РАБОЧИЙ ОРГАН МАШИНЫ ДЛЯ РУБОК УХОДА ЗА ЛЕСОМ Российский патент 2006 года по МПК A01G23/00 A01G23/06 A01G23/08 

Изобретение относится к устройствам для рубок ухода за лесом и может быть использовано в лесном хозяйстве и лесной промышленности в качестве навесного сменного рабочего органа манипуляторной машины. В частности, изобретение может быть использовано при осветлении и прочистке молодняков хвойно-лиственных лесов естественного происхождения, а также в процессе обрезки кроны деревьев при ландшафтной обработке древостоев в парках и садах. Изобретение может быть использовано также при расчистке трасс воздушных линий электропередачи, нефтепроводов, газопроводов, а также автомобильных и железнодорожных трасс.

Известна машина для рубок ухода с рабочим органом по а.с. №1471991, МКИ А 01 G 23/08, содержащим дисковую фрезу с корпусом, с двух сторон которого установлены ограждения с клапанной системой, а также резервуар для жидкости в виде корпуса манипулятора, посредством которого рабочий орган монтируется на самоходном шасси.

Недостатком является сложность конструкции привода механизма дисковой фрезы для впрыскивания в зону резания древесины арборицидной жидкости.

Известен также рабочий орган машины для рубок ухода за лесом по а.с. №1184483, МКИ А 01 G 23/08, включающий корпус, ступицу, вал, пильный диск, имеющий сквозные отверстия для прохода арборицидной жидкости, систему подачи арборицидной жидкости с клапанным механизмом, а также П-образные ограждения с двух сторон пильного диска с обхватом части пильного диска.

Недостатком является недостаточно эффективное преодоление пиковых нагрузок от сил срезания деревьев и их ветвей. При этом увеличение момента вращения пильного диска со ступицей за счет повышения их массы приводит к высоким динамическим нагрузкам на гидромотор в режимах пуска и остановки. В связи с этим приходится устанавливать на рабочий орган гидромотор повышенной мощности, что не позволяет использовать на рубках ухода в молодняках маломощные малогабаритные базовые манипуляторные машины. А применение мощных машин не позволяет качественно обрабатывать молодые леса. Таким образом, возникает техническое противоречие: с одной стороны, на рубках ухода необходимо применять малогабаритные маломощные минимашины, а с другой - необходимы рабочие органы с приводом, обеспечивающим значительную пиковую мощность при срезании дерева или его части.

Технический результат - повышение эффективности срезания кустарника, поросли, деревьев и их частей за счет применения аккумулятора механической энергии в виде маховика, маховый крутящий момент которого изменяется с пуском гидромотора, а также создание щадящего режима работы для гидромотора.

Этот технический результат достигается тем, что рабочий орган машины для рубок ухода за лесом, содержащий корпус, ступицу, пильный вал и диск, а также П-образные ограждения, отличается тем, что ступица выполнена с полостью конусообразной формы, заполненной жидкостью, причем относительно продольной оси пильного вала полость разделена на части перегородками.

Ступица выполнена литой, вместе с пильным валом и расположена на конце пильного вала вершиной конусообразной внутренней полости. На основании конусообразной полости как ее продолжение размещена цилиндрическая полость. На ступице в основании расположен кольцевой выступ, а на пильном диске выложена кольцевая фаска для центрирования его относительно кольцевого выступа ступицы.

Около вершины конусообразной полости на перегородках выполнены отверстия, а конусообразная и цилиндрическая полости выполнены для заполнения арборицидной жидкостью. При этом между пильным диском и кольцевым выступом ступицы размещена герметизирующая прокладка.

Для повышения жесткости конструкции и повышения прочности соединения пильного вала со ступицей вдоль оси пильного вала внутри полости ступицы конусообразной формы перегородки соединены между собой наконечником пильного вала конусообразной формы с уменьшающимся к основанию полости ступицы сечением.

Сущность технического решения заключается в изменении маховой мощности за счет переменного момента инерции. Причем момент инерции изменяется вследствие увеличения или уменьшения центра вращающейся массы жидкости. А сам пильный диск с пильным валом и ступицей выполняют функцию аккумулятора механической энергии. При переходных режимах пуска и остановки, когда пильный вал с диском разгоняются или тормозятся, маховая мощность возрастает или снижается, помогая гидромотору с меньшей мощностью, чем это необходимо без маховика.

Положительный эффект заключается в том, что применение ступицы с полостью позволяет уменьшить постоянную массу и постоянный момент инерции, а размещение в герметичной полости ступицы жидкости позволяет увеличить долю переменного момента инерции. Тем самым в переходных режимах работы достигается щадящий для гидромотора режим работы: двигателем меньшей мощности можно будет привести в движение значительную массу вращающихся частей, соответственно увеличится доля маховой мощности для преодоления пиковых нагрузок от сил резания древесины.

Рабочий орган с переменным моментом инерции вращающихся частей особенно будет эффективен при дискретном режиме работы, каким является срезание кустов и деревьев. В процессе срезки увеличивается сопротивление резанию, в этом случае пильный диск притормаживается, и момент инерции вращающихся частей подключается к потребной мощности на резание. При этом из-за колебаний момента инерции жидкости происходит интенсивное воздействие самого пильного механизма рабочего органа на срезаемый куст, ветвь или дерево.

Из-за подведения рабочего органа к отдельным срезаемым объектам приходится часто включать и выключать гидромотор. В этих случаях очень часты переходные режимы работы (разгон, торможение, пульсации мощности и др.). Применение ступицы с полостью, заполненной жидкостью, выравнивает динамически изменяющиеся нагрузки и уменьшает ударные воздействия пильного механизма на гидромотор. А это, в свою очередь, позволяет использовать относительно малые установленные мощности гидромоторов, что позволяет применять в качестве базовых манипуляторных машин относительно маломощные и малогабаритные транспортно-энергетические средства.

Применение перегородок позволяет уже с момента начала пуска увлечь в ступице за собой всю массу жидкости, которая в исходном положении находилась в вершине конусообразной полости, а по мере увеличения скорости вращения (то есть разгона двигателя) жидкость заполняет периферию цилиндрической полости. Тем самым значительно возрастает момент инерции вращающегося кольца жидкости. При остановке пильного диска жидкость растекается по пильному диску (при его нижнем расположении) или стекается в вершину конусообразной полости ступицы (при верхнем расположении пильного диска).

На фиг.1 изображена схема одного из возможных вариантов конструкции рабочего органа машины для рубок ухода за лесом при верхнем расположении пильного диска над корпусом рабочего органа (исходное положение до момента пуска гидромотора); на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2; на фиг.4 - сечение В-В на фиг.2; на фиг.5 показана схема срезания ствола дерева при верхнем расположении пильного диска; на фиг.6 - схема срезания ветви дерева при вертикальном расположении пильного диска; на фиг.7 - схема срезания куста или дерева около поверхности грунта при нижнем расположении пильного диска; на фиг.8 показана схема конструкции при остановленном гидромоторе в нижнем расположении пильного диска.

Рабочий орган машины для рубок ухода за лесом содержит корпус 1 с плитой 2, на которой с внутренней стороны корпуса (для защиты от повреждений) закреплен гидромотор 3.

С внешней стороны плиты установлен корпус 4 пильного вала 5, а на валу размещена ступица 6, которая с помощью кольцевого выступа 7 болтами соединена с полотном пильного диска, например, в виде дисковой фрезы 8.

Дисковая фреза содержит Г-образные зубья 9, например, от пильной цепи ПЦУ-30Б или ПЦУ-19,84, используемых на существующих валочных, валочно-пакетирующих и других лесных машинах. К корпусу пильного вала присоединены П-образные ограждения, например, в виде полых трубок 10, охватывающих дисковую фрезу снизу и с боков, оставляя свободные части дисковой фрезы с различных сторон корпуса рабочего органа. Ограждающие полые трубки с помощью прижимов 11 болтами крепятся к корпусу пильного вала. На полых трубках могут быть расположены клапанные механизмы подачи арборицидной жидкости к вращающемуся пильному диску. При этом в качестве емкости для хранения арборицидной жидкости используются полости манипулятора (по аналогу) и корпуса рабочего органа (по прототипу).

Рабочий орган может быть изготовлен и без емкостей для арборицидной жидкости и без клапанных механизмов, устанавливаемых на полых трубках. Если отсутствует необходимость срезки кустов и деревьев в околопневой зоне, то возможно применение рабочего органа и без ограждающих трубок.

Внутри ступицы 6 выполнена конусообразная полость 12 с перегородками 13, на которых около вершины конусообразной полости выполнены как бы по одному отверстию 14. Пильный вал 5 выполнен внутри конусообразной полости и выполнен в виде наконечника 15 конусообразной формы с уменьшающимся к основанию полости ступицы сечением. Таким образом, наконечник 15 и перегородки 13 образуют совместно со стенкой ступицы коробчатую конструкцию, обеспечивающую высокую прочность и жесткость конструкции пильного вала со ступицей. Число перегородок 13 в ступице может быть различным, равным 3, 4, 6, 8 и большему по значению.

Внутри ступицы в основании конусообразной полости выполнена цилиндрическая полость 16, стенки которой образуют со ступицей 6 и кольцевым выступом 7 общую конструкцию для передачи крутящего момента от пильного вала к пильному диску 8. Для центрирования на последнем выполнена кольцевая фаска 17, а между пильными диском и кольцевым выступом ступицы размещена герметизирующая прокладка 18.

Вовнутрь ступицы заливается жидкость 19 объемом, например, соответствующим объему кольцевого периферийного пространства цилиндрической полости.

В процессе срезания зубья 9 и пильный диск взаимодействуют в пропиле с обрабатываемым деревом 20.

Рабочий орган машины для рубок ухода за лесом работает следующим образом.

В исходном положении оператор машины ставит рабочий орган в вертикальное положение, когда пильный диск 8 расположен над корпусом 1 рабочего органа. В этом случае жидкость 19 располагается в вершине конусообразной полости 12 и момент инерции массы этой жидкости становится минимальным.

Далее включается в работу гидромотор 3, который передает вращение через пильный вал 5 и ступицу 6 пильному диску 8. При этом за счет действия центробежных сил жидкость 19 устремляется вдоль ступицы в периферийную кольцевую часть цилиндрической полости 16. Момент инерции вращающихся частей существенно увеличивается при одной и той же массе жидкости.

В процессе срезания дерева 20 снижается вращение пильного диска 8, поэтому уменьшаются обороты и гидромотора 3. Однако из-за воздействия маховой мощности вращающей жидкости, ступицы, пильного вала и пильного диска пиковые силы резания преодолеваются и при малой мощности гидромотора.

При остановке гидромотора жидкость стекает в вершину конусообразной полости 12 (при верхнем расположении пильного диска) или на диск в цилиндрической полости 16 (фиг.8).

При резком изменении оборотов гидромотора, чтобы исключить интенсивное скольжение, массы жидкости относительно стенок ступицы 6 останавливаются перегородками 13. Таким образом, порция жидкости в каждой части ступицы быстро получает движение в сторону пильного диска к периферии цилиндрической полости. Для вырабатывания объемов жидкости в каждой части ступицы, она перетекает между частями конусообразной полости ступицы через отверстия 14 в перегородках 13.

Жидкость 19 находится в полостях ступицы между пильным диском постоянно. Поэтому она в процессе работы не расходуется. Для монтажа или демонтажа рабочий орган устанавливается в вертикальное положение (фиг.1). При монтаже дисковой фрезы с заточенными зубьями 9 вначале в ступицу 6 заливается требуемый объем жидкости, затем укладывается на кольцевой выступ 7 герметизирующая прокладка 18. Далее пильный диск центрируется кольцевой фаской 17 относительно кольцевого выступа 7 и закрепляется с помощью болтов к ступице.

При изготовлении дисковой фрезы со сменными зубьями пильный диск с прокладкой закрепляются к ступице на долгий срок работы.

При использовании гидромоторов малой мощности целесообразно изготовить пильный вал, ступицу с перегородками и пильный диск из легких сплавов. Это позволяет значительно уменьшить пиковые нагрузки разгона и торможения на гидромотор.

Применение предлагаемого технического решения позволяет изготовить малогабаритные машины для рубок ухода за лесом. Высокая энергетическая адаптивность предлагаемого рабочего органа позволяет повысить эффективность срезания кустов и деревьев. Особенно повышается эффективность срезки при групповой обработке стеблей кустарника, ветвей деревьев, так как силы резания и усилия защемления пильного диска преодолеваются маховой инерционной мощностью от активного дополнительного воздействия жидкостного маховика, расположенного в ступице пильного механизма.

Изобретение может быть использовано в лесном хозяйстве при срезании кустов, поросли, тонкомерных деревьев, а также сучьев и ветвей крупномерных деревьев при уходе за лесом, парками, садами и просеками. Рабочий орган машины для рубок ухода за лесом содержит корпус, ступицу, пильный вал и диск, а также П-образные ограждения. Ступица выполнена с полостью конусообразной формы, заполненной жидкостью, причем относительно продольной оси пильного вала полость разделена на части перегородками. Это позволит повысить эффективность процесса срезания за счет увеличения махового момента пильного вала с дисковой пилой после разгона двигателя, а также создать щадящий режим работы для гидромотора. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Рабочий орган машины для рубок ухода за лесом, содержащий корпус, ступицу, пильный вал и диск, а также П-образные ограждения, отличающийся тем, что ступица выполнена с полостью конусообразной формы, заполненной жидкостью, причем относительно продольной оси пильного вала полость разделена на части перегородками.2. Рабочий орган машины для рубок ухода за лесом по п.1, отличающийся тем, что ступица выполнена литой вместе с пильным валом и расположена на конце пильного вала вершиной конусообразной полости, а на основании конусообразной полости размещена цилиндрическая полость, причем на ступице в основании расположен кольцевой выступ, а на пильном диске выполнена кольцевая фаска для центрирования его относительно кольцевого выступа ступицы.3. Рабочий орган машины для рубок ухода за лесом по п.1, отличающийся тем, что около вершины конусообразной полости на перегородках выполнены отверстия.4. Рабочий орган машины для рубок ухода за лесом по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что между пильным диском и кольцевым выступом ступицы размещена герметизирующая прокладка.5. Рабочий орган машины для рубок ухода за лесом по п.1 или 2, отличающийся тем, что вдоль оси пильного вала внутри полости ступицы конусообразной формы перегородки соединены между собой наконечником пильного вала конусообразной формы с уменьшающимся к основанию полости ступицы сечением.