пропорциональности; max – предельная деформация частицы, м. Для частиц имеющих шарообразную форму величина предельной деформации частицы может быть определена [2]: d bотв , (4) max xmax bр где xmax – наибольшее перемещение частицы в вертикальной плоскости, м; d – диаметр сортируемой частицы, м; bотв – ширина отверстия решета, м. 98 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Следовательно: Fзакл 2 f ст c xmax d bотв . bр (5) Упругую силу, развиваемую щетиной, установим на основании зависимости между прогибом и силой для консольнозаделанной балки. При этом величина предельной деформации щетины при ее контакте с забившейся в отверстии решета частицей может быть определена [3]: max где Fупр l 3 щ 3 E J х , lщ – длина щетины, м; E – модуль упругости первого рода для материала щетин, Н/м2; Jx – осевой момент инерции, м4. Отсюда найдем упругую силу, развиваемую одной щетиной: 3 E J x max (6) Fупр . lщ3 Поскольку поперечное сечение щетины круг, диаметром dщ, то: Jx d щ4 64 . Значит: Fупр 3 E d щ4 max 64 lщ3 . (7) Следовательно, окончательное выражение для усредненной упругой силы, действующей на частицу: Fупр 3 E d щ4 d 2 nщ , 64 lщ3 (8) где nщ – число щетин, одновременно контактирующих с застрявшей частицей. Выражение (2) с учетом констант примет вид: mч g 2 f ст c xmax d bотв . (9) 13,7 lщ3 b р Анализ полученных выражений показывает, что для эффективного удаления 1. Пат. 34407 РФ, МПК7 В 07 В 1/50, семян из отверстий решет следует исполь1/52. Механизм очистки плоских решёт / зовать для изготовления щеток материал с В.С. Быков, В.В. Ткачёв; заявитель и пабольшими значениями модуля упругости, тентообладатель ВГЛТА. №2003123318/20; а также повышать жесткость рабочего орзаявл. 28.07.2003; опубл. 10.12.2003, Бюл. гана путем увеличения диаметра щетины №34. 3 с. щетки при уменьшении ее длины. Кроме 2. Ткачёв В.В. Очистка решет в сортого, для повышения числа щетин, однотировальных машинах. Воронеж: ВГЛТА, временно контактирующих с частицей, 2010. 78 с. Деп. в ВИНИТИ 12.01.2010, следует увеличивать площадь их заделки. №3–В2010. 3. Дарков А.В., Шпиро Г.С. Сопротивление материалов: учеб. / М. : Высшая Библиографический список школа, 1969. 774 с. Лесотехнический журнал 2/2011 УДК 630*232.211 E d щ4 d nщ 99 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– О СПОСОБАХ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПОРУБОЧНЫХ ОСТАТКОВ ПО ТИПУ МЕХАНИЗМОВ РЕЗАНИЯ С.В. Фокин, Е.В. Саввин ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И.Вавилова» В статье анализируются конструкции механизмов резания различных типов рубительных машин. Ключевые слова: способы измельчения, механизмы резания, рубительные машины, тип механизма резания. Современные технологии химикомеханических производств позволяют использовать отходы лесозаготовительных работ после предварительной механической обработки (измельчения) в качестве сырья. Например, щепа из древесины лиственных пород деревьев, которые имеют преимущественное распространение в Среднем Поволжье, может служить органическим наполнителем при производстве арболита. Тонкомерная щепа – это не только кормовая добавка, применяемая для приготовления компостов, но и подстилка для животных и птиц. Щепа размером 21…100 мм может сжигаться в котельных установках, квартирных печах и промышленных топках, решая проблему энергообеспечения в районах, испытывающих недостаток в энергоносителях. Для решения задач энергопотребления может применяться щепа размером 3…6 мм, используемая в брикетированном виде, которая может быть получена путем измельчения порубочных остатков непосредственно на вырубке при помощи рубительных машин различных конструкций [1]. В настоящее время рубительные машины измельчают порубочные остатки следующими типами механизмов резания Лесотехнический журнал 2/2011 100 (рис. 1): ● решетчатого, ● дискового, ● валкового, ● барабанного. У всех машин для измельчения порубочных остатков вне зависимости от типа измельчения рабочим органом является нож. Машина для измельчения порубочных остатков решетчатого типа Рубительная установка [2] (рис. 2) содержит базовое шасси, на платформе которого в бункере смонтировано измельчающее устройство, содержащее неподвижную плиту и шарнирно соединенную с ней в нижней части подвижную плиту, и манипулятор. Подвижная и неподвижная плиты выполнены в виде решеток с установленными в нутрии них крестообразными ножами. Ножи выполнены разновеликими и в горизонтальной плоскости расположены в виде ломанной линии. Порубочные остатки доставляются в бункер манипулятором. Подвижная плита, приводящаяся в движение силовым гидроцилиндром, прижимает порубочные остатки к неподвижной плите и перерезает их. При этом противоположно друг другу расположен- Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ные разновысокие крестообразные ножи способствуют уменьшению усилий при перерезании. Барабанного типа Валкового типа Дискового типа Решетчатого типа Способы измельчения порубочных остатков по типам механизмов резания Рис. 1. Классификация способов измельчения порубочных остатков по типам механизмов резания Рис. 2. Общий вид механизма резания рубительной машины решетчатого типа Машина для измельчения порубочных остатков барабанного типа Машина включает [3] (рис. 3) самоходное шасси, на котором установлен измельчитель, гидроманипулятор с захватом, вентилятор, привод измельчителя. Измельчитель включает в себя многорезцовый барабан, корпус с загрузочным патро- ном, поворотное устройство, состоящее из приводного вала, ременной передачи. На выходе вентилятора смонтирован щепопровод. Перерабатываемую крупную древесину размещают в загрузочном патроне. С помощью приводного вала барабан приводится во вращательное движение. Гидроманипулятором с помощью захвата пеЛесотехнический журнал 2/2011 рерабатываемую крупномерную древесину 101 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– подают в загрузочный патрон к многорезцовому барабану, которым производят измельчение древесины. Щепу вентилятором через щепопровод отводят в щеповоз. После этого цикл повторяется. Рис. 3. Устройство рубительной машины барабанного типа Машина для измельчения порубочных остатков валкового типа Рубительная машина [4] (рис. 4) состоит из самоходного шасси с гидроманипулятором и рамой рубительного аппарата, на которой установлены ножевые органы в виде нижних валков. На раме шарнирно смонтированы дополнительные рамы с установленными на них ножевыми органами в виде верхних валков. Рамы связан- ны друг с другом гидроцилиндрами. Нижние валки приводятся во вращение гидроприводом через редуктор, а верхние валки от верхних через поворотные редукторы. Самоходное шасси с помощью гидроманипулятора погружает порубочные остатки, подлежащие измельчению, на режущие валки. Валки приводятся во вращение и измельчают древесину. Рис. 4. Устройство рубительной машины валкового типа Машина для измельчения пору- Лесотехнический журнал 2/2011 102 бочных остатков дискового типа Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Машина состоит [5] (рис. 5) из тягача с бункером с гидронавеской и регулятором фронтального угла наклона кожуха, привода, ножевого диска с лопатками нагнетателя и тарельчатыми ножами. Трактор надвигается на лежащее (стоящее) дерево. Гидронавеской и регулятором ко- жуху задаются необходимая высота и угол атаки ножевого диска, вращаемого приводом. По мере надвигания агрегата в дерево попеременно врезаются ножи, сострагивают и подрезают стружку, которая через щепопровод подается в бункер. Рис. 5. Устройство рубительной машины дискового типа Проведенный анализ конструкций механизмов резания различных типов рубительных машин позволяет сделать следующие выводы: 1) в режущих механизмах рубительных машин решечатого типа сложно регулировать размеру получаемой щепы, что значительно влияет на качество производимой продукции, так как она регламентирована ГОСТом. 2) барабанные машины имеют большую производительность чем дисковые рубительные машины. Они могут измельчать любой по форме материал. Однако они наиболее травмоопасны, так как имеют короткий загрузочный патрон и если оператор зацепится за измельчаемый материал, то он может попасть в машину. КонБиблиографический список струкция машин металлоемкая и зависит от количества материала поданного в загрузочный патрон, если слишком много материала подано в машину, машина останавливается, обычно с крепко завязшими в барабане сучьями. 3) Валковым рубительным машинам присущи те же недостатки, что и барабанным. 4) дисковые рубительные машины имеют повышенную производительность. Данный тип рубительных машин имеет привод от трактора. Благодаря чему себестоимость машины снижается относительно других конструкций имеющих самоходное шасси. Конструкция дисковых рубительных машин проще по конструкции и менее металлоемка. Лесотехнический журнал 2/2011 103 Машины и оборудование лесного комплекса –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 1. Производство культуртехнических работ: учеб. пособие / Н. А. Будников, А. И. Долгих, Л. М. Игнатьев, В. С. Истомин и др. ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». Саратов, 2002. С. 52. 2. Пат. 1659197 А1, МПК В 27 L 11/00 Установка для сбора и измельчения лесосечных отходов / Н.Я. Сотонин, С.Н. Сотонин, В.Т. Юрков ; заявитель и патентообладатель Уральский лесотехнический институт им. Ленинского комсомола. № 4719401/15; заявл. 17.07.89; опубл. 30.06.91, Бюл. № 24. 5 с. 3. Пат. 979114, МПК В 27 L 11/00 Предвижная рубительная машина / А.П. Ливанов, В.И. Жаров, А.П. Раткевич, А.П. Бурлак ; заявитель и патентообладатель Кавказский филиал Центрального научноисследовательского и проектноконструкторского института механизации Лесотехнический журнал 2/2011 104 и энергетики легкой промышленности. № 3328544/29-15; заявл. 10.08.81. опубл. 07.12.82. Бюл. № 45. 2 с. 4. Пат. 1763184 А1, МПК В 27 L 11\00 Валковая рубительная машина / С.А. Мечникова, Э.Г. Школьник, А.А. Бурнашев, В.Ф. Корелин, В.Г. Милов, Л.Б. Шульгин ; заявитель и патентообладатель Всесоюзный научно-исследовательский институт землеройного машиностроения. № 4777474/15; заявл. 08.01.90. опубл. 23.09.92. Бюл. № 35. 3 с. 5. Пат. 2058887, МПК В 27 L 11\00 Рубительная машина / А.П. Швецов, Т.В. Швецова, Ю.В. Краснов, А.К. Кочедыков, В.К. Куприянов; заявитель и патентообладатель Научный центр «Радченкоторф». № 5047729/15; заявл. 15.06.91. опубл. 27.04.96. Бюл. № 12. 3 с. Механическая обработка древесины –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– УДК 674.093.6 – 413.82 ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ФИЗИКО–МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДРЕВЕСИНЫ НА ИЗМЕНЕНИЕ МОЩНОСТИ ПРИ ПИЛЕНИИ ЛЕНТОЧНЫМИ ПИЛАМИ А.И. Максименков ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» Приведены исследования по влиянию физико-механических свойств древесины на мощность резания при распиловке лесоматериалов на ленточнопильном станке. Установлено, что ощутимое влияния на расход мощности резания оказывают упругие свойства древесины в периферийных участках бревна. Ключевые слова: физико-механические свойства древесины, пиление, ленточнопильный станок, мощность резания, упругие свойства древесины, бревно. Древесина является анизотропно– ортотропным материалом клеточно– волокнисто-слоистого строения, обладающим одновременно вязкими и упругими свойствами. Упругие свойства древесины тесно связаны с её микроструктурой и химическим составом. Одними из основных свойств древесины являются плотность, влажность и твердость. Плотность древесины характеризуется несколькими показателями: плотностью в абсолютно сухом состоянии; плотностью влажной древесины и условной плотностью, которые взаимосвязаны между собой. Из-за пористого строения плотность древесины меньше плотности древесного вещества, для всех пород равной в среднем 1,53 г/см3. Породы с плотностью 540 кг/м3 и менее при 12 % - ной влажности считаются древесиной малой плотности (сосна, ель, пихта, кедр, осина), от 550 до 740 кг/м3 – древесиной средней плотности (лиственница, берёза, бук, дуб черешчатый, восточный и болотный, ясень), от 750 кг/м3 и больше – древесиной высокой плотности (береза железная, дуб каштанолистный и араксинский) [1]. 105 Влажность меняется в зависимости от условий хранения и стремится к равновесной, т.е. к влажности древесины, соответствующей определённому сочетанию температуры и влажности окружающей воздушной среды. Древесина влажностью более 100 % считается мокрой, от 100 до 50 % – свежесрубленной, от 20 до 15 % – воздушно-сухой, от 12 до 8 % – комнатно–сухой и около нуля – абсолютно сухой. Влажность 20…22 % называется транспортной, в период эксплуатации изделий из древесины – эксплуатационной, во время изготовления деталей и изделий – производственной (она обычно на 1…2 % меньше эксплуатационной). Поскольку физико–механические свойства древесины зависят от влажности, то все показатели сравнивают при нормальной влажности (разновесной влажности, достигаемой древесиной в воздухе при 20±2 °С и относительной влажностью 65±5 %). Влажность коры в свежесрубленном состоянии для сосны в среднем 120, для ели 112, для березы 58 %. На предприятиях перед распиловкой бревен влажность коры указанных выше пород примерно одинакова Лесотехнический журнал 2/2011 Механическая обработка древесины –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– (60…70 %). При этом влажность наружного слоя коры у ели и сосны составляет 21 и 27, а у берёзы 7 %; влажность луба у хвойных пород в 7 раз, а у березы в 10 раз больше влажности коры [1]. Твердость торцевой поверхности выше тангентальной и радиальной на 30 % у лиственных пород и на 40 % у хвойных. При увлажнении древесины на 1% торцовая твердость уменьшается на 3 %, тангентальная и радиальная – на 2 %. Породы с торцовой твердостью 40 H/мм2 и меньше считаются мягкими (сосна, ель, кедр, пихта, осина), от 40,1 до 80 Н/мм2 твердыми (лиственница сибирская, береза, бук, дуб, ясень) и более 80,1 Н/мм2 очень твердыми (берёза железная). В производственной практике и исследованиях процесса пиления древесины часто приходится производить регистрацию и подсчет силовых показателей, таких как мощность, расходуемую на резание и подачу, усилие резания, удельную работу резания. Обычно их определяют по усредненным показаниям регистрирующего прибора без учета влияния физикомеханических свойств древесины. Между тем изменения по длине и по диаметру бревна существенным образом влияют на процесс пиления. Ряд ученых проводили опытные распиловки по выявлению влияния физикомеханических свойств по диаметру бревна на качественные и количественные изменения мощности, расходуемой на пиление ленточными пилами. В результате было установлено, что изменение мощности резания происходит следующим образом: первоначально возрастает от периферии к 106 Лесотехнический журнал 2/2011 центру бревна до определённого значения, в последующем происходит её резкое снижение к центру. От центра бревна изменения мощности происходит в обратном порядке. Указанное изменение мощности резания согласуется с существующими выводами Л.М. Перелыгина [2] о закономерном изменении физико-механических свойств по диаметру бревна, в частности, объёмного веса. Проведенными исследованиями установлено, что изменение мощности резания по сечению бруса неодинаково. Оно изменяется значительно интенсивнее и особенно при распиловке периферийной части. В процессе пиления на интенсивность изменения мощности резания могут оказывать влияния потери устойчивости пилы вследствие нагрева пильного полотна и частичном затуплении зубьев пилы. Но проведенные исследования показали, что потери устойчивости пилы в пропиле, вследствие нагрева не будет, так как теплоёмкость шкивов станка по сравнению с теплоёмкостью полотна пилы велика и поэтому пила, проходя по шкивам, успевает отдать им накопленное тепло. Учитывая, что холостой ход станка, т. е. время между окончанием предыдущего реза и началом последующего сравнительно велико, а пильная лента находится в вихревом потоке воздуха за счет вращения шкивов и своего движения, между смежными резами пила охлаждается до первоначальной температуры или близкой к ней. Влияние затупления зубьев также не объясняет наблюдаемой интенсивности изменения мощности. В пределах времени двух смежных резов и пройденного пути каждым зубом затупление практически не оказывает заметного влияния на увеличение потребляемой мощ- Механическая обработка древесины –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– ности. На основе вышеприведенных сравнений изменения объемного веса и мощности резания по диаметру бревна (сечению бруса) интенсивность изменения последней зависит от распределения влажности по диаметру бревна. Известно, что в заболонной части бревна содержание влаги в несколько раз больше, чем в ядровой. Поэтому упругие свойства древесины в периферийных участках бревна, которые находятся в тесной связи с влагосодержанием, и оказывают весьма ощутимое влияния на расход мощности резания на этих участках. Понижение потребляемой мощности в средних резах свидетельствует о соответственном снижении объемного веса и других физических и механических свойств древесины. Возможно здесь имеют место напряжения волокон в поперечном направлении, которые обуславливаются особенностями роста дерева. Взаимодействие стружки со стенками и дном пропила при различных условиях резания древесины вызывает разную величину сопротивления трения. Трение уплотненной стружки по древесине входит составной частью в общее сопротивление резанию древесины, оно увеличивает работу, затрачиваемую на резание древесины, а также повышает удельное сопротивление резанию. Наиболее полный учет влияния трения стружки в процессе резания древесины может произведен через коэффициент трения древесины по древесины. Коэффициент трения в основном зависит от влажности и температурного состояния древесины. На основании исследований Н.И. Левочкина [3] можно сделать вывод о том, что при положительных температурах древесины удельная работа трения увеличивается с повышением влажности древесины, а при резании мерзлой древесины удельная работа трения с повышением влажности уменьшается по прямой. С понижением температуры мерзлой древесины (до t=–35 °С) удельная сила трения при резании уменьшается. Изменение удельной силы трения с изменением влажности и температуры древесины вызвано изменением величины коэффициента трения уплотнённой стружки о стенки пропила. Таким образом, из вышеизложенного можно сделать следующие выводы: упругие свойства древесины в периферийных участках бревна, которые находятся в тесной связи с влагосодержанием, оказывают весьма ощутимое влияния на расход мощности резания; изменение мощности резания количественно не совпадает с изменением объемного веса, что оказывает влияние на неравномерное распределение влаги по диаметру бревна; в установившемся режиме процесса пиления нагрев пилы не оказывает влияния на расход мощности. Библиографический список 1. Справочник по лесопилению / Под ред. С.М. Хасдана. М.: Лесн. пром–сть, 1980. 415 с. 2. Перелыгин Л.М. Древесиноведение / М. : Лесн. пром-сть, 1969. 316 с. 3. Левочкин Н.И. Влияние влажности и температуры древесины на удельное сопротивление трения // Труды СибТИ– Красноярск, 1971. Сб. 34. С. 29–31. 107 Лесотехнический журнал 2/2011 Экономика и организация производства –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– УДК 630.383 ОБОСНОВАНИЕ СЕЗОННЫХ ОБЪЕМОВ ВЫВОЗКИ ДРЕВЕСИНЫ В.М. Заложных ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» В статье приведена методика расчета суммарных затрат на строительство дорожной сети. Представлен метод последовательного подбора для нахождения оптимального соотношения зимней и летней вывозки древесины. Ключевые слова: вывозка древесины, объем, суммарные затраты, дорожная сеть, оптимальное соотношение, летняя вывозка, зимняя вывозка. Большинство лесозаготовительных предприятий осуществляет свою деятельность на базе лесовозных дорог с низкой интенсивностью движения и, соответственно, небольшими объемами вывозимой древесины. Кроме того, большую часть дорожной сети составляют временные пути с малыми грузооборотами и небольшим сроком эксплуатации. Эти обстоятельства делают не экономичным строительство дорог с прочной дорожной одеждой, обеспечивающее непрерывную круглогодовую вывозку древесины. Чтобы уменьшить затраты на строительство дорожных одежд предприятия с целью обеспечения рентабельности вынуждены строить дороги с дорожной одеждой облегченного типа, не позволяющие осуществлять ритмичную круглогодовую вывозку древесины. Неритмичность поставки древесины на нижний склад оказывает отрицательное влияние на весь производственный цикл работы предприятия. Минимизация издержек от неравномерной поставки в различные сезоны года может быть достигнуто путем рационального распределения годового объема вывозки древесины в зимний и летний периоды. Для создания ритмичности работы предприятия с учетом уменьшения объемов летней вывозки древесины в периоды распутицы создают запасы хлыстов вблизи нижнего склада путем увеличения объемов зимней вывозки древесины. Таким образом сокращают затраты на постройку дорог за счет уменьшения толщины дорожной одежды на магистрали и увеличение доли зимних временных дорог (веток и усов) при наличии одного общего магистрального пути. Суммарные затраты на строительство дорожной сети состоят из расходов на строительство летней магистрали, летних и зимних веток и усов. Годовые затраты на строительство магистрали составляют Зм 0,01 C мQг k p B , (1) где См – стоимость строительства 1 км магистрали, тыс. р./км; Qг– годовой объем вывозки древесины, м3; kp – коэффициент удлинения магистрального пути; 108 Лесотехнический журнал 2/2011 Экономика и организация производства –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– – средний ликвидный запас древе- сины на 1 га, м /га; B – ширина лесосырьевой базы в ме- сте строительства магистрали, км. Ежегодные затраты на строительство 3 ЗВ где веток , (2) k p – коэффициент удлинения веток; dвл , dвз – среднее расстояние между Cвл , СВз –стоимость строительства 1 летними и зимними ветками, км; – угол примыкания веток к магистрали, град. Ежегодные затраты на строительство км летних и зимних веток, тыс.р.; Q л , Qз –объем вывозки древесины в летний и зимний период, м3; З ус где 0,01k p CвлQл В d вл СВз Qз В d вз sin d вл d Вз 0,01kp d ус С з ус усов: k p – коэффициент удлинения усов; С усз , С усл , С усгр – стоимость строитель- ства 1 км зимнего, летнего с покрытием и летнего грунтового уса, тыс. р.; n – протяженность летних усов с дорожным покрытием в долях от общей годовой длины строящихся летних усов; dус – среднее расстояние между усами, км. В последней формуле принято расстояние между летними и зимними усами одинаковыми, а длина предельного расстояния трелевки lтр=0,5dус. В случае вывозки древесины в зимний период по отдельной магистральной дороге необходимы дополнительные ежегодные затраты на строительство зимней магистральной дороги Ззим С мз Qз k р зим Взим PLз , Qз d вз d ус С усл nQл С усгр 1 n Qл d вл d ус , (4) где (3) Смз – стоимость строительства 1 км зимней магистральной тыс.р./км; дороги, зим – средний ликвидный запас древесины на 1 га в зимнем лесосечном фонде, 1 м3/га; Bзим – ширина зоны тяготения лесного участка к зимней магистрали, км; P – стоимость устройства 1 км снежного покрытия на существующем участке магистрали длиной L км, руб/км. Одновременно с этим длина ежегодного строительства летней магистрали уменьшается и затраты на ее сооружение составляют Ззим 0,01С мQл k р В . (5) Запас хлыстов создается за счет увеличения объема зимней вывозки и соответствующего уменьшения летнего. Потребное число подвижного состава рассчи- 109 Лесотехнический журнал 2/2011 Экономика и организация производства –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– тывается в расчете на наибольший объем вывозки. Затраты на приобретение автопоездов при односменной работе Зп СaQз 1 0,17 , Т зим П Т.Г. (6) где Ca – стоимость автопоезда вместе с затратами на гаражное хозяйство, тыс. руб; Tзим – число рабочих дней в зимний период; Т.Г. – коэффициент технического готовности автопарка; П – сменная производительность автопоездов, м3/см, принимаем ее одинаковой при вывозке по зимнем дорогам и по летним дорогам с гравийным покрытием. Величина запаса древесины на промежуточном складе рассчитывается как произведение среднесуточного объема переработки доставляемой древесины Qc на число нерабочих дней на транспорте вследствие повышенной влажности на дороге. Величина Qc определяется по формуле Q Qc г , (7) Т где Т – число рабочих дней в году. Число нерабочих дней на транспорте по причине распутицы в летний период Tp принимается усредненно по опыту прошлых лет. Необходимый запас хлыстов на промежуточном складе Q р QсТ р , (8) Дополнительные затраты на оборудование промежуточной площадки для 110 Лесотехнический журнал 2/2011 хранения запаса хлыстов и их перевалку можно рассчитать по формуле Зд QcTр Rn bn , (9) где Rn – удельные капитальные затраты на строительство и оборудование площадки, р/м3; bn – удельные затраты на доставку древесины с промежуточной площадки до нижнего склада, включая погрузочно-разгрузочные работы, 3 р/м . Таким образом, созданием запаса хлыстов в зимнее время для их летней переработки достигается уменьшение затрат на дорожное строительство за счет уменьшения толщины дорожной одежды и уменьшения общей длины более дорогих летних временных дорог по сравнению с зимними. Но при этом необходимо увеличивать закупки потребного числа подвижного состава и учесть появление дополнительных затрат из-за простоя лишних автопоездов в летнее время. Кроме того, возникают дополнительные расходы на устройство промежуточной площадки и на работы по перевалке древесины на ней. Оптимальное соотношение зимней и летней вывозки древесины можно найти методом последовательного подбора следующими образом. 1. Вычисляют суточный объем вывозки древесины Qсут по формуле (7) при равномерной круглогодовой вывозке древесины. 2. Рассчитывают толщину дорожной одежды на магистрали для объема вывозки древесины в летний период Qл. Экономика и организация производства –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 3. Определяют годовые затраты на устройство дорожной одежды Зд.о. и в целом магистрали по формуле (1) 4. Определяют годовые затраты на сооружение временных дорог с использованием формул (2, 3); 5. Определяют потребности в транспортных средствах и затраты на их приобретение по формуле СaQсут 1 0,17 , П Т.Г. – среднесуточный объем вывозЗп где Qсут ки древесины, м3/сут. 6. Определяют приведенные затраты на вывозку древесины с принятым допущением о равенстве затрат на вывозку древесины по зимним и летним дорогам S Ен К С Ен З м Зп Зв З ус К сQзим Qл С лес , где Ен – коэффициент экономической эффективности капитальных затрат; К – величины капитальных затрат, тыс.р.; Слес – себестоимость выполнения лесосечных и транспортных работ, р/м3; Кс – коэффициент учитывающий снижение затрат на лесосечные работы в зимнее время за счет большей производительности трелевочных тракторов и удешевления стоимости волоков. 7. Уменьшаем летний объем вывозки древесины на величину Qp путем уменьшения числа рабочих дней на вывозке (формула 8). 8. Для объема вывозки в летний период Qл1 Qл Q р рассчитываем толщину 9. Определяем затраты на приобретение транспортных средств Зп1 для объема вывозки Qз1 Qз Q р по формуле (6). 10. Находим дополнительное количество подвижного состава, необходимого для осуществления возросшего объема вывозки древесины N п Qр 1 0,17 , Т зим П Т.Г. a – стоимость ежедневных потерь из-за простоя транспортных средств, р/сутки. 14. Если при последнем варианте (11) 11. Находим затраты на устройство промежуточной площадки для хранения запаса хлыстов Зn QcT р Rn , (12) 12. Находим затраты на доставку древесины от промежуточной площадки до н/с Зд QcTр b, (13) 13. Рассчитывают приведенные затраты на вывозку древесины дорожной одежды, годовые затраты на постройку магистрали и временных путей, как зимних, так и летних. S1 Ен Зп1 Зд.о.(1) Зп Зв З ус aTр ΔN n Зд К с Qз1 Qл1 С лес , где (10) (14) приведенные затраты уменьшаются, снова повторяют расчет, начиная с п. 7. Если при некотором объеме летней вывозке приведенные затраты начинают 111 Лесотехнический журнал 2/2011 Экономика и организация производства –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– увеличиваться, то расчет прекращается и объемов вывозки по сезонам принимают за предыдущий результат распределения оптимальный. УДК 384:65 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ЭТАПЫ РЕАЛИЗАЦИИ СТРАТЕГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЛИНГА В ОРГАНИЗАЦИЯХ П.А. Петров ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» В современных условиях хозяйствования, как в России, так и за рубежом одним из наиболее перспективных подходов к эффективному управлению производством является контроллинг. При этом важнейшую роль выполняет стратегический контроллинг, направленный на обеспечение рациональности принимаемых стратегических решений. Ключевые слова: стратегический контроллинг, эффективное управление производством, рациональность принимаемых решений, хозяйствование, реализация. В настоящее время в предпринимательской деятельности организаций независимо от формы собственности предъявляются все более высокие требования к качеству управления и его эффективности. Необходимы такие методы управления, которые обеспечили бы предприятиям долгосрочное, прибыльное и экономически выгодное нахождение в рыночных отношениях. Функционально обособленным направлением такой работы является контроллинг [1]. При этом особое значение имеет стратегический контроллинг, который направлен на координацию и выполнение долгосрочных целей предприятия. Стратегический контроллинг – важнейшая составляющая контроллинга, управляющая внешней средой, стратегическими факторами успеха, альтернативными стратегиями, стратегическими целями. В свою очередь, качественные показатели стратегического плана или разрабатываемые стратегии дополняются конкретным цифровым 112 материалом оперативного контроллинга. Стратегический контроллинг должен помогать предприятию эффективно исЛесотехнический журнал 2/2011 пользовать имеющиеся у него преимущества и создавать новые потенциалы успешной деятельности в перспективе. Служба стратегического контроллинга выступает в качестве внутреннего связующего звена между менеджерами и собственниками предприятия при выработке стратегии, стратегических целей и задач. Стратегический контроллинг тесно не привязан к временным рамкам, но чаще всего речь идет о среднесрочном и краткосрочном периоде. Стратегический контроллинг является составной частью концепции стратегического управления. Он выполняет вспомогательные функции при постановке и достижении стратегических целей, содержание которых заключается в обеспечении долгосрочного выпуска продукции. Стратегический контроллинг понимается как распознавание будущих шансов и риска Экономика и организация производства –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– предприятия с целью обеспечения устойчивого потенциала предприятия в будущем. Стратегический контроллинг представляет собой координацию стратегического планирования и контроля с одновременным обеспечением этой координации стратегической информацией. Главной задачей стратегического контроллинга является создание системы стратегического планирования и текущего руководства стратегическим управлением. Основные этапы реализации стратегического контроллинга: 1) Поддержка стратегического планирования. На этом этапе стратегический контроллинг участвует в анализе и развитии инструментов и методов стратегического планирования; координирует сбор и подготовку важнейшей информации о рынках, конкурентах, а также о слабых и сильных сторонах самого предприятия. Стратегический контроллинг организует процесс выбора стратегии и воплощение стратегических целей в конкретных мероприятиях. 2) Переход от стратегического планирования к оперативному. Стратегический контроллинг позволяет определить, насколько точны и конкретизированы стратегические планы для того, чтобы начать их реализацию. Он формирует цели на различных этапах реализации, оценивает возможные последствия стратегического планирования. 3) Проведение стратегического контроля. Контроллинг создаёт систему раннего предупреждения на основе сбора информации и её контроля. Кроме того, стратегический контроллинг непрерывно контролирует процесс планирования и соби- рает сведения об отклонениях фактических показателей. Сфера действия стратегического контроллинга представлена на рис. 1. Составные части стратегического контроллинга: ● Стратегическое планирование. ● Стратегический анализ. ● Стратегический контроль. Составные части взаимосвязаны между собой, при этом доминирующей является поддержка стратегического планирования. Составные части стратегического контроллинга: ● Стратегическое планирование. ● Стратегический анализ. ● Стратегический контроль. Составные части взаимосвязаны между собой, при этом доминирующей является поддержка стратегического планирования. В стратегическом планировании речь идёт о процессе, при котором происходит анализ настоящей ситуации, будущих шансов, формирование целей и стратегий, определение качественных показателей. Стратегическое планирование предусматривает оптимальное использование имеющихся у предприятия ресурсов для того, чтобы как можно лучше адаптироваться к условиям внешней среды и предотвратить её отрицательное воздействие. Структура стратегического планирования на предприятии: 1. Фаза формирования стратегической цели: - долгосрочные цели предприятия; - качественные цели; - количественные цели. 2. Фаза стратегического анализа: 113 Ле Экономика и организация производства –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– - анализ предприятия и его внешней среды; 114 - анализ ресурсов; - анализ цен. Экономика и организация производства –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– Постановка цели: обеспечение существования, обеспечение развития баланс окружающей среды Анализ и планирование на основе прямой связи Анализ окружающей среды Анализ потенциалов Стратегия роста Планирование средних величин Служба контроллинга: стратегическая отчётность, сравнение плановых и фактических показателей управления объектами Регулирование целей: анализ оптовых цен, стратегии конкурентности оптовых цен н а л и з Анализ рынка цен Анализ условий кредитов Анализ процентов Концепция роста Функциональные А стратегии Проверочные программы у с л оРеализация целей: в включение стратегических планов и в программы действия и альтернативные планы й Анализ потенциалов кредитов Стратегия роста Зона поиска факторов, Анализ проценпрепятствующих росту тов Рис. 1. Контур регулирования стратегического контроллинга Планирование Лесотехнический журнал 2/2011 Концепция роста средних величин 115 Экономика и организация производства –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– 3. Фаза стратегии: - стратегия предприятия; - стратегия внутренних хозяйственных единиц. 4. Фаза выполнения: - определение конкретных целей и мероприятий. 5. Фаза контроля: - проверка стратегических планов; - контроль условий; - контроль за проведением наблюдений. Результатом стратегического планирования является создание стратегического плана. Стратегический план содержит: 1. Исходные положения: (задачи предприятия, потенциал, слабые места). 2. Цель (качество, стратегические недостатки, девиз, кредо, отношение к внешней среде). 3. Рост (предел роста, качество, количество, диверсификация, концентрация). 4. Стратегия конкретных продуктов и рынков (портфель, ассортимент, проблемные решения, конечные продукты, группы, пути сбыта, посредники, регионы сбыта, основные (отдельные) стратегии, инструментарий политики сбыта, отдельные (особые) стратегии). 5. Функциональные стратегии (инновации, инвестиции, организация использования ЭВМ, информация, обеспечение, персонал, руководство, финансирование) 6. Претворение (проекты, мероприятия, стратегические затраты, сбыт, оборот, наличные деньги, результаты). 7. Обеспечение (внутренние факторы риск, внешние предпосылки, стратегия со- 116 поставления плановых и финансовых показателей, неотложные меры, регулирование путём ревизии). Задачами стратегического контроллинга является организация поддержки стратегических планов на всех фазах их разработки. Целевые задачи стратегического планирования заключается в обеспечении продолжительного успешного функционирования организации. Для этого нужно формулировать и внедрять стратегии поиска, построения и сохранения потенциалов успеха. Основой процесса стратегического планирования является определение исходного положения предприятия. При этом производится стратегический анализ как всего предприятия, так и его отдельных единиц, а также однородных сфер деятельности. Для оценки будущих шансов предприятия на рынке необходимо учитывать прогнозы развития внешней среды предприятия. Условия внешней среды можно подразделить на юридические, технические, социальные, технологические, экономические и политические. Для систематизации информации можно выделить следующие области анализа: 1) Анализ глобальной внешней среды. Здесь рассматривается политическое, экономическое, техническое развитие, государственное вмешательство в экономику, особенности национальной экономики и т.д. 2) Анализ рынка и отраслей. Специфические услуги отраслей и рынков, на которые предприятие ориентируется в ре- Лесотехнический журнал 2/2011 Экономика и организация производства –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– зультате производственной деятельности. Сюда следует отнести. 1. рынок сбыта; 2. факторы затрат – анализ стоимости рабочей силы, материалов, энергии, анализ поведения поставщиков; 3. ситуация среди конкурентов, т.е. число, размеры, финансовые возможности конкурентов, опасность возникновения новых конкурентов. Результатом анализа внешней среды является формирование стратегии, которая в будущем даёт возможность продукции предприятия выдержать конкуренцию. Фаза формирования целей на предприятии представляет собой комплексную проблему, а целевая установка предприятия состоит из комбинации количественных и качественных показателей, которые должны согласовываться между собой. Стратегические цели выводятся из общих целей (миссии) предприятия и конкретизируются как новые или существующие потенциалы успеха. При формулировании комплексных целей рассматриваются два основных момента: 1. Цели инвестора. 2. Позиция предприятия в отрасли, т.е. стремление предприятия занять определённое устойчивое положение в отрасли или на рынке. Количественные целевые установки характеризуются краткосрочными и долгосрочными экономическими показателями. Стратегия предприятия устанавливает следующие направления развития: 1) В каких рынках или сегментах рынка и на каких условиях будет участвовать предприятие в конкуренции. Лесотехнический журнал 2/2011 2) Как нужно руководить хозяйственными единицами предприятия, которые участвуют в производстве продукции на определённых рынках и формируют финансовую политику. Финансовая политика выполняет задачи: 1) Образует руководящее начало для решения и программ действия в функциональной среде. 2) Предоставляет решения, необходимые для поддержки стратегий. 3) Собирает сведения о влиянии стратегий на функциональные сферы и программы действий. Задача стратегического контроля – сопровождать и поддерживать стратегический план относительно его жизнеспособности. Стратегический контроль устанавливает степень реализации планов на предприятии, обеспечивает анализ отклонений и проводит корректирующие мероприятия. Система стратегического контроля состоит из трех элементов: 1) В рамках контроля внешних условий осуществляется проверка ключевых предположений о внешней и внутренней среде. 2) В рамках контроля исследуются реализуемые стратегические действия по их последствиям. 3) В рамках стратегического контроля осуществляется стратегическое наблюдение, которое осуществляет отборочный контроль за условиями проведения мероприятий и обеспечивает общий контроль за выбранными сферами на рынке. Эти три вида контроля должны 117 Экономика и организация производства –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– непрерывно сопровождать процесс стратегического планирования. Одним из эффективных инструментов стратегического контроля является система раннего предупреждения. Таким образом, стратегический контроллинг – важнейший фактор экономического роста организации, однако его внедрение потребует от руководства предприятий: формулировки стратегических целей, ориентации простора возможности действий на эти цели, выбора лучших стратегических альтернатив, постоянного контроля соблюдения планирования, изучения ошибок на основе отклонений от запланированных показателей, принятия решительных регулирующих мер относительно отклонений от стратегического плана [2]. Библиографический список 1. Петров П.А. Основные проблемы внедрения системы контроллинга на отечественных предприятиях мебельной промышленности // Актуальные проблемы экономики и новые технологии преподавания (Смирновские чтения). Материалы IX науч.-прак. конф. с междунар. участием 16-17 марта 2010 г.; МБИ. СанктПетербург, 2010. С. 158–161. 2. Петров П.А., Усова Ю.П. Особенности организации современного мебельного производства // Совершенствование организационно-экономического механизма управления на предприятиях лесного комплекса и автомобильного транспорта: материалы региональной научной конференции ВГЛТА 21-22 марта 2007 г. Воронеж, 2007. С. 139–149. Лесотехнический журнал 2/2011 118 Abstracts –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– FORESTRY Druchinin D.Yu. About cultivation and restoration of oak in floodplains. – P. 6–9. The importance of the restoration and cultivation of oak in floodplains is shown. The way of reconstruction and scheme of the machine to create a culture of oak in floodplains are given. Key words: oak forest, reforestation, flood plain, way, machine, cultures of oak. Slavsky V.A. Vegetative reproduction of forms and hybrids of walnut in Voronezh region. – P. 9–12. The work contains data on the breeding of walnut vegetatively over the limits of natural range. Experiments on self–reproduction of grafted planting stock and root cuttings were performed, on the basis of which conclusions are drawn and co-corresponding recommendations are made. Key words: walnut, vegetative propagation, hybrid seedlings, cuttings, roots cuttings. FOREST EXPLOITATION Zanin A.A. Assessment of the feasibility and ways of improving of road base of forest roads. – P. 13–17. It is shown that effective functioning of roads with metaling and gravel surfacing is provided by justification of their design, parameter calculation, taking into account actual operating conditions. Direction for improving of road base of transition type to increase the efficiency of road construction is determined. Key words: forest road, road base, gravel, metaling surface, operating conditions. Лесотехнический журнал 2/2011 Makeev V.N. Feedback in ergatic automated control system. – P. 17–22. Essence and value of feedback in ergatic automated control system of automated process control of timber production on the basis of experience in designing and implementing such control systems in existing facilities of the forest complex is revealed. Key words: feedback, ergatic system, automated management, process, timber production. Morkovin V.A. Features of calculating of amount of excavation on the sites of the curves of small radius of forest roads. – P. 22–24. At the design stage of forest roads the influence of parameters of curves of small radius on the volume of earthworks should be taking into account. The analytical dependences for calculating of the volume of excavation in areas of horizontal curves in the plan within the parameters of grounf, depending on the curve radius: the broadening of the roadbed, superelevation are got. Key words: curves of small radius, volume, excavation, roadbed, superelevation, the broadening of the subgrade. Posharnikov F.V., Abramov V.V., Bondarenko A.V. Design of natural initial conditions of mountainous terrain in the study of primary timber transport. – P. 25–29. In the study of primary timber transport, mathematical tool for modeling of horizontal configuration of cutting area, its surface, as well as the spatial structure of the trees position with their individual performance param- 119 Abstracts –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– eter is suggested. Key words: modeling, weather conditions, mountainous terrain, the primary timber transport, felling, trees position. Savin E.V., Fokin S.V. Problems of ground wood in felling area. – P. 30–31. The article analyzes the factors, affecting the quality of received chips during grinding of ground wood in stationary disc machines. Key words: factor, chips, quality, felling area, ground wood, the stationary disk machine. Sviridov O.V. Validation of favorable road traffic conditions for entry into a single timber road or exit from it. – P. 31–36. The studies on the effect of traffic safety of timber–transport at departure from the field of arrangement of the road is held. An assessment of safety maneuver of timber–transport is made. It is revealed, that the entrance maneuver in most cases is made outright, regardless of the load level of the road. Keywords: timber road, traffic situation, maneuver, load level. Skrypnikov A.V., Kotlyarov R.N., Morozov P.I. Design and planning of logging roads arrangement logging roads. – P. 36–41. Analytical studies on the effect of road conditions on driver's energy consumption that primarily affect the productivity of drivers on the route and traffic safety is held. It was found that the patrols and driver's overtaking power consumption increases while turn outing and overtaking, with decreasing width of the carriageway, as increasing the risk, associated with these maneuvers. Keywords: road conditions, power, driver, 120 labour productivity, logging road. Skrypnikov A.V., Kotlyarov R.N. Theoretical background of road safety conditions of logging trucks in traffic flows. – P. 41–44. Analytical and statistical studies on the influence of quality indicators of road traffic on road safety of logging trucks were carried out. It is revealed, that the evaluation of traffic conditions from the standpoint of safety in places of facilities accommodation, servicing automobile and pedestrian flows is the most important factors for the roads reconstruction. Key words: timber road, traffic safety, quality indicators of the road, stream, reconstruction. Fetyaev A.N., Fokin S.V. Ways to feed brush wood in the area of grinding in chippers. – P. 45–50. The article explains necessity to develop and implementation of waste technology of clearing of non-grubbed cuttings. The analysis of chippers structures for wood grinding from the point of view of material feed to grinding zone. Key words: method of feed, wood grinding, chipper, wasteless technology of clearance, non-grubbed cutting. Fokin S.V. About biometric parameters of cutting wastes. – P. 50–54. The researches results of basic biometric parameters of cutting wastes are presented in the articles which are the basis for working out of constructive elements of the device for grinding down cutting wastes. Key words: biometric parameters, cutting wastes, constructive elements, grinding down. Лесотехнический журнал 2/2011 Abstracts –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– MACHINERY OF FORESTRY INDUSTRY Bartenev I.M., Malyukov S.V. Wear of blade in growth milling. – P. 55–58. In this article the blade wear in growth milling are covered. Elements of the tool, taken into account when worn are presented. The process of cutting by the actual blade is shown. The schemes for the calculation of tool blunting index are given. Key words: blade wear, growth milling, cutting process, calculation, tool blunting index. Yeskov D.V. On the question of operational control of forest seed planters. – P. 58–65. Control and recording device based on two microprocessors for milling timber combined planter QFD-1 is described. Working principle and technical characteristics of the results of laboratory and field studies as well as economic efficiency of its use in seeding of acorns on non–grubbed out cutting is shown. Key words: control and recording device, seeder planter, technical characteristics, acorn sowing, economic efficiency. Zakharov P.V. Justification of cutting profile form of rotary working body of cultivator. – P. 65–68. The design and justification of cutting profile form of rotary working body of cultivator is shown. Key words: form, cutting profile, rotary cultivator working body, scheme, device. Ponomarev S.V. Power consumption evaluation of growth cutting process for different types of active working units with regime of Лесотехнический журнал 2/2011 their work. – P. 68–73. The results of experimental studies, valuation of energy performance of work of different types of active working bodies of machine for silvula agronomic care are shown. Keywords: energy consumption of process, growth cutting, active working units, working regime, agronomic care, silvula. Posmetyev V.I., Pukhov E.V., Nikonov V.O. Sustainability of multi-functional machine for creation and restoration of silviculture in inarable land. – P. 74–78. The conditions for functioning and sustainability of multi–functional machine for creation and restoration of silviculture in inarable land. Key words: sustainability, silviculture, inarable land, multifunction machine. Posmetyev V.I., Tretyakov A.I. Increasing of penetration ability of disk working bodies through their forced vibration. – P. 79–85. Ways of penetration of penetration of tillage tool in soil is examined. Energy saving way of vibration holding of disk working bodies at given depth of processing is suggested. Key words: tillage, disk working body, penetration ability, energy saving way to keep the vibration, depth of processing. Posharnikov F.V., Serebryansky A.I., UIsikov A.V. Increasing of hardwearing of hinged joints of manipulators. – P. 85–92. Design of hinged joints in which reversibility of friction is structurally excluded is made. Method for calculating the actual values strength in heavy-duty hinged joints with low slip velocity and non-metal anti–friction ma- 121 Abstracts –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– terial is shown. Key words: hinged joint, reversibility of friction, strength, non-metal anti-friction material. Posharnikov F.V., Usikov A.V., Serebryansky A.I. Investigation of rotary triboprocess in friction bearings of forestry machines. – P. 92–95. A study of the effect of rotational friction process on wear magnitude of polymeric antifriction material, either with metal filler or without it is made. The dependence of linear and weight wear of anti–friction sleeve of friction bearings is revealed. Key words: research, the rotational process of friction, wear, linear wear, weight wear, sleeve of friction bearing. Tkachev V.V., Yazykova A.A. Effect of working parameters of working bodies of clearing unit on removal of seeds from meshes. – P. 96–98. The theoretical study of the removal process of seeds from meshes of plane sieves of seedcleaning machines is shown. It was established that for effective removal of seeds from the holes, material with large values of the elastic modulus should be used for the manufacture of brushes, as well as the diameter of the bristle brush should be increased with decreasing length. Key words: seed–cleaning machine, plain sieve, mesh, seeds, brush. Fokin S.V., Savin E.V. About ways of grinding down cutting wastes by the type of cutting mechanisms. – P. 99–103. The constructions of cutting mechanisms dif- 122 ferent types of chopping machines are analyzed in the article. Key words: ways of grinding down, cutting mechanisms, chopping machines, type of cutting mechanism. MECHANICAL WOOD PROCESSING Maksimenkov A.I. Assessing of impact of physical and mechanical properties of wood on the change of power in tape saw sawing. – P. 104–106. Research on the influence of physical and mechanical properties of wood on the cutting power in sawing timber on band saw machines is presented. It is established, that tangible impact on power consumption in cutting is given by elastic properties of wood in peripheral site logs. Key words: physical and mechanical properties of wood, sawing, band–hundred films, cutting power,elastic properties of wood, log. ECONOMICS Zalozhnykh V.M. Justification of season volumes of wood hauling. – P. 107–110. The article describes a method of calculating the total cost of construction of the road network. Method of sequential selection for finding the optimum ratio of summer and winter hauling wood is shown. Key words: wood hauling, volume, total cost, road network, optimalratio, summer hauling, winter hauling. Petrov P.A. Basic principles and stages of implementation of the strategic controlling in organizations. – P. 111–116. Лесотехнический журнал 2/2011 Abstracts –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– In current economic conditions, both in Russia and abroad, one of the most promising approaches to effective product management is controlling. The key issue is strategic controlling, directed to take rational strategic decisions. Key words: strategic controlling, production management, rationality of decisions, economy, implementation. Лесотехнический журнал 2/2011 123 ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ Научный журнал 2011 г. № 2 (2) Подписано в печать 19.05.2011. Формат 6090 1/8. Усл. печ. л. 15,3. Уч.-изд. л. 19,7. Тираж 1000 экз. Заказ ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» РИО ГОУ ВПО «ВГЛТА». 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8 Отпечатано в УОП ГОУ ВПО «ВГЛТА». 394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10
