Введение к работе
Актуальность темы. Выращивание качественного посадочного материала в достаточном количестве для лесовосстановления и лесоразведения является одной из главных задач, стоящих перед лесоводами. Решение этой задачи, а также снижения затрат возможно путем интенсификации производства и совершенствования технологии выращивания на основе комплексного подхода. Важнейшее место в процессе выращивания посадочного материала занимает посев семян и уход за посевами на этапе прорастания семян, появления всходов и начального развития растений.
В процессе искусственного выращивания сеянцев с целью получения максимального количества всходов, проводится мульчирование посевов. В этом случае возникает вопрос о равномерности покрытия семян слоем мульчи и создании для всех семян одинаковых оптимальных условий для прорастания и развития всходов.
В связи с несовершенством средств механизации, слой мульчи на посевах создается не достаточно равномерным и толщина его часто не соответствует биоэкологическим потребностям выращиваемых растений. При этом происходит разрыв между операциями посева и мульчирования. Также достаточно быстро происходит выдувание слоя мульчи из-за его неравномерности, и неокрепшие всходы подвержены солнечному ожогу корневой шейки.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что внедрение в производство мульчирователя, отвечающего агротехническим требованиям, имеет большое значение для лесного хозяйства.
Цель исследований. Целью настоящей работы является повышение эффективности посева лесной комбинированной сеялкой путем использования наиболее рациональных параметров и режимов работы мульчирователя.
Задачи исследований.
1. Провести теоретические исследования и разработать математические модели, позволяющие качественно и количественно изучать параметры и режимы работы мульчирователя лесной комбинированной сеялки;
2. На основе построенных математических моделей разработать программное обеспечение для проведения компьютерных экспериментов и расчета параметров и режимов работы мульчирователя;
3. Исследовать, путем проведения компьютерных экспериментов, рациональные режимы работы нового мульчирователя лесной комбинированной сеялки;
4. Разработать новую конструктивную схему мульчирователя, обеспечивающую покрытие посевов равномерным слоем мульчи заданной толщины;
5. Провести лабораторные исследования работы нового мульчирователя, изучить факторы, влияющие на параметры слоя мульчи, определить рациональные конструктивно-установочные параметры мульчирователя;
6. Провести исследование эффективности работы нового мульчирователя при поверхностном посеве семян сосны обыкновенной.
Объекты и методы исследований. Объектами теоретических и экспериментальных исследований явились новый мульчирователь лесной комбинированной сеялки, его математические модели, реализованные в программном комплексе «Мulch», а также посевы семян сосны обыкновенной в питомнике филиала ОГУ «Саратоврегионлес» Тургеневский межрайонный лесхоз. Теоретические исследования базировались на методах теоретической механики и положениях теории сыпучих тел. При проведении экспериментальных исследований использовались методы прямого экспериментирования на реальных объектах, а также методы компьютерного моделирования изучаемых объектов. Обработка экспериментальных данных проводилась методами математической статистики на персональном компьютере с использованием пакета программ Statistica 5.5 и стандартной программы Excel Microsoft Office 2003.
Научная новизна.
- математические модели моментов сопротивления мульчирователя отличающиеся тем, что позволяют качественно и количественно исследовать работу мульчирователя с различными типами рыхлителей, а также моменты сопротивления почвы при качении прикатывающего катка с почвозацепами;
- созданное на основе математических моделей алгоритмическое и программное обеспечение («MULCH») отличающееся тем, что охватывает единым расчетным комплексом все разработанные математические модели и позволяющее одновременно рассчитывать все основные конструктивные параметры (эксплуатационный вес, приходящийся на прикатывающий каток, радиус прикатывающего катка, передаточные числа редуктора от дозатора к рыхлителю, радиус звездочки привода дозатора и др.) и режимы работы (диапазон скоростей движения, угловую скорость вращения рыхлителя и т.д.) мульчирователя;
- результаты компьютерных экспериментов по обоснованию параметров (эксплуатационного веса, приходящегося на прикатывающий каток, радиуса прикатывающего катка, передаточных чисел редуктора от дозатора к рыхлителю, радиуса звездочки привода дозатора) и режимов работы (диапазона скоростей движения) мульчирователя, отличающиеся последовательным определением численных значений рациональных параметров и режимов работы мульчирователя;
- конструкция мульчирователя (патент на изобретение
№ 2316162) лесной комбинированной сеялки, отличающаяся тем, что дозатор мульчи, расположенный в нижней части бункера, имеет сменные пластины, изменяющие высоту лопастей, при этом привод дозатора осуществляется посредством цепной передачи со сменными звездочками, а в бункере для мульчи располагается рыхлитель.
- результаты лабораторных исследований факторов, влияющих на равномерность распределения слоя мульчи и соответствие его заданным параметрам (толщина слоя мульчи при покрытии посевов семян сосны обыкновенной 1,5 см), отличающиеся комплексным рассмотрением конструктивно-установочных параметров мульчирователя и свойств мульчи (фракционный состав, влажность и др.).
- результаты полевых испытаний мульчирователя лесной комбинированной сеялки, отличающиеся повышением выхода стандартного посадочного материала на 40,5% и экономической эффективности.
Научные положения, выносимые на защиту.
математические модели работы мульчирователя, позволяющие исследовать моменты сопротивления мульчирователя с различными типами рыхлителей и моменты сопротивления почвы при качении прикатывающего катка с почвозацепами;
результаты компьютерных экспериментов по определению численных значений рациональных параметров (эксплуатационного веса, приходящегося на прикатывающий каток, радиуса прикатывающего катка, передаточных чисел редуктора от дозатора к рыхлителю, радиуса звездочки привода дозатора) и режимов работы (диапазона скоростей движения) мульчирователя
результаты лабораторных исследований факторов (фракционного состава, коэффициентов внутреннего, статического и динамического трения, влажности мульчирующего материала) и конструктивно-установочных параметров мульчирователя (тип рыхлителя, высота установки дозатора над поверхностью мульчируемой ленты), влияющих на равномерность распределения слоя мульчи и соответствие его заданным параметрам;
новая конструкция мульчирователя лесной комбинированной сеялки (положительное решение о выдаче патента на изобретение), позволяющая, осуществлять дозированную подачу мульчи на посевную ленту и создавать на поверхности посевов равномерный слой мульчи заданной толщины;
результаты экспериментальных исследований нового мульчирователя лесной комбинированной сеялки, позволяющие судить о его эффективности по увеличению выхода стандартного посадочного материала на 40,5%;
результаты изучения экономической эффективности нового мульчирователя лесной комбинированной сеялки, дающие возможность определить годовую экономию в ценах 2007 г. в размере 28333 руб.
Достоверность научных исследований.
Выводы и рекомендации подтверждаются достаточным объемом экспериментального материала, полученного как при проведении опытов на почвенном канале, так и при производственной проверке мульчирователя, результатами математической обработки данных на ПК с использованием программного комплекса «MULCH», программ Statistica 5.5, MS Excel 2003, эффективной работой мульчирователя изготовленного в соответствии с рациональными параметрами, полученными при проведении теоретических исследований.
Практическая ценность.
Разработанный мульчирователь лесной комбинированной сеялки обеспечивает покрытие посевов лесных семян равномерным слоем мульчи заданной толщины. Результаты исследований и научных разработок могут быть применены при дальнейшем совершенствовании конструкций мульчирователей.
Апробация работы и публикации.
Основные положения работы докладывались и обсуждались на:
- научно-практической конференции «Эколого-технологические аспекты лесного хозяйства в степи и лесостепи» (2007 г.), г. Саратов;
- научных конференциях СГАУ им. Н.И. Вавилова (2005 - 2007 гг.);
- объединенном заседании кафедр «Механизация лесного хозяйства», «Теоретическая механика и теория механизмов и машин», «Сопротивление материалов и стандартизация», «Детали машин и подъемно-транспортные машины», «Садово-парковое и ландшафтное строительство» (ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова»);
- по материалам диссертации опубликовано 10 научных работ (автор 1,37 печ. листа из 2,56).
Реализация работы
Рекомендации и опытный образец мульчирователя использовались при выращивании сеянцев хвойных пород в питомнике филиала ОГУ «Саратоврегионлес» Тургеневский межрайонный лесхоз. Результаты исследований нашли применение в учебном процессе кафедры «Механизация лесного хозяйства» ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова».
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающего 122 источника, в том числе 5 иностранных. Общий объем диссертации 198 страниц. Из них основного текста 158 страницы и 32 приложений. Текст иллюстрирован 50 таблицами и 60 рисунками.
