Методика и результаты производственных испытаний передвижных и переносных торцевыравнивателей на рейдах приплава лесопромышленных предприятий

УДК 630*848.7: 621.798.4 П.Ф. Войтко

Войтко Петр Филиппович родился в 1945 г., окончил в 1968 г. Марийский политехнический институт, кандидат технических наук, профессор кафедры транспорта леса Марийского государственного технического университета, заслуженный деятель науки Республики Марий Эл. Имеет 86 печатных работ в области водного транспорта леса и лесоперевалочных процессов.

МЕТОДИКА И РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ

ПЕРЕДВИЖНЫХ И ПЕРЕНОСНЫХ ТОРЦЕВЫРАВ-НИВАТЕЛЕЙ НА РЕЙДАХ ПРИПЛАВА ЛЕСОПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Составлена методика и получены экспериментальные результаты производственных испытаний передвижных ТПК-10, ЛВ-169 и переносных К-127, К-142, К-153 торцевыравнивателей на предприятиях с рейдами приплава.

Ключевые слова: методика экспериментальных исследований, производственные испытания передвижных и переносных торцевыравнивателей, предприятия с рейдами приплава.

Цель наших экспериментальных исследований - проведение производственных испытаний торцевыравнивающих устройств, обеспечивающих качественное формирование пачек круглых лесоматериалов на лесопромышленных предприятиях для последующей их погрузки на транспортные средства.

Объектами производственных испытаний служили изготовленные на ЭПЗ ВКНИИВОЛТ экспериментальные образцы торцевыравнивателей: передвижных ТПК-10, ЛВ-169 к башенным кранам КБ-572, КБ-578; гравитационных с поворотными щитами К-127, К-142, К-153 для формирования пачек круглых лесоматериалов в технологических процессах лесоперевалочных и лесоскладских работ предприятий лесного комплекса.

Предметом исследований являются: усилия торцевания пачек круглых лесоматериалов передвижными и гравитационными торцевыравни-вателями; основные параметры торцевыравнивающих устройств, адаптированных к производственным условиям лесопромышленных предприятий.

Разработаны программа и методика экспериментальных исследований торцевыравнивающих устройств к башенным и портальным кранам в заводских и производственных условиях (табл. 1).

Таблица 1

Методика экспериментальных исследований

Этапы исследований Содержание работы и метод исследований

1. Подготовка экспериментальных исследований 1.1. Выявление цели и постановка задачи 1.2. Выбор поверхности отклика 1.3. Определение варьируемых независимых факторов 1.4. Выбор уровней варьируемых факторов 1.5. Планирование эксперимента 1.1.1. Определение усилий торцевания пачек и пакетов круглых лесоматериалов передвижными и гравитационными торцевыравнивателями тензометрическим методом 1.1.2. Установление дополнительных нагрузок на башенный кран от действия передвижного торцевыравнивателя тензометрическим методом 1.1.3. Измерение мощности механизма привода торцевы-равнивателя электрическим методом 1.1.4. Установление геометрических параметров и структуры пучков, пакетов, пачек круглых лесоматериалов фотографическим методом 1.1.5. Уточнение основных параметров торцевыравни-вающих устройств методом сравнения 1.2.1. Теоретический анализ процесса торцевания круглых лесоматериалов методом математического моделирования 1.2.2. Постановка эксперимента с применением метода экспертных оценок 1.2.3. Литературный и патентный поиск 1.3.1. Постановка отсеивающих экспериментов классическим методом 1.4.1. Определение количественных и качественных факторов 1.4.2. Определение фиксированных и случайных факторов 1.5.1. Составление плана эксперимента методом исследования существенных факторов 1.5.2. Установление порядка постановки опытов с помощью таблицы случайных чисел Продолжение табл. 1

Этапы исследований Содержание работы и метод исследований

2. Проведение экспериментальных исследований 2.1. Разработка программы и методики производственных исследований передвижных торцевыравнивателей 2.2. Конструирование и изготовление измерительных приборов и аппаратуры для экспериментальных исследований системы машин КБ-572 и ТПК-10, ЛВ-169 2.3. Проведение производственных испытаний передвижных торцевыравнивателей ТПК-10, ЛВ-169 на Кировской ЛПБ 2.4. Разработка программы и методики экспериментальных исследований гравитационных торцевыравнивателей К-127, К-142, К-153 2.5. Конструирование и изготовление измерительных приборов и аппаратуры для экспериментальных исследований гравитационных торцевыравнивателей 2.6. Проведение экспериментальных исследований гравитационных торцевыравнивателей на монтажной площадке ЭПЗ ВКНИИВОЛТ

3. Обработка и анализ полученных результатов 3.1. Обработка осциллограмм тензометрирования

3.2. Обработка фотографий торцов пакетов и пачек круглых лесоматериалов

3.3. Обработка опытных данных с использованием ПВМ по стандартным программам

3.4. Анализ обработанных результатов

2.7. Проведение производственных испытаний гравитационного торцевыравнивателя К-127 на Болтинской ЛПБ

2.8. Проведение производственных испытаний торцевы-равнивателей К-142 на Болтинской и Лимендской ЛПБ

2.9. Проведение производственных испытаний торцевы-равнивателей К-153 на Човской и Жешартской ЛПБ, в Сыктывдинском ЛПХ

3.1.1. Расшифровка осциллограмм тензометрирования с помощью преобразователя диаграмм типа Ф001 методом ПИК без учета собственных колебаний измерительных приборов

3.2.1. Установление количества: сортиментов в пачке, выступающих круглых лесоматериалов в торцах методом пересчета

3.2.2. Определение площади торцов пакета круглых лесоматериалов с помощью полярного планиметра

3.3.1. Отбрасывание грубых измерений

3.3.2. Вычисление главных статистических гипотез и их проверка

3.3.3. Дисперсионный анализ

3.3.4. Корреляционный анализ

3.3.5. Регрессионный анализ

3.4.1. Составление сводной таблицы обработанных результатов и построение графоаналитических зависимостей

3.4.2. Сравнение данных теоретических и экспериментальных исследований

Рис. 1. Схема расположения измерительных приборов при тензометрических испытаниях торцевателя ТПК-10 и крана КБ-572

Торцевыравниватели испытывали в заводских условиях на промышленной площадке ЭПЗ ВКНИИВОЛТ [1], где расположены: консольно-

козловой кран ККС-10; различные пачки круглых лесоматериалов по породам, длинам, диаметрам, сбежистости, закомелистости, высоте сучьев; необходимые измерительные приборы и регистрирующая аппаратура. В результате заводских испытаний уточняли основные параметры тоцевыравни-вающих устройств. Тензометрические исследования показали, что усилия торцевания пачек круглых лесоматериалов были выше расчетных, что потребовало доработки ряда узлов, а следовательно, дополнительных исследований модернизированных конструкций торцевыравнивателей в производственных условиях.

Производственные испытания передвижных торцевыравнивателей ТПК-10 и ЛВ-169 (рис. 1) проводили на Кировской лесоперевалочной базе [4, 5], при совместной работе с башенными кранами КБ-572А, КБ-572Б (табл. 2) на погрузке круглых лесоматериалов в вагоны МПС по схемам: автомобиль - вагон или штабель - вагон. В процессе экспериментальных исследований торцевыравнивающие устройства подвергали статическим и динамическим испытаниям в рабочем состоянии. Статические испытания производили для следующих операций: 1) учет влияния собственного веса тор-цевыравнивателя на лесопогрузчик; 2) погрузка лесоматериалов в торцевы-равниватель; 3) подъем груза из торцевыравнивателя; 4) опускание груза на край торцевыравнивателя; 5) удар груза о торцеватель; 6) торцевание пачек круглых лесоматериалов различных параметров. Номинальная масса груза 10 т, скорость подъема - 20 м/мин, поворота - 0,6 об/мин.

Динамические испытания торцевыравнивателей в рабочем состоянии проводили при следующих положениях стрелы крана КБ-572: 1) перпендикулярно подкрановым путям, когда груз на крюке крана расположен в сторону рельса, на котором смонтирован торцевыравниватель; 2) парал-

Таблица 2

Измерительные приборы, применяемые при испытаниях _торцевыравнивателя ТПК-10 и крана КБ-572_

Прибор Тип Обозначение на рис. 1 Назначение

Тензорезистор 2ПКТП-20- Д1 Измерение напряжений в портале

200ГВ Д2 крана

Тензотяга 2ПКТП-20- Т1 Измерение усилий в талрепах креп-

200ГВ Т2 ления торцевыравнивателя ТПК-10

Тэ к лесопогрузчику КБ-572

ТА Измерение усилий торцевания

Динамометр ДР-8 До Измерение статических нагрузок на

ДПЧ-5 До крюк крана

Ваттметр Н-348 В1 Измерение мощностей электродви-

Н-348 В2 гателей механизма передвижения

крана

Н-348 В3 Измерение мощностей электродви-

гателя механизма торцевания

Рейка Металлическая Р1 Измерение перемещений крана

лента Р2 Измерение перемещений люльки

торцевателя

Высотомерная Рз Измерение перемещений груза в

линейка торцевателе

Р 4 Измерение геометрических пара-

метров круглых лесоматериалов

Анемометр М-95 А1 Измерение скорости ветра

Секундомер л2 Измерение скорости движения кра-

Аз на и подвижной люльки ТПК-10

лельно оси подкранового пути, груз расположен со стороны торцевыравни-вателя. Масса груза в торцевыравнивателе превышала его номинальную грузовместимость на 25 % и составляла 12,5 т; на крюке башенного крана груз массой 10 т на максимальном вылете стрелы. Проводили также испытания при аварийных ситуациях на случай схода торцевыравнивателя с рельса.

Анализ результатов тензометрических испытаний [2] системы машин КБ-572 и торцевыравнивателей ТПК-10, ЛВ-169 показал:

- нагрузки на кран от торцевыравнивателя при статических и динамических испытаниях составляют 80 % от расчетных [4] и достигают максимума при опускании груза на удаленный край торцевыравнивателя;

- загрузка ведущей и ведомой пар электродвигателей механизма передвижения крана КБ-572 совместно с торцевыравнивателем максимальна при аварийной ситуации наезда торцевыравнивателя на башмак и равна соответственно 7,89 и 7,81 кВт, что превышает номинальную мощность на 11,5 и 11,0 %;

- фактические усилия торцевания передвижными торцевыравнивате-лями различных пачек круглых лесоматериалов подтвердили теоретические зависимости [4] с максимальным отклонением 5,14 %, а фактическое усилие торцевыравнивания 121,18 кН не превышало расчетного 150 кН, принятого при проектировании торцевыравнивателей;

- максимальная мощность электродвигателя привода ТПК-10 достигала 29,2 кВт при торцевании сортиментной пачки весом 98 кН, что ниже расчетной 40 кВт;

- положительный результат экспериментальных исследований на Кировской ЛПБ послужил основанием для согласования с ВНИИстройдормашем и Госгортехнадзором совместной эксплуатации лесопогрузчика КБ-572 и передвижных торцевыравнивателей ТПК-10 или ЛВ-169.

Производственные испытания переносных гравитационных торцевыравнивателей К-127, К-142, К-153 проводили на лесопромышленных предприятиях с рейдами приплава ЛПО «Архангельсклеспром» и «Коми-леспром». На Болтинской ЛПБ выполняли испытания К-127, К-142 на участке выгрузки пучков лиственных балансов из р. Малая Сев. Двина и погрузки их на автомобили для перевозки на Котласский ЦБК. Торцевыравни-ватели устанавливали на подкрановых путях башенных кранов БКСМ-4ПМ и КБ-572 рядом с приемными эстакадами выгрузочных устройств К-125.

На Лимендской ЛПБ торцевыравниватель К-142 находился в составе поточной линии ЦЛР-160 для погрузки экспортных березовых балансов консольно-козловым краном ККС-10 или железнодорожным краном в полувагоны МПС по технологическим схемам: накопитель - вагон, штабель -вагон, вода - вагон.

Торцевыравниватели К-153 испытывали на предприятиях: Човской ЛПБ для перегрузки круглых лесоматериалов краном КБ-572А с автомобильного на железнодорожный транспорт по вариантам автомобиль - вагон, штабель - вагон, накопитель - вагон; Жешартской ЛПБ для перегрузки древесины кранами Ганц и КБ-572 с водного на железнодорожный транспорт по вариантам: плот - вагон, штабель - вагон; Сыктывдинском ЛПХ для погрузки круглых лесоматериалов консольно-козловым краном ККС-10 на железнодорожный или автомобильный транспорт по вариантам: накопитель -вагон, штабель - вагон, накопитель - автомобиль, штабель - автомобиль.

В процессе приемо-сдаточных испытаний гравитационные торцевыравниватели подвергали статическим и динамическим испытаниям в рабочем состоянии. Объем наработки гравитационного торцевыравнивателя в производственных условиях составлял не менее 5400 м3. При статических и динамических испытаниях (рис. 2) измеряли следующие параметры гравитационного торцевыравнивателя: конструктивную массу т; удельную массу Кум; угол наклона горизонтальной части Г-образных щитов в исходном положении а1; минимальное усилие торцевыравнивающих щитов ^тт, действующее на рычагах торцевыравнивателя; усилие торцевания, развиваемое щитом ^тор; наименьшую Ьтт и наибольшую Ьтах длину формируемых пачек бревен; работоспособность трособлочной системы по перестановке щитов на требуемую длину пачек бревен; наибольший объем пачки бревен Жтах, размещаемой в формировочном устройстве торцевыравнивателя; раз-Рис. 2. Схема расположения измерительных приборов на торцевыравнивателе К-142: а - вид сбоку; б - вид с торца; 1 - пачка бревен; ^ 2 - угломер из оргстекла; 3, 4 - динамометры; 5 - промежуточная опора; 6 - угло- ^ мер УУБ-1; 7 - накопитель

а б

брос торцов круглых лесоматериалов в пачке ±Д Ь; влияние горизонтальных ребер на качество торцевания пачек бревен.

Производственные испытания позволили уточнить основные параметры переносных торцевыравнивающих устройств К-127, К-142, К-153 (табл. 3). Экспериментальные исследования гравитационных торцевыравни-вателей подтвердили повышение качества торцевания пачек круглых лесоматериалов поворотными щитами, оснащенными горизонтальными

Таблица 3

Основные параметры гравитационных торцевыравнивателей

с поворотными щитами

Параметр К-127 К-142 К-153

Тип торцевыравнивателя Гравитационный, переносной

Тип крана БКСМ-14ПМ ККС-10 ККС-10

Установка щитов на требуемую длину бревен Краном

Длина выравниваемых пачек бревен, м 4 ... 6

Наибольший объем пачки, м3 12 14 12

Разброс торцов бревен в пачке, м +0,7 +0,7 +0,7

Угол наклона рычагов в исходном

положении, рад 0,4014 0,4014 0,4014

Минимальное усилие на рычагах, кН 1,57 1,86 1,90

Усилие торцевания щита, кН 111,7 296,7 264,9

Масса конструктивная, кг 5500 6500 7000

Удельная масса, кг/м3 458,3 465,0 465,0

Геометрические размеры, м:

длина 9,00 8,50 8,00

ширина 3,116 3,13 3,80

высота 3,20 3,45 3,90

Конструкция горизонтальной части Нераздвиж- Телескопическая

Г-образного щита ная

Угол наклона ребер к поверхности щита, рад 0,07 0,014 0,105

Высота выступа ребра, мм 40 45 35

Удельная трудоемкость изготовления, ч/м3 115 127 130

Время цикла, с 59 48 48

Расчетная производительность, м3/ч 36 72 72

Ориентировочная стоимость, тыс. р. 226 269 288

Срок службы до первого капитального

ремонта, лет 5 5 5

Рис. 3. График зависимости относительного усилия торцевания, развиваемого поворотным щитом без ребер (К), от угла поворота щита (а): А, Б - зоны усилия торцевания, развиваемые поворотным щитом, соответственно со смещенной осью поворота и осью поворота, размещенной на одной линии с рабочей поверхностью щита; 1 - а = 0;

2 - а1 = 0; 3 - а = 4 - а1 =

ребрами, а также закономерности изменения усилия торцевания от значимых факторов (рис. 3). Расхождение результатов теоретических [3, 4] и экспериментальных исследований не превышало 8 ... 10 % (рис. 4).

Благодаря оснащению внутренней рабочей поверхности вертикальной части Г-образных щитов гравитационного тор-цевыравнивателя горизонтальными и вертикальными ребрами улучшился процесс торцевания, уменьшилось кострение круглых лесоматериалов в торцевыравнивате-ле, возросло усилие торцевания щита на

30 % [6].

Разработаны улучшению конструк-логических параметров торцевыравнивателей с тами. Необходимо, рукция горизонтальной

Рис. 4. График зависимости расчетного и фактического относительного усилия торцевания

рекомендации по тивных и техно-гравитационных поворотными щи-чтобы: 1) конст-части Г-

образного щита была телескопической; 2) ось поворота щита находилась на одной линии с вертикальной частью Г-образного щита; 3) соблюдалось постоянство расстояния между грузовыми балками; 4) угол наклона горизонтальных ребер к поверхности щита составлял 0,0524 ... 0,1047 рад, а высота выступа ребра - 30 ... 40 мм; 5) высота размещения ребер от верха щита не превышала 1/3 высоты, занимаемой пачкой; 6) пачка бревен опускалась в торцевыравниватель с ускорением, равным ускорению свободного падения; 7) разброс торцов бревен в пачке не превышал ± 0,7 м; 8) фактический коэффициент выравнивания пачек бревен был не более 0,482.

Внедрены в производство лесопромышленных предприятий с рейдами приплава переносные гравитационные торцевыравниватели с поворотными щитами: на Болтинской ЛПБ - два К-127 и К-142; на Лимендской ЛПБ - К-142; три модернизированных К-153 на Човской и Жешартской ЛПБ, в Сыктывдинском ЛПХ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Борисов М.В. Торцеватель ЛВ-169 / В.В. Борисов, В.В. Мишин // Лесоэксплуатация и лесосплав: науч.-техн. реф. сб. / ВНИПИЭИлеспром. - 1981. - № 5. - С. 8.

2. Войтко П.Ф. Расчет нагрузки на башенный кран от действия передвижного торцевыравнивателя / П.Ф. Войтко // Лесн. журн.- 2002. - № 4. - С. 77-83. -(Изв. высш. учеб. заведений).

3. Войтко П.Ф. Математические модели формирования лесных грузов гравитационными торцевыравнивателями / П.Ф. Войтко // Лесн. журн. - 2003. -№ 4. -С. 56-65. - (Изв. высш. учеб. заведений).

4. Войтко П.Ф. Формирование лесных грузов на предприятиях с рейдами приплава / П.Ф. Войтко. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 2003. - 495с. - Деп. в ВИНИТИ 24.07.03; №1458-В2003.

5. Мишин В.В. Экспериментальное определение нагрузок, передаваемых торцевателем ТПК-10 на кран КБ-572 / В.В. Мишин, П.Ф. Войтко // Сб. тр. / ЦНИИ-лесосплава. - М.: Лесн. пром-сть, 1980. - Вып. 37. - С. 59-61.

6. Фадеев А.С. Обоснование параметров гравитационного торцевыравнива-теля с поворотными щитами для формирования пачек круглых лесоматериалов: дис. ... канд. техн. наук / А.С. Фадеев. - Йошкар-Ола: МарГТУ, 1999. - 249 с.

Марийский государственный технический университет

Поступила 09.08.04

P.F. Vojtko

Technique and Results of Production Testing of Mobile and Portable Butt Edgers in Log Receiving Ports of Forest-industrial Enterprises

Technique is developed and experimental results are received for production testing of mobile ТПК-10, ЛВ-169 and portable butt edgers К-127, К-142, К-153 at the enterprises with log receiving ports.