Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы .9
1.1 Экологическая роль газонных покрытий .9
1.2 Подбор травосмесей для создания газонов 14
1.3 Болезни газонных трав 20
1.4 Биомат в качестве газонных покрытий 21
1.5 Влияние газонных покрытий на предотвращение эрозии линейных сооружений и дорог 25
1.6 Классификация и механизм возникновения водной эрозии 32
1.7 Требования стандартов к откосам и склонам при дорожном строительстве .36
2 Условия и методики проведения исследований 41
2.1 Схемы опытов .41
2.2.Характеристика почв опытных участков.. 44
2.3 Агроклиматический потенциал области, почвенные и метеорологические условия проведения исследований 49
2.4 Методика проведения исследований .55
3 Сравнительная оценка травосмесей при их использований для создания газонных покрытийразличными способами 59
3.1 Динамика влажности почвы .60
3.2 Сравнительная оценка травосмесей при прямом посеве и использования газонных покрытий специального типа по устойчивости болезням
3.2.1 Всхожесть газонных травостоев 63
3.2.2 Влияние болезней на газонные травостои
3.3 Проективное покрытие газонных травостоев 68
3.4 Плотность и декоративность травостоев 72
3.5 Развитие корневой системы и связность дернины 74
4 Влияние газонного покрытия нового типа на противоэрозионные свойства грунтов 78
4.1 Параметры стока при использовании газонных покрытий нового типа...78
4.2 Смыв грунтов при использовании газонных покрытий нового типа 81
4.3 Влияние способа залужения откосов на формирование газонного покрытия для различных типов почв 83
5 Устроиство для создания газонных покрытий нового типа
5.1 Конструктивные параметры устройства для производства газонных покрытий нового типа .90
5.2 Конструктивно-технологическая схема устройства для производства газонных покрытий нового типа 98
5.2.1 Техническое описание устройства для производства газонных покрытий нового типа 98
5.2.2 Принцип действия устройства для производства газонных покрытий нового типа 107
6 Экономическая оценка производства газонных покрытий нового типа при их использовании для рекультивации нарушенных земель и озеленения территорий 109
Выводы 115
Предложения производству 117
Список литературы
- Подбор травосмесей для создания газонов
- Агроклиматический потенциал области, почвенные и метеорологические условия проведения исследований
- Сравнительная оценка травосмесей при прямом посеве и использования газонных покрытий специального типа по устойчивости болезням
- Смыв грунтов при использовании газонных покрытий нового типа
Введение к работе
Актуальность темы. Развитие современного общества приводит к росту использования энергии, без которой немыслим научно-технический прогресс и улучшение качества жизни человека. Однако при этом увеличивается нагрузка на окружающую природную среду, что приводит к ухудшению её качества и требует безотлагательных мер по сохранению природных ландшафтов.
Особенно масштабные воздействия наблюдаются при строительстве линейных сооружений газо- и нефтепроводов, автомобильных и железных дорог. При выполнении строительных работ нарушается почвенный покров, исчезает часть природных фитоценозов и экосистем частично, резко возрастает опасность возникновению водной и ветровой эрозии, особенно на начальных этапах их эксплуатации (Лазарев, 2007; Лаптев,1988. Одум 1988).
Не менее масштабные работы по озеленению требуется проводить при строительстве городов и населенных пунктов, так как зеленый покров территорий не только эстетичен, но и существенно улучшает качество среды обитания.
Практика последних лет показывает, что медленное формирование газонных покрытий, особенно на пересеченных ландшафтах, часто приводит к возникновению смыва грунтов, при котором происходит разрушение насыпей и откосов, и как следствие возникает необходимость их восстановления, а также происходит заиление ручьев, рек, водохранилищ, которые нередко используются для водоснабжения, а также в качестве сред обитания и размножения водной фауны и флоры. Поэтому особое внимание уделяется способам быстрого восстановления травянистого покрова в местах сильного антропогенного воздействия. С ужесточением экологических норм, создание травостоев на месте нарушенного почвенного покрова – обязательное мероприятие, призванное не только устранить возможные негативные воздействия, но и улучшить среду обитания человека.
Фитоценозы, называемые газонами, способны поглощать и нейтрализо-вывать многие загрязняющие вещества, такие как соединения серы, некоторые тяжелые металлы, диоксид углерода, пыль и т. д, предотвращать возникновение ветровой и водной эрозии.
Цели работы. Разработка эффективного и перспективного газонного покрытия нового типа и проектирование модели прототипа устройства для его производства в промышленных масштабах.
Задачи исследований
-
Подобрать оптимальный состав травосмесей, позволяющий максимально быстро сформировать травостой на откосах и склонах линейных объектов, а также на территориях городов и населенных пунктов.
-
Оценить проективное покрытие, плотность, декоративность, устойчивость к болезням газонного покрытия специального типа.
-
Определить влияние газонного покрытия специального типа на про-тивоэрозионные свойства почвы в местах нарушенного естественного растительного покрова.
-
Разработать конструктивно-технологическую схему устройства для создания газонных покрытий специального типа.
-
Провести обоснование конструктивных параметров устройства для создания газонных покрытий специального типа.
-
Провести экономическую оценку создания как самого газонного покрытия специального типа, так и устройства для его производства.
Объект исследований. Газонные покрытия нового типа и устройство для их производства.
Предмет исследований. Влияние газонных покрытий нового типа на предотвращение эрозионных процессов на начальных этапах формирования газонного покрытия.
Место проведения. Исследования проводились на опытном поле ФГБОУ ВО «Смоленская ГСХА», расположенном в д. Михновка Смоленского района в 2013-2015гг.
Методология и методика исследований. При работе над диссертацией использовались методики с применением математического моделирования. Математическая модель влияния газонного покрытия нового типа на водно-физические свойства грунтов выполнена на основании многократных экспериментов и анализа данных с помощью программ Stadia, Statistica 10, Microsoft Excell.
Научная новизна.
-
Состав травосмеси для ускоренного создания травянистого покрова.
-
Выявлено влияние газонного покрытия нового типа на предотвращение водной эрозии почвы в условиях проведения полевых опытов с имитацией откоса автомобильной дороги.
3. Конструктивно-технологическая схема устройства для создания га
зонных покрытий нового типа.
4. Техническая новизна газонных покрытий специального типа и
устройства для их создания подтверждена патентом на полезную модель «Га
зонное покрытие типа биомат» и патентом на изобретение «Способ автома
тизированного производства газонных покрытий».
Практическая и теоретическая значимость результатов исследований состоит в экспериментальном обосновании новой технологии создания растительного покрова, предотвращающего водную эрозию на откосах и склонах и озеленяемых территориях городов и поселков.
Новый тип газонного покрытия практически полностью исключает эрозионные процессы с момента его укладки и обеспечивает экономию средств на создание газонного покрытия на техногенно нарушенных почвах.
Разработан прототип устройства для создания газонных покрытий специального типа. Предложенные технические решения имеют практическую значимость для конструкторских и проектных организаций.
Положения, выносимые на защиту
-
Состав травосмесей для газонного покрытия специального типа.
-
Результаты исследований по обоснованию влияния газонного покрытия специального типа на предотвращение водной эрозии техногенно нарушенных почв.
-
Конструктивно-технологическая схема устройства для создания газонных покрытий специального типа.
-
Результаты экономических показателей при сравнении газонного покрытия нового типа с аналогами.
Степень достоверности. Достоверность научных результатов обуславливается значительным объемом экспериментальных исследований и данных, полученных с применением современных методик. Химические и физические анализы образцов выполнялись согласно ГОСТам, на современном оборудовании. Степень достоверности подтверждается высокой степенью сходимости теоретических и опытных результатов.
Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы доложены на выставке научно-технического творчества молодежи Смоленской области «НТТМ-Смоленск» (22 апреля 2015 г., Смоленск); на III научно-практической конференции «Инновационные проекты молодых учёных Смоленской области» (26 ноября 2015 г., Смоленск); на Международной научно-практической конференции «Инновационное развитие АПК: проблемы и перспективы» (10 декабря 2015 г., Смоленск); на научно-практической конференции, посвященной 40-летию ФГБОУ ВПО «Смоленская ГСХА» «Приоритеты развития АПК в современных условиях» (27 ноября 2014 г., Смоленск), Всероссийской научно-методической конференции с международным участием, посвященной 85-летию Ивановской государственной сельскохозяйственной академии им. Д.К. Беляева «Аграрная наука в условиях модернизации и инновационного развития АПК в России» (Иваново, 2015).
Публикации. По материалам исследований опубликовано 7 научных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК при Министерстве образования и науки Российской Федерации, патент на полезную модель «Газонное покрытие типа биомат» №169401 и патент на изобретение «Способ автоматизированного производства газонных покрытий» №2620368.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 152 страницах машинописного текста и состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы и приложений. Список литературы включает 229 наименования, в том числе 27 иностранных источников.
Подбор травосмесей для создания газонов
Еще одним направлением ускорения темпов формирования травянистых покрытий является подбор травосмесей, обеспечивающих ускоренное формирование травостоя. Этот вопрос также недостаточно изучен для условий Нечерноземной зоны России. Качество газонного покрытия во многом определяется видами и сортами многолетних трав. Чаще всего для создания травостоев используют различные виды злаковых растений. По мнению Б.Я. Сигалова (1961), наиболее перспективными для создания газонов можно по праву считать виды, принадлежащие к родам Agrostis, Festuca и Poa.
В Нечерноземной зоне России в качестве газонных трав используют С-3 виды, которые являются травами холодного климата. К травам холодного климата относится овсяница красная, полевица тонкая, полевица побегоносная, полевица собачья, райграс пастбищный, мятлик луговой. Их температурный оптимум лежит в пределах 16-24 С. У них наблюдается два периода интенсивного отрастания - в конце весны и начале осени, в летний период обычно наблюдается пауза в кущении (Работнов, 1984; Смелов,1966).
Для создания газонных травостоев обычно используют травы низовой облиственности (Андреев, 1971). Верховые травы даже при скашивании на высоте 7 см слабо отрастают, так как нескошенной остается только 10-15 % массы побегов, и господствующие в кусте удлиненные вегетативные и генеративные побеги не отрастают, в то время как у низовых преобладают укороченные вегетативные побеги, способные к отрастанию. (Головач, 1955). Для газонных трав существует правило, гласящее, что количество листьев, срезаемых в урожае трав, обратно пропорционально устойчивости трав к скашиванию (Доусон, 1957). Поэтому растения именно с низовым типом облиственности подходят для создания газонов, хотя в отдельных случаях используют верховые и полуверховые травы благодаря работам селекционеров (Лепкович, 2006).
По мнению Е.И. Курченко (1976), одной из важнейших характеристик трав является тип побегообразования. Сейчас в газонной практике используют плотнокустовые (Festuca ovina, Deschampsia caespitosa), рыхлокустовые (Festuca pratensis, Lolium perenne), корнивищно-кустовые (Poa pratensis, Festuca rubra, Agrostis tenuis), столонообразующие (Agrostis stolonifera) травы.
Наиболее пригодны для этих целей корневищно-рыхлокустовые травы, которые обладают высокой потенциальной способностью закладывать почки одновременно в пазухе каждого кроющего листа зоны кущения и в пазухе каждого чешуевидного листа корневища. Злаки данного типа способны к образованию прочной на разрыв дернины, которая идеально подходит для устройства партерных газонов, спортивных площадок (Петрова, 1984). Такие травы предпочтительны при создании рулонных газонов (Лаптев, 1978; Кондратьев, 2004). Травостой этих злаков густой, ровный, плотный, упругий. Корневищно-рыхлокустовые злаки отличаются долголетием (Доусон, 1957), но начальные фазы онтогенеза протекают медленно (Смелов, 1947; Киршин, 1985).
Создание газонных сортов у плотнокустовых трав Festuca ovina и Deschampsia caespitosa предполагает более широкое использование этих видов для озеленения территорий (Вильямс, 1922; Сигалов, 1969).
Для рыхлокустовых трав, побеги у которых отходят под острым углом и формируют плохо сомкнутый или открытый дерновый покров, раньше считались пригодными лишь для луговых газонов (Работнов, 1974; Сигалов,1964). Однако сейчас появились пригодные к созданию газонных покрытий сорта трав.
Столонообразующие травы имеют надземно-ползучие плагиотропные побеги, обычно с зелеными листьями и побегами, которые укореняются в каждом узле, которые способны образовывать множественные новые побеги, покрывающие поверхность почвы (Федоров, 1999).
Для долголетних качественных газонов приемлемы только корневищно-рыхлокустовые и столонообразующие низовые злаки, так как они образуют густой дерновый покров, с хорошей устойчивостью к скашиваниям (Галактионов, 1963; Вандышева, 1971; Сигалов, 1977; Ларин, 1990; Лепкович, 2003).
Важной характеристикой качества газонов является количество побегов на единицу площади (Доусон, 1957; Лазарев, 2008), при этом, чем шире листовая пластинка, тем меньшее количество побегов находится на заданной площади, и чем больше побегообразующая способность и больше количество побегов приходится на заданной площади, тем ценнее газон. (Harrison, 1931; Лазарев, 2008). У райграса пастбищного и овсяниц луговой и тростниковой листовая пластинка довольно широкая (от 4 мм), в то время как у полевицы побегоносной и овсяницы красной е ширина не превышает 3 мм. Относительно широкой является листовая пластинка у мятлика лугового (Armstrong, 1937). Ширина листовой пластинки у полевицы тонкой равна 1 мм, а количество побегов на 1 м - 18-25 тысяч (Сигалов, 1971). Декоративность и качественность газона зависит от числа побегов на единице (Evans, 1949; Madison, 1962; Schery, 1966).
От плотности травостоя также зависит связность дернины, т.е. степень сцепления отдельных частей (Головач, 1955; Лазарев, 2008). Связность, характеризует сопротивление дернины на разрыв, которое зависит от сил связи между минеральными компанентами почвы, т.е от гранулометрического состава. Для газонов важным показателем является несущая способность дернины. Она зависит от толщины и связанности дернины (Головач, 1949). Несущая способность характеризует износоустойчивость - выносливость травостоя к проезду колесного транспорта и вытаптыванию (Сигалов, 1971).
Агроклиматический потенциал области, почвенные и метеорологические условия проведения исследований
Опыт №1 «Подбор состава травосмесей для газонного покрытия специального типа». В двухфакторном опыте сравнивали 4 травосмеси, пригодные для создания травянистых покрытий на дерново-подзолистых почвах низкого плодородия, типичных для региона по гранулометрическому составу и сложению. Травостой создавался на участке, освобожденном от многолетних сорняков обработкой гербицидом сплошного действия «Тайфун», путем посева 4 травосмесей, состав которых приведен в таблице 2.1. Повторность опыта четырехкратная, размер учетной площадки 2 м2. Газон создавался посевом (15 мая 2013 г.) трав в почву на глубину 1,5-2,5 см, с последующим прикатыванием кольчато-шпоровым катком и укладкой на поверхность газонного покрытия специального типа «Биомат», которое закрепляли на поверхности деревянными колышками трапециевидной формы длиной 10-15 см. Скашивание трав проводилось газонной косилкой при высоте травостоя 9-11 см на 4-6 см. Весной вносили азофоску (N30P30K30).
В состав травосмесей включали следующие виды: 1) Овсяница красная (Festuca rubra L.) сорт Диана. Особенности сорта: скороспелый, зимостойкость и засухоустойчивость высокие. Антоциановая окраска листового влагалища средняя. Листовая пластинка открытая. Корневища длинные (до 45 см), толстые. Куст полустелющийся. Лист узкий - средней ширины, зеленый, с восковым налетом. Флаговый лист средней длины, узкий - средней ширины. Стебель средней длины - длинный. Соцветие средней длины - длинное, остистое. Расположение веточек на соцветиях парное. Опушение нижней цветковой чешуи слабое, по килю - с редкими волосками. Киль зазубренный. Семена крупные, с четко выраженным стерженьком. Хорошо отрастает после скашивания. По данным заявителя, устойчив к снежной плесени. Может возделываться на суглинистых и супесчаных почвах. Допущен к использованию по всем регионам для газонного и пастбищного использования на разных типах почв. 2) Овсяница тростниковая (Festuca arundinacea) сорт Зарница. Сорт раннеспелый, устойчив к поражению спорыньей. Обладает высокой зимостойкостью и засухоустойчивостью. Рано отрастает с весны и хорошо после укосов. Хорошо растет на минеральных суглинках и осушенных торфяно-болотных почвах. 3) Овсяница луговая (Festuca pratensis Huds.) сорт Кварта. Лист осенью в год посева темно-зеленый, средней ширины. Тенденция к образованию соцветий в год посева отсутствует или очень слабая. Куст осенью в год посева и при выметывании соцветия полупрямостоячий. Растение средней высоты. Флаговый лист средней длины, узкий - средней ширины. Стебель, верхнее междоузлие и соцветие средней длины - длинные. зимостойкость и засухоустойчивость - высокие. Устойчив к вредителям и болезням. При газонном использовании отличается долголетием и хорошим качеством травяного ковра. 4) Мятлик луговой (Poa pratensis L.) сорт Balin. Допущен к использованию как газонная трава по Российской Федерации. Антоциановая окраска влагалища листа слабая. Среднесильный по укоренению злак, хорошо переносит зиму, оставаясь зелным под снегом. Цвет средне зеленый. Быстро укореняется. Лист осенью в год посева широкий. Стебель, включая соцветие, длинный. По данным заявителя, зимостойкий, засухоустойчивый. Достаточно устойчив к ржавчине, гельминтоспориозу и мучнистой росе. Очень быстро после посева образует травяной покров. При регулярной стрижке формирует плотный газон с хорошим внешним видом. 5) Райграс однолетний (Lollium multyflorum) сорт Рапид. Особенности сорта: устойчив к вредителям и болезням. Допущен к использованию по Северному, Северо-Западному и Центральному регионам. За вегетационный период выдерживает три скашивания. 6) Райграс пастбищный (Lollium perenne L.) сорт Карат. Особенности сорта: зимостойкость и засухоустойчивость высокие. Куст осенью в год посева полупрямостоячий, весной - прямостоячий. Лист зеленый. Растение средней высоты. Флаговый лист средней длины и ширины. Стебель длинный. Соцветие длинное, колосков много. Относительно устойчив к снежной плесени и ржавчинам. Допущен к использованию по Северо-Западному и Центральному регионам. Рекомендуется для пастбищного использования и для газонов.
Сравнительная оценка травосмесей при прямом посеве и использования газонных покрытий специального типа по устойчивости болезням
Темпы появления всходов, их дружность и одновременность зачастую определяет качество газона, его устойчивость к внедрению сорных растений. Поэтому особенности развития каждого газонного вида трав в травосмеси от момента посева до смыкания является важной. Исследования в опыте 1 показали, что разные виды трав дают неодновременные всходы, а еженедельные приросты отличаются, причем значительно.
Быстрее всего появились всходы райграса однолетнего – на 5-6 день. Этот вид в условиях России развивается как типичное однолетнее растение, поэтому характеризуется достаточно быстрыми темпами начального роста, составляющими 9,4-10,6 мм в сутки. Этот вид обладает достаточно высокими темпами кущения, которое начинается на 14-15 день после посева. Вид формирует достаточно широкие листовые пластинки и поэтому может затенять многолетние низовые компоненты газонной смеси, поэтому его участие в травостое ограничивалось. Другой способ регулирования скорости роста райграса однолетнего – своевременное подкашивание и невнесение минерального азота в год закладки травостоя. Подкашивание проводилось на 28 день после посева. При подкашивании срезались однолетние сорняки, которые были представлены в основном дикой редькой, яруткой, пастушьей сумкой, гречишкой развесистой и куриным просом. После подкашивания большая часть сорняков не отрастала.
Для определения посевных качеств семян были произведены лабораторные анализы всхожести, массы 1000 семян и энергии прорастания (таблица 3.4).
По массе 1000 семян травы мало отличались от типичных для вида показателей. При определении весовой нормы высева делали поправку на хозяйственную годность семян.
Как показали исследования, проведенные в лаборатории, райграс однолетний обладает наилучшей всхожестью (93%). Полевые эксперименты показали, что участки, засеянные райграсом однолетним, приобретали зеленый окрас уже через 8 дней, после посева. Высокой энергией прорастания обладали овсяница луговая, райграс пастбищный и райграс однолетний. Посевные качества газонных трав. Культура Всхожесть, % Энергия прорастания, % Масса 1000 семян, г Овсяница красная 72 45 1,12 Овсяница тростниковая 79 54 1,97 Мятлик луговой 61 38 0,24 Райграс однолетний 93 79 2,01 Овсяница луговая 81 78 1,81 Райграс пастбищный 90 81 1,97 Существенно ниже этот показатель у овсяницы красной, а наименьшим он был у мятлика лугового. Это объясняется растянутым периодом его прорастания. Полные всходы мятлика лугового появились лишь на 21 день после посева, что на 12 дней позже райграса пастбищного.
Всходы райграса пастбищного появились на 7-8 день. С 8 по 12 день скачкообразно выросла скорость отрастания и составила 9,1 мм/сутки. На 15-18 день отмечалось снижение скорости отрастания, что связано с началом кущения.
Всходы овсяницы красной появились на 10-12 сутки после посева. Начальные темпы роста были невысокими. С 14 по 20 день наблюдалось увеличение темпов роста, и на 21 день она составила 6,8 мм/сутки. С 21 по 27 день скорость роста снижалась и начинала вновь увеличиваться с 28 дня после посева. Массовые всходы мятлика лугового появились на 24-25 сутки после посева. Темпы роста этого вида были ниже по сравнению с другими видами трав и заметно ускорились лишь после подкашивания травостоя на высоте 7 см.
В газонные травосмеси были включены еще два вида овсяниц: овсяница луговая и тростниковая. Используемые нами сорта этих видов не относят к газонным. Поэтому их можно использовать лишь для создания обыкновенных газонов и газонов, выполняющих почвозащитные функции. Эти виды давали всходы одновременно с райграсом пастбищным, однако имели более низкие темпы начального роста. Их достоинством можно считать большее долголетие по сравнению с райграсом пастбищным и меньшая требовательность к условиям почвенного плодородия по сравнению с мятликом луговым, а также невысокая стоимость семян.
Наблюдение за темпами появления всходов трав и начальным ростом трав, посеянных в почву и уложенных в виде специального покрытия «Биомат», показали, что быстро растущие райграсы однолетний и пастбищный не имели различий. У овсяницы красной и тростниковый на «Биомате» прорастание отмечено на день позже. Для мятлика лугового замедление составляло 2-3 дня.
По темпам роста большинства видов трав (за исключением мятлика лугового) отмечено некоторое преимущество у трав на газонном покрытии с 15-18 дня после всходов.
Проведнные учеты показали, что наибольшее влияние на качество травянистого покрова оказали повреждения в зимнее время. Среди болезней зимнего времени были выявлены розовая и серая снежная плесени.
Серая снежная плесень вызывается двумя видами базидиальных грибов рода Typhula: Typhula incarnata и Typhula ishikariensis, склероции которых сохраняются в почве и на растительных остатках в течение лета. Возбудитель заболевания развивается осенью при высокой влажности почвы и воздуха и при температуре 2-10С, а также под снежным покровом. Образовавшаяся ватообразная грибница поражает растения. Поражения растений серой снежной плесенью можно увидеть после таяния снега по оранжево-коричневатым склероциям размером с головку булавки (Typhula incarnata), встречающиеся на листовых пластинках и корневой шейке. Розовая снежная плесень не имеет склероций.
Серой снежной плесенью слабо поражались овсяницы красная, луговая и тростниковая (таблица 3.4). У райграса пастбищного степень поражения листового аппарата в ходе перезимовки составляла от 34,0 до 66,5%. Сильнее всего поражался мятлик луговой сорта «Balin».
Смыв грунтов при использовании газонных покрытий нового типа
Сервисный фактор редуктора определяет отношение между максимальным крутящим моментом на выходе из редуктора, которым может быть редуктор постоянно нагружен, и истинным выходным крутящим моментом, который способен предоставить подобранный электродвигатель: Где M2max – максимальный крутящий момент на выходе из редуктора, Нм; М2 - истинный крутящий момент на выходном валу редуктора, Нм. Червячные редукторы оснащены полым выходным валом с возможностью применения самостоятельного надвижного вала. Жесткая посадка вала в подшипниках дает возможность уловить высокие радиальные усилия при сохранении срока жизни, сопоставимого с остальными частями. Для определения значения радиальной нагрузки в качестве точки приложения радиального усилия Frad предусматривается половина цапфы надвижного вала (см. рис 5.1).
Нагрузка вала Если радиальное усилие действует на валу на большем расстоянии, то максимальную допустимую нагрузку на ось нужно ограничить. Если на выходном валу установлен ременной шкив, звездочка, шестерня и т.д., то радиальную нагрузку можно определить по формуле: , [5.8] где Frad – радиальная нагрузка, Н; М2 – выходной момент, Нм; D – расчетный диаметр ременного шкива( делительная окружность), мм; k – коэффициент нагрузки (1,00 для звездочек; 1,25 для цилиндрических зубчатых колес; 1,50 для ременных шкивов).
То есть, радиальную нагрузку вала можно уменьшить путем увеличения диаметра ременного шкива – если позволяет конструкция. Если радиальная нагрузка остается высокой или если сила действует на цапфу вала на большом расстоянии, то для улавливания этих усилий придется подобрать наружную посадку в подшипниках.
Допустимые значения осевой нагрузки представляют около 20% допустимой нагрузки радиальной.
Повышение прочностных характеристик станины.
Для определения прочностных характеристик конструкции станины будет использоваться компьютерная программа SolidWorks Simulation, которая поможет спрогнозировать поведение детали при реальных нагрузках, а главное, поможет снижать массу изделия без потери прочности. Simulation Standard позволит выполнить статический расчт деталей и сборки станины с последующим анализом на многоцикловую усталость (Алямовский, 2012). Полученные расчеты с эпюрами нагрузок на станину позволят улучшить конструкцию станины, снизить массу и металлоемкость, применяя деталям рациональное сечение. При изгиах, кручениях и сложных напряженных состояниях напряжения по сечению детали распределяются неравномерно. Максимальные напряжения в крайних точках сечений детали, а в других могут снижаться до нуля, например, например, на нейтральной оси сечения балки, подвергающейся изгибу. По мнению С.В. Доронина (2001), одними из основных конструктивных способов повышения жесткости без существенного увеличения массы являются: 1) Замена изгиба растяжением-сжатием. Повышенная жесткость деталей, работающих на растяжение-сжатие, в конечном итоге обусловлена лучшим использованием материала при этом виде нагружения. При растяжении-сжатии напряжения одинаковы по всему сечению, то есть материал используется полностью. 2) Целесообразная расстановка опор, исключение невыгодных по жесткости видов нагружения. С точки зрения наличия двух и более опор всегда предпочтительнее жесткая заделка. 3) Повышение поперечной жесткости. С увеличением наружных размеров деталей и уменьшением толщины их стенок необходимо во избежание местных деформации повышать жесткость в направлении, поперечном действию изгибающих моментов. 4) Рациональное усиление ребрами. Неправильное соотношение сечений ребер и оребряемой детали может вместо упрочнения привести к ослаблению. 5) Блокирование деформаций. Задача заключается в том, чтобы найти точки наибольших перемещений системы, деформируемой под действием нагрузки, и предотвратить эти перемещения введением элементов растяжки сжатия, расположенных по направлению перемещений.
Подбора нагревательных элементов. Для правильной и корректной работы станка необходимо правильно подобрать трубчатые электрические нагреватели (ТЭН). Для этого нужно произвести расчет мощности нагрева (Дьяков, 1991). Количество теплоты необходимой для нагрева рассчитывается по следующей формуле: ( ), [5.9] где m – масса нагреваемого тела, кг; С – удельная тепломкость, Дж/кг/К; Т1 – конечная температура нагрева, К; Т0 – начальная температура нагрева, К; Любой технологический тепловой процесс сопровождается потерями, мощность которых учитывается по формуле: , [5.10] где Pуд - удельные потери с единицы площади, Вт/м2; S – площадь поверхности потерь, м2. Таким образом, суммарную мощность нагревателей можно рассчитать по формуле: ( ), [5.11] где k – коэффициент запаса мощности (1.1-1.3), учитывающий уменьшение напряжения сети, старение нагревательных элементов; Q – суммарное количество теплоты для обеспечения теплового процесса, Дж; t – время теплового процесса, с; Pпот – суммарная мощность потерь, Вт. Затем подбирают ТЭН, соответствующий требуемым условиям эксплуатации, т.е. с учтом температуры на оболочке ТЭНа, нагреваемой среды, мощности, напряжения. Выбирают конфигурацию и размеры ТЭНа в зависимости от рабочего пространства комплектуемой установки.
Подбор цепной передачи.
Цепные передачи относят к передачам с зацеплением с гибкой связью. Передача состоит из ведущей и ведомой звездочек, установленных на параллельных валах, цепи, охватывающей звездочки и зацепляющейся за их зубья. В нашем случае, будет применяться передача, состоящая из двух звездочек, т.е. двухзвздной. Подбор цепи будет производиться по ГОСТ 13568-97, по которому изготавливаются цепи.