Введение к работе
Актуальность темы. Основными объектами при лесовосстановлении являются вырубки, занимающие в нашей стране около половины лесокультурного фонда. Для вырубок характерно наличие большого числа различного рода препятствий в виде пней, отдельных деревьев, выходов скальных пород, валунов, кустарников, крупных корней, порубочных остатков. В этих условиях лесные почвообрабатывающие орудия с пассивными рабочими органами (лемешные и дисковые плуги, бороны, культиваторы и др.) выполняют наиболее трудоемкие операции по основной, дополнительной и междурядной обработках почвы, нарезке противопожарных полос, содействию естественному возобновлению леса.
Используемые для работы на вырубках почвообрабатывающие орудия недостаточно приспособлены к этим условиям. Они часто преждевременно выходят из строя, вследствие несовершенства средств защиты рабочих органов от перегрузок на одних орудиях и отсутствием таких средств на других. В силу этих причин лесные почвообрабатывающие орудия обладают, как правило, повышенными тяговым сопротивлением и металлоемкостью, а также низкими проходимостью и маневренностью. Механизаторы вынуждены агрегатировать такие орудия с менее маневренными на вырубках тракторами повышенного тягового класса. Все это, в конечном итоге, приводит к существенному снижению рабочих скоростей, а следовательно, и производительности почвообрабатывающих агрегатов, перерасходу топлива и увеличению расходов на содержание такой техники.
В этой связи проблема создания эффективных средств защиты лесных почвообрабатывающих орудий от перегрузок является весьма актуальной.
Цель работы - обоснование конструкции и параметров пневматического предохранительного механизма лесных дисковых культиваторов, обеспечивающего высокую проходимость агрегата, надежность конструкции и удовлетворительное качество обработки почвы на нераскорчеванных вырубках.
Научная новизна заключается в разработке конструкции пневматического предохранительного механизма (ППМ) лесного дискового культиватора (ЛДК), защищенного патентом РФ № 2118075, с обоснованными рабочими и конструктивными параметрами; в получении ряда аналитических зависимостей, позволяющих определять и обосновывать усилия предварительного нагружения упругих предохранительных элементов лесных культиваторов, параметры пневмока-меры и пневмоаккумулятора ППМ; в получении уравнений для описания момента встречи с препятствием и возврата в исходное положение рабочего органа культиватора с ППМ, позволяющих численным методом определять величины возникающих ударных нагрузок, в зависимости от скорости движения и массы агрегата; в разработке математических моделей для построения силовых статических характеристик рабочих органов и предохранителей культиваторов, позволяющих определять нагрузки, возникающие на рабочих органах в момент подъема их по препятствию, в зависимости от высоты препятствия и конструктивных параметров предохранительного механизма.
Объект и методы исследований. Объектом исследований является новая конструкция пневматического предохранительного механизма. Теоретические исследования выполнены на основе математического моделирования с использованием методов теоретической механики дифференциального и интегрально-
го исчислений. Экспериментальная проверка основных теоретических положений проводилась на натурных образцах культиваторов в почвенном канале, на специальном стенде и в полевых условиях. Для регистрации исследуемых параметров использовали электротензометрический метод, а обработка результатов производилась методами математической статистики.
Научные положения, выносимые на защиту
1. Новая конструкция пневматического предохранительного механизма лесного дискового культиватора с обоснованными параметрами, защищенная патентом РФ № 2118075.
2.Аналитические зависимости, позволяющие определять и обосновывать усилия предварительного нагружения упругих предохранительных элементов лесного дискового культиватора, параметры пневмокамеры и пневмоаккумуля-тора ППМ.
-
Уравнения для описания момента встречи с препятствием и возврата в исходное положение рабочего органа культиватора с ППМ, позволяющие численным методом определять величины возникающих ударных нагрузок, в зависимости от скорости движения и массы агрегата.
-
Математические модели для построения силовых статических характеристик рабочих органов и предохранительных механизмов культиваторов, для определения нагрузки, возникающей на рабочих органах в момент подъема их по препятствию, в зависимости от высоты препятствия и конструктивных параметров предохранительного механизма.
-
Результаты экспериментальных исследований, подтверждающие теоретические положения, лабораторно-полевых и производственных испытаний опытного образца культиватора с ППМ, позволяющего по сравнению с серийным культиватором повысить производительность агрегата на 30,5% и коэффициент технического использования от 0,71 до 0,82, уменьшить расход топлива на 29,5% и затраты труда при уходе за лесными культурами на 22,2%.
Достоверность научных положений обеспечена применением современных методов теории, эксперимента и оборудования, большим объемом экспериментальных данных, хорошей сходимостью экспериментальных и теоретических данных, положительными результатами лабораторно-полевых и опытно-производственных испытаний.
Практическая ценность. Обоснована и разработана перспективная конструкция пневматического предохранительного механизма лесного дискового культиватора, позволяющая повышать технический уровень, надежность и качество работы существующих и вновь создаваемых лесных культиваторов.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на Международной научно-практической конференции «Научно-технические проблемы в развитии ресурсосберегающих технологий и оборудование лесного комплекса» (Воронеж 4-26 сентября 1998 года); на Всероссийской научно-технической конференции «Рациональное использование ресурсного потенциала в агропромышленном комплексе» (Воронеж, 1998 года) и на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной лесотехнической академии (1996-2000 г. г.).
Диссертационная работа выполнена в рамках ФЦП «Интеграция» и госбюджетной тематике «Совершенствование технологий, конструкций, эксплуатации, ремонта машин и оборудования лесного комплекса» ВГЛТА.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ и получен патент РФ № 2118075.
Реализация работы. Разработанная конструкция пневматического предохранительного механизма внедрена в Новохоперском лесхозе Воронежского управления лесами.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений, списка литературы и приложения. Общий объем работы составляет 190 странниц, из них 160 страниц основного текста и 30 страниц приложений. Работа включает 44 иллюстраций, 12 таблиц и 121 наименований использованных источников, в том числе 7 иностранных.