Введение к работе
Актуальность темы.
В соответствии с лесным кодексом РФ необходимым условием для успешного выращивания лесных культур является агротехнический уход за ними. Агротехнический уход проводится в целях предотвращения зарастания поверхности почвы сорной травянистой и древесно-кустарниковой растительностью, накопления влаги в почве и т.п.
Для механизации агротехнических уходов за культурами на вырубках в настоящее время применяются различные средства механизации, такие как дисковые орудия, фрезерные машины, тракторные кусторезы и др.
Дисковые плуги и бороны хорошо измельчают поросль и заделывают ее на определенную глубину, но очень энергоемки и требуют двукратного прохода в перекрестных направлениях.
Для обработки почвы в междурядьях лесных культур на вырубках с одновременным уничтожением поросли и корней, применяются фрезерные культиваторы, которые обеспечивают хорошее качество рыхления почвы, измельчение и заделку травянистой растительности. Однако они обладают недостаточной надежностью при встречах с препятствиями из-за поломок ножей, карданных валов и других элементов механического привода, а также отличаются большой энергоемкостью рабочего процесса.
В условиях вырубок тракторные кусторезы с активными рабочими органами в виде цилиндрических фрез, дисковых и цепных пил также не полностью отвечают необходимым требованиям по уходу за лесными культурами, так как срезают поросль на высоте 0.4-0.5 м, вследствие чего происходит ее достаточно быстрое возобновление, а их механический привод недостаточно надежен.
Поэтому возникает необходимость создания комбинированных орудий для срезания поросли на уровне корневой системы и одновременной дополнительной обработки почвы за один проход агрегата. Наиболее перспективными для этих целей являются инерционно-рубящие рабочие органы с гидроприводом, закрепленные на горизонтальном приводном валу с помощью гибких связей.
Однако известные теоретические и экспериментальные исследования рабочих процессов машин с активными рабочими органами недостаточно описывают их взаимодействие с почвой и верхней частью корневых систем поросли, а также динамические процессы в гидроприводе.
Целью работы является повышение эффективности агротехнических уходов за лесными культурами на вырубках за счет обоснования основных параметров рабочих органов активного действия, обеспечивающих уничтожение поросли малоценных пород с одновременной дополнительной обработкой почвы.
Объектом исследования являются активные рабочие органы с чашечным, грибовидным, тарельчатым и комбинированным ножами; гидропривод рабочих органов; верхние части корневых систем поросли, почва.
Предмет исследований. Взаимодействие активных рабочих органов с почвой и верхней частью корневой системы поросли и динамика гидропривода.
Методы исследований. Научные исследования проводились при помощи методов: дифференциального и интегрального исчислений, аналитической геометрии, теоретической механики, имитационного моделирования. Обработка результатов измерений производилась методами математической статистики с применением современных средств вычислительной техники. Достоверность результатов научных исследований подтверждается апробацией на предприятии лесного комплекса и использованием рекомендаций конструкторскими организациями при разработке машин с комбинированными активными рабочими органами.
Научная новизна.
1 Новая конструктивно-технологическая схема машины с гидроприводом инерционно-рубящих рабочих органов, подтвержденная патентом на полезную модель №47611, отличающаяся тем, что рабочий орган включает ряд комбинированных ножей, установленных на горизонтальном валу посредством упругих гибких связей, для срезания поросли на уровне верхней части корневой системы с одновременным фрезерованием почвы.
2 Разработана математическая модель рабочих процессов машины, отличающаяся учетом влияния параметров активных рабочих органов, биометрических и физико-механических свойств поросли на работу машины.
3 Закономерности взаимодействия рабочих органов машины, отличающиеся учетом динамических параметров гидропривода и оценкой энергоемкости работы ножей различной конфигурации.
4 Рекомендации по технологии удаления поросли, отличающиеся повышением качества ее удаления, снижением энергоемкости и повышением экономической эффективности.
Значимость для науки заключается в установлении влияния конструктивных и технологических параметров рабочих органов на процесс удаления поросли при работе на вырубках; получении математической модели рабочих процессов машины; разработке новой конструкции рабочего органа, новизна которого подтверждена патентом на полезную модель №47611.
Практическая ценность работы состоит в разработке конструкции машины для агротехнического ухода за лесными культурами и обосновании основных параметров новых рабочих органов, обеспечивающих повышение эффективности уничтожения поросли малоценных древесных пород и снижение энергоемкости рабочего процесса.
Научные положения, выносимые на защиту:
1 Конструкция активных рабочих органов машины для агротехнического ухода, позволяющая повысить эффективность уничтожения поросли малоценных древесных пород;
2 Математическая модель рабочих процессов машины, позволяющая обосновать параметры активных рабочих органов с учетом влияния биометрических и физико-механических свойств поросли на работу машины;
3 Закономерности взаимодействия рабочих органов машины с почвой и порослью, позволяющие учитывать динамические параметры гидропривода и оценить эффективность и энергоемкость работы ножей различной конфигурации;
4 Рекомендации по технологии удаления поросли, позволяющие повысить качество ее удаления, снизить энергоемкость и повысить экономическую эффективность.
Достоверность полученных результатов. Выводы диссертационной работы базируются на результатах фактического материала, полученного при проведении лабораторных и полевых испытаний. В ходе проведения лабораторных исследований учитывались плотность, влажность, порода и биометрические показатели поросли. Полученные данные обрабатывались методом математической статистики с использованием программ Microsoft Excel 2003, MathCad 11 и Statistica 5.5 для персонального компьютера.
Личное участие автора заключается в определении целей и задач работы, в выполнении научно-технических исследований и анализа их результатов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной лесотехнической академии (2004-2008 гг.), Петрозаводского государственного университета (2005 г.), Северо-Кавказского государственного технического университета (2007 г.), Волгоградской государственной сельскохозяйственной академии (2008 г.), а также заседаниях кафедры механизации лесного хозяйства и проектирования машин Воронежской государственной лесотехнической академии.
Публикации. Основные научные разработки по теме диссертации опубликованы в 8 работах, включая 1 статью в издании центральной печати рекомендованного ВАК Федерального агентства по образованию РФ, 3 публикации без соавторов и 1 патент на полезную модель.
Реализация работы. Разработанная машина для агротехнического ухода за лесными культуррами, а также результаты научных исследований были внедрены в ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации», ФГУП «Центральное опытно-конструкторское бюро лесохозяйственного машиностроения», ГОУ ВПО "Воронежская государственная лесотехническая академия",.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложений.
Общий объем работы на 187 страницах машинописного текста, включающего 155 страниц основного текста, 31 таблица, иллюстрировано 77 рисунками.
