Введение к работе
Актуальность темы. Неистощительное лесопользование для такой многолесной державы, как наша страна, требует постоянного воспроизводства лесных ресурсов. Основные объемы лесовосстановительных работ выполняются за счет посадки сеянцами или саженцами, которые выращивают в лесных питомниках. Многие ценные породы леса имеют крупные семена. К ним относятся различные виды дуба, каштана, бука и др. Высевают в лесных питомниках и некоторые породы, в плодах которых содержаться относительно крупные косточки – это слива, абрикос, алыча, персик и др.
Среди высеваемых в питомниках семян особенно следует выделить семена дуба (жёлуди), поскольку дуб является наиболее ценной породой, древесина которого используется для изготовления дорогостоящей мебели, ответственных деталей в строительстве, в отделочных работах и даже в машиностроении. В связи с резким сокращением древостоев дуба весьма актуальным становиться проблема воспроизводства дубрав, в том числе за счет выращиваемых в питомниках сеянцев. Также востребованы и другие породы, включая каштан, бук, плодовые породы с крупнокосточковыми семенами. Высев этих семян выполняется теми же высевающими аппаратами, которые высевают желуди.
Выход и качество посадочного материала указанных пород в значительной степени зависит от равномерности распределения семян в посевных бороздках. При равномерном распределении семян каждому вырастающему сеянцу обеспечивается одинаковая площадь питания, что позволяет выращивать стандартный посадочный материал, при этом достигается экономия дорогостоящих лесных семян и снижается выбраковка сеянцев.
Однако используемые как в универсальных, так и в специальных сеялках высевающие аппараты и способы регулирования нормы высева не позволяют обеспечить достаточно высокую степень равномерности распределения семян. Поэтому возникла острая необходимость в разработке высевающего аппарата, который при совместной работе с семяпроводами позволяет обеспечить требуемую равномерность распределения семян в посевной борозде при различных нормах высева.
Работа выполнена в соответствии с госбюджетной темой НИР кафедры технологии и оборудования лесопромышленного производства (ТОЛП) ФГБОУ ВПО ВГЛТА на 2006…2011 гг. «Разработка ресурсо- и энергосберегающих технологий лесозаготовок, лесоразработки и лесовостановления на базе компьютеризации и рыночного мониторинга». Научный руководитель – д.т.н., профессор Пошарников Ф.В.
Степень разработанности проблемы. Исследованию равномерности распределения семян по площади посева посвящены работы многих авторов, в том числе и работы С.В. Кардашевского, В.Б. Басина, П.М. Василенко, С.Д. Полонецкого, А.Б. Лурье, М.Н. Летошнева, А.Н. Семенова, В.В. Баранова, И.В. Казакова, В.И. Александрова, П.И. Рябова, Ф.В. Пошарникова и многих других.
Из анализа процесса высева крупных лесных семян, следует, что для достижения наилучшей равномерности распределения семян необходимо производить посев в бороздки, шириной 10…12 см, при этом ширина рабочей части высевающего аппарата должна соответствовать ширине посевной бороздки.
Цель и задачи исследования. Целью данной работы является совершенствование процесса высева крупных лесных семян на основе установления закономерностей равномерного истечения и распределения семян при совместной работе высевающего аппарата и семяпроводов с разработкой конструкции нового высевающего аппарата.
В соответствии с поставленной целью в диссертации решаются следующие задачи:
-
Получить аналитические зависимости для более точного определения параметров траекторий перемещения семян с учетом их движения по лопасти катушки высевающего аппарата.
-
Разработать математическую модель функционирования высевающего аппарата, описывающую процесс контактирования семян с рабочими поверхностями сеялки.
-
Установить зависимости равномерности распределения крупных лесных семян при совместной работе высевающего аппарата и семяпровода.
-
Обосновать оптимальные параметры выбросного окна высевающего аппарата при нижнем высеве крупных семян.
Предмет и объект исследования. Предметом исследования является процесс высева крупных лесных семян лесопитомниковой сеялкой и влияние её параметров работы на равномерность распределения семян по дну посевной бороздки. Объектом исследования является лесопитомниковая сеялка CПП-3Ш с разрабатываемым универсальным высевающим аппаратом и семяпроводом с плоскими стенками.
Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. Теоретические исследования базировались на методах имитационного моделирования процессов, возникающих при загрузке семян в межлопастное пространство катушки и выпадения семян из него, а также движения активного слоя семян по дну коробки высевающего аппарата, проводимых с помощью ЭВМ, математического анализа и прикладной механики. В экспериментальных исследованиях нашли применение методы дисперсионного анализа, теории вероятностей и математической статистики. Эмпирической базой исследования являются эксперименты, проведенные методом сравнения и выявления оптимальных параметров, влияющих на равномерность распределения семян по дну посевной бороздки при работе сеялки в лабораторных и полевых условиях с широким использованием измерительного оборудования и ЭВМ.
Научные результаты, выносимые на защиту:
1. Аналитические зависимости для определения траекторий перемещения крупных лесных семян, позволяющие более точно определить параметры траекторий при верхнем и нижнем способах высева.
2. Математическая модель функционирования нового высевающего аппарата, позволяющая учитывать вязкостно-упругие свойства при контактировании семян с рабочими поверхностями сеялки.
3. Зависимости равномерности распределения крупных лесных семян от параметров и режимов работы высевающего аппарата и семяпроводов, позволяющие учитывать влияние ширины выбросного окна, нормы высева и скорости перемещения сеялки.
4. Оптимальные параметры выбросного окна высевающего аппарата, позволяющие учитывать размеры семян при нижнем высеве.
Научная новизна результатов исследования:
1. Получены аналитические зависимости для более точного определения траекторий перемещения семян от высевающего аппарата до дна посевной бороздки, отличающиеся учетом движения семян по лопасти катушки высевающего аппарата.
2. Разработана математическая модель функционирования высевающего аппарата, отличающаяся тем, что при контактировании семян с рабочими поверхностями сеялки учитываются их вязкостно-упругие свойства.
3. Определены зависимости равномерности распределения крупных лесных семян от параметров и режимов совместной работы высевающего аппарата и семяпровода, отличающиеся учетом ширины выбросного окна, нормы высева и скорости перемещения сеялки.
4. Обоснованы оптимальные параметры выбросного окна высевающего аппарата, отличающиеся учетом размеров семян при нижнем высеве.
Теоретическая значимость результатов диссертационной работы заключается в разработке теоретического определения качества высева крупных лесных семян лесопитомниковой сеялкой с возможностью моделирования этого процесса. Для удобства моделирования разработана компьютерная программа "Программа для моделирования сеялки питомниковой" на языке Object Pascal в интегрированной среде программирования Borland Delphi 7. Программа предназначена для имитационного моделирования работы сеялки питомниковой с целью определения оптимальных конструктивных и технологических параметров высевающего аппарата.
Практическая ценность. Полученная в диссертационной работе методика определения оптимальных факторов, влияющих на качество посева крупных лесных семян, позволяет провести исследования по определению оптимальных конструктивно-технологических параметров рабочих органов сеялки. Разработанная конструкция катушечно-лопастного высевающего аппарата, а также обоснованные оптимальные режимы процесса высева крупных лесных семян, позволяют решить задачу повышения качества высева и равномерности распределения крупных лесных семян по дну посевной бороздки. Разработанный высевающий аппарат может быть использован при конструировании сеялок для лесных питомников с последующим внедрением на предприятиях лесного комплекса и для модернизации существующих универсальных сеялок, заменяя установленный в них высевающий аппарат для высева средних и крупных лесных семян.
Достоверность полученных результатов и выводов обеспечена проведением системного анализа проблемы улучшения качества высева крупных лесных семян в питомниках с применением современных методов многофакторного дисперсионного анализа, теории вероятностей и математической статистики, математического и имитационного моделирования; положительными результатами лабораторно-полевых исследований, а также сходимостью экспериментальных и теоретических данных.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Полученные научные результаты соответствуют п. 5 «Обоснование и оптимизация параметров и режимов работы лесозаготовительных и лесохозяйственных машин» паспорта специальности 05.21.01. – Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства.
Апробация результатов работы. В полном объеме диссертация докладывалась на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия «(2008 –2011 гг.).
Предлагаемая конструкция высевающего аппарата и технология посева крупных лесных семян предусмотрена для универсальных лесопитомниковых сеялок, в частности планируется выпускать модифицированную сеялку CПП-3Ш с разработанным высевающим аппаратом для высева средних и крупных лесных семян. Разработанная технология посева крупных лесных семян, повышающая качество выхода посадочного материала, апробирована и внедрена в производство в учебно-опытном лесхозе ВГЛТА и в областном государственном учреждении «Лесная охрана» «Сомовское лесничество», а также включена в учебные программы ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». Экономическую эффективность от применения данной методики и высевающего аппарата подтверждают расчетные данные.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы 10 научных работ, 3 из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы составляет 205 страниц, из них 163 страницы основного текста и 42 страницы приложений. Работа включает 56 иллюстраций, 7 таблиц и 150 наименований используемых источников.
