Введение к работе
Актуальность темы. Существующая система лесовосстановления в настоящее время ориентирована на создание посадочного материала искусственным путем в лесных питомниках.
В качестве посадочного материала в лесокультурном производстве используются сеянцы и саженцы с обнаженной и закрытой корневой системой. Посадочный материал с закрытой корневой системой лучше приживается в неблагоприятных условиях произрастания и дает целый ряд лесоводственно-экономических преимуществ по сравнению с традиционными лесокультурными технологиями.
Лесокультурные работы в лесных питомниках, в том числе и выкопка посадочного материала, слабо механизированы, зачастую выполняются вручную. Кроме того, содержание питомников для лесовыращивания требует больших затрат. Механизация процессов выкопки посадочного материала с закрытой корневой системой могла бы решить многие проблемы, в том числе и использование дичков для лесовыращивания.
Таким образом, исследования по разработке устройств для выкопки посадочного материала, обеспечивающих сохранение прикорневой глыбки и механизацию этого процесса, являются актуальной задачей, представляющей научный и практический интерес.
Цель работы. Разработка методики расчета процессов выкопки посадочного материала с прикорневой глыбкой, обоснование параметров и испытания опытного образца выкапывающего устройства, позволяющего существенно повысить эффективность лесовосстановления.
Научная новизна работы. Впервые составлена классификационная схема способов выкопки по кинематике, динамике и перемещению рабочих органов, геометрии режущей кромки, а также устройств и орудий для выкопки посадочного материала.
На основе современных положений механики сплошных и зернистых сред предложена новая методика определения силовых и энергетических характеристик отделения полусферического объема на основе введения коэффициента энергии связи частиц грунта.
Сравнительный анализ теорий резания, копания, наполнения ковша и формирования призмы волочения позволил получить новую формулу для расчета усилия выкопки полусферической глыбки.
В результате проведенных экспериментальных исследований впервые установлена связь между сдвигающим напряжением ножей криволинейной формы и уплотняющим нормальным напряжением.
Объекты исследований. Объектами исследований являются: еловый подрост и его местопроизрастание, орудия и машины для выкопки поса-
дочного материала, энергосиловые параметры, возникающие в процессе взаимодействия рабочих органов с фунтом.
Методы исследований,
В основу исследования положены методы морфологического анализа биологических, технических и технологических объектов, методы механики сплошных и зернистых сред, теории подобия и планирования эксперимента.
В процессе решения теоретических задач и обработки результатов экспериментов применялись прикладные программные пакеты StatGraf, MathCad и Eureka.
Программа экспериментов выполнена на натурной модели в лабораторных и производственных условиях.
На защиту выносятся следующие положения:
-
классификационная схема способов выкопки по динамике, кинематике и перемещению рабочих органов, геометрии режущей кромки оборудования, а также устройств и орудий для выкопки посадочного материала;
-
математическая модель формирования суммарного сопротивления грунта, включающего силу сопротивления резания, наполнения ковша и кинематического сопротивления;
-
методика расчета усилий резания с учетом влияния внутреннего трения и сцепления грунта на сдвиговые напряжения при смещении слоев по водяной смазке, образуемой при разрушении скелета грунта в области сдвига;
-
результаты экспериментальных исследований по определению величины напряжения сдвига при резании грунта, величины суммарного сопротивления разрушения грунта рабочими органами криволинейной формы при изменении угла раскрытия ножей, глубины их погружения, изменении влажности и типа грунта;
Научная и практическая ценность. Полученные в диссертационной работе математические модели расчета усилий резания грунта криволинейными полусферическими ножами позволяют осуществлять разработку и конструирование устройств для выкопки посадочного материала. Испытанный опытный образец устройства для выкопки посадочного материала может служить основой для серийного производства агрегатов для искусственного лесовосстановления.
Апробация. Результаты проведенных исследований докладывались, обсуждались и были одобрены на научных конференциях МарГТУ (Йошкар-Ола, 1995... 1998 гг.), международной научно-практической (Йошкар-Ола, 1999г.) и научно-технической (Екатеринбург 1999 г.), Всероссийской научно-практической (Воронеж, 1999 г.) конференциях.
Реализация результатов работы. Результаты исследований использованы при проектировании устройства для выкопки посадочного материала с прикорневой глыбкой, включенного в состав навесного оборудования трактора «Беларусь» и приняты к внедрению ОАО ИЗЛ (фирма ИЗЛ) для проектирования и изготовления опытной серии устройств.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научно-исследовательских работ.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, отражающих основное ее содержание, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников из 98 наименований и приложений. Основная часть содержит 123 страницы машинописного текста, в том числе 53 рисунка и 25 таблиц.