Введение к работе
Актуальность исследования. Лесовосстановление и лесоразведение проводится в сжатые, лучшие агротехнические сроки - до начала вегетации растений весной или поздней осенью. Данный период составляет три - четыре недели в году. Учитывая масштабы нашей страны, интенсивную эксплуатацию лесных ресурсов и происходящие лесные пожары, возникает необходимость ежегодно производить лесовосстановительные мероприятия на огромных территориях. Осуществление требуемых больших объемов лесопосадочных работ в обозначенные краткие сроки возможно только с помощью средств механизации.
В настоящее время существует большое количество лесопосадочных машин разного назначения, конструкция каждой из которых, зависит от конкретных задач и условий эксплуатации. Но, несмотря на все различия, они обладают общим технологическим процессом, состоящим из подготовки посадочного места, подачи в него растения и заделки корней почвой. И, как следствие, имеют одинаковую схему и последовательность выполнения основных операций рабочих органов. В результате чего им свойственны общие недостатки, такие как: образование воздушных пустот (кротовин), осыпание верхнего подсушенного слоя в посадочную борозду, наклон высаженных сеянцев выше допустимых значений, деформация корневой системы и др. Представленные негативные факторы, в первую очередь, связаны с трудностью обеспечения сбалансированной работы основных узлов посадочных машин, взаимосвязанная работа которых зависит как от условий посадки, так и типа и компоновки рабочих органов на раме машины. Также недостатки механизированной посадки заключаются в несовершенстве бороздообра-зующих и посадочных устройств, выполняющих только четко определенные функции подготовки посадочного места и подачи растений. Поэтому необходимо использовать принципиально новые конструктивные решения, которые смогут изменить исторически сложившуюся схему конструкций лесопосадочных машин и функций рабочих органов.
Новой ступенью развития конструкций лесопосадочных машин должно стать создание комбинированных рабочих органов, выполняющих несколько операций одновременно, с возможным осуществлением необходимых регулировок для использования агрегата на различных рельефах и типах почв. Наиболее перспективным решением является использование в конструкциях лесопосадочных машин комбинированного сошника, выполняющего функцию не только образования борозды, но и ее более полной заделки.
Разработка новой конструкции комбинированного сошника требует теоретических и экспериментальных исследований, связанных с оптимизацией параметров конструктивных элементов, обеспечивающих принудительную заделку посадочного места.
Работа выполнена в соответствии с госбюджетной темой ФГБОУ ВПО ВГЛТА «Разработка ресурсо- и экологосберегающих технологий и обоснование типа и параметров рабочих органов машин для лесовосстановления и лесоразведения в лесостепной и степной зонах РФ» (№ гос. регистрации 01201168736).
Цель и задачи исследования. Целью данной работы является повышение качества механизированной посадки растений путем обоснования технологического процесса и параметров комбинированного бороздообразующего органа лесопосадочной машины, обеспечивающего принудительную заделку корней растений внутри сошника.
В соответствии с поставленной целью работы были намечены следующие задачи:
^Усовершенствовать технологический процесс механизированной посадки растений путем заделки посадочного места бороздообразующим органом лесопосадочной машины и обоснования новой конструктивно - технологической схемы комбинированного сошника.
-
Разработать математическую модель технологического процесса механизированной посадки лесопосадочной машины, использующей комбинированный сошник с почвозаделывающими окнами.
-
Обосновать основные геометрические параметры комбинированного сошника и режимов технологического процесса механизированной посадки, обеспечивающего принудительную заделку внутри сошника на основе математического моделирования.
-
Проведение лабораторных и полевых исследований комбинированного сошника лесопосадочной машины.
Предмет и объект исследования. Объектом исследования являются комбинированный сошник с почвозаделывающими окнами, технологический процесс заделки посадочного места внутри сошника.
Предметом исследования является математическая модель, методы и алгоритмы определения оптимальных конструктивных и технологических параметров комбинированного сошника лесопосадочной машины.
Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. Теоретические исследования проводились на основе имитационного моделирования и разработанной физико-математической модели технологического процесса механизированной посадки, с использованием метода конечных элементов и классической динамики упругого тела. Решение систем дифференциальных уравнений производилось с помощью численного интегрирования на ЭВМ. Экспериментальные исследования и проверка основных теоретических результатов проводились на опытных образцах в лабораторных и производственных условиях.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
Конструктивно - технологическая схема лесопосадочной машины, использующей комбинированный сошник, обладающий функциями образования посадочной борозды и засыпкой корней растений из нижних и средних влажных слоев в период их перемещения внутри сошника.
-
Математическая модель технологического процесса механизированной посадки лесопосадочной машиной, использующей комбинированный сошник с почвозаделывающими окнами, позволяющая проводить, на основе имитационного моделирования, теоретические исследования.
-
Закономерности влияния комбинированного сошника на технологический процесс лесопосадочной машины, позволяющие обосновать параметры комбинированного бороздообразующего органа с почвозаделывающими
окнами и режимов функционирования разработанной лесопосадочной машины.
4. Рекомендации по технологическому процессу механизированной посадки, позволяющие повысить приживаемость лесных культур.
Научная новизна результатов работы.
-
Технологический процесс заделки корней растений и посадочного места, отличающейся принудительной подачей почвы из нижних и средних слоев борозды без нарушения пространственной структуры почвенных горизонтов, за счет новой конструкции лесопосадочной машины, использующей комбинированный сошник, защищенной патентом РФ на изобретение № 2410862.
-
Математическая модель рабочего процесса лесопосадочной машины, отличающаяся учетом технологического процесса заделки борозды комбинированным сошником лесопосадочной машины.
-
Закономерности рабочего процесса лесопосадочной машины, отличающиеся заделкой корней растений и посадочного места внутри комбинированного сошника.
-
Технологические рекомендации, совершенствующие технологию и качество механизированной посадки лесных культур.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость состоит в обосновании новой конструкции лесопосадочной машины и бороздообразующего органа; создании физико-математической модели и программы для ЭВМ, описывающие работу новой конструкции лесопосадочной машины; результатах теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия комбинированного бороздообразующего органа с почвой.
Разработанные рекомендации по усовершенствованию технологии механизированной посадки лесных культур, созданные алгоритмы и программа ЭВМ на основе математического моделирования использованы: в учебно-опытном лесхозе ФГБОУ ВПО «ВГЛТА», в ОАО «Центральное опытно-конструкторское бюро лесохозяйственного машиностроения», в ООО «СТАЛЬ-СИНТЕЗ», в учебном процессе ФГБОУ ВПО Воронежской государственной лесотехнической академии при подготовке бакалавров и магистров лесотехнического профиля.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертация соответствует паспорту специальности 05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства, пункту 5 Обоснование и оптимизация параметров и режимов работы лесозаготовительных и лесохозяйствен-ных машин.
Апробация и реализация результатов диссертации. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: заседаниях кафедры механизации лесного хозяйства и проектирования машин, научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной лесотехнической академии (2010-2013 гг.), XII международной молодежной научной конференции СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ-2011, всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и мо-
лодых ученых «Инновационные технологии и материалы» (ИТМ - 2011), XIII международной молодежной научной конференции СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ-2012, международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы и перспективы развития лесопромышленного комплекса» (г. Кострома, 2012 г.), всероссийском конкурсе проектов студентов и аспирантов в области инновационного ориентированного развития и сетевого взаимодействия в аграрном секторе экономики РФ (г. Брянск, 2012 г.).
Публикации. Основные научные разработки по теме диссертации опубликованы в 15 работах, включая 5 статей в изданиях центральной печати, рекомендованных ВАК федерального агентства по образованию РФ, 1 патент на изобретение и 1 свидетельство регистрации программы для математического моделирования на ЭВМ.
Структура диссертации. Общий объём работы составляет 212 страниц, из них 164 основного текста и 48 страниц приложений. Работа включает 72 иллюстраций, 47 таблиц и 131 наименований использованных источников, в том числе 10 иностранных.
