Проектирование машин лесного комплекса

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Воронежская государственная лесотехническая академия»

И. М. Бартенев    П. И. Попиков     Д. Ю. Дручинин

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАШИН ЛЕСНОГО КОМПЛЕКСА

Учебное пособие

Воронеж 2013

УДК 630* : 65.011.54

Бартенев, И. М. Проектирование машин лесного комплекса: учеб. по
собие [Текст] / И. М. Бартенев, П. И. Попиков, Д.Ю. Дручинин, Воронеж: 
ФГБОУ ВПО ВГЛТА., – 2013. – 456 с.

В учебном пособии изложены общие положения организации и проведе
ния разработки новых машин, их испытаний; методы и этапы проектирования и 
расчета рабочих органов корчевальных машин, плугов, культиваторов, дисковых орудий, почвообрабатывающих фрез и ямокопателей; лесных сеялок и посадочных машин; машин и оборудования для сбора и обработки лесных семян; 
опрыскивателей и опыливателей; опорных колес, полозьев, карданных передач, 
вентиляторов, навесных и других устройств. Освещены вопросам проектирования рабочих органов и технологического оборудования самоходных лесных 
машин для рубок ухода, а также результаты исследований и методических разработок авторов. Приводятся теоретические и практические данные для расчета 
и проектирования срезающих механизмов для валки деревьев, рабочих органов 
кусторезов, сучкорезных и рубильных машин, захватных устройств и гидроманипуляторов. Приведены необходимые для проектирования сведения о технических свойствах обрабатываемых материалов, основные требования, предъявляемые к машинам.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направ
лению подготовки бакалавра 151000.62 «Технологические машины и оборудование»

УДК 630*: 65.011.54

 Бартенев И.М., Попиков П.И.,
Дручинин Д.Ю, 2013

 ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная
лесотехническая академия», 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение
13

Раздел первый. Общие положения и организация работ по 
разработке и постановке машин на производство
14

Основные направления решения научных и технических задач
создания и совершенствования машин
14

1.1 Роль машин в современном лесном комплексе
14

1.2 Формирование задачи и общие принципы конструирования
14

1.3 Основные требования, предъявляемые к машине
16

1.4 Долговечность и срок службы машин
21

1.5 Надежность и жесткость конструкции
23

1.6 Масса, металлоемкость машин и способы их снижения
25

1.7 Конструктивная унификация и универсализация машин
27

1.8 Способы агрегатирования машин и соединения их с энергетическими

средствами
30

Система автоматизированного проектирования
32

1.9 Понятие о методах проектирования
32

1.10 Система автоматизированного проектирования
34

1.11 Технология автоматизированного проектирования
39

Основы художественного и эргономического конструирования
машин
41

1.12 Дизайн и техническая эстетика
41

1.13 Эргономика
46

1.14 Патентное обеспечение конструирования
49

Организация работ по разработке новой техники лесного комплекса
54

1.15 Общая схема процесса разработки машины
55

1.16 Характеристика технической документации
56

1.17 Функции заказчика, разработчика, изготовителя и потребителя

новой техники
62

Испытания лесных машин
66

1.18 Общие положения
66

1.19 Техническая экспертиза
68

1.20 Лабораторно-полевые испытания
68

1.21 Испытания в хозяйственных условиях
72

1.22 Экономическая оценка
74

1.23 Оценка условий труда
75

Раздел второй.    Почвообрабатывающие машины
77

Теоретические основы проектирования плугов
77

2.1 Физико-механические и технологические свойства почв
77

2.2 Виды обработки почв и классификация почвообрабатывающих

машин
86

2.3 Теоретические основы процесса вспашки
89

2.4 Процесс работы лемешного плуга
94

Расчет и проектирование лемешных плугов
98

2.5 Проектирование отвалов с горизонтальными образующими
98

2.6 Проектирование отвалов с нелинейчатыми поверхностями
111

2.7 Особенности проектирования отвала плуга для бороздной вспашки 

при использовании криволинейной направляющей и образующих с
переменным радиусом кривизны
117

2.8 Расчет и проектирование рабочих органов лемешных плугов и

лущильников
118

2.9 Расстановка рабочих органов на раме плугов
128

2.10 Силы, действующие на навесной плуг и условия равновесия
133

2.11 Проектирование лемешно-отвальной поверхности корпуса плуга
канавокопателя
138

Дисковые почвообрабатывающие орудия
143

2.12 Типы и назначение дисковых орудий и параметры дисков
143

2.13 Расчет и проектирование орудий батарейного размещения дисков
145

2.14 Проектирование и расчет дисковых плугов и дискаторов
148

Лаповые культиваторы
155

2.15 Назначение и классификация
155

2.16 Рабочие органы культиваторов
156

2.17 Способы крепления рабочих органов к раме
157

2.18 Проектирование стрельчатых лап
158

2.19 Определение основных параметров культиваторов
161

2.20 Построение кинематических и компоновочных схем
164

2.21 Определение усилий в звеньях навесных культиваторов
168

2.22 Расчет рабочих органов на прочность
169

Фрезерные почвообрабатывающие машины
171

2.23 Назначение и классификация
171

2.24 Рабочие органы
172

2.25 Кинематические параметры технологического процесса
174

2.26 Усилия, действующие на нож фрезы
179

2.27 Расчет мощности при работе фрезы
179

2.28 Определение основных параметров фрезы
182

2.29 Построение кинематических схем фрез
183

2.30 Расчет основных узлов и деталей
185

Ямокопатели
189

2.31 Определение основных параметров
189

2.32 Построение кинематической схемы ямокопателя
193

2.33 Расчет основных узлов и деталей ямокопателя
197

Раздел третий. Посевные и лесопосадочные машины
200

Лесные сеялки
200

3.1 Способы посева лесных семян и агротехнические требования к

посевным машинам
200

3.2 Общий порядок проектирования лесной сеялки
201

3.3 Расчет семенного бункера посевных машин
203

3.4 Расчет высевающих аппаратов
205

3.5 Проектирование семенной коробки
215

3.6 Расчет параметров семяпроводов
216

3.7 Сошники и заделывающие органы
218

3.8 Вспомогательные части сеялок
226

Лесопосадочные машины
228

3.9 Общее устройство и классификация лесопосадочных машин
228

3.10 Сошники
230

3.11 Посадочные (подающие) механизмы
234

3.12 Рабочие органы для заделывания корней
238

3.13 Кинематическая связь бороздообразующих и

почвозаделывающих рабочих органов
241

Раздел четвертый. Машины и механизмы для сбора,
переработки и очистки лесных семян
244

Машины и механизмы для сбора семян и плодов
244

4.1 Способы сбора семян
244

4.2 Машины и механизмы для сбора лесных семян
244

Машины для очистки и сортирования семян
249

4.3 Физико-механические свойства семян и примесей
249

4.4 Классификация воздушных систем семяочистительных машин
252

4.5 Вертикальный воздушный канал
253

4.6 Наклонный воздушный канал
256

4.7 Вентиляторы
257

Решетная очистка и сортировка семян
261

4.8 Конструкция решет
261

4.9 Выбор решет
263

4.10 Расчет основных параметров плоских решет
264

Другие машины для очистки и сортирования семян
269

4.11 Фрикционная очистка
269

4.12 Вибрационные семяочистительные машины
273

4.13 Пневматический сортировальный стол
274

4.14 Магнитные сепараторы
275

4.15 Электрические сепараторы
276

Раздел пятый. Расчет и проектирование питателей
279

5.1 Шнековые питатели
279

5.2 Планчатые питатели
282

5.3 Вибрационные питатели
284

Раздел шестой. Машины для химической защиты растений
287

6.1 Методы защиты растений
287

6.2 Исходные требования к машинам для химической борьбы с

вредителями, болезнями и сорняками
288

6.3 Расчет и проектирование рабочих органов опрыскивателей
289

6.4 Конструктивные параметры рабочих органов опыливателей
298

6.5 Основные параметры вентиляторов опыливателей
301

6.6 Распыливающие устройства
304

Раздел седьмой. Машины и оборудование для лесорасчистки
306

7.1 Корчевальные машины
306

7.2 Расчет гидроцилиндров
312

7.3 Тракторные кусторезы
314

Раздел восьмой. Расчет отдельных механизмов
лесохозяйственных машин
317

8.1 Расчет опорных колес
317

8.2 Расчет основных параметров опорных полозьев
321

8.3 Расчет и проектирование навесного устройства орудия
323

8.4 Расчет предохранительных устройств лесохозяйственных машин
329

8.5 Расчет устойчивости агрегата
335

Раздел девятый. Назначение и параметры современных 
конструкций самоходных лесных машин

337

9.1 Специализированные лесозаготовительные машины
337

9.2 Анализ существующих конструкций харвестеров
347

Раздел десятый. Техническое задание на проектируемое 
оборудование

354

10.1 Наименование и область применения
354

10.2 Основание для разработки
354

10.3 Цель и назначение разработки
354

10.4 Источники разработки
355

10.5 Технические требования
355

10.6 Экономические показатели
361

10.7 Стадии и этапы разработки
361

10.8 Порядок контроля и приёмки
362

Раздел одиннадцатый. Проектирование гидроманипуляторов
363

11.1 Определение геометрических параметров манипулятора
363

11.2 Построение зоны действия манипулятора
365

11.3 Расчёт усилий в гидроцилиндрах и выбор параметров
366

11.4 Расчёт на прочность элементов манипулятора
370

Раздел двенадцатый. Оптимизация положений стандартных
гидроцилиндров манипулятора

374

12.1
Оптимизация 
положений 
стандартных 
гидроцилиндров 

манипулятора при статическом и динамическом режимах нагружения

374

Раздел тринадцатый. Совмещение операций подъема стрелы и 
вращения рукояти манипулятора

382

13.1 Целесообразность совмещения подъёма стрелы и вращения рукояти 

манипулятора

382

13.2 Порядок решение задачи совмещения рабочих операций
384

13.3 Численный метод решения системы дифференциальных уравнений 

процессов подъёма стрелы и вращения рукояти 

389

13.4
Исследование эффективности совмещения рабочих операций 

манипулятора

391

Раздел четырнадцатый
Проектирование захватных устройств для лесных грузов

394

14.1
Типы 
захватных 
устройств 
и 
исходные 
данные 
для 
их 

проектирования

394

14.2 Определение геометрических параметров челюстей грейфера
394

14.3 Расчет работы зачерпывания и выбор гидроцилиндра грейфера
397

14.4 Расчет на прочность челюстей грейфера
398

14.5 Проектирование грейферов для сыпучих грузов
403

Раздел пятнадцатый. Проектирование кониковых зажимных 
устройств

405

15.1 Расчет коников на прочность
407

Раздел шестнадцатый. Расчет и проектирование захватных 
устройств харвестеров

412

16.1 Натяг дерева при его срезании
412

16.2 Отрыв дерева от пня после срезания
414

16.3 Перенос дерева в вертикальном положении
415

16.4 Подтаскивание дерева за комель при волочащейся вершине
417

16.5 Наклон дерева в положение от машины
419

16.6 Силы, действующие на захватный рычаг с роликом
422

Раздел 
семнадцатый. 
Проектирование 
и 
расчет 
ножевого 

срезающего устройства харвестерной головки

425

17.1 Проектирование срезающих устройств ножевого типа
425

17.2 Выбор принципиальной схемы механизма
425

17.3 Кинематический анализ ножевого срезающего механизма
426

17.4 Определение усилия резания ножевых срезающих механизмов
429

17.5 Расчет гидропривода НСУ
430

Раздел 
восемнадцатый. 
Оценка 
компоновки 
самоходной 

машины. Описание конструкции и технологического процесса

432

18.1 Требования к компоновке лесных машин
432

18.2 Постановка задачи компоновки лесной машины
432

18.3 Расчет положения центра тяжести лесной машины при установке на 

трактор технологического оборудования

433