Введение к работе
Актуальность темы. Комплексное использование и воспроизводство лесных ресурсов - одна из главных задач лесного хозяйства и лесной промышленности. Одной из причин низкой эффективности лесовосстановления является низкий уровень механизации лесоводственных уходов за культурами, в первую очередь, -осветления. При несвоевременном проведении осветления наблюдается высокий процент гибели культур из-за заглушения их нежелательной древесной и кустарниковой растительностью Поэтому проблема механизации осветления молодняков является актуальной для лесного хозяйства нашей страны.
Анализ рабочих органов данных машин для удаления древесно-кустарниковой растительности показал, что пассивные рабочие органы катков и плугов обладают низкой эффективностью работы, особенно при удалении древесной поросли диаметром до 4 см, а также технология их работы накладывает свои оіраничения на использование этих машин для ухода за молодняками. Рабочие органы в виде дисковых пил имеют низкую надежность, так как при перекосах происходит их заклинивание и поломка. Фрезерные рабочие органы, по сравнению с дисковыми пилами, обладают более высокой энергоемкостью, а при большой скорости подачи приглаживают и неполностью срезают растительность. Рабочие органы с пильными цепями испытывают большие нагрузки в начале врезания в древесину, а именно этот процесс является основным для тонкомерного кустарника. Гибкие инерционно-рубящие рабочие органы, обладающие низкой энергоемкостью процесса резания, из-за его ударного характера и способностью отклоняться от непреодолимых препятствий, являются, на наш взгляд, наиболее перспективными. Однако для расчета параметров инерционно-рубящих рабочих органов пользуются различными экспериментальными методиками, так как теоретических исследований в этом направлении проведено недостаточно.
Процесс разработки новых кусторезов, отвечающих требованиям технологии лесоводственного ухода, на основе экспериментальных методик требует значительных финансовых затрат, тогда как теоретические исследования позволят создать стандартную методику для обоснования оптимальных параметров рабочего органа кустореза.
Цель исследований. Снижение энергоемкости, повышение производительности и эффективности осветления лесных культур на нераскорчеванных вырубках путем обоснования основных параметров и создания новой конструкции роторного кустореза.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи исследований:
обосновать технологию резания поросли гибкими инерционно-рубящими рабочими органами;
произвести теоретические исследования процесса резания поросли и установить оптимальные кинематические и динамические параметры рабочего органа;
I РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ і
j БИБЛИОТЕКА |
разработать лабораторный стенд для определения энергоемкости процесса резания поросли, а также экспериментальным путем установить ее таксационные показатели и физико-механические свойства;
изготовить опытный образец нового роторного кустореза с гибкими инерционно-рубящими рабочими органами и произвести оценку эффективности его работы в производственных условиях;
определить ожидаемый экономический эффект от использования нового кустореза.
Объекты исследований. Ротор кустореза, его гидропривод, древесно-кустарниковая растительность.
Научная новизна. Получены аналитические зависимости для определения траектории движения гибкого рабочего органа, отличающиеся тем, что позволяют проводить расчеты с учетом его изгиба в вертикальной и горизонтальной плоскости.
Разработана математическая модель динамических процессов в гидроприводе кустореза, которая позволяет по изменению давления в напорной гидромагистрали определить влияние параметров гибких инерционно-рубящих рабочих органов, биометрических и физико-механических свойств поросли на работу кустореза.
Установлены оптимальные кинематические и динамические параметры гибких инерционно-рубящих рабочих органов.
Разработана новая конструкция роторного кустореза, защищенная патентом на полезную модель №33684, позволяющая повысить эффективность среза древес-но-кустарниковой растительности.
На защиту выносятся следующие положения:
- технология резания поросли гибкими инерционно-рубящими рабочими ор
ганами;
основные режимы работы и параметры рабочего органа, полученные на основе математического моделирования и экспериментально подтвержденные;
новая конструкция роторного кустореза, защищенная патентом на полезную модель №33684, которая позволяет повысить эффективность среза древесно-кустарниковой растительности;
результаты энергетической и экономической оценки разработанного кустореза.
Достоверность. Выводы диссертационной работы базируются на результатах фактического материала, полученного при проведении лабораторных и полевых испытаний. В ходе проведения лабораторных исследований учитывались плотность, влажность, порода и биометрические показатели поросли. Полученные данные обрабатывались методом математической статистики с использованием программ Statistica 5.5 и Microsoft Excel для персонального компьютера.
Практическая ценность. Разработана перспективная конструкция роторного кустореза и обоснованы основные параметры рабочего органа, что позволяет при снижении себестоимости изготовления машины уменьшить энергоемкость и
повысить эффективность процесса резания поросли Проектно-конструкторские бюро получили возможность на основе созданной компьютерной программы оптимизировать основные параметры гибких инерционно-рубящих рабочих органов для ударного резания кустарника.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и получили одобрение на заседаниях кафедры, научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной лесотехнической академии (2001-2004 гг.), Саратовского госагроуни-верситета (2002 г.), МГУЛ (2004 г.), ЦОКБлесхозмаш (2004 г.).
По материалам диссертации опубликовано тринадцать работ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений.
