Регулирующий клапан; 2,8 – линия; 3 – шток; 4 – гидроцилиндр;
5 – регулируемый гидронасос; 6 – блок управления; 7- помпа
9 – гидронасос ;10 - линия
Рисунок 3 – Гидравлическая схема
Для наиболее эффективной работы машины при валке дерева в патенте
US 6,289,957 предложено следующее - на головке ЗСУ установлен специальный датчик, который при начале падения дерева подает сигнал на блок управления и происходит автоматическое перемещения ЗСУ в обратную сторону от падения дерева. Это позволяет исключить участие человека в этом процессе и сделать машину более автматизированной, тем самым облегчив труд оператора. Схема ЗСУ изображена на рисунке 4.Суть изобретения более подробно изложена в приложении 1.
Рисунок 4 – Схема ЗСУ
Патенты US 4,823,852 и US 6,241,263 по содержанию наиболее близко подходят к теме данного патентного исследования. Суть данных изобретений состоит в создании устройства позволяющего кабине производить самовыравнивание и принимать наиболее оптимальное положение в процессе работы. Основными преимуществами данных машин являются то что, они способны работать на склонах, а также способность к самовыравниванию кабины положительно сказывается на условиях работы оператора. Основными недостатками является сложнота конструкции и дороговизна этих машин. Суть изобретения более подробно изложена в приложении 1. Схемы данных машин представлены на рисунках 5 и 6.
Рисунок 5 – Харвестор с самовыравнивающей кабиной
Рисунок 6 – Харвестор с самовыравнивающей кабиной
Так же были рассмотрены и белорусские патенты. В патенте BY 8641
предложено усовершенствование ЗСУ ножевыми фрезами позволяющими производить окорку и профилирование сечения вырабатываемого лесоматериала. Это позволяет облегчить труд оператора так практически любой дефект сечения можно исправить оцилиндровав сортимент и отпадает необходимость останавливать процесс раскряжевки для того чтобы выпилить сортименты меньшей длины из-за дефектов. Суть изобретения более подробно изложена в приложении 1.На рисунке 7 представлена схема харвесторной головки.
Рисунок 7 – Харвесторная головка
Проведенный патентный поиск не был ограничен представленными патентами, были так же найдены и другие патенты которые не вошли в данный раздел работы более подробно о них в приложении 2.
3 Литературный поиск, выбор принципиальной компоновочной схемы проектируемой машины
В Республике Беларусь в последние годы наиболее распространенной становиться так называемая скандинавская технология заготовки леса (разработана в Швеции и Финляндии). Она подразумевает сортиментную лесозаготовку и предполагает применение мощной лесозаготовительной техники — харвестеров и форвардеров. Использование машиной заготовки древесины значительно увеличивает объем заготовки древесины. Средняя производительность форвардеров при работе после харвестера - 12 кубических метров в час. Один комплекс «харвестер плюс форвардер» может заменить до 80 работающих на лесосеке по традиционной технологии. Объемы заготавливаемой древесины несопоставимы с ручным трудом - по традиционной технологии бригада из семи-восьми человек заготавливает 7-8 тысяч кубометров за год, а система машин «харвестер - форвардер», позволяет заготавливать до 60 тысяч и более. Производительность заготовки древесины на одного человека возрастает примерно в восемь раз.
Технология заготовки древесины на лесосеке при помощи специализированной техники в том числе харвесторов была описана Матвейко А.П. в учебном пособии для высших учебных заведений “Технология и машины лесосечных работ. – Мн.: Выш. шк., 1984. – 354 с.”. В этом пособии приведена сама технология заготовки и необходимая система машин. Расписаны этапы заготовки и необходимая техника на каждом этапе. В данном пособии была приведена классификация харвестеров. Приведены возможные компоновочные решения. “В зависимости от конструкции технологического оборудования харвестеры подразделяются на одно- и двухмодульные. Конструктивной особенностью одномодульных (грейферных) харвестеров (рисунок 3.1 а-ф, а'–л') является комбинированный валочно-сучкорезно-раскряжевочный модуль, монтируемый на рукояти манипулятора вылетом 4...12 м. Такая компоновка способствует сохранению подроста, исключает перехваты обрабатываемого дерева, обеспечивает выпиловку неограниченного количества длин сортиментов и выбор места их укладки. Двухмодульные (двухприемные) харвестеры оснащаются валочным модулем, установленным на манипуляторе и сучкорезно-раскряжевочным модулем (процессорным агрегатом), смонтированным на самоходном шасси (рисунок 3.1, м' – c'). Такие машины менее технологичны, но позволяют работать в лесонасаждениях с большим средним объемом хлыста. После спиливания и валки дерева, оно переносится для обрезки сучьев и раскряжевки в процессорный агрегат.
Возможность поворота процессорного агрегата в горизонтальной плоскости и двухсторонняя сброска выпиленных сортиментов позволяет формировать несколько пачек в пределах угла поворота (до 270), осуществляя предварительную сортировку лесоматериалов.”[3]
Рисунок 3.1 - Типы валочно-сучкорезно-раскряжевочных машин
Рисунок 3.1(продолжение рисунка) - Типы валочно-сучкорезно-раскряжевочных машин
Более подробно сама технология лесозаготовки была рассмотрена автором Виногоров Г.К. в его книге “Технология лесозаготовок. – М.: Лесн. пром-сть, 1984. – с. 82 – 106.” В этой книге представлены технологии лесазоговки как ручным режущим инструментом с применением трелюющих тракторов, форвардоров для доставки сортиментов на верхний склад, так же описана технология заготовки круглых лесоматериалов при помощи харвесторов в связке с форвардорами. Основное преимущество такой технологии состоит в более высокой производительности, так же имеет место снижение трудозатрат на производство 1 м3 круглых лесоматериалов.
В книге составленной группой авторов Жуков А.В, и Федоренчик А.С., Коробкин В.А., Бычек А.Н. “Лесные машины "Беларус". – Мн.: БГТУ, 2001. – 149 с.” Рассмотрены лесазоготовительные машины выпущенные белорусским предприятием ОАО “МТЗ” на основе семейства трактором Беларус. В этом пособии приведены марки лесозаготовительной техники которые учувствуют во всех этапах лесозаготовки вплоть то штабелевки древесины на верхнем складе. В книге расписаны условия использования и
технические характеристики данной техники. Авторами рассмотрены преимущества и недостатки такой техники основным преимуществом данной
техники является дешевизна по сравнению со специализированной техникой и универсальность данных машин. Основные недостатки меньшая надежность и производительность.
Также сортиментная заготовка с использованием машин была расмотена в книге Жуков А.В., Иевень И.К., Федоренчик А.С., Проворотов Ю.И. “Заготовка сортиментов на лесосеке. – М.: Экология, 1993 – 310 с.” В этой книге так же как и в предыдущих рассмотрены варианты подбора систем машин к данной технологии лесозаготовки. Описаны основные преимущества использования данных машин, а так же целесообразность их использования.
Технология лесозаготовки вплоть до обработки на нижнем складе была рассмотрена К.Ф. Гороховским и Н.В. Лившицем в книге “Машины и оборудование лесосечных и лесоскладских работ – М.: Экология, 1991, 528 с.’ . В этой книге более комплексно рассмотрен процесс заготовки и транспорта круглых лесоматериалов. Описано использованное оборудование для переработки древесины его преимущества и недостатки.
Также при поиске была найдено учебное пособие Сюнева В.С. “Лесосечные машины в фокусе биоэнергетики: конструкции, проектирование, расчет”. В этом учебном пособии приведена классификация лесосечных машин, рассмотрены конструкции машин и особенности их оборудования для выполнения технологических процессов лесозаготовительных производств с учетом их модернизации для побочного производства энергетической древесины.Изложены основы проектирования и расчета манипуляторных систем лесных машин, захватного и срезающего устройств рабочих органов харвестеров с учетом методик оптимального проектирования, а так же сучкорезно-протаскивающего механизма. Описаны особенности устройства, работы, приведены методики проектирования и расчета технологического оборудования для заготовки энергетической древесины: ножевых срезающих устройств, устройств для колки дров и рубительных установок. В этом пособии описаны конструкции современных харвестеров с самовыравнивающей поворотной кабиной.
Были наидены компании выпускающие харвестеры с самовыравнивающей поворотной кабиной. Основными производители машин с такой компоновкой являются такие зарубежные фирмы как – CAT, Valmet, JOHN DEERE . Их основные выпускаемые машины заданной конструкции представлены на рисунках 3.2 – 3.5
Рисунок 3.2 – Харвестер CAT 550
Рисунок 3.3 – Харвестер Valmet 901.1
Рисунок 3.4 – Харвестер Valmet 941
Рисунок 3.5 – Харвестер JOHN DEERE 1470
Технические характеристики рассмотренных моделей машин приведены в приложении 3
Также был найден белорусский аналог книги Сюнева В.С разработанный группой авторов Федоренчик, Турлай - учебное пособие “Харвесторы”. В данном пособии так же описаны конструкции харвесторов их технологические особенности, также описана технология заготовки круглых лесоматериаов при помощи харвесторов.
По рассматриваемой технологии лесозаготовки и применяемой технике было наидена следующая книга: Кочегаров В.Г., Бит Ю.А., Меньшиков В.Н. Технология и машины лесосечных работ.- М: Лесная промышленность, 1990. – 392с. В ней рассмотрены системы машин применяемые на лесосеках.
В наиденых пособиях и книгах х были рассмотрены конструкции машин с самовыравнивающей поворотной кабиной , пример такой машины приведен на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2 – Харвестер с самовыравнивающей поворотной кабиной
Такая конструкция машин по сравнению с другими конструкциями машин имеет ряд значительных преимуществ: более комфортные условия работы оператора, увеличен обзор оператора а знамит и рабочая зона машины , возможность работы машины на холмистой местности, увеличение проходимости машины. На основании данных преимуществ рассмотренной машины было принято решение в данной работе спроектировать машину с самовыравнивающей поворотной кабиной.