Автоматизация разборки и обрезки сучьев с деревьев

После пачковой разгрузки хлыстов или деревьев эту пачку необходимо разобрать для поштучной подачи на следующую технологическую операцию (обрезку сучьев, раскряжевку). Эту работу выполняют специальные разборщики.

Все разборщики можно классифицировать на разборщики группового рассредоточения хлыстов и разборщики с поштуч-

Рис. 13.4. Разборщики группового рассредоточения

ным отделением хлыстов или деревьев. В первом случае весь пакет хлыстов постепенно рассредоточивается в поперечную щеть, во втором разборка производится поштучным отделением хлыстов или деревьев из пачки.

Разборщики группового рассредоточения. На рис. 13.4 при­ведены некоторые схемы разборщиков группового рассредото­чения хлыстов.

Одним из полностью автоматизированных является фрик­ционный разборщик хлыстов (рис. 13.4, а). Пачка хлыстов раз-

гружается на первую секцию поперечного транспортера и начи­нает перемещаться, в момент перехода пачки с одной секции на другую происходит отрыв нескольких хлыстов из общей пачки, так как скорость транспортера последующей пачки выше, чем у предыдущей, т. е. v ₁< v ₂< v ₃ и т. д. Далее эта группа хлыстов опять рассредоточивается на следующем пере­ходе и т. д.

На рис. 13.4, б приведена схема разборщика хлыстов (сор­тиментов) с неподвижной гребенкой 3 и перемещающимися с поперечным транспортером 5 кулачками 2. При включении

Рис. 13.5. Схема разборки хлыстов

транспортера кулачки захватывают из пачки 1 очередной хлыст и начинают его перемещение по гребенке З, которая об­разует своеобразные ячейки для разделения хлыстов друг от друга. Высота кулачков выше, чем высота гребенки. Таким образом хлыст перемещается вверх по гребенке на продольный транспортер 4. Наклонная плоскость гребенки обеспечивает надежное разделение двух лежащих рядом хлыстов, а также устраняет их перекос при движении, так как перекошенные хлысты (сортименты) скатываются вниз в ячейку и выравни­ваются. По этому принципу работают разборщики ТЛХ-80 и ТЛ-80 (для сортиментов).

На рис. 13.4, в приведена схема винтового разборщика и на рис. 13.5, г вибрационного.

Главными параметрами фрикционного разборщика яв­ляются: общее передаточное отношение транспортеров; пе­редаточное отношение между смежными секциями; число секций.

Определение общего передаточного отношения (рис. 13.5) ведется из условия заданного интервала между хлыстами λ на последней секции. Разборка пачки будет осуществлена, если

общее передаточное отношение будет i₀ = v_n / v ₁= L / l где l — длина основания пачки до разборки; L — длина разобранной

На рис. 13.5 приведена схема разборки. Принимая λ = ε d, где ε — коэффициент растаскивания, можно написать, что

L = N λ = N ε d,

где N — количество хлыстов в пачке.

Длину основания пачки до разборки определяем следую­щим образом.

Площадь торцов древесины в пачке будет

С другой стороны, если принять сечение пачки за треуголь­ник, эта площадь будет

где μ — коэффициент полнодревесности. Приравнивая эти выражения, получим

Откуда

Теперь определим общее передаточное отношение:

Передаточное отношение между двумя секциями, очевидно, будет

Определим необходимое количество секций транспортера. Оно составит

Пример. Пусть объем пачки составляет 30 м³. Примем объем одного хлыста q=0,4 м³. Тогда количество хлыстов составит

N =30/0,4 = 75 шт.

Примем угол естественного откоса α = 40°; коэффициент полнодревесности μ = 0,6; коэффициент растаскивания ε = 2. Тогда общее передаточное отноше­ние будет

Принимая передаточное отношение между секциями одинаковым, будем иметь i ≥ε = 2.

Потребное количество секций составит

n =i ₀ /i + 1 = 6,9/2 + 1 = 4,45.

Принимаем 5 секций.

Одним из существенных недостатков таких фрикционных многосекционных разборщиков является возможный перекос хлыстов. Автоматическое управление выравниванием хлыстов

Рис. 13.6. Автоматическое выравнивание хлыстов

можно осуществить двумя упорами У (рис. 13.6, а), которые убираются электромагнитом УА (рис. 13.6, г), если оба конца хлыста (вершинный и комлевый) будут находиться у упоров. Фиксация этого положения производится двумя конечными выключателями SQ1 и SQ2. Очевидно, что событие срабатыва­ния электромагнита (событие уборки упоров) будет только в том случае, если сработает SQ1 и SQ2. Обозначив это собы­тие через А, можно написать следующее логическое уравнение

A = SQ1SQ2УA.

Электрическая схема в этом случае будет иметь два после­довательно включенных конечных выключателя SQ1 и SQ2 в цепь катушки электромагнита УА (рис. 13.6, б).

Заметим, что все рассмотренные разборщики рассредоточе­ния можно применять только на разборке хлыстов или сорти­ментов.

Разборщики поштучного отделения, кран-манипулятор. В ка­честве разборщиков для поштучного отделения хлыстов (де­ревьев) применяют различные крановые установки. Они тре­буют применения ручного труда на застропке грузов.

К механизмам, позволяющим полностью исключить ручной труд на разгрузке и разборке пачки, относится кран-манипуля­тор. В настоящее время на лесных складах применяют различ­ные конструкции таких манипуляторов.

Кран представляет собой конструкцию на базе гидрофици-рованного экскаватора. Он входит в комплект сучкорезных линий.

Оператор управляет краном из кабины. Управление гидро­цилиндрами производится золотниками, которые включает и выключает оператор при помощи рукояток. В процессе работы оператор стремится задать как минимум два одновременных движения крану (стреле, захвату). В противном случае произ­водительность крана будет низка. При такой сложной коорди­нации движений крана неизбежна быстрая утомляемость опе-

Рис. 13.7. Кран-манипулятор с следящей системой

ратора. Поэтому с точки зрения автоматизации движения от­дельных элементов крана наиболее перспективным следует считать применение автоматизированной следящей системы ма­нипулятора. Сущность этой системы заключается в том, что механическая рука крана-манипулятора копирует движение масштабной рукоятки оператора.

Как видно из рис. 13.7, гидроманипулятор состоит из меха­нической системы, включающей в себя стрелу 4, рукоять 2 с захватом 1. Привод этих конструктивных элементов произ-

водится гидроцилиндрами 3, которые в свою очередь управля­ются золотниками 5. Управление золотниками производится, пропорциональными электромагнитами ΥA1 и ΥA2 (на рис. 13.7, а показаны только два электромагнита управления золот­ника гидроцилиндра привода стрелы).

Управление манипуляторами типа ЛО-13С производится ру­коятками золотников, которые расположены на пульте в ка­бине оператора. Движение элементов системы задается опера­тором включением соответствующих рукояток золотников. Для точного наведения захвата на дерево (хлыст) оператору при существующем способе управления (включено-выключено) при­ходится производить многократные переключения золотников, что увеличивает время рабочего цикла и, как следствие, сни­жает производительность гидроманипулятора. Следует отме­тить, что эти многократные переключения отрицательно сказы­ваются на психологических нагрузках рабочего и механической прочности гидросистемы в целом из-за гидравлических ударов, которые испытывает вся гидросистема.

Для того чтобы система совершила задаваемое движение по оптимальной траектории, необходимо, чтобы в любой мо­мент времени расход жидкости, поступающей в гидроци­линдры, имел строго определенное значение. Фактически опе­ратору это не удается сделать, и система в целом перемеща­ется в пространстве по далеко не оптимальной траектории.

Решение проблемы оптимального движения стрелы и ру­кояти с захватом можно решать только при помощи следящей системы, принцип работы которой состоит в том, что механи­ческая система, отрабатывает строго определенное положение, задаваемое масштабной рукояткой оператора 2', 3' (рис., 13.7, а). Сравнение положения масштабной рукоятки и механи­ческой системы производится потенциометрической следящей системой (рис. 13.7, б), состоящей из кольцевых потенциомет­ров датчиков и приемников (на рисунке показаны линейные изображения потенциометров). Работу следящей системы рас­смотрим на примере движения одной стрелы 4 и рычага 4' масштабной рукоятки. Задавая положение рычага 4' (см. рис. 13.7, а) на угол α₁ ползунок потенциометра RPG1 зани­мает определенное положение α₁ (см. рис. 13.7, б). Положение стрелы 4 (рис. 13.7, а) определяется произвольным углом α₂, при котором ползунок потенциометра приемника также нахо­дится в произвольном положении α₂ (см. рис. 13.7, б). На вы­ходе сравнивающего устройства образуется разность потенциа­лов Δ U определенной полярности. Магнитный усилитель 6 (см. рис. 13.7, а), реагируя на эту полярность сигнала, включает.со­ответствующий пропорциональный электромагнит ΥA1 или ΥΑ2, который воздействует на золотник. Золотник, переме­щаясь, подключает определенную полость гидроцилиндра, и он

своим штоком начинает перемещать стрелу 4 в сторону устра­нения ошибки рассогласования таким образом, чтобы α₂ → α₁. Как только α₂ = α₁ (рис. 13.7, в), разность потенциалов Δ U = 0, электромагниты обесточатся, золотник займет нейтральное по­ложение и система остановится, отработав задаваемое поло­жение в пространстве. Одновременно аналогичным образом уп­равляются и рукоять 2 с захватом 1 (см. рис. 13.7, а), т. е. за­дающие потенциометры RPG2 и RPG3 имеют такую же схему включения с потенциометрами-приемниками RPE2 и RPE3. При этом система останавливается при α₁ = α₂, β₁ = β₂ и γ₁⁼γ₂·

Рис. 13.8. Блок-схема следящей системы

Таким образом, вместо нескольких рукояток управления золот­никами только одной масштабной рукояткой 2', 4' произво­дится управление всей механической системой.

Рассмотрим динамические свойства следящей системы.

Блок-схема следящей потенциометрической системы с вход­ными и выходными сигналами приведена на рис. 13.8. Соста­вим уравнения звеньев и определим их передаточные функ­ции.

1. Выходное напряжение задающего потенциометра RPG1 будет равно (см. рис. 13.7,6).

U ₁ = k ₁α₁, соответственно на выходе RPE1 U ₂= k ₁α₂, а общее вы­ходное напряжение составит

Δ U = U ₁ — U ₂ = k ₁ ( α₁—α₂) = k ₁Δα. Следовательно, передаточная функция будет

W ₁(P)= k ₁

2. Передаточная функция магнитного усилителя МУ в про­стейшем виде будет

где T ₂ — постоянная времени обмотки управления.

3. Уравнение пропорционального электромагнита УA с пру-

жиной и якорем представляет собой колебательное звено, пере­даточная функция которого имеет вид:

где Т ₃ — постоянная времени электромагнита; ξ — коэффициент демпфирования.

4. Гидроцилиндр Ц с золотником ГР (см. рис. 13.8) в иде­альном случае представляют собой интегрирующее звено, пе­редаточная функция которого имеет вид

5. Стрела С гидроманипулятора при перемещении штока гидроцилиндра будет поворачиваться на угол α₂. Очевидно, что α₂ = k ₅ x₂, где x ₂ — перемещение штока. Тогда передаточная

функция будет

W ₅ (P) = k ₅.

Известно, что общая передаточная функция всей разомкну­той системы определяется как W_p(P)=ПW_i(P), в нашем слу­чае будем иметь:

или

где k ₀ = k ₁ k ₂ k ₃ k ₄ k ₅.

Уравнение передаточной функции для замкнутой системы с отрицательной обратной связью имеет вид

Характеристическое уравнение соответственно будет

Это уравнение и используется для определения устойчиво­сти следящей системы гидроманипулятора.

Дата добавления: 2015-08-27