Шавков, Михаил Викторович. Обоснование параметров комбинированного сошника лесопосадочной машины

brief description

Шавков, Михаил Викторович. Обоснование параметров комбинированного сошника лесопосадочной машины : диссертация ... кандидата технических наук : 05.21.01 / Шавков Михаил Викторович; [Место защиты: Воронеж. гос. лесотехн. акад.].- Воронеж, 2013.- 223 с.: ил. РГБ ОД, 61 14-5/128

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
На правах рукописи

Шавков Михаил Викторович
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАННОГО СОШНИКА
ЛЕСОПОСАДОЧНОЙ МАШИНЫ
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени кандидата технических наук
05.21.1 Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства
Научный руководитель доктор технических наук, профессор - Бартенев И.М.
Воронеж 2013
Введение 5
1 Состояние вопроса. Цель и задачи исследований 11
1.1 Анализ способов посадки и технических средств 11
1.2 Анализ рабочих органов лесопосадочных машин и их влияния на
качественные показатели посадки лесных куль¬тур 18
1.3 Анализ научных исследований взаимодействия сошника с
почвой 32
Выводы. Цель и задачи исследований 43
2 Теоретические исследования технологического процесса лесопоса¬дочной машины с комбинированным сошником 45
2.1 Обоснование конструктивно-технологической схемы лесопосадочной
машины, использующей комбинированный сошник с почвозаделываю¬щими окнами 45
2.2 Моделирование технологического процесса лесопосадочной машины
с комбинированным сошником 48
2.2.1 Моделирование взаимодействия комбинированного сошника с поч¬вой 48
2.2.2 Моделирование движения сеянцев в посадочном аппарате 60
2.2.3 Моделирование уплотняющих катков 63
2.2.4 Решение системы дифференциальных уравнений 64
2.2.5 Программная реализация модели 66
2.2.6 Входные параметры и выходные характеристики компьютерного
эксперимента 68
2.3 Исследования конструктивных параметров и режимов работы лесопо-садочной машины с комбинированным сошником 71
2.3.1 Стратегия систематического исследования 71
2.3.2 Базовый имитационный эксперимент с типичными значениями па¬раметров 71
2.3.3 Исследование и обоснование параметров комбинированного сош¬ника лесопосадочной машины 74
2.3.3.1 Влияние длины окон 75
2.3.3.2 Влияние высоты окон 76
2.3.3.3 Влияние высоты расположения окон 78
2.3.3.4 Влияние вылета захвата почвы 81
2.3.3.5 Влияние угла захвата почвы 83
2.3.4 Оптимизация параметров комбинированного сошника лесопоса¬дочной машины 84
2.3.4.1 Методика оптимизации 84
2.3.4.2 Оптимизация захватов почвозаделывающих окон сошника 85
2.3.5 Влияние скорости движения на работоспособость лесопосадочной
машины с комбинированным сошником 89
2.3.6 Влияние параметров сеянца 91
2.3.6.1 Длина сеянца 91
2.3.6.2 Масса сеянца 92
2.3.7 Влияние координаты отпускания сеянца посадочным аппаратом 93
Выводы 94
3 Программа и методика экспериментальных исследований 96
3.1 Программа исследований 96
3.2 Оборудование, использованное в экспериментальных условиях 97
3.3 Методика проведения лабораторных опытов 103
3.4 Методика проведения полевых испытаний 105
4 Результаты экспериментальных исследований 107
4.1 Лабораторные исследования макетных образцов комбинированных
сошников на песчаной почве 107
4.1.1 Определение соотношения вылета захвата и длины окон для нижних
почвозаделывающих окон 108
4.1.2 Определение оптимального значения высоты нижних
почвозаделывающих окон 109
4.1.3 Определение соотношения вылета захвата и длины окон для
верхних почвозаделывающих окон 111
4.1.4 Влияние высоты верхних почвозаделывающих окон на качество
работы комбинированного сошника 114
4.1.5 Комбинированный сошник с наклонными почвозаделывающими
окнами 116
4.2 Лабораторные исследования комбинированного сошника 117
4.2.1 Определение работоспособности комбинированного сошника без
захватов в сравнении с серийным сошником 118
4.2.2 Влияние основных параметров комбинированного сошника на
эффективность его работы 120
4.3 Сравнение показателей эффективности экспериментального образца
комбинированного сошника с серийным сошником 129
Выводы 132
5 Технико-экономическое обоснование использования комбиниро¬ванного сошника в конструкции лесопосадочного агрегата 134
5.1 Разработка опытного образца лесопосадочной машины 134
5.2 Условия проведения полевых исследований 136
5.3 Результаты производственных испытаний исследуемых лесопосадоч¬ных машин 137
5.4 Экономическая эффективность применения разработанной лесопоса¬дочной машины с комбинированным сошником 141
Основные выводы и рекомендации 149
Список использованных источников 151
Приложения 165

bibliography

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Существующие конструкции лесопосадочных машин не в полной мере обеспечивают требуемое качество посадки растений. Причина данных недос¬татков заключается в несовершенстве, как самой технологии механизированной посадки, так и используемых рабочих органов посадочных машин. Для повы-шения качества механизированной посадки разработана новая конструкция ле¬сопосадочной машины, отличительной чертой которой является использование комбинированного сошника с почвозаделывающими окнами, позволяющими сошнику производить принудительную заделку корней растения влажной поч¬вой без перемешивания почвенных слоев.
2. Разработана физико-математическая модель описывающая процесс ме¬ханизированной посадки растений, на основе которой составлена компьютер¬ная программа, позволяющая провести теоретические исследования по изуче¬нию функционирования новой конструкции лесопосадочной машины и опреде¬лить оптимальные параметры комбинированного сошника с почвозаделываю¬щими окнами.
3. В результате проведенных теоретических и экспериментальных иссле¬дований было определено, что почвозаделывающие окна в стенках сошника должны иметь наклонную форму со смещением верхнего края назад. А опти¬мальными параметрами почвозаделывающих окон является угол установки за¬хвата к направлению движения 30° с вылетом захвата 3 см. При этом оптималь¬ное значение длины окна для песчаной почвы составляет 8 см, а для серой лес¬ной 12 см.
4. Разработанная конструкция комбинированного сошника обеспечивает принудительную заделку корней растений внутри сошника на 80% глубины по¬садочного места влажной почвой из нижних и средних слоев, тем самым, ис¬ключая попадания верхнего подсушенного слоя на дно борозды. В результате заделки корней растений почвой большей частью внутри сошника, при удержа¬нии растений в фиксированном вертикальном положении, например, ленточ¬ным посадочным аппаратом или при подаче вручную, происходят изменения в рабочем процессе почвозаделывающих катков, исключая подачу ими почвы для засыпки посадочной борозды, а оставляя им в основном уплотнение, что при¬водит к уменьшению угла наклона растений. Угол наклона растений находится в пределах 9-15°, что в несколько раз меньше по сравнению с сошником обыч¬ной конструкции.
5. Комбинированный сошник более энергоемкий по сравнению с серий¬ным образцом. Однако, данные затраты энергии в отношении всего агрегата компенсируются за счет уменьшения объема гребней борозды, которые необ¬ходимо сместить уплотняющими катками для полной заделки борозды, что приводит к снижению тягового сопротивления заделывающих рабочих органов.
6. Годовой экономический эффект, полученный в результате внедрения в производство экспериментального образца лесопосадочной машины, исполь¬зующей комбинированный сошник с почвозаделывающими окнами, составляет 54432 рублей. При использовании данной лесопосадочной машины при про¬мышленном лесоразведении и лесовосстановлении срок окупаемости дополни¬тельных капитальных вложений составит 0,2 года.