Машина для очистки лож водохранилищ от древесины
Владельцы патента RU 2743241:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) (RU)
Изобретение относится к области лесной индустрии и может быть использовано для количественной и качественной очистки акваторий озер и водохранилищ от "бесхозной" аварийной древесины в плавающем, полузатопленном состоянии. Машина для очистки лож водохранилищ от древесины состоит из самоходного шасси на гусеничном ходу, на раме которого смонтирована платформа с расположенными на ней кабиной управления, манипулятором с захватом для древесины, приводом шасси и гидроприводом. Машина устанавливается на понтон, а к раме машины шарнирно крепятся два гидроцилиндра, к штокам гидроцилиндров шарнирно присоединяется поворотный кронштейн стрелы, к которому крепится базовая конструкция манипулятора. Достигается повышение экологической безопасности при качественной очистке водохранилищ, снижение затрат и износ оборудования, а также расширение эксплуатационных возможностей машины. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области лесной индустрии и может быть использовано для количественной и качественной очистки акваторий озер и водохранилищ от "бесхозной" аварийной древесины в плавающем, полузатопленном состоянии.
Современное состояние водохранилищ гидростанций Восточной Сибири показывает, что вопросы лесосводки и лесоочистки на практике решены с большими нарушениями и отклонениями. Следствием этого явилось образование значительных объемов плавающей древесной массы на акватории затопленных водохранилищ.
Известно устройство для очистки водоема от затонувшей древесины, содержащее двухбарабанную лебедку, установленную на одном берегу реки, и трособлочную систему, включающую оттяжной канифас-блок, установленный на другом берегу реки, огибающий его трос с рабочей и оттяжной ветвями, свободные концы которых запасованы на соответствующие барабаны лебедки, и чокерный трос, связанный с рабочей ветвью троса посредством накладного чокерного зажима. (Патент RU №2058927, МПК B65G69/20, опуб. 29.04.1993)
Известное устройство имеет недостатки. Расчистка водоема от затонувшей древесины производится трелеванием бревен по дну водоема. Это требует дополнительных затрат на преодоление сил трения, а воздействие бревен на дно водоема приводит к разрушению нерестилищ рыб, что нарушает экологию водоема. Также, ввиду использования трособлочной системы данное устройство имеет ограниченный радиус использования, что не предоставляет возможность в более широкой очистке водоема от плавающей или затонувшей древесины.
Известно устройство для резки дерева с опорой на кабеле для использования с драглайнами и т.п., которое содержит удлиненный корпус инструмента с парой противоположных губок, расположенных на одном конце корпуса инструмента и подвижных относительно друг друга, так что губки могут открываться и закрываться. Предусмотрен участок с открытым концом, ограниченный челюстями в открытом положении и приспособленный для приема дерева, чтобы захватывать или резать его. Противовесная часть удлиненного тела, как правило, расположена напротив и расположена на расстоянии от открытого рта. Подъемная проушина расположена между челюстями и противовесом для образования соединения с тросом, и средство, отстоящее от подъемной проушины, предназначено для перемещения тела в поперечном направлении, когда поддерживается вертикально вытянутым подъемным тросом (Патент US №4802517 А1, опуб. 07.02.1989).
Недостаток данного устройства в том, что конструкция с тросом значительно усложняет и затрудняет работу. Из-за ограничения в диаметре обхватываемого дерева данная конструкция не способна доставать массивные деревья.
Наиболее близким к предполагаемому изобретению является машина для подъема затонувшей древесины, включающая самоходное шасси на гусеничном ходу, на раме которого при помощи поворотного круга смонтирована платформа с расположенными на ней кабиной управления, манипулятором с захватом для древесины, приводом шасси и гидроприводом, снабженная герметичным ограждением, борта которого жестко закреплены к краям платформы по всему ее периметру, механизмом вертикального подъема передней части машины и смонтированным на манипуляторе дополнительным гидроцилиндром поворота захвата в продольной вертикальной плоскости. (Патент RU №2043292, МПК В66С 23/44, опуб. 10.03.1993)
Недостатком данной машины является то, что подъем древесины может осуществляться только с прибрежной и береговой территории, за счет недостаточного заглубления манипулятора, что является недостаточным для качественной очистки водохранилищ. Также, в связи с дополнительной нагрузкой повышается износ машины.
Задача данного изобретения заключается в упрощении конструкции для более качественной очистки водохранилищ от древесины, за счет установленного на основании машины поворотного кронштейна, к которому крепится манипулятор с захватно-срезающим устройством и постановки машины на подвижный понтон, а также, снижение затрат и износа оборудования.
Технический результат заключается в повышение мобильности, экологической безопасности при качественной очистке водохранилищ, за счет установленного на основании машины поворотного кронштейна к которому крепится манипулятор с захватно-срезающим устройством и постановки машины на подвижный понтон. Снижение затрат и износ оборудования, за счет уменьшения расхода топлива и частичного использования машины, а также расширение технологических возможностей машины.
Технический результат изобретения достигается тем, что машина для очистки лож водохранилищ от древесины, состоящая из самоходного шасси на гусеничном ходу, на раме которого при помощи поворотного круга смонтирована платформа с расположенными на ней кабиной управления, манипулятором с захватом для древесины, приводом шасси и гидроприводом, согласно изобретению, машина дополнительно снабжена поворотным кронштейном, который крепится к раме путем шарнирного крепления и двумя гидроцилиндрами, причем к поворотному кронштейну с одной стороны шарнирно присоединена стрела манипулятора с возможностью ее продольного перемещения, а с другой стороны к поворотному кронштейну шарнирно присоединены штоки двух гидроцилиндров, которые в свою очередь шарнирно установлены на раме.
Машина для очистки лож водохранилищ от древесины снабжена понтоном, имеющим возможность перемещения по водохранилищу, с упорами для фиксации машины.
На рис. 1 показана принципиальная схема установки поворотного кронштейна на валочно-пакетирующую машину.
На рис. 2 показана принципиальная схема машины на понтоне.
На рис. 3 показан вид сбоку поворотного кронштейна на раме ВПМ.
В качестве базовой конструкции технологического модуля принимаем валочно-пакетирующую машину (ВПМ ЛП-19) 1. ВПМ устанавливается на подвижный понтон, выполненный по схеме «катамаран». На раму ВПМ шарнирно устанавливаются два гидроцилиндра 6, к штокам гидроцилиндров путем шарнирного крепления 10 крепится поворотный кронштейн 5 стрелы 2, который приводится в действие с помощью гидроцилиндров 6 поворотного кронштейна 5. Также, поворотный кронштейн крепится к раме путем шарнирного крепления 11. Базовая конструкция манипулятора в виде стрелы 2, гидроцилиндра 8 стрелы, рукояти 3 стрелы, гидроцилиндра 7 рукояти стрелы, захватно-срезающего устройства 4 и гидроцилиндра 9 ЗСУ крепится на поворотный кронштейн 5, с помощью шарниров 12. При необходимости углубления ЗСУ поворотный кронштейн приводится в действие с помощью гидроцилиндров 6 поворотного кронштейна 5 и опускает стрелу манипулятора, что позволяет ЗСУ заглубляться на глубину до 5…7 метров с целью удаления затопленной древесины, которая после складируется на понтоне.
Машина работает следующим образом.
ВПМ с модернизированным манипулятором заезжает на подвижный понтон, оснащенный водным движителем, который позволяет понтону свободно передвигаться по водохранилищу. ВПМ надежно закрепляется с помощью упоров на понтоне для предотвращения переворота машины.
Оператор, нажатием тумблера приводит в движение понтон и, при необходимости передвигается по водному пространству. При необходимости срезания или вылавливания затонувшей древесины оператор останавливает понтон и, с помощью нажатия кнопки приводит в действие гидроцилиндры 6, ход которых обеспечивает наклон поворотного кронштейна на угол 89 градусов, тем самым позволяя манипулятору опускаться на глубину до 5 - 7 метров, поворотного кронштейна 5, базовая конструкция манипулятора в виде стрелы 2 опускается на необходимую для срезания дерева глубину. Плавающие на поверхности воды, а также затопленные и ранее растущие под водой деревья собираются с помощью манипулятора ВПМ и грузятся на понтоне, формируют пучок, для более удобного складирования древесины, затем выгружают ее с понтона. Такой процесс повторяется по мере необходимости. После выполненной работы, оператор нажатием кнопки возвращает гидроцилиндры 6 поворотного кронштейна 5 в исходное положение, приводит в действие понтон и возвращается на берег.
Поскольку работы, связанные с очисткой водохранилищ носят ярко выраженный сезонный характер, т.е. фактически очистка возможна в период навигации, возникает необходимость в консервации и межнавигационном хранении оборудования. Избежать этого позволяет конструкция, выполненная в виде ВПМ, устанавливаемого на подвижный понтон.
Расчет усилия гидроцилиндра поворота основания манипулятора.
Валочно-пакетирующая машина ЛП-19 оснащена шарнирно-сочлененным манипулятором с вылетом 0,8 м, грузоподъемностью 3200 кг. Применительно к работе в качестве модуля (ВПМ+понтон) по очистке водоемов от древесины, манипулятор имеет существенный недостаток -максимальное заглубление захватно-срезающего устройства составляет 0,8 м, что явно недостаточно. Для устранения этого недостатка предусматриваем установку стрелы 2 манипулятора на поворотном кронштейне 5, которая соединена шарнирным креплением 12. Кронштейн крепится к штокам гидроцилиндров с помощью шарниров 10. Для поворота кронштейна служат два гидроцилиндра 6, сам же поворотный кронштейн крепится к раме путем шарнирного крепления 11.
Подобная конструкция обеспечивает величину заглубления до 5...7 м ниже опорной поверхности ходовой части ЛП-19.
Проведем расчет усилия гидроцилиндра, необходимого для управления поворотным основанием манипулятора. Принимаем следующее условие: поскольку крайнее нижнее положение манипулятора - крайне не выгодно в плане кинематической схемы привода, принимаем нагрузку равную весу конструкции манипулятора (с условием достаточной плавучести лесоматериала), т.е. нагрузка Р=18000 кг.
Крутящий момент от веса манипулятора с грузом относительно точки крепления поворотного основания равен:
М=18000*3,8=68400 Н,
- где М-крутящий момент.
При крайнем положении манипулятора гидроцилиндр 3 имеет плечо равное 200 мм, следовательно необходимое усилие гидроцилиндра равно:
Р1=68400/0,2=342000 Н
- где Р1-усилие коэффициента запаса.
С учетом коэффициента запаса принимаем усилие Р1=410400 Н
Выбираем гидроцилиндр по ГОСТ 6540-64 со следующими параметрами:
Длинна гидроцилиндра, мм ПО
| Длина штока гидроцилиндра, мм | 90 |
| Диаметр поршня, мм | 160 |
| Диаметр штока, мм | 70 |
Усилие, Н при Р=16МПа
| при выдвижении штока | 321750 |
| при втягивании | 257400 |
| ход штока | 1000 мм |
Современное состояние водохранилищ гидростанций Восточной Сибири показывает, что вопросы лесосводки и лесоочистки на практике решены с большими нарушениями и отклонениями. Следствием этого явилось образование значительных объемов плавающей древесной массы на акватории затопленных водохранилищ.
Такое положение привело к неожиданным результатам, потребовавшим серьезный объем дополнительных капитальных вложений на содержание водохранилищ в надлежащем экологическом состоянии. Несмотря на принятые меры, после затопления водохранилищ, они до настоящего времени находятся в недопустимом экологическом состоянии, что значительно сокращает область использования водных ресурсов для нужд экономики. Аварийное состояние водных объектов приводит к ухудшению функций регулирования водного обмена, рекреационной функции, ухудшается условия жизнедеятельности водных организмов, рыбы.
Таким образом, данное изобретение, ввиду усовершенствования базовой конструкции ВМП, с помощью установки поворотного кронштейна, является более качественной, эффективной и простой очисткой водохранилищ от затопленной древесины, так как, в отличие от предполагаемого аналога будет производиться очистка не только прибрежных и береговых территории, но и более глубоких частей водохранилища. Так же, задействование только манипулятора ВПМ существенно снижает затраты на топливо и износ оборудования.
Таким образом, мы получаем модуль (ВПМ+понтон), готовый работать по своему назначению.
Такая конструкция позволяет свободно передвигаться по водоему, предоставляя возможность работать на любой его глубине. Благодаря заглублению манипулятора, при использовании поворотного кронштейна имеется возможность вылавливать не только плавающую древесину, но и затопленную, что предоставляет возможность более качественной очистки лож водохранилищ.
1. Машина для очистки лож водохранилищ от древесины, содержащая самоходное шасси на гусеничном ходу, на раме которого при помощи поворотного круга смонтирована платформа с расположенными на ней кабиной управления, манипулятором с захватом для древесины, приводом шасси и гидроприводом манипулятора, отличающаяся тем, что дополнительно снабжена поворотным кронштейном, который крепится к раме путем шарнирного крепления и двумя гидроцилиндрами, причем к поворотному кронштейну с одной стороны шарнирно присоединена стрела манипулятора с возможностью ее продольного перемещения, а с другой стороны к поворотному кронштейну шарнирно присоединены штоки двух гидроцилиндров, которые в свою очередь шарнирно установлены на раме.
2. Машина для очистки лож водохранилищ по п. 1, отличающаяся тем, что снабжена понтоном, имеющим возможность перемещения по водохранилищу, с упорами для фиксации машины.
