Введение к работе
Актуальность исследования. В соответствии с Лесным Кодексом РФ выращивание лесных культур - одно из основных мероприятий восстановления, повышения продуктивности, сохранения и улучшения качественного состава лесов. Для обеспечения нормального роста лесных культур требуется проведение агротехнических и лесоводствепных уходов. Наиболее важным для молодняков является осветление, которое проводится в целях предотвращения зарастания поверхности почвы в мевдурядьях порослью малоценных древесных пород, а также сорной травянистой if кустарниковой растительностью, Для осветления лесных кулыур применяются; отвальные кусторезы, такие как ДП-24; рубщик коридоров РКР-1,5; катки измельчители КОК-2.0, КУЛ-2; тракторные кусторезы КОЬЬ2,3, КО-1.5, КОМ-2,3, ОЦ-2,3 и др. Анализ рабочих органов данных машин показывает, что использование пассивных рабочих органов не обеспечивает удовлетворительного срезания растительности диаметром до 6 см, использование же рабочих органов в виде фрез ведет к повышению энергоемкости по сравнению с дисковыми пилами. Рабочие органы в виде дисковых пил имеют низкую надежность, так как при перекосах происходит их заклинивание и поломка. Наиболее перспективными для осветления лесных кулыур представляются гибкие рубящие работе органы, так как они обладают низкой энергоемкостью и иысокон эффективностью процесса резания и способны отклоняться от непреодолимых препятствий.
Опыт показывает, что в настоящее время существующие кусторезы и осветлители обладают довольно низкими показателями эффективности уничтожения поросли. Кроме того, известные теоретические и экспериментальные исследования рабочих процессов кусторезов с активными рабочими органами недостаточно адекватно описывают их взаимодействие с лесной порослью, что не позволяет достоверно оптимизировать их параметры и режимы. Таким образом, для повышения качества удаления поросли и сопутствующей кустарниковой и травянистой растительности существует необходимость изучения процессов взаимодействия гибкого рубящего рабочего органа кустореза с порослью, совершенствования конструкции такого рабочего органа.
Работа выполнена в соответствии с госбюджетной темой ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» «Совершенствование технологий, машин и оборудования лесного комплекса» (№ гос. регистрации 01.2.00609242).
Степень разработанности проблемы. Вопросами создания лесных культур и последующих лесоводственных уходов занимались В, Л. Аравийский, В. Г. Атрохин, И. М, Бартенев, В. Л, Божак, В. И. Казаков, И, В, Казаков, Ф. В. Пошарников, Д. Н. Афоничев, Н. П. Калиниченко, А. П, Молчанов, М. В. Драпалюк, А. И. Писаренко, А. Р. Родин, В. Н. Суворов, И. В. Трещев-скнй, В, В. Цыплаков, Л. Д. Бухтояров и др.
Исследованием процесса резания поросли занимались В. П. Горячкин, В. А. Желиговскнй, Л. П. Крамаренко, Н. Е. Резник, Е. С. Босой и друпіе ученые, которые установили аналитические зависимости, раскрывающие сущность процесса бесподпорного среза, но не выявили закономерности взаимодействия гибкого рубящего рабочего органа с порослью.
Из анализа теоретических исследований параметров существующих технических устройств для удаления поросли следует, что наиболее перспективными являются кусторезы с активными гибкими рубящими рабочими органами. Однако рабочие процессы и параметры гибких рубящих рабочих органов недостаточно исследованы.
Цель и задачи исследования, Целью исследования является повышение качества осветления лесных культур путем обоснования параметров гибкого рубящего рабочего органа кустореза, обеспечивающих эффективное уничтожение поросли.
В соответствии с поставленной целью в диссертации решаются следующие основные задачи,
1, Разработать математическую модель процесса взаимодействия гибкого рубящего рабочего органа кустореза с порослью.
-
Обосновать оптимальные геометрические и кинематические параметры гибкого рубящего рабочего органа кустореза, обеспечивающие высокую эффективность уничтожения поросли.
-
Экспериментально определить закономерности взаимодействия гибкого рубящего рабочего органа кустореза с порослью.
-
Разработать опытный образец кустореза, оснащенного гибким рубящим рабочим органом, провести его испытания и дать рекомендации по проектированию кустореза.
Предмет и объект исследования. Объектами исследования являются гибкий рубящий рабочий орган, система привода кустореза, лесная поросль.
Предметом исследования являются математическая модель, методы и алгоритмы поиска оптимальных конструктивных и технологических параметров рабочего органа кустореза.
Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. Теоретическое исследование произведено на основе методов математического моделирования, классической механики, аналитической геометрии^ дискретных элементов. Лабораторный эксперимент поставлен на основе теории планирования эксперимента. Обработка результатов измерений производилась методами математической статистики с применением современных средств вычислительной техники и стандартных ЭВМ-программ.
Научные результаты, выносимые на защиту:
I. Математическая модель процесса взаимодействия гибкого рубящего рабочего органа кустореза с порослью, позволяющая обосновать его оптимальные параметры и режимы работы.
-
Оптимальные параметры гибкого рубящего рабочего органа кустореза и режимы его работы, позволяющие усовершенствовать конструкцию кустореза и повысить эффективность уничтожения поросли.
-
Закономерности процесса взаимодействия гибкого рубящего рабочего органа кустореза с порослью, позволяющие оценить качественные показатели и энергоемкость процесса при различных режимах работы.
-
Рекомендации по проектированию кустореза, оснащенного гибким рубящим рабочим органом, обеспечивающие его эффективное применение при уходах за лесными культурами.
Научная новизна результатов исследования:
-
Разработана математическая модель процесса взаимодействия гибкого рубящего рабочего органа кустореза с порослью, отличающаяся учетом влияния его параметров и режимов работы на качество и энергоемкость осветления лесных культур,
-
Обоснованы геометрические параметры гибкого рубящего рабочего органа кустореза, отличающиеся оптимальными значениями, полученными по критериям качества и энергоемкости процесса удаления поросли.
-
Установлены режимы работы кустореза с гибким рубящим рабочим органом, отличающиеся учетом их оптимальных параметров.
4. Определены закономерности изменения показателей качества и
энергоемкости процесса удаления поросли, которые учитывают совместное
влияние геометрических и кинематических параметров гибкого рубящего ра
бочего органа кустореза.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость заключается в установлении влияния конструктивных и технологических параметров гибкого рубящего рабочего органа на процесс удаления поросли; разработке математической модели процесса взаимодействия гибкого рубящего рабочего органа с порослью, которые расширяют знания о процессах резания поросли.
Разработанные алгоритмы, программа для ЭВМ, рекомендации по выбору параметров гибкого рубящего рабочего органа кустореза позволяют проектировать кусторезы и обосновывать режимы их работы при удалении поросли,
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Полученные научные результаты соответствуют п. 5 области исследования «Обоснование и оптимизация параметров и режимов работы лесозаготовительных и лесохозяйствениых машин » паспорту специальности 05,21.0). -Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства.
Апробация н реализация результатов диссертации. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной лесотехнической академии (2008-2011 тт.).
Публикации. Основные научные результаты диссертации опубликованы в 7 работах, включая 3 статьи - в изданиях, включенных в перечень российских рецензируемых научных журналов, 2 публикации без соавторов и I
свидетельство государственной регистрации программы для ЭВМ.
Структура диссертации. Общий объем диссертационной работы представлен на 185 страницах, включающих 162 страницу основного текста, состоящих из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников, включающих 117 наименований, 7 приложений.
