автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование параметров комбинированных рабочих органов грунтомета для прокладки минерализованных полос в лесу

На правах рукописи

Гнусов Максим Александрович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАННЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ГРУНТОМ ЕТА ДЛЯ ПРОКЛАДКИ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ

ПОЛОС В ЛЕСУ

05.21.01 — Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 О ИЮЛ 2014

Воронеж-2014

005550385

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия» (ФГБОУ ВПО «ВГЛТА»),

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Драпалюк Михаил Валентинович

Официальные оппоненты: Добрынин Юрий Андреевич, доктор технических

наук, профессор, Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С.М. Кирова», Заслуженный мелиоратор Российской Федерации, профессор кафедры теоретической и строительной механики

Василенко Владимир Васильевич, доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», профессор кафедры сельскохозяйственных машин

Ведущая организация: Федеральное бюджетное учреждение «Всероссий-

ский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства» (г. Пушкино)

Защита диссертации состоится 12 сентября 2014 г. в 10-00 на заседании диссертационного совета Д 212.034.02 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия» по адресу: 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ауд. 146.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Воронежской государственной лесотехнической академии

(http://www.vglta.vrn.ru/rassmotrenie-dissertacij-v-sovete-d-212-034-02)

Автореферат разослан «30» июня 2014 г. Ученый секретарь

диссертационного совета Платонов Алексей Дмитриевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В настоящее время в лесном хозяйстве, согласно Лесному кодексу РФ, проводится работа по лесовосстановлению на землях, не покрытых лесом, а также вырубках, гарях. Одной из самых важных проблем является проведение профилактических работ по прокладке и подновлению противопожарных минерализованных полос. В настоящее время для этих работ используются лесные плуги ПКЛ-70, ПЛ-1, ПКЛН-500А, ШЮ-400, покровосдиратели ПДН-1, лесные фрезы и фрезерные по-лосопрокладыватели ПФ-1, грунтометы ГТ-3 и др. Лесные плуги и канавокопатели создают узкую минерализованную полосу (1...2 м), которая не всегда эффективна, а фрезерные полосопрокладыватели и грунтометы энергоемки и малопроизводительны, т.к. фрезеруют задернелую почву и агрегатируются с тракторами с ходоуменынителем.

Анализ существующих серийных агрегатов для создания минерализованных полос показывает, что существующие машины не полностью отвечают требованиям по созданию защитной полосы.

Для создания качественных минерализованных полос целесообразно использовать машины с комбинированными рабочими органами, совмещающие процесс предварительной обработки почвы сферическими дисками и дальнейшее её метание в заданном направлении фрезерными рабочими органами.

Известные теоретические и экспериментальные исследования рабочих процессов почвообрабатывающих машин, применяемых для прокладки минерализованных полос, недостаточно адекватно описывают их взаимодействие с почвой при совместной работе пассивных и активных рабочих органов, что не дает проводить разработку на теоретическом и практическом уровнях новой техники для создания минерализованных полос.

Таким образом, обоснование параметров рабочих органов комбинированного грунтомета для выполнения профилактических противопожарных работ в лесном хозяйстве является актуальным. Работа выполнена в соответствии с госбюджетной темой ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» «Разработка ресурсо- и экологосберегающих технологий и обоснование типа и параметров рабочих органов машин для лесовосстановления и лесоразведения в лесостепной и степной зонах РФ» (№ гос. регистрации 01201168736) и в рамках направления ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», темы «Разработка технологии и комбинированной машины для предупреждения и ликвидации лесных пожаров».

Степень разработанности проблемы. Над вопросами изучения рабочих процессов почвообрабатывающих машин и орудий, применяемых при прокладке противопожарных минерализованных полос, работали такие ученые, как: И.М. Зима, Т.Т. Малюгин, А.И. Баранов, Г.А. Ларюхин, И.М. Бартенев, Ю.А. Добрынин, Ю.М. Жданов, В.В. Чернышев, А.Н. Чукичев, Н.П. Курбатский, П.М. Кодляков, Н.П. Валадайский, В.И. Посметьев, Л.Т. Свиридов, В.И. Казаков, М.В. Драпалюк, П.И Попиков, П.Э. Гончаров, В.В. Василенко и др. Анализ этих работ показывает, что широкое применение получил метод создания минерализованных полос с помощью орудий с пассивными и активными рабочими органами.

Разработка и создание грунтомета с комбинированным рабочим органом требует более глубоких теоретических и экспериментальных исследований взаимодействия дисковых и фрезерных рабочих органов с почвой при прокладке минерализованных полос с

предварительной подготовкой почвы.

Цель и задачи исследования. Повышение эффективности и качества создания минерализованных полос путем обоснования параметров и режимов работы грунтомета с комбинированными рабочими органами.

Согласно поставленной цели работы были определены следующие задачи:

1) обосновать новую конструктивно-технологическую схему грунтомета с комбинированными рабочими органами;

2) разработать математическую модель грунтомета с комбинированными рабочими органами, включающими сферические диски и фрезерные головки;

3) обосновать основные конструктивные и технологические параметры комбинированных рабочих органов грунтомета;

4) провести экспериментальные исследования грунтомета с комбинированными рабочими органами, разработать рекомендации по внедрению в производство, а также оценить экономический эффект.

Объект исследования. Объектом исследования являются конструкция и параметры грунтомета с комбинированными рабочими органами.

Предмет исследования. Предметом исследования является взаимное расположение дисковых и фрезерных рабочих органов, взаимодействие фрезы с грунтом с учетом предварительной обработки почвы.

Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. Теоретические исследования производились на основе моделирования взаимодействия рабочих органов с почвой в процессе работы грунтомета. При решении математических зависимостей использовался метод конечных элементов. Лабораторные исследования производились с использованием теории планирования. Результаты эксперимента обрабатывались при помощи программы МаШСаё 14.

Научные положения, выносимые на защиту:

1) разработанная математическая модель взаимодействия рабочих органов с почвой, позволяющая получить оптимальные параметры предлагаемой машины;

2) оптимальные параметры комбинированных рабочих органов, позволяющие усовершенствовать конструкцию грунтомета;

3) закономерности взаимодействия фрезы с почвой с учетом предварительной обработки почвы дисковыми рабочими органами, позволяющие оценить энергоемкость процесса и качественные показатели при различных геометрических и кинематических параметрах;

4) рекомендации по созданию грунтомета с комбинированными рабочими органами, позволяющие повысить качество и эффективность прокладываемых минерализованных полос.

Научная новизна работы:

1) Впервые разработана математическая модель, описывающая процесс взаимодействия рабочих органов с почвой, отличающаяся учетом влияния параметров установки дисковых рабочих органов и частоты вращения фрезерных головок на эффективность и энергоемкость процесса прокладки противопожарных минерализованных полос. Программа решения математической модели для ЭВМ подтверждена свидетельством №2013612484.

2) Обоснованы конструктивные и технологические параметры дисковых и рота-

ционных органов грунтомета, отличающиеся оптимальными значениями, полученными по качественным показателям энергоемкости процесса прокладки минерализованных полос.

3) Выявлены закономерности взаимодействия фрезы с почвой, отличающиеся учетом предварительной обработки почвы (грунта) сферическими дисками при различных конструктивных и технологических параметрах.

4) Установлен принцип компоновки грунтомета с комбинированными рабочими органами, отличающийся учетом совместного взаимодействия с почвой сферических дисков и фрезерных головок в процессе прокладки минерализованных полос.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая часть работы заключается в разработке математических зависимостей и установлении влияния технологических и конструктивных параметров рабочих органов на процесс метания грунта на заданное расстояние и в заданном объеме при прокладке минерализованных полос.

Практическая значимость работы состоит в разработке новой конструкции лесного грунтомета и рекомендаций по выбору параметров рабочих органов. Результаты используются в Государственном научном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт агролесомелиорации», Федеральном бюджетном учреждении «Всероссийский научно-исследовательский институт лесоводства и механизации лесного хозяйства», в учебно-опытном лесхозе Воронежской государственной лесотехнической академии и в учебном процессе Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия» при подготовке бакалавров и магистров, а также в ФГБОУ «ПТЦ ФПС по Воронежской области».

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Полученные научные результаты соответствуют пункту 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 и реализация результатов диссертации. Основные положения работы докладывались и обсуждались на Международной научно-практической конференции «Актуальные направления сельского хозяйства и лесного комплекса» (Украина, г. Винница, 2013 г.), Международной научно-практической конференции «Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика» (г. Воронеж, 2013 г.), Международной научно-практической конференции «Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика» (г. Воронеж, 2014 г.).

Публикации. Основные научные разработки по теме диссертации опубликованы в 15 научных работах, в том числе 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК, 3 публикации без соавторов, 1 патент на изобретение, 1 патент на полезную модель, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ и 1 свидетельство о государственной регистрации базы данных.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы 140 страниц машинописного текста, включающего 127 страниц основного текста, 4 таблицы, 55 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается обоснование актуальности темы исследования, дана формулировка цели работы и научных положений, которые вынесены на защиту, представлена новизна научных исследований, их практическая значимость, результаты внедрения.

В первом разделе представлен анализ рабочих процессов и конструкций существующих технических средств для прокладки минерализованных полос и опашки созданных лесокультурных площадей.

Значительный вклад в развитие научных методов исследования взаимодействия рабочих органов с почвой внесли такие ученые, как И.М. Зима, Т.Т. Малюгин,

A.И. Баранов, Г.А. Ларюхин, И.М. Бартенев, Ю. А. Добрынин, Ю.М. Жданов,

B.В. Чернышов, А.Н. Чукичев, Н.П. Курбатский, П.М. Кодляков, Н.П. Валадайский, В.И. Посметьев, Л.Т. Свиридов, В.И. Казаков, М.В. Драпалюк, П.И Попиков, П.Э. Гончаров, В.В. Василенко и др. Проведенные анализ научно-исследовательских работ и патентный поиск показали, что в настоящее время остаются нерешёнными задачи по прокладке эффективных минерализованных полос, в связи с чем были сформированы цель и задачи работы.

Во втором разделе приводится обоснование новой конструктивно-технологической схемы лесного грунто-мета, защищенного патентом на изобретение РФ №2496540 и патентом на полезную модель РФ №128887 (рисунок 1). Грунтомет оснащен дисками предварительного рыхления 4, увеличивающими количество подаваемого грунта к ротационным органам 5.

Для обоснования и оптимизации параметров рабочих органов разработана математическая модель процесса их взаимодействия с почвой.

Уравнение движения ¿-го элемента грунта, согласно второму закону Ньютона, имеет вид:

1 - рама; 2 - навесное устройство; 3 -опорные колеса; 4 - диски; 5 - фрезы-метатели; 6 - кожухи-направители Рисунок 1 - Схема лесного грунтомета

т

с1г

¿Г У>

Ж

-Ж •

м

ш

уч уч

(1)

¿/22

т,

с/Г

]=1

где тэ - масса элемента грунта; / - текущее время; N3 - количество шарообразных элементов; ¡^'п и - упругая и вязкая составляющие силы взаимодействия элемен-

tob i и j;g— ускорение свободного падения.

Рабочие поверхности сферических дисков и роторов в модели разбиты на 64 элементарных треугольника (рисунок 2). Поверхность каждого ротора была составлена из 8 треугольников; поверхность каждого диска - из 24 треугольников. Каждый элемент грунта i описывается 6 переменными: координаты центра (х„ у„ z,); составляющие СКОрОСТИ (Vxl, Vyl, Vi).

Для позиционирования их в трехмерном пространстве необходимо указать координаты его вершин Tü(xib yiu zü), Ti2(xi2, yi2, zi2), Ti3(xi3, ya, zi3). Здесь T - вершина треугольника; i - порядковый номер треугольника; индексы (1, 2 или 3) указывают номер вершины г'-го треугольника. При составлении сложных поверхностей треугольники необходимо стыковать друг с другом по ребру, они должны совпадать по двум вершинам. Так как поверхности не являются замкнутыми, после стыковки всех треугольников остаются свободные ребра, которые выступают, например, в качестве режущих кромок роторов и дисков.

Рисунок 2 - Представление в модели ротора и сферического диска как совокупности элементарных треугольников (показаны индексы базовых точек и элементарных треугольников)

Вращение лопастей ротора в модели производится путем движения базовых точек 3-10 ротора по круговым траекториям:

_ - ,

х\ ~хцр> У1 Уцр + 2 ' 2\ ~ 2цр''х2 ~ хцр< Уг ~ Уцр 2 '

Z2 ~ Z ЦР

; Xi+n = ХЦР + Rp cos (üpt + i - ; y2+2i = уЦР +

В

л .

2з+2/ = 2ЦР + КР бш^* + I х4+2(. = Хцр + Яр соз^со^ + (2)

Вл ( лЛ

У4+и -Уцр-—'> 24+2/ = гцр + КР вт1 Юр1 + г — I,

где (хцр, ущ,, гцр) - координаты центра ротора; Вл - ширина лопатки ротора; ЛР - радиус ротора.

Поверхности ротора задаются совокупностью элементарных треугольников Т^Рь Р3, Р4); Т2(РЬ Р2, Р4); Т3(Рь Рз, Рб); Т4(РЬ Р2, Р6); Т5(РЬ Р7, Р8); Т6(РЬ Р2, Р8);

Т7(Рь Р<>, Рю); Т8(Рь Р2, Рю), где Pi - обозначение г'-й базовой точки.

Задание расположения диска начинается с размещения в пространстве базовых точек. Центральная точка диска Р2\ имеет координаты:

Х2\=ХЦ> У21 = Уц> 2г\~2ц-Точки малого круга с номерами ( = 22...29 имеют координаты:

Х1 ~ хц

У< = Уц

= гц +

Г(Ь

/&■>" Я

3 - ^СФ-К)) с°{<°д' + (' " } Цмп^Шд/н- (г -22)^.(3)

— Яд

Точки большого круга с номерами [ = 30...37 имеют координаты:

х,. = хц + ЯСФ - ^Я2СФ-Я2Д; У' = У а + Кл + - } (4)

г,. = гц + Яд вюГюд/ + (г -

где Яд и ЯСф - радиусы диска и сферичности диска; а>д - скорость вращения диска.

Установка диска на угол атаки а относительно оси ОЪ производится следующим преобразованием координат базовых точек:

г = ^(хп-хцу +(уп-уцУ;

Уа

ср =

агс1ап:

'Уц

хя -Хц> 0;

агс!ап

Уа

^ + 180°,

X;] X,

■ Хц < 0;

ха = хц + гсоз(ф + а);

Уп=Уц+г™(у + а);

(5)

где г и ф - промежуточные переменные (полярные координаты базовых точек в системе координат, связанной с центром диска (хц, уц, гц)); (хц, уц, и (хн, уа, - координаты базовой точки г до и после преобразования вращения относительно оси ОЪ.

При движении машины частицы грунта входят в контакт с рабочими поверхностями агрегата, в результате чего возникают силы, оказывающие сопротивление движению, и силы, вызывающие движение и изменение геометрической конфигурации грунта. Силы рассчитываются в вязкоупругом приближении, общепринятом в теоретической механике. При расчете сил основным этапом является проверка: контактирует ли данный элемент с данным треугольником Ту. Если элемент контактирует, необходимо рассчитать величину внедрения элемента гт в плоскость данного элементарного треуголь-

ника, а также направление взаимодействия.

При проверке контакта элемента j с треугольником i необходимо найти проекцию центра элемента (х^у^) на содержащую треугольник плоскость. Затем проверить, попадает ли точка проекции внутрь или вне треугольника. В соответствии с этим составляется уравнение плоскости через три точки (Гц, Та, То).

Ввиду того, что большинство элементов грунта не контактирует с дисками и роторами, количество вычислительных операций можно уменьшить отсечением всех не контактирующих между собой элементов с помощью условия гт>с1э/2.

Поиск проекции центра элемента на плоскость треугольника производится следующим образом. По известным координатам вектора (Ан, Вн, Сн) и отклонению гвю проекцию Р(хп, уп, можно найти смещением по нормальному вектору: хп =Xj-A„-rSH; уп = у j —Bri -rm; zn=Zj- C„ • rm.

Разработанная модель в целом представляет собой систему из большого количества алгебраических уравнений, а также условий включения тех или иных сил. При этом координаты и скорости рассчитываются по формулам вида:

хм =х,.+у;-Дг + о;-(А/)2/2; (6)

vM =vi+ar&t,

где х, v, а координата, скорость и ускорение элемента грунта; i - номер шага интегрирования (г - текущий шаг, i + 1 - последующий шаг); At - шаг интегрирования.

Для удобства моделирования разработаны две компьютерные программы: «Программа для моделирования однороторного грунтомета с комбинированными рабочими органами» (рисунок 3) и «Программа для моделирования двухроторного грунтомета с комбинированными рабочими органами» № 2013612484 на языке Object Pascal в интег-

Рисунок 3 - Схема моделирования рабочего процесса грунтомета

Характер движения грунта при работе грунтомета с комбинированными рабо-

9

чими органами показан на рисунке 4.

■■У-уТ^-

а - вид спереди; б - вид сбоку; в - вид сверху

Рисунок 4 - Характер движения грунта в процессе работы грунтомета

Решение задачи оптимизации параметров ротора грунтомета показано на рисунке 5.

___—Х^^ При оснащении машины дисками

предварительного рыхления грунта существенно увеличивается дальность выброса грунта (на 70 %), при этом производительность машины увеличивается на 17 %, а потребляемая мощность на 43 %.

Оптимальная величина заглубления дисков должна лежать в диапазоне 15-20 см. Оптимальный диапазон углов атаки дисков составляет 20-25°.

В третьем разделе изложена программа экспериментальных исследований разработанного грунтомета с комбинированными рабочими органами для прокладки минерализованных полос. На основе проведенных теоретических исследований и изучения существующих образцов грунтометов и полосопрокладывателей был разработан опытный образец грунтометательной машины (рисунок 6) для прокладки минерализованных полос.

Для оценки эффективности машины был выбран участок леса с песчаной почвой. В качестве базовых параметров полевого эксперимента были выбраны скорость движения агрегата 2,0 м/с; частота вращения роторов 5 об/с; величина заглубления роторов 10 см; величина заглубления дисков 10 см; угол атаки дисков 20° (рисунок 7).

Рисунок 5 оптимизации

- Решение задачи параметров ротора грунтомета в математическом пакете МаЛСас! 14

Поставлены следующие задачи экспериментального исследования:

Т |

шш

Рисунок 6 - Полевые испытания грунтоме-та в агрегатировании с трактором Т-150 К

1) проверить работоспособность машины;

2) оптимизировать параметры машины (частота вращения ротора, величина заглубления ротора, угол атаки дисков, величина заглубления дисков, скорость движения агрегата);

3) проверить возможность использования машины при широких условиях эксплуатации и в различных пределах (типе и состоянии грунта, сложном рельефе поверхности, наличии корней и камней).

а б

а - ширины полос; б - величины заглубления ротора и высоты формируемого дисками вала

Рисунок 7 - Измерение геометрических параметров профиля борозды после прохода машины

Оценку производительности машины производили по формуле

Р = (7)

площадь сечения борозды; - скорость движения агрегата; рг - плотность

где ¿б -грунта.

Площадь сечения борозды определяли по итогам нескольких замеров (г = 1 ...Л') глубины к\ борозды в поперечной плоскости с шагом Ах = 5 см. Затем площадь рассчитывали численным методом трапеций:

Бб = Ах •

N-1

¡=2 .

(8)

В четвертом разделе приведены результаты экспериментальных исследований грунтомета. Малое количество факторов (два) позволяет изобразить графически поверхности отклика и выполнить их визуальный анализ (рисунок 8). При наложении благоприятных областей появляется общая оптимальная область треугольной формы (рисунок 9, внизу справа). Оптимальной области соответствует диапазон частоты вращения ротора 7,5-8,0 об/с и диапазон величины заглубления

15-16 см.

Аппроксимация производилась с использованием математической программы МаШСАВ 14. В результате получены следующие формулы для быстрой оценки влияния факторов:

Р((й,аР) = —1,552 ¡Яр2 + 0,274 со2 - 0,012аР-со + 21,687аР --2,053со- 55,48;

= -0,677 аР2 - 0,031 со2 + 0,142аРсо + 8,977аР - (9)

-0,255ы-24,17;

Щ(й,а?) = -0,320 а? + 0,036 со2 + 0,144аР-со + 3,427аР -- 1,093ю - 6,67,

где Р - производитель..........................................ность, кг/с; Ьа, - средняя

и, кг/с ' ' ' / м - ^

!" * •• - ...<■.......................... дальность полета частиц

грунта, м; N - мощность, кВт.

Таким образом, на основе двухфакторной оптимизации сформулированы рекомендации по выбору параметров роторов машины. Частота вращения ротора должна составлять 7,5-8,0 об/с; величина заглубления 15-16 см. При этом машина обеспечивает производительность более 50 кг/с, дальность выброса более 10 м, потребляемую мощность менее 10 кВт на один рабочий орган.

На сухих песчаных почвах с малым коэффициентом трения производительность машины составляет 20 кг/с, потребляемая ею мощность около 5 кВт, однако велика средняя дальность выброса около 20 м. На почвах с большим коэффициентом трения (влажные глинистые и черноземные почвы) производительность машины находится в пределах от 70 кг/с, а потребляемая мощность около 12 кВт, однако средняя дальность выброса около 7 м, при этом машина формирует как качественную защитную полосу вдоль линии движения машины, так и качественный поток грунта на расстояние 10-30 м.

■

а р. см

Рисунок 8 — Экспериментальные поверхности отклика к оптимизации параметров ротора грунтомета

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Анализ конструкций технических средств для прокладки минерализованных полос и технологических процессов показал, что существующие машины и орудия не обеспечивают достаточной производительности и ширины минерализованной полосы, поэтому предложена новая конструктивно-технологическая схема лесного грунтомета с комбинированными рабочими органами для прокладки минерализованных полос.

2. Разработана математическая модель функционирования лесного грунтомета с комбинированными рабочими органами. Модель позволяет на основе компьютерного моделирования исследовать эффективность работы машины с учетом конструктивных и технологических параметров комбинированных рабочих органов и параметров фунта. Модель позволяет провести оптимизацию параметров машины.

3. Теоретические исследования показали, что при оснащении машины дисками предварительного рыхления грунта существенно увеличивается дальность выброса

! грунта (на 70 %), при этом производительность машины увеличивается на 17 %, а потребляемая мощность на 43 %. Оптимальная величина заглубления дисков должна лежать в диапазоне 15-20 см. Оптимальный диапазон углов атаки дисков составляет 20-25°. При меньших углах атаки диски неэффективно собирают грунт, а при больших -поток грунта направляется к ротору в неблагоприятном для выброса направлении.

4. Установлено, что теоретическая частота вращения ротора машины должна находиться в пределах 8 об/с (480 об/мин). При такой частоте высока производительность

р(ар. со), кг/с

Хср(£7р, со), м

Производительностью машины можно управлять в широких пределах (от 30 до 90 кг/с), изменяя скорость движения машины от 1,0 до 3,5 м/с. При этом соответственно изменяется потребляемая машиной мощность, а средняя дальность выброса составляет более 10 м. Скорость движения машины более 3,5 км/ч приводит к резкому росту потребляемой мощности более 30 кВт.

В пятом разделе приведено технико-

экономическое обоснование разработанного грунтомета. Срок окупаемости 4,7 месяца для дополнительных капитальных вложений, а экономический эффект нового экспериментального образца машины для прокладывания минерализованных полос составляет 641466 рублей.

Л'Устр, ш), кВт

р(а?, со) П £ср(сгр. со) П Л^Ор, со)

Рисунок 9 - Экспериментальные карты оптимизации параметров грунтомета

машины (47 кг/с), высока средняя дальность выброса грунта (12 м), а потребляемая мощность не превышает 10 кВт на один рабочий орган. Машина обеспечивает двухпо-токовую подачу грунта: около 70 % грунта оседает в полосе шириной 6 м вдоль линии движения машины; оставшиеся 30 % грунта машина посылает на расстояние 20-50 м. Ширина лопатки ротора должна быть не менее 15 см. При такой ширине лопатка успевает вырезать и эффективно послать всю порцию набегающего потока грунта. При этом рабочая скорость машины не должна превышать 2,5 м/с, а частота вращения ротора 8 об/с.

5. На основе экспериментальной оптимизации сформулированы рекомендации по выбору параметров роторов грунтомета. Частота вращения ротора должна составлять 7,5...8,0 об/с; величина заглубления 15...16 см. При этом машина обеспечивает производительность более 50 кг/с, среднюю дальность выброса грунта более 10 м, потребляемую мощность менее 10 кВт на один рабочий орган.

6. Грунтомет является работоспособным на всех типах почвы, кроме скальных условий. На сухих песчаных почвах производительность машины около 20 кг/с и потребляемая ею мощность 5 кВт. На влажных глинистых и черноземных почвах производительность машины 70 кг/с, потребляемая ею мощность 12 кВт, средняя дальность выброса около 7 м, при этом машина формирует качественную защитную полосу вдоль линии движения машины, на расстоянии 10-15 м. Скорость движения машины более 3,5 м/с нецелесообразна, так как приводит к резкому росту потребляемой мощности более 30 кВт.

Основные положения диссертационного исследования изложены в следующих работах.

В изданиях, рекомендованных ВАК

1. Математическая модель процесса подачи и выброса грунта рабочими органами комбинированной машины для тушения лесных пожаров [Электронный ресурс] / М. В. Драпалюк, И. М. Бартенев, М. А. Гнусов, Д. Ю. Дручинин, О. Б. Марков, В. Е. Клубничкин // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2012. - № 84 (10). - С. 292-306. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2012/10/pdf/23.pdf.

2. Комбинированный лесопожарный грунтомет и рекомендации по его применению [Электронный ресурс] / И. М. Бартенев, М. В. Драпалюк, П. Э. Гончаров, М. А. Гнусов, А. А. Тамби, В. Е. Клубничкин // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2012. - № 84 (10). - С. 327-336. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2012/10/pdf726.pdf.

3. Оптимизация параметров комбинированной машины для тушения лесных пожаров на основе теоретических и экспериментальных исследований [Электронный ресурс] / Л. Д. Бухтояров, М. А. Гнусов, М. В. Шавков, Д. В. Лепилин, Д. В. Есков, А. В. Подъяблонский // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2012. - № 84 (10). - С. 317-326. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2012/10/pdf.

4. Результаты экспериментальных исследований работы комбинированной машины для тушения лесных пожаров [Электронный ресурс] / П. Э. Гончаров, П. И. По-

пиков, С. В. Малюков, М. А. Гнусов, В. А. Бутан, К. П. Андреев // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2012. - № 84 (10). - С. 307-316. - Режим доступа: http://ej.kubagro.ru/2012/10/pdC24.pdf.

Патенты РФ

5. Пат. 2496540 РФ, МПКА62С27/00. Пожарный грунтомет-полосопрокладыватель [Текст] / И.М. Бартенев, М.В. Драпалюк, М.А. Гнусов ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». - 2012126216/12. - Заявл. 22.06.2012; опубл. 27.10.2013.

6. Пат. на полезную модель 128887 РФ, МПК Е02Р5/006, А62С2/00. Лесопожар-ная комбинированная грунгометательная машина [Текст] / М. В. Драпалюк, И. М. Бартенев, П. Э. Гончаров, Л. Д. Бухтояров, П. И. Попиков, М. А. Гнусов, Д. Ю. Дручинин, О. Б. Марков ; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. - № 2013100599/03 ; заявл. 09.01.2013 ; опубл. 10.06.2013.

Статьи и материалы конференции

7. Бартенев, И. М. К вопросу о тушении лесных пожаров грунтом [Текст] / И. М. Бартенев, Д. Ю. Дручинин, М. А. Гнусов // Лесотехнический журнал. - 2012. - № 4 (8).-С. 97-101.

8. Гнусов, М. А. Почвообрабатывающие орудия для прокладки минерализованных полос, канав, противопожарных дорог и разрывов [Текст] / М. А. Гнусов ; науч. рук. М. В. Драпалюк // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика : сборник научных трудов по материалам международной заочной научно-практической конференции / гл. ред. В. М. Бугаков ; Фед. гос. бюджет, образоват. учреждение высш. проф. образования «Воронеж, гос. лесотехн. акад.». - Воронеж,

2013. - № 4 (4). -С. 272-276.

9. Гнусов, М. А. Результаты эксперимента полосопрокладывателя [Текст] / М. А. Гнусов ; науч. рук. М. В. Драпалюк // Актуальш питания сшьськогосподарсько1 науки та агропромислового комплексу : матер!али м1жнародно1 науково-практично1 конференци, Вшниця, 8-9 листопада 2013 року. - Вшниця, 2013. - С. 48-53.

10. Гнусов, М. А. Экспериментальная оптимизация параметров ротора грунтоме-та- полосопрокладывателя [Электронный ресурс] / М. А. Гнусов // Воронежский научно-технический вестник. - 2013. - № 4 (6). - С. 112-119. - Режим доступа: http://vestnikvglta.ucoz.ru/arhiv_nomerov/4_6_2013/16.pdf.

11. Драпалюк, М. В. Совершенствование процесса работы грунтометательной машины [Текст] / М. В. Драпалюк, С. В. Малюков, М. А. Гнусов // Молодий вчений. -

2014. - № 1 (03). - С. 22-24.

12. Гнусов, М.А. Экономическое обоснование целесообразности использования грунтомета для борьбы с лесными пожарами [Текст] / И. А. Авдеева, М. А. Гнусов // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика: сборник научных трудов по материалам международной заочной научно-практической конференции / гл. ред. В. М. Бугаков ; Фед. гос. бюджет, образоват. учреждение высш. проф. образования «Воронеж, гос. лесотехн. акад.». - Воронеж, -2014. - № 1 (6). - С. 320-327.

13. Гнусов, М.А. Перспективные конструкции противопожарных грунтометов

[Текст] / П.Э. Гончаров, ПИ. Попиков, М.А. Гнусов, H.A. Шерстюков // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика : сборник научных трудов по материалам международной заочной научно-практической конференции / гл. ред. В. М. Бугаков; Фед. гос. бюджет, образоват. учреждение высш. проф. образования «Воронеж, гос. лесотехн. акад.». - Воронеж, - 2014. - № 2 (2). - с. 54-59.

14. Гнусов, М.А. Лесопатрульный автомобиль на базе тяжёлого грузового автомобиля повышенной проходимости [Текст] / П.Э. Гончаров, П.И. Попиков, М.А. Гнусов // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика : сборник научных трудов по материалам международной заочной научно-практической конференции / гл. ред. В. М. Бугаков ; Фед. гос. бюджет, образоват. учреждение высш. проф. образования «Воронеж, гос. лесотехн. акад.». - Воронеж, - 2014. - № 2 (2). - с. 64-69.

15. Обоснование параметров лесного грунтомета с комбинированными рабочими органами [Текст] / М.В. Драпалюк, П.И. Попиков, П.Э. Гончаров, М.А. Гнусов // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика : сборник научных трудов по материалам международной заочной научно-практической конференции / гл. ред. В. М. Бугаков ; Фед. гос. бюджет, образоват. учреждение высш. проф. образования «Воронеж, гос. лесотехн. акад.». - Воронеж, - 2014. - № 2 (2). - с. 77-81.

Просим принять участие в работе диссертационного совета

Д 212.034.02 или выслать ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, Воронежская государственная лесотехническая академия, ученому секретарю, факс (473)2-536-702

Гнусов Максим Александрович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАННЫХ РАБОЧИХ ОРГАНОВ ГРУНТОМЕТА ДЛЯ ПРОКЛАДКИ МИНЕРАЛИЗОВАННЫХ ПОЛОС В ЛЕСУ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 28.06.2014 г. Формат 60x90 1/16. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ 344 Отпечатано в УОП ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» 394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10