Введение к работе
Актуальность темы. В лесохозяйственном производстве России в наше время активно внедряются новые технологии и малогабаритное по размерам и универсальное по технологическому назначению оборудование. Особое значение имеет совершенствование технологии и оборудования для лесовосстановления, в частности, нарезки борозд в грунте, перемещения грунта для засыпки корневой системы саженца, опашки созданных лесокультурных площадей и противопожарных работ. Работы такого вида, особенно в условиях образования леса, происходящего в процессе проведения постепенных или выборочных рубок без предварительной расчистки трасс, возможно выполнять при помощи малогабаритных и высокоманевренных грунтометов.
Создание универсальных грунтометательных машин требует всестороннего теоретического и экспериментального изучения характера процессов взаимодействия рабочих органов с грунтом. Однако существующие исследования по этой проблеме не в полной мере отражают характер взаимодействия рабочих органов грунтометов с предметом труда. Научное обоснование параметров рабочего органа грунтомета для выполнения работ в лесном хозяйстве является актуальным.
Работа выполнена по госбюджетной НИР, проводимой по заданию Федерального агентства по образованию «Изучение биотехнологических и динамических процессов в системе лесных машин при формировании основ рационального природопользования» № НИР 1.9.05, код ГРНТИ 68.47.43, 66.19.17, а также госбюджетной НИР «Разработка ресурсосберегающих и биотехнологических основ создания универсальных малогабаритных модульных комплексов для заготовки и транспортировки недревесных лесосырьевых ресурсов в горных и труднодоступных районах Сибири», код ГРНТИ 87.35, 68.47.43.
Цель работы - повышение эффективности выполнения лесохозяйственных работ путем совершенствования параметров рабочего органа грунтомета.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Провести функциональное исследование существующего оборудования, предназначенного для выполнения лесохозяйственных работ.
-
Разработать математические модели влияния параметров рабочего органа грунтомета на процесс взаимодействия с обрабатываемой поверхностью и движения частиц грунта в воздушной среде.
-
Выполнить математическое моделирование рабочих режимов грунтомета.
-
Разработать конструкцию макетного образца для проведения экспериментальных исследований.
5. Выполнить экспериментальные исследования для проверки адекватности математических моделей и достоверности результатов математического моделирования.
Объектом исследования является технологический процесс нарезки борозд в грунте и его перемещения для выполнения работ в лесном хозяйстве.
Предмет исследования - закономерности процесса нарезки борозд в грунте и его перемещения рабочим органом грунтомета, влияющие на выполнение лесохозяйственных работ.
Методы исследования. В качестве основных методов теоретических исследований в диссертационной работе использованы методы математического моделирования, теоретической механики, дифференциального исчисления. В экспериментальной части диссертационной работы использованы методы многофакторного планирования эксперимента, с последующей обработкой полученных результатов пакетами прикладных программ MathCAD 14, Statgraphics, Excel.
Научная новизна работы:
-
Впервые дана комплексная оценка работы грунтомета, макетный образец которого изготовлен по полученным автором патентам РФ № 2400274, № 117091, № 121448;
-
Разработана математическая модель, описывающая процесс взаимодействия рабочего органа грунтомета с предметом труда, учитывающая возможность его наклона к обрабатываемой поверхности;
-
Разработана математическая модель, описывающая процесс движения частиц грунта в воздушной среде с учетом кинематических параметров рабочего органа грунтомета;
-
Установлены зависимости характеристик создаваемой минерализованной полосы от режимов работы рабочего органа грунтомета.
Практическая значимость:
-
Результаты проведенных исследований могут быть использованы при проектировании рабочих органов грунтометов для лесного хозяйства;
-
Внедрение результатов исследования позволит усовершенствовать конструкцию ротационных рабочих органов и повысить их эксплуатационные показатели.
На защиту выносятся:
-
Математические модели процесса взаимодействия рабочего органа грунтомета с обрабатываемой поверхностью и движения частиц грунта в воздушной среде с учетом рабочих параметров рабочего органа грунтомета;
-
Регрессионные модели, отражающие зависимость характеристик создаваемой в процессе нарезки борозд минерализованной полосы от основных кинематических параметров рабочего органа грунтомета;
3. Параметры рабочего органа грунтомета, обеспечивающие повышение эффективности выполнения лесохозяйственных работ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на семинарах и заседаниях кафедры «Автомобили, тракторы и лесные машины» Сибирского государственного технологического университета (Красноярск, 2008-2013); на Всероссийской научно-практической конференции «Лесной и химический комплексы: проблемы и решения» (Красноярск, 2009, 2010, 2013); на Всероссийской научно-практической конференции «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки» (Красноярск, 2009-2011, 2013) и опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК: «Вестник КрасГАУ» (Красноярск, 2012, 2013); «Системы. Методы. Технологии» (Братск, 2012); на международной заочной конференции по проблемам агрокомплекса (Красноярск, 2013).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 17 работ, в том числе 3 статьи в журналах перечня ВАК, получено 3 патента РФ (№ 2400274, № 117091, № 121448).
Личный вклад. Автором лично разработаны изложенные в диссертационной работе математические модели, разработан и изготовлен макетный образец грунтомета, получены, обработаны и проанализированы экспериментальные данные.
Реализация работы. Результаты диссертационного исследования использованы ОАО «ЭММ ВНИИПОМлесхоз» при проектировании и изготовлении грунтометов.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложений. Она включает 143 стр., 82 рис., 9 табл., библиографический список из 126 наименований.
