Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Поисковые опытно-конструкторские работы

14.09.2014

Поисковые работы по усовершенствованию трелевочного лесопромышленного трактора, как уже отмечалось ранее, начались практически сразу после начала его серийного выпуска. Так, уже в 1950 году коллектив научных работников Уральского филиала ЦНИИМЭ в творческом содружестве с производственниками Свердловского мотороремонтного завода создал первый опытный электрический трелевочный трактор ЭТТ-1, смонтированный на базе трактора КТ-12 (см. рис. 9.1).
Трансмиссия, коробка передач, главная передача, ходовая часть и погрузочный щит трактора KT-12 были оставлены без изменений. Вместо двигателя внутреннего сгорания были установлены механизмы электромоторной группы: тяговый электродвигатель мощностью 38 кВт с планетарным механизмом и сцеплением, регулятор натяжения кабеля, конический редуктор и фрикционная муфта. На тракторе был установлен барабан емкостью 800 м для электрокабеля. Тяговый электродвигатель и кабель устанавливались в передней части трактора, процесс трелевки леса мало отличался от трелевки леса трактором КТ-12 и не требовал какой-либо дополнительной подготовки лесосеки и волоков. Фактическая сменная производительность электрических тракторов была на 22-52 % выше, чем у газогенераторных тракторов КТ-12, а стоимость трелевки — на 32 % ниже. Кроме того, к достоинствам трактора следует отнести: отсутствие потребности в системе охлаждения и легкий запуск в течение нескольких секунд. Основным недостатком электрического трактора было кабельное питание, которое ограничивало маневренность машины. Кроме того, при эксплуатации были необходимы повышенные требования к электробезопасности. В силу этих недостатков работы по созданию электрического трелевочного трактора были прекращены.
Поисковые опытно-конструкторские работы

Вторым направлением в деле усовершенствования трелевочного трактора были попытки осуществления дистанционного управления трактором на лесосеке. Так, еще в 1961 году Г. Я. Крючков в статье «Агрегатные лесосечные машины - нужны» писал: «Я глубоко убежден в том, что агрегатные машины с автоматическим и дистанционным управлением в ближайшие годы займут на лесосечных работах ведущее место». Потребность дистанционного управления трелевочным трактором заключалась в необходимости улучшения условий работы тракториста. Подсчитано, что за смену тракторист выполняет до 6—7 тысяч переключений, которые связаны с физическими усилиями, приводящими к концу смены к снижению работоспособности человека. Работы по созданию дистанционного управления трелевочным трактором велись длительное время в Воронежском лесотехническом институте, а также в Ленинградской лесотехнической академии и ЦНИИМЭ. Несмотря на некоторые достижения в этом вопросе, практического применения разработанной теле- и радиоаппаратуры не было достигнуто.
Следует заметить, что и попытки дистанционного управления сельскохозяйственными агрегатами также не получили практического применения, хотя условия эксплуатации их значительно лучше. Кроме того, сельскохозяйственный машинно-тракторный агрегат в отличие от трелевочного трактора практически все время находится в зоне видимости тракториста или оператора. Улучшение условий труда трактористов было достигнуто использованием в системах управления гидроусилителей и электрогидравлических систем.
С широким применением на лесосечных машинах манипуляторов, управление которыми связано с большим количеством рукояток и частыми переключениями, выдвинуло новую задачу -автоматизировать процесс управления с целью хотя бы частичной разгрузки оператора. Автоматизация управления развивалась по двум основным направлениям - установка в кабине бортового компьютера, частично разгружающего оператора при управлении машиной, и полная замена оператора путем создания роботов.
Частичная разгрузка оператора при автоматизации управления технологическим оборудованием позволяет снизить его утомляемость в процессе выполнения работы и несколько повысить рабочие скорости. Однако, как показала практика развития краностроения и экскаваторостроения, сокращение цикла управления путем применения элементов автоматизации и совмещения операций крайне ограничено.
Было установлено, что автоматизация работы грузоподъемной машины дает рост производительности в среднем от 5 до 20 %. Причем этот рост получается, главным образом, за счет более точного соблюдения оптимальных технологических режимов, а не за счет увеличения скоростей перемещения груза.
В конце 80-х годов в Иркутском филиале ЦНИИМЭ был создан оригинальный робот для валки и пакетирования деревьев. Робот снабжался тремя системами связи: информационно измерительной, исполнительной и управляющей. Конструктивно он состоял из трех манипуляторов, снабженных захватно-срезающими устройствами.
Манипуляторы монтировались на общей стойке. Через систему связи оператор обменивался информацией с роботом и выдавал команды в виде радиосигналов. При этом ответ получал в виде звуковых и световых сигналов.
Информационно-измерительная система снабжена датчиком угла для измерения поворота каждого манипулятора относительно стойки, ультразвуковым дальномером для определения расстояния от дерева и фотодатчиком для установки манипулятора в горизонтальной плоскости по отношению к дереву. Управляющая система обеспечивала выработку закона управления захватно-срезающими устройствами и реализовывалась малогабаритной ЭВМ. Исполнительная система робота была выполнена в виде манипуляторов, гидроцилиндров, гидромоторов, двигателей, позволяющих совершать движения по ориентации манипуляторов для захвата дерева, срезания его с корня, перемещения и укладки в пачку.
На лесосеку робот должен доставляться специальной базовой машиной, в которой располагаются узлы контроля и управления всеми операциями. Каковы же, по мнению авторов, преимущества от применения робота на валке и пакетировании деревьев? Прежде всего на его работу никакого влияния не оказывает один из важнейших лесоэксплуатационных факторов - рельеф местности. Робот может работать как на равнинных, так и на горных лесосеках. Во-вторых, поскольку робот управляется дистанционно, а оператор находится в комфортных условиях на базовой машине, возможна круглосуточная работа на лесосеке, причем один оператор может управлять группой роботов. B-третьих, использование робота на лесосечных работах освободит человека от опасных и неблагоприятных воздействий окружающей среды и машины, увеличит производительность и качество труда. Наконец, робот вследствие высокой производительности позволит освободить человека от утомительного и опасного труда на лесосечных работах.
В начале 90-х годов в институте ЦНИИМЭ были начаты исследования по созданию интерактивных роботов или роботов со смешанным управлением - ручным и автоматическим. Были разработаны экспериментальные образцы следящего гидрораспределителя с электроуправлением и автоматическая система управления траекторией движения манипулятора. По мнению, такой вариант перспективен для автоматизации валки, пакетирования, трелевки, погрузки и штабелевки леса.
Применение же жестко или гибко программируемых роботов невозможно ввиду отсутствия точного позиционирования предмета труда относительно манипулятора. Адаптивные же роботы, получающие и перерабатывающие информацию об объекте непосредственно в ходе выполнения операции, требуют применения ЭВМ и датчиков, передающих информацию о внешней среде. Системы управления такими работами сложны и дороже самих машин.
С целью проверки возможности создания лесозаготовительного робота в ЦНИИМЭ был изготовлен и испытан макетный образец на базе валочно-пакетирующей машины ЛП-19. В процессе проверки работоспособности было выявлено больше недостатков, чем достоинств и вопрос о создании лесопромышленных роботов был отложен на неопределенное время.
Другим направлением улучшения показателей трелевочного трактора было совершенствование ходовой системы. Впервые эту работу проделали рационализаторы Йыхвиского лесопункта Рак-верского лесокомбината Эстонии. Они установили на трелевочный трактор ТДТ-55 гусеничную болотную ленту от сельскохозяйственного трактора ДТ-75В. При этом опорные катки заменили направляющими колесами ходовой части ДТ-75Б, взамен балансировочных пружин установили листовые рессоры. В результате такой реконструкции удельное давление гусеницы на грунт снизилось до 0,27 кгс/см2 (27 кПа), что обеспечивало беспрепятственную проходимость трактора по заболоченным местам.
В дальнейшем к эстонцам подключились работники ЦНИИМЭ и ОТЗ. Совместные исследования показали, что существенно повысить проходимость тракторов ТДТ-55А и TB-1 и их производительность можно путем использования уширенных асимметричных гусениц вместо серийных шириной 420 мм.
На ОТЗ оперативно были разработаны и изготовлены гусеницы шириной 550 мм (полностью взаимозаменяемые с серийными), которые были испытаны на 13 образцах. При этом 10 тракторов испытывались в Йыхвиском лесопункте на слабых грунтах. По мнению трактористов, асимметричные гусеницы значительно повышают проходимость трактора. Так, за время лабораторнополевых испытаний на осушенных лесосеках число проходов тракторов ТДТ-55А с опытными гусеницами по одному следу возросло на 33 %. При этом расход топлива снизился на 10 %. Тракторы TB-1 с опытными гусеницами обеспечивали выработку, близкую к нормативной, в условиях, где тракторы TB-1 с обычными гусеницами не могли бы работать.
Совещание по проблемам повышения проходимости тракторов, организованное в ЦНИИМЭ, рекомендовало применять асимметричные гусеницы на тракторах ТДТ-55А и ТБ-1 в качестве сменного комплекта при эксплуатации их на грунтах с низкой несущей способностью. Новые гусеницы были внедрены в серийное производство с 1985 года.
В дальнейшем асимметричные гусеницы испытывались на предприятиях Кареллеспрома и Комилеспрома на машинах ЛП-17, ЛП-30 и ПЛ-1.
Одновременно ОТЗ совместно с ЦОКБлесхозмашем был создан лесохозяйственный трактор ЛХТ-100Б на базе лесохозяйственного трактора ЛХТ-100.
При использовании нового трактора на трелевке лесохозяйственное оборудование заменялось погрузочным устройством. Помимо уширенных гусениц (до 640 мм) принципиальным отличием являлось применение опущенных ведущих колес, которые на грунтах со слабой несущей способностью служат дополнительными опорными катками. Благодаря этому, удельное давление на грунт снизилось до 28 кПа, что позволило использовать его на переувлажненных грунтах на лесохозяйственных работах и на трелевке, а также в условиях глубокого снега.
В последние годы появились публикации, претендующие на авторство в части разработки и создания новых ходовых систем и в частности болотных гусениц. В этой связи, мы считаем своим долгом, восстановить истину.
В нашей стране впервые для снижения удельного давления на грунт стал применять уширенные (болотные) гусеницы Волгоградский тракторный завод, выпустив трактор сельскохозяйственного назначения ДТ-55 (1956 г.). Этот трактор класса тяги 3 т был создан на базе трактора ДТ-54 и предназначался для работы на заболоченных почвах, на мелиоративных работах, а также на торфоразработках.
Основные отличия гусеницы от базового трактора состояли в следующем;
- увеличены в диаметре и опущены через гусеницы на грунт направляющие колеса, вследствие чего значительно возросла опорная поверхность гусениц;
- уширены траки гусеницы;
- ведущая звездочка имеет другой профиль и иной шаг зацепления.
Впоследствии, начиная с 1958 г., Волгоградский завод выпускал болотный трактор под маркой ДТ-55А.
Примерно в этот же период Алтайский тракторный завод начал выпускать более мощный трактор тяги 4т-ТБ-4 для работы на увлажненных почвах и болотистой местности. Еще раньше в конце 50-х годов, болотный трактор С-80Б-2 выпускался Кировским заводом в г. Челябинске. В дальнейшем Челябинским заводом выпускались болотоходные тракторы С-100Б и С-100БХ.
Из зарубежной техники фирма CASE выпускала, начиная с 1976-77 гг, валочно-пакетирующие машины с уширенными гусеницами, фирма Drott ВПМ Liebherr с шириной гусениц до 1,8 м (две широкие гусеницы объединены в одну).
Поисковые опытно-конструкторские работы

Сравнительные испытания ЛXT-100Б и ТДТ-55А проводились на рубках главного пользования зимой и весной 1984-1985 гг. На рубках промежуточного пользования тракторы испытывались в период весенней распутицы. На рубках промежуточного пользования сравнительные испытания не проводились, так как трактор ТДТ-55А не мог работать вследствие недостаточной проходимости. На рубках главного пользования при глубине снежного покрова до 45 см производительность трактора ЛХТ-100Б была выше чем у ТДТ-55А на 14 %, а при глубине снежного покрова 75-80 см. на 25 %. В дальнейшем на ОТЗ на базе трелевочного трактора ТДТ-55А был создан трактор ТДТ-55А-13 (см. рис. 9.2) после установки на базовый трактор уширенной гусеницы и понижения полуосей ведущих колес заднего моста. На базе трелевочного трактора ТБ-1-14, также с уширенными гусеницами, был разработан сортиментовоз ТБ-1-16 (см. рис. 9.3). Трактор агрегатируется совместно с двухосным полуприцепом. В качестве погрузочного устройства применяется манипулятор с вылетом 8 м. Недостатками асимметричных гусениц, выявленных при эксплутационной проверке ТДТ-55А, ТБ-1 и ЛП-49, были повсеместные перекосы гусеницы с отгибами и поломкой направляющих гребней, увеличенное сопротивление самопередвижению трактора. Проблема перекосов еще более обостряется специфической для заболоченных лесов значительной неоднородностью пути, где податливый грунт перемежается жесткими включениями (пнями и прикорневыми неровностями). В поисках движителя, сочетающего необходимую эластичность в поперечно-вертикальной плоскости с достаточной продольной устойчивостью для машин на базе тракторов ТТ-4 и ТТ-4М работниками ЦНИИМЭ был опробован пневмогусеничный движитель (ПГД), в котором обычная гусеница была снабжена подстилающими асимметрично уширенными резинокордными пневмоэлементами (разработка Нижегородского политехнического института). В октябре 1991 г. в Оленинском ЛПХ были проведены сравнительные испытания трелевочной машины ЛП-18Д с серийным движителем и с ПГД (см. табл. 9.1).
Поисковые опытно-конструкторские работы

Испытания показали, что машины, оснащенные ПГД, имели лучшие показатели. Выступающие за контур части гибких пневмоэлементов, деформируясь при наезде на пни, корни и порубочные остатки, хорошо поглощают асимметричные нагрузки и способствуют снижению колееобразования с улучшением плавности хода.
Поисковые опытно-конструкторские работы

В дальнейшем в АО «ЦНИИМЭ» был разработан высокоэластичный гусеничный движитель (ВЭД), который может устанавливаться на серийные лесозаготовительные машины на базе трактора ТТ-4 и ТТ-4М. Эксплуатационные и лабораторные испытания ВЭД на машинах ЛП-18Г, ЛП-18Д и ТТ-4 на болотистых и переувлажненных грунтах в ЛПХ Тверской, Вологодской областей и Республики Коми при трелевке с сохранением подроста от ВПМ ЛП-19А показали их высокую эффективность по сравнению с серийными машинами. По данным, средняя рейсовая нагрузка возросла в 2,9 раза, средняя выработка за смену увеличилась с 30 до 124 м3. При этом колееобразование уменьшилось в 2,5-3,8 раза.
Поисковые опытно-конструкторские работы

Следующим направлением совершенствования многооперационной техники в последние годы были попытки расширения зоны применения ее путем введения в опорно-поворотные устройства выравнивателей платформ. Впервые валочно-пакетирующие машины с выравнивателем платформы были созданы за рубежом. Это машины «Drott-40LC» (США) и фирмы «OSA». По такому же принципу позже была разработана и отечественная ВПМ ЛП-19Б. Эксплуатация таких машин в лесосеках с пересеченным рельефом подтвердила их эффективность при работе на склонах до 30-35°. В ряде конструкций выравнивание платформы, а точнее -поддержание ее в горизонтальном положении, осуществляется посредством поворотных бортовых редукторов, что повышает устойчивость машин при движении по склону, а также создает удобства оператору. Следует заметить, что такой способ был реализован Минским тракторным заводом еще в 70-е годы в крутосклонной модификации сельскохозяйственного трактора «Беларусь».
Если в начале 90-х годов считалось перспективным направлением дальнейшего совершенства многооперационных машин -сокращение времени на обработку дерева, то в последние годы было установлено, что существенного повышения производительности валочно-пакетирующих машин можно достичь снабжением их валочно-сучкорезно-раскряжевочными головками, и соответственно, превращением в валочно-сучкорезно-раскряжевочные машины. При этом трудозатраты сокращаются на 30-50 %.
В некоторых публикациях последних лет предлагается в качестве нового подхода к вопросу создания лесозаготовительной техники, в том числе и лесосечной, так называемый модульный принцип, в основе которого система лесозаготовительных машин формируется на энергетических, технологических и лесотранспортных модулях, оснащенных гидрообъемными передачами (ГОП), способными передавать энергию на расстояние по шлангу (гибкому трубопроводу - прим. автора). ...«Гидромотор ГОП обеспечивает энергией движитель энергетического модуля и передает энергию по шлангу на технологические и транспортные модули ».
Технологический модуль, скажем, ВПМ, по мнению авторов, должен состоять из ходовой части с активно-пассивным движителем и технологического оборудования (МВП).
Для его привода рекомендуется энергетический модуль большой единичной мощности (ЭМБ). Такой подход ставит больше вопросов, нежели дает ответ на решение задачи. Например, для чего нужен энергетический модуль большой единичной мощности, когда возможности его силовой установки могут использоваться лишь частично для привода гусеничного движителя ВПМ при технологических переездах? Известно, что на самопередвижение ВПМ ЛП-19А затрачивается 85 % мощности силовой установки, а на привод технологического оборудования — всего 30-31 %. В то же время не понятно, каким образом будет обеспечиваться устойчивость такого комплекса, и можно спрогнозировать, что масса его возрастает в среднем на 40-50 % по сравнению с массой ВПМ*. Как видим, возникает еще много вопросов.
Необходимо заметить, что впервые модульная концепция построения самоходных агрегатов, в том числе и лесных, была изложена в работе Ксеневича И. П. и Яцкевича В. В.
В многочисленных НИИ и вузах страны весь послевоенный период велась напряженная исследовательская работа по разработке новой и модернизации существующей лесозаготовительной техники. Охватить все разработки в рамках одной книги, естественно, невозможно. Только вопросу создания захватно-срезающих устройств или манипуляторов можно посвятить целые книги. Поэтому, мы рассмотрели здесь, на наш взгляд, наиболее интересные поисковые и опытно-конструкторские работы по совершенствованию трелевочных тракторов и многооперационных машин.