ПУТИ РЕШЕНИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЛЕСНОЙ МАШИНЫ

 

AUTOMATION SOLUTIONS PROCESS WOOD MACHINES

 

Богданов Е.Н., Багаутдинов И.Н. (ФГБОУ, МарГТУ, г.Йошкар-Ола, РФ)

E.N Bogdanov, I.N Bagautdinov (FGBOU, MarSTU, Yoshkar-Ola, Russia)

 

Рассмотрены способы повышения производительности и энергоэффективности  лесной машины путем автоматизации технологических процессов* .

The methods of increasing productivity and efficiency of forest machines by automating processes.

 

Ключевые слова: лесная машина, автоматизация, энергоэффективность.

Keywords: forest machine, automation, energy efficiency.

 

Валочно-пакетирующая машина ЛП-19  (далее ВПМ ЛП-19), рисунок 1, предназначена для срезания деревьев с корня и укладки их в пачки удобные для последующей трелевки бесчокерными тракторами.  Таким образом прослеживается цикличность рабочих действий во время работы на лесосеке.  ВПМ ЛП-19  осуществляет работу по следующим циклам:

·        наводка захватно-срезающего устройства (ЗСУ);

·        захвата дерева;

·        натягивание ствола;

·        срезание;

·        подтягивание дерева на себя;

·        поворот с деревом;

·        укладка дерева в пачку;

·        переезд.

Рисунок 1-  Валочно-пакетирующая машина ЛП-19

Рассматривая эту цикличность, следует отметить, что оператор вынужден проводить не малое количество действий. В результате чего  увеличивается  загруженность и утомляемость оператора.  Это  приводит к снижению производительности и качества труда, а также к большей вероятности наступления критических ситуаций, влекущих за собой пагубные воздействия, как на самого оператора, так и машины в целом. В этом можно выделить взаимосвязь между квалификацией оператора и качественной работой машины на лесосеке.  Пути решения данных проблем прослеживаются во внедрении автоматизированной электронной системы управления, что позволит только аппаратными средствами, без изменения конструкции машины, использования новых материалов, методик расчета и новейших технологий изготовления, повысить надежность и производительность лесной машины

Предлагаемая нами автоматизированная система управления предназначена для автоматизации транспортно-технологической машины манипуляторного типа. Такое управление машиной приводит к снижению информационной загруженности оператора и его утомляемости, оптимальной нагруженности технологического и гидравлического оборудования, плавности разгона и торможения, снижению динамической нагруженности, повышению надежности и производительности транспортно-технологической машины манипуляторного типа. Кроме того, данная система позволяет значительно снизить энергоемкость процесса заготовки деревьев, оптимизировать расход топливо-смазочных материалов, увеличить ресурс гидравлической жидкости, элементов гидроаппаратуры и технологического оборудования.

Система управления содержит электронный блок управления (ЭБУ) датчик диаметра дерева, блок датчиков вылета и положения манипулятора (стрелы, рукояти, захватно-срезающего устройства), блок датчиков давления в гидроприводе технологического оборудования, датчик угла наклона регулировочной шайбы регулируемого насоса гидросистемы, датчик числа оборотов, коленчатого вала ДВС, механизм управления вращением коленчатого вала ДВС, механизм управления регулировочной шайбой регулируемого насоса гидросистемы, механизм управления давлением в приводе технологического оборудования. Система управления работает следующим образом. При работе, посредством технологического оборудования происходит захват дерева, сигналы с датчиков диаметра дерева, вылета манипулятора и давления в гидросистеме технологического оборудования, угла наклона регулировочной шайбы регулируемого насоса гидросистемы, числа оборотов коленчатого вала ДВС поступают в ЭБУ, в котором на основе сопоставления полученных данных генерируется управляющий сигнал на механизмы: управления вращением коленчатого вала ДВС, управления регулировочной шайбой регулируемого насоса гидросистемы, управления давлением в приводе технологического оборудования. Представляется возможность осуществлять обратную связь в лесной машине манипуляторного типа. Использование рассмотренной выше системы управления как основы создания автоматизированного, энергоэффективного управления транспортно-технологической машины, возможно с учетом дополнительных параметров. В блоке II используется система слежения гидропривода подъемно-транспортной машины. Блок I содержит дополнительные датчики: отвечающий за положение поворотной платформы относительно создаваемой пачки деревьев, датчик направления и силы ветра при работе транспортно-технологической машины манипуляторного типа, датчик угла наклона поворотной платформы относительно горизонтали. Блок III содержит исполнительный механизм или блок управления электрогидравлическими распределителями. Механизм отвечает за работу гидроцилиндров стрелы, рукояти, захватно-срезающего устройства, захвата ЗСУ, пильной шины, гидромотора поворотного механизма платформы, гидромотора пильного механизма.

В результате внедрения данной системы управления увеличивается производительность труда, так как появляется возможность снижения цикличности и повышения безопасности ВПМ ЛП-19 [1]. Снижение цикличности достигается  за счет автоматизации технологического процесса. Все рабочие циклы ВПМ ЛП-19 проходят поочередно, на существующей машине фактически отсутствует возможность выполнения  ряда операций одновременно. Система управления позволит проводить эти операции одновременно, что положительно скажется на производительности труда. На наш взгляд следует объединить ряд таких циклов как:

-       подтягивание дерева на себя;

-       поворот с деревом;

-       укладка дерева в пачку;

-       переезд.

То есть, эти циклы будут выполняться одновременно. Вследствие чего уменьшиться затрачиваемое время на технологические процессы и увеличится производительность машины.

Еще одним из главных положительных эффектов после внедрения данной электронной системы управления будет автоматизация предмета труда самого оператора. То есть оператору  будет требоваться только произвести контрольные операции с указанием срезаемого дерева и места создания пачки,  данные которых посредством обработки в ЭБУ позволят перевести машину в автоматический режим работы. Что позволит ограничить человека от негативного воздействия на машину, так как зачастую это связано с квалификацией самого оператора. Тем самым, электронная система управления будет осуществлять защиту от необдуманных и влекущих к критическим нагрузкам, а также к опрокидыванию самой машины действий.

Высокие показатели производительности и качества работы ЛП-19, обусловлены четким соблюдения рекомендаций для работы в одной из технологических схем. Наблюдениями за процессом валки и пакетирования было установлено, что затраты времени на цикл обработки дерева в значительной мере зависят от опыта работы оператора. Что обуславливается индивидуализмом каждого оператора. Так как при неправильном выборе дерева,  вероятность ошибки оператора велика. Это прослеживается в уровнях вылета манипулятора. Известно, что  наименьшие величины циклов зафиксированы при вылетах от 5 до 6м. Несколько больше затраты на малых вылетах, от 3 до 5м и в диапазоне 6…7м. На предельных вылетах  7…8м  продолжительность цикла наибольшая. Также отмечено, что при спиливании деревьев на предельном вылете значительно увеличивается вероятность ошибки в оценке расстояния до ствола. Если это расстояние оказывается больше, чем его оценил оператор, то стойку не удается подвести к стволу и приходиться отказаться от спиливания этого дерева или повторять наводку после дополнительного переезда. В результате таких ошибок увеличивается время цикла и энергозатратность.

Список использованных источников

1. Багаутдинов И.Н. Повышение надежности и производительности внедрением частичной автоматизации //Будущее машиностроения России: сб. тр. Всерос. конф. Молодых ученых и специалистов. – М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2009. – С.150-151.

 

 



* Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 годы (государственный контракт №02.740.11.0670 от 29 марта 2010 г.).