ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАБОЧИХ ОРГАНОВ СПЛОТОЧНЫХ МАШИН

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РАБОЧИХ ОРГАНОВ СПЛОТОЧНЫХ МАШИН И ЛЕСОМАТЕРИАЛОВ ПРИ СПЛОТКЕ НА ВОДЕ

Формирование пучков сопровождается перемещением лесоматериалов под действием рабочих органов сплоточной машины. Силовое воздействие рабочих органов на лесоматериалы вызывает с их стороны реакцию, от величины которой зависит выбор основных параметров машины и конструктивное решение ее узлов.

Взаимодействие лесоматериалов и рабочих органов представляет довольно сложную картину, особенно при формировании пучка путем сжатия щети бревен стойками. Расчленяя этот процесс на элементы, можно дать оценку отдельным физическим явлениям — трению бревен, их перекатыванию, образованию и разрушению сводов и пластов из бревен внутри пучка, защемлению концов отдельных бревен другими бревнами и т. д. Однако дать оценку этим же явлениям в их сложных взаимосвязях, непрерывно изменяющихся в процессе формирования пучка, представляет большую трудность. Объясняется это прежде всего большой неоднородностью физических и геометрических характеристик бревен: диаметров, сбежистости, кривизны, массы, шероховатости. Эти характеристики не являются постоянными даже для одного бревна, все они, как правило, изменяются по его длине. Формирование пучка между стойками сопровождается значительным колебанием сил сжатия, носящим случайный характер. Если, например, повторить формирование пучка До одних размеров из одной щети бревен и зарегистрировать изменение силы сжатия, то графики изменения этой силы при первом и втором сжатии будут отличаться. Объясняется это тем, что при каждом сжатии щети образуются новые структуры формирующегося пучка, для разрушения которых и создания новых требуются разные по величине силы. На изменчивость процесса формирования пучка влияет и форма рабочих органов.

При проектировании новых или при реконструкции имеющихся сплоточных машин первостепенное значение получает Количественная оценка сил взаимодействия лесоматериалов и рабочих органов. Вследствие большого практического значения вопрос этот привлек внимание многих исследователей. Для получения расчетных зависимостей некоторые исследователи рассматривают пучок как сыпучее тело и на этом основании применяют к нему теорию Кулона о давлении сыпучих тел. Такой Подход многие специалисты считают спорным ввиду того, что

составная часть пучка — бревно не имеет ничего общего с частицами сыпучего тела, под которым понимается совокупность мелких твердых однородных частиц, не связанных между собой силами сцепления и ничтожно малых по сравнению с размерами тела.

Другой подход к оценке сил взаимодействия лесоматериалов и рабочих органов машин при формировании пучка основан на определении энергии, которая затрачивается на формирование пучка. При этом процесс сжатия пучка рассматривается как перемещение бревен в надводной и подводной частях по некоторой условной наклонной плоскости с коэффициентом трения скольжения, равным коэффициенту трения бревна по бревну.

Имеется еще один подход к определению сил взаимодействия лесоматериалов и рабочих органов сплоточных машин. Согласно этому подходу формирование пучка путем сжатия щети бревен стойками рассматривается как внедрение бревен между смежными контактирующими бревнами.

При сжатии щети стойки преодолевают распорные силы, возникающие в формирующемся пучке, и силы трения между бревнами. Распорные силы возникают в пучке под действием веса бревен, находящихся над поверхностью воды, и под действием подъемной силы бревен, расположенных в воде. Действие распорных сил проявляется, например, у плавающего пучка при снятии с него обвязок. В этом случае потенциальная энергия, заключенная в бревнах надводных рядов и в бревнах, заглубленных в воду, переходит в кинетическую и расходуется на горизонтальное перемещение бревен пучка при непрерывном уменьшении его высоты впредь до расположения бревен на воде в один ряд. Наряду с работой по горизонтальному перемещению бревен энергия пучка расходуется и на преодоление работы сил трения, составляющей весьма существенную величину, особенно для бревен с повышенной шероховатостью (например, для бревен ели в коре).

Сущность явления распора легко раскрывается при рассмотрении взаимодействия бревен в двух смежных рядах-(рис. VII.7, а). Для уяснения физической сущности взаимодействия бревен допустим сначала, что все они имеют одинаковые геометрические и физические характеристики. Вес бревна G и сила плавучести q передаются двум смежным бревнам плавающего ряда как силы взаимодействия S под некоторым углом а к вертикали. Направление сил S совпадает с перпендикулярами к касательным в точках касания. Горизонтальные составляющие сил S образуют распорные силы Рр (имеется в виду, что силы взаимодействия S от веса бревна G и от силы плавучести q не одинаковы). Если по краям плавающего ряда бревен не будет ограничивающих стоек, то под действием распорных сил Рр бревна в этом ряду начнут расплываться; при установке ограничивающих стоек последние будут воспринимать распорные силы и не допустят перемещения бревен по воде. Процесс внедрения надводного или подводного бревна в плавающий ряд бревен сопровождается трением их поверхностей, вследствие чего силы взаимодействия S отклоняются от исходного положения на угол трения ср.

Рис. VII.7. Схема взаимодействия бревен в двух смежных рядах:
а — при распоре; б — при сжатии

Обратимся теперь к рассмотрению распорных сил в плавающем многорядном пучке. На каждое бревно самого нижнего ряда действует сила плавучести q, на бревно следующего за ним ряда — сила плавучести 2q (собственная плавучесть бревна q плюс плавучесть от двух бревен нижнего ряда), на бревно третьего ряда —сила плавучести 3q. Распорные усилия в самом нижнем ряду равны нулю, во втором ряду они возникают под Действием силы плавучести q бревен нижнего ряда, в третьем ряду — под действием силы плавучести 2q, в четвертом ряду — под действием силы плавучести 3q. Величина распорных сил в ряду не зависит от числа бревен в ряду, так как распорные силы двух рядом расположенных бревен направлены навстречу Друг другу и взаимно уравновешиваются. При увеличении числа подводных рядов у плавающего пучка будут образовываться и надводные ряды, в которых также будут возникать распорные силы, но уже не под действием силы плавучести, а под действием веса бревен. Если многорядный пучок будет ограничен стойками, то последние будут воспринимать полное распорное усилие, равное сумме распорных сил, возникающих в каждом надводном и в каждом подводном рядах.

Вышеприведенные формулы определения сил взаимодейст* вия рабочих органов и лесоматериалов при сплотке на воде были выведены из условия статического равновесия возникающих при этом силовых систем. Такой подход может быть оправдан работой сплоточных машин в реальных условиях, когда для более правильной и плотной укладки бревен в пучке после его сжатия оператор повторно включает привод рабочих органов и выводит бревна из состояния статического равновесия в движение. В таких случаях рабочие органы должны развивать наибольшие усилия сжатия.

Из формулы (VII.6) видно, что усилия сжатия возрастают пропорционально квадрату высоты пучка. О характере изменения усилия при сжатии щети бревен в пучок дает представление осциллограмма (рис. VII.9). Из этой записи видно, что процесс сжатия протекает не плавно, а сопровождается непрерывными «всплес.ками'> разной амплитуды. Из графика видно также, что в начале процесса сжатия усилия растут довольно медленно, но при завершении процесса резко повышаются.

Мощность на рабочем органе изменяется аналогично изменению усилия сжатия и достигает наибольшего значения лишь в конце сжатия. Поэтому для сплоточных машин, работающих по принципу сжатия щети в пучок, целесообразно на приводе применять электродвигатели, рассчитанные не по максимальной, а по средней квадратичной нагрузке. В этом случае в конце сжатия пучка двигатель будет работать с кратковременной перегрузкой. Такому режиму работы лучше всего отвечают двигатели кранового типа (ГОСТ 184—71 и ГОСТ 185—70), у которых перегрузочная способность, выражающаяся отношением максимального момента на валу ротора к номинальному, составляет 2,8.

Примечание. При работе сплоточных машин усилие сжатия Рс или Si распределяется между двумя сжимающими стойками или между двумя сжимающими канатами не поровну. Так как распределение комлей и вершин бревен в пучке носит случайный характер, то иногда наблюдается одностороннее скопление комлей. В этом случае нагрузка на ближайшую к этому скоплению стойку или канат составляет более половины силы сжатия; вторая же стойка или канат оказываются менее нагруженными. Кроме того, возможны случаи не строго симметричного расположения пучка относительно сжимающих стоек или канатов. Поэтому при выполнении прочностных расчетов рабочих органов сплоточных машин (стоек или сжимающих канатов) нагрузку на одну стойку или на один канат принимают равной не половине, а 0,65 общего усилия сжатия.

Взаимодействие рабочих органов и лесоматериалов при сплотке их в пучки имеет еще ряд нерешенных вопросов, по-, этому исследования в этой области продолжаются.

содержание .. 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 ..