Введение к работе
Актуальность проблемы. В России множество лесных пожаров возникает в наиболее горшяых сосновых насаждениях, ежегодно уничтожается более миллиона гектар лесных угодий. Наносится значительный ущерб не только лесному хозяйству, но и всему народному хозяйству России. Пожары в лесу подрывают лесосырье-вуго базу лесозаготовителей, уничтожают постройки и сооружения, готовую продукцию. Они нарушают климаторегулирущую, водоохранную, почвозащитную и рекреационную функции лесов. Поэтому в практике борьбы с лесными пожарами широко используются различные методы и средства тушеная огня. Наиболее распространено тушение пожаров водойи растворами огнетушащих растворов, что требует доставки этих средств. Грунт был и остается одним из наиболее эффективных огнетушащих материалов. Как отмечает проф.Н.П.Курбагский ^"Наиболее перспективным с экономической точки зрения на ближайшее время остается применение грунта. На этом направлении должны сосредоточить усилия механизаторы. Лесопожарная, землеройная и почвообрабатывающая техника должна быть мощной, высокопроходимой, маневренной в лесу и быстроходной" /15/. При этом одним из главных мест среди методов тушения лесных пожаров должно быть создание лесопожарных фрезерно-метательных тракторных агрегатов, это направление в разработке методов и технических средств признано одним из ведущих. С 1968 по 1994 гг. в СПбНШШХ под руководством актора и при его непосредственном участии проведены НИР и ОКР по созданию фре-зерно-метательннх машин для тушения лесных пожаров грунтом. Работы выполнялись по темам Гослесхоза № 17, ГКНТ № УІ.4.3/ 0.53.01.04.02.03., Госкомлеса СССР J6 ХІ.6.І./ІУ.5.І.ХІ и Рос-лесхоза й 37. Актуальность создания фрезерно-метательных агрегатов предусматривается "Системой машин для комплексной механизации сельскохозяйственных работ", часть 17 - лесное хозяйство и защитное лесоразведение в изданиях от 1970 до 1995 г.
Цель -работы - научное обоснование технологических процессов фрезерования и метания грунта, теоретические исследования и оптимальный выбор параметров рабочих органов и на этой основе повышение эффективности тушения и локализации лесных пожаров путем разработки и внедрения новых лесопожарных фрезерно-метательных машин (ШШ).
Объекты исследования. Исследования и разработка ЛПФМ производились на базе лаборатории механизации лесопожарных машин ЛенНЙИЛХ, Выридкого ОМЗ, Лужского опорного пункта по борьбе с лесными пожарами и лесных территорий Лужского и Мичуринского лесхозов Ленинградской области. Исследованы опытные и серийные образцы машин для тушения лесных пожаров грунтом: поло-сопрокладыватель IB-I", грунтомет тракторный ГТ-3, агрегат фрезерный АЛФ-10, грунтометательная машина МГФ-30 /3,4,5,6,7,13, 16,17/.
Методы исследования. Применялись теоретические и экспериментальные методы исследований. В основу теоретических исследований была положена разработанная прикладная теория высокоскоростного резания и метания грунта /22/ с математическим моделированием трансмиссий привода рабочих органов /25/. Аналитические исследования проводились с использованием дифференциального и интегрального исчисления. При проведении экспериментальных исследований использовались стандартные методы. Обработка результатов исследований проводилась на ЕБМ-І022.
Научная новизна. На основе современных лесоводственных требований впервые обоснован и разработан новый метод тушения лесных пожаров грунтом с помощью фрезерно-метательных машин; разработаны технологические основы и теория высокоскоростного фрезерования и метания грунта; экспериментально доказана высокая эффективность способа на сухих типах почв и в различных лесорастительных условиях; предложена методика составления математических полных и упрощенных моделей для трансмиссий привода системы "трактор + ЛИМ"; для фрезерно-метательных машин предложена методика расчета нагруженности и оптимизации параметров приводной системы агрегатов; на основе анализа и синтеза структуры привода рабочего органа получены аналитические выражения для установления параметров жесткости (податливости) и демпфирования в приводе; определена и апробирована методика испытаний нагруженности и производительности ЛПФМ; оригинальные технические решения выполнены на уровне изобретений; разработан комплекс ЛПФМ и внедрен в производство.
Практическая значимость работы состоит в создании комплекса эффективных машин (ПФ-І, ГТ-3, АЛФ-10, МГФ-30) с квазиоптимальными параметрами по тушению лесных пожаров методом метания грунта. В практических целях при создании машин с
активним приводом применяются следующие конкретные результаты работы:
методика математического моделирования трансмиссий ле-сопожарных машинно-тракторных агрегатов, что дает возможность расчетные путем выявить упругие и неупругие характеристики параметров механического привода машин и их инерционные характеристики: обосновать расчетную сгему трансмиссий "трактор-ЛПФМ";
теория высокоскоростного резания и метания грунта, что позволяет выбрать параметры рабочих орагнов и рассчитать регулирование струи грунта по длине метания и активно тушить лесной пожар по огневой кромке;
методика нагруженности и экстремально й оптимизации параметров демпфирования, что позволяет выровнять пиковые нагрузки в трансмиссиях привода при работе машин в активном режиме и уменьшить нагруженность трансмиссии;
практическое использование имеющегося опыта по техническим предложениям позволит более эффективно решить вопросы при совершенствовании и создании новых орудий фрезернониетательных машин.
Реализация "работы. Основные научные положения и результаты исследований и ОКР включены в отраслевую системы машин, определяющую техническую политику в лесном хозяйстве. Они использованы СПбНИШК, центральной базой "Авиалесоохраны", предприятиями лесного хозяйства СССР и России, Вырицким опытно-механическим заводом, Лужским опорным пунктом по борьбе с лесными пожарами, ААО "Ленлес". ІГолосопрокладаватель ЇЇФ-І, грунтомет ГТ-З, агрегат лесопожарный фрезерный АЛФ-ІО успешно прошли госиспытания и рекомендованы в серию. ІГолосопрокладаватель ПФ-І с 1972 г. выпускался на Вырицком ОШ,а с 1974 г. на Киверцовском заводе "Лесмаш", грунтомет ГТ-З поставлен на производство с 1979 г. и АЇЇФ-І0 с 1987 г. на Вырицком ОМЗ, МГФ-30 доведен до стадии проведения государственных (приемочных) испытаний в 1994 г. Проектные разработки, конструкции и методика расчета по грунтометателышм машинам внедрены в учебный процесс Санкт-Петербургской лесотехнической академии и Воронежской лесотехнической академии.
Апробация работы. Основные научные положения и результаты исследований подтверждены испытаниями (исследовательские, эксплуатационные, предварительные и государственные) созданных
машин. Фрезерные и грунтометагельные машины ПФ-І, ГГ-3, АЛФ-10 экспонировались на ВДНХ СССР и удостоены серебряных медалей.
По теме научного доклада сделаны и одобрены доклады, посвященные проблемам грунтометания для тушения лесных пожаров (г.Москва, ВНИИПМ, 1990 г.), на I Всероссийском научно-техническом совещании по теме "Горение и пожары в лесу" (г.Красноярск),1978, на Всесоюзном семинаре по'охране леса от пожаров (1976 г.), на научно-технических конференциях в Санкт-Петербургской лесотехнической академии (I972-IS84, 1986, 1988 гг.), на Ученых Советах СПбШШХ (1979-1994 гг.) при рассмотрении программ, методик,. ТЗ и отчетов о научно-исследовательской работе по темам, научным руководителем которых был автор. В заключительном виде научный доклад рассматривался на заседании Ученого Совета СГОНИИДХ (г.Санкт-Петербург, 1995 г.).
Публикации. По материалам проведенных исследований, обобщенных в научном докладе, опубликовано 55 научных работ общим объемом более 29 п.л., получено 20 авторских свидетельства и патента, 15 из которых реализованы в конструкциях машин, прошли производственную проверку и внедрены в лесохозяйственное производство. Шесть отчетов по НИР и ОКР отмечены государственной регистрацией, в том числе представлены в Госкомлес СССР 5 отчетов, в Рослесхоз I отчет.
Обоснованность выводов и рекомендаций . Полученные результаты подтверждаются большим экспериментальным материалом, проведением НИР и ОКР, анализом исследований, современной методикой его обработки, вровддением государственных (приемочных) испытаний, опытно-производственной проверкой технологий и машин для прокладки противопожарных минерализованных полос, а также тушения лесных низовых пожаров различной интенсивности в различных регионах России.
Личное участие? автора. Исследования выполнялись с 1968 г. под руководством и при личном участии автора иа всех этапах: при определении цели, программы и методики исследований, разработке теоретических основ нагруженности агрегатов, проведении экспериментальных исследований, при обработке и анализе экспериментов, проведении ОКР, при обосновании технологии применения грунта для тушения лесных пожаров, а также при проведении приемочных испытаний и внедрении фрезерно-метательных машин в лесохозяйственное производство.
На защиту выносятся следующие научные положения:
обоснование технологических основ и исходных данных использования грунта для тушения лесных пожаров;
разработка теоретических основ высокоскоростного резания
и метания грунта с обоснованием параметров рабочих органов ЛПФМ;
составление математических моделей приводов ЛПФМ;
разработка методики анализа нагруженноств и оптимизации параметров приводов ЛПФМ;
создание фрезерно-метательных машин и внедрение в производство.