Введение к работе
Актуальность темы. Значительные объемы лесокультурных работ при возобновлении леса занимают операции по уходу за лесными культурами на вырубках. Для вырубок характерно наличие большого числа различного рода препятствий, в связи с чем для ухода за лесными культурами традиционно используются культиваторы со сферическими дисковыми рабочими органами. Однако они имеют слабую заглубляющую способность и устойчивость хода на заданной глубине обработки, чем снижается качество обработки почвы. К тому же, для защиты от ударных нагрузок, лесные культиваторы снабжены малоэффективными простейшими пружинными амортизаторами вертикального типа, не способные надежно защитить орудие от поломок при встрече его рабочих органов с крупными препятствиями (корнями, пнями, валунами и т.п.).
Указанные недостатки серийных культиваторов существенно снижают их эксплуатационные свойства. По этой причине исследование по обоснованию и оптимизации параметров эффективного лесного дискового культиватора с пневмогидравли-ческим предохранителем и вибрационными рабочими органами является актуальным.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с программой ГОУ ВПО «Воронежской государственной лесотехнической академии» на 2000-2010 гг. (№ гос. регистрации 01.200103889) по научному направлению кафедры производства, ремонта и эксплуатации машин «Совершенствование материалов, технологий производства, ремонта и эксплуатации машин» в период с 2006 по 2010 г.
Цель работы. Повышение эффективности, обоснование и оптимизация параметров лесного дискового культиватора с пневмогидравлическим предохранителем и вибрационными рабочими органами, обеспечивающих снижение тягового сопротивления, металлоемкости и расхода топлива агрегатируемым трактором, а также повышение качества обработки почвы при уходе за лесными культурами на нераскорче-ванных вырубках.
Объект и методы исследования. Объектом исследования являлась конструкция лесного дискового культиватора с пневмогидравлическим предохранителем и вибрационными рабочими органами. Теоретические исследования выполнены на основе математического моделирования с использованием методов теоретической механики, дифференциального и интегрального исчислений. Экспериментальная проверка основных теоретических положений проводилась на натурных образцах серийного и опытного образцов культиваторов на специальном стенде и в производственных условиях лесных вырубок. Для регистрации исследуемых параметров использовался электротензометрический метод, а обработка результатов проводилась методами математической статистики при компьютерной поддержке.
Научная новизна результатов работы заключается в следующем:
разработана имитационная модель движения на вырубке предложенной конструкции лесного дискового культиватора, отличающаяся учетом функционирования пневмогидравлического предохранителя и взаимодействия вибрационных рабочих органов с почвой и препятствиями;
получены закономерности взаимодействия вибрационных рабочих органов с почвой и препятствиями, отличающиеся учетом влияния физико-механических свойств почв, геометрических размеров препятствий, а также основных рабочих и конструктивных параметров пневмогидравлического предохранителя и вибрационного механизма;
разработаны алгоритм и программа для ЭВМ, на которые получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2009613149, позволяющие исследовать влияние вибрации на эффективность дисковых рабочих органов, рассчитать и
оптимизировать основные параметры конструкции лесного дискового культиватора;
- получены результаты экспериментальных исследований предлагаемой конст
рукции лесного дискового культиватора в лабораторных условиях и на лесных объек
тах, с целью подтверждения адекватности разработанной его имитационной модели
движения.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
имитационная модель движения на вырубке предложенной конструкции лесного дискового культиватора с пневмогидравлическим предохранителем и вибрационными рабочими органами, позволяющая исследовать эффективность функционирования культиватора;
закономерности взаимодействия вибрационных рабочих органов с почвой и препятствиями, позволяющие исследовать влияние пневмогидравлического предохранителя и принудительной вибрации на эффективность дисковых рабочих органов при взаимодействии их с почвой и препятствиями;
алгоритм и программа для ЭВМ, позволяющие рассчитать и оптимизировать основные параметры конструкции культиватора с учетом влияния физико-механических свойств лесных почв, типа и геометрических размеров препятствий, а также основных рабочих и конструктивных параметров пневмогидравлического предохранителя и вибрационного механизма;
результаты экспериментальных исследований функционирования предлагаемой конструкции лесного дискового культиватора при уходе за лесными культурами на нераскорчеванных вырубках, подтверждающих адекватность разработанной имитационной модели его движения.
Значимость для науки заключается в следующем:
разработана имитационная модель движения на вырубке предложенной конструкции лесного дискового культиватора, отличающаяся учетом функционирования пневмогидравлического предохранителя и взаимодействия вибрационных рабочих органов с почвой и препятствиями;
получены закономерности взаимодействия вибрационных рабочих органов с почвой и препятствиями, отличающиеся учетом влияния физико-механических свойств лесных почв, геометрических размеров препятствий, а также основных рабочих и конструктивных параметров пневмогидравлического предохранителя и вибрационного механизма;
разработаны алгоритм и программа для ЭВМ, на которые получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2009613149, позволяющие исследовать влияние вибрации на эффективность дисковых рабочих органов, рассчитать и оптимизировать основные параметры конструкции лесного дискового культиватора;
получены результаты экспериментальных исследований предлагаемой конструкции лесного дискового культиватора в лабораторных условиях и на лесных объектах, с целью подтверждения адекватности разработанной его имитационной модели движения.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на научных конференциях в Воронежской государственной лесотехнической академии (2006-2009 гг.), международных и всероссийских межвузовских научно-практических конференциях (Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2008 г.; Вологодский государственный технический университет, 2008 г.; Сибирский государственный технологический университет,
2008 г.; Воронежский государственный технический университет, 2008 г.).
Личное участие автора в получении результатов. Заключается в определении темы, цели и задач исследования, выполнении теоретических и экспериментальных обоснований, разработке конструкций пневмогидравлического предохранителя и вибрационного механизма, анализе результатов диссертационного исследования.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, включая свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2009613149 и две статьи в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК. Единолично опубликованы три статьи в научных сборниках.
Реализация работы. Разработанная конструкция лесного дискового культиватора с пневмогидравлическим предохранителем и вибрационными рабочими органами внедрена в ОГУП «Железногорсклес», ТОГАУ «Мичуринский лесхоз» и ТОГАУ «Челнавский лесхоз». Кроме этого результаты исследования внедрены в учебный процесс ВГЛТА, а также могут быть рекомендованы научным работникам, конструкторам и аспирантам, занимающихся разработкой новых и совершенствованием серийных лесных и сельскохозяйственных почвообрабатывающих орудий.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы составляет 219 странниц, из них 191 страница основного текста и 28 страниц приложений. Работа включает 62 иллюстрации, 8 таблиц и 156 наименований использованных источников.
