Введение к работе
Актуальность темы. Основными объектами при лесовосстановлении являются вырубки, занимающие более двух третей лесокультурного фонда страны. Для ухода за лесными культурами традиционно используются культиваторы с пассивными сферическими дисковыми рабочими органами. Обладая положительным свойством перекатываться через крупные корни, ветки и камни, они в тоже время имеют слабую заглубляющую способность и устойчивость хода на заданной глубине обработки. Кроме этого такие рабочие органы хуже рыхлят почву и подрезают сорную растительность, что вынуждает механизаторов часто проходить рядок дважды за один уход. Применение балласта для лучшей заглубляемости дисковых батарей утяжеляет орудие и ведет к неоправданному увеличению динамических нагрузок на его рабочих органах и, в сочетании с повторными проходами, соответственно – к повышенному расходу топлива агрегатируемым трактором. К тому же, для защиты от перегрузок, лесные культиваторы снабжены малоэффективными простейшими пружинными амортизаторами вертикального типа, не способные надежно защитить такое орудие от поломок при встрече его рабочих органов с крупными несмещаемыми препятствиями (корнями, выходами скальных пород, пнями, валунами и т.п.).
В настоящее время проблеме повышения эффективности лесных дисковых культиваторов путем использования на них вибрационных рабочих органов, все еще уделяется недостаточное внимание, вследствие чего отсутствуют как глубоко проработанные теоретические разработки, так и перспективные технические решения.
Указанные недостатки лесных дисковых культиваторов существенно снижают их эксплуатационные свойства. По этой причине исследование по повышению эффективности лесного дискового культиватора с вибрационным механизмом рабочих органов является актуальным.
Цель работы. Повышение эффективности лесного дискового культиватора, путем обоснования и оптимизации параметров вибрационного механизма рабочих органов, обеспечивающего снижение тягового сопротивления культиватора, нагрузок на рабочие органы при преодолении ими препятствий, а также повышение качества обработки почвы при уходе за лесными культурами на вырубках.
Предмет и объект исследования. Предмет исследования – зависимость эксплуатационных свойств лесного дискового культиватора от способа взаимодействия рабочих органов с почвой и препятствиями на вырубках. Объект исследования – лесной дисковый культиватор с вибрационными рабочими органами.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе имитационного моделирования с использованием методов теоретической механики, дифференциального и интегрального исчислений. Экспериментальная проверка основных теоретических положений проводилась на натурных образцах серийного и опытного лесных дисковых культиваторов на специальном стенде и в производственных условиях лесных вырубок. Для регистрации исследуемых параметров использовался электротензометрический метод, а обработка результатов проводилась методами математической статистики при компьютерной поддержке.
Научная новизна результатов работы заключается в следующем:
– разработана математическая модель вибрационного механизма рабочих органов, отличающаяся учетом возмущающих воздействий на лесной дисковый культиватор со стороны почвы и препятствий на вырубке;
– разработана имитационная модель вибрационного механизма рабочих органов, отличающаяся возможностью исследования влияние его конструктивных и рабочих параметров на эффективность лесного дискового культиватора;
– получены силовые характеристики рабочих органов культиватора, отличающиеся учетом параметров препятствий и предохранителя рабочих органов;
– обоснованы рабочие и конструктивные параметры вибрационного механизма лесного дискового культиватора, отличающиеся оптимальными значениями и учетом взаимодействия его рабочих органов с почвой и препятствиями на вырубке.
Научные положения, выносимые на защиту:
– математическая модель вибрационного механизма рабочих органов, позволяющая определить основные рабочие и конструктивные параметры лесного дискового культиватора, предназначенного для работы на вырубках;
– имитационная модель вибрационного механизма рабочих органов, позволяющая установить влияние конструктивных параметров вибрационного механизма на эксплуатационные свойства лесного дискового культиватора;
– силовые характеристики рабочих органов, позволяющие при расчетах принимать обоснованные минимально допустимые значения нагрузок на элементы конструкции культиватора для снижении его массы и металлоемкости;
– обоснованные рабочие и конструктивные параметры вибрационного механизма рабочих органов, позволяющие повысит эффективность лесного дискового культиватора на вырубках.
Достоверность научных положений обеспечена применением современных методов теории, эксперимента и оборудования, обоснованным объемом экспериментального материала, хорошей сходимостью экспериментальных и теоретических данных, положительными результатами лабораторно-полевых и опытно-производственных испытаний.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость заключается в разработке математических моделей и программ для ЭВМ, позволяющие расширить возможности проектирования энергосберегающих лесных почвообрабатывающих агрегатов. Практическая значимость заключается в разработке конструкции лесного дискового культиватора с вибрационными рабочими органами, обеспечивающего повышение качества обработки почвы, снижение нагрузок на дисковые батареи при преодолении ими препятствий, а также уменьшение массы орудия и снижение расхода топлива двигателем агрегатируемого трактора при уходе за лесными культурами на вырубках.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной лесотехнической академии (2010 … 2012 гг.), международных и всероссийских межвузовских научно-практических конференциях (Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2011 г.; Вологодский государственный технический университет, 2010-2011 гг.; Тульский государственный университет, 2011 г.). Участие в 5-й межрегиональной агропромышленной выставке-демонстрации (Воронежская область, Бобровский район, ООО «Хреновской конный завод»), 2011 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 печатных работ, включая патент РФ № 2444877, два свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ №№ 2011612917 и 2011614082, а также три статьи в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК. Единолично опубликовано пять статей.
Реализация работы. Разработанная конструкция лесного дискового культиватора с энергосберегающим вибрационным механизмом рабочих органов внедрена в ОГУП «Кшеньлес», ООО «Бутурлиновский лес». Кроме этого результаты исследования внедрены в учебный процесс ВГЛТА, а также могут быть рекомендованы научным работникам, конструкторам и аспирантам, занимающихся разработкой новых и совершенствованием серийных лесных и сельскохозяйственных почвообрабатывающих орудий.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы составляет 176 странниц, из них 152 страница основного текста и 23 страницы приложений. Работа включает 45 иллюстрации, 6 таблиц и 155 наименований использованных источников.
