автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.04, диссертация на тему:Обоснование и выбор параметров и режима работы кусторезов с пассивным рабочим органом

Министерство Сельского Хозяйства и продовольствия

_Российской Федерации _

Московский государственный университет природообустройства

УДК 631.3 : 631.6 На правах рукописи

РГ£ ОД

2 4 ИЮ.П ?ооо

ЗИНОВЬЕВ ВАЛЕРИИ ВИКТОРОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМА РАБОТЫ КУСТОРЕЗОВ С ПАССИВНЫМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ.

Специальность 05.20.04 - сельскохозяйственные и мелиоративные машины

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва .2000

Работа выполнена в Московском государственном университете природообустройства.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

13. В. Суриков

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

член корреспондент РИА, профессор 3. М. Маммаев; кандидат технических наук, профессор М.А.. Кульчев

Ведущая организация - АООТ "МОСМЕЛИОРАЦИЯ "

Защита диссертации состоится « & » иСиои^^____2000 г.

на заседании диссертационного совета К.120.16.02. по присуждению учёных степеней Московского государственного университета природообустройства. Ауд. 1/201

Адрес: 127550, г.Москва, ул. Прянишникова, д. 19, МГУП, диссертационный совет К.120.16.02.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МГУП.

Автореферат разослан «/^ » ____2000 г.

Учёный секретарь специализированного совета, кандидат технических наук

Т. И. Сурикова

ПМ110

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Важнейшим мероприятием по увеличению площадей для выращивания сельскохозяйственных культур является возвращение в оборот вторично закустаренных земель и освоение новых площадей. В связи с этим Федеральной программой стабилизации и развития инженерно- технической сферы АПК на 1996... 2005г.г. предусмотрено провести купьтуртехничесше работы на площадях более 350 тыс. га. А в дальнейшем к 2010 году предстоит выполнить работы на площади 2235 тыс. га по освоению закустаренных и вторично заросших земель.

Существующие средства механизации для удаления древесной растительности не в полной мере способствуют сокращению сезонности и повышению качества мелиоративных работ, сокращению сроков освоения и ввода новых земель в сельскохозяйственный оборот. Сложившееся положение объясняется, главным образом, отсутствием эффективных машин для срезания кустарника и мелколесья.

Цель и задачи исследований. Целью работы являлось исследование механических свойств древесины стволов кустарников и как следствие разработать конструкцию нового рабочего органа кустореза с пассивным рабочим органом, способного значительно повысить производительность и качество выполняемых работ.

Задачами работы являлись:

анализ существующих средств механизации для освоения эакустаренных земель и выбор перспективного рабочего органа кустореза;

анализ существующих теорий резания металлов древесины и сельскохозяйственных растений, а также физических теорий резания;

анализ физико-механических свойств древесины кустарников в зависимости от характера прилагаемой силы и других факторов;

исследование процесса резания стволов кустарника на лабораторной установке в зависимости от температуры, от угла резания и от вида исследуемой древесины; анализ процесса резания ножом нормально произрастающего кустарника и разработка новой конструкции кустореза с пассивным рабочим органом. Методика и объекты исследований. На основе анализа технологии и средств механизации для освоения заку старенных земель делается вывод о необходимости разработки кустореза с пассивным рабочим органом, как наиболее простого и надёжного по конструктивным соображениям и высокопроизводительного агрегата хорошо пригодного для работы на вторично эакустаренных площадях. Далее гипотеза проверялась теоретическими и экспериментальными исследованиями. Исследования в лабораторных условиях проводились на специальном стенде для получения дополнительных данных о свойствах стволов кустарников подлежащих срезке, в производственных условиях - на строящихся мелиоративных объек-

Московской области с использованием в комплексе с серийно изготавливаемыми машинами.

Для замеров силовых и энергетических показателей использовалась современное компьютерное оборудование американских фирм, обработка результатов измерений производилась с применением математических методов и новейших компьютерных программ.

Научная новизна. Впервые обоснована принципиальная схема пассивного рабочего органа кустореза со ступенчатыми ножами. Новыми результатами работы являются: аналитические зависимости удельной работы необходимой для срезания стволов кустарников с диаметром стволов 1,6...2,5 см от температуры и угла срезания.

Апробация. Основные положения научно-исследовательской работы рассматривались на: научно-практической международной конференции в г. Брянске (1999г.), научной конференции в Московском государственном университете природообустройства (1999г., 2000г.), заседании кафедры Мелиоративных и строительных машин (2000г.).

Реализация работы. По результатам исследований, для срезания стволов кустарника разработана оригинальная конструкция ножей ступенчатой формы. Разработана оригинальная компоновка специальных насадок для режущих кромок ножей, позволяющая значительно повысить производительность труда и культуру производства.

Публикация. По материалам диссертации опубликовано 5 работ, получено положительное решение на выдачу патента РФ.

Обьем работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, списка использованной литературы из 85 наименований, а том числе 12 наименований на иностранных языках и приложения к основному тексту. Основное содержание диссертации изложено на 146 страницах машинописного текста.

Содержание работы

В первой главе освещены вопросы современного состояния средств механизации для освоения закустаренных земель. Разнообразие природных условий обусловило применение нескольких способов освоения закустаренных земель под возделывание сельскохозяйственных культур. Анализ научных данных и производственного опыта по технологии и средствам механизации для освоения закустаренных земель показал, что в настоящее время при появлении значительного количества вторично закустаренных площадей, характеризуемых относительно незначительной степенью увлажнения почв и сравнительно малолетней древесной растительностью, отличающейся преобладанием стволов диаметром до 3...4 сантиметров, делается вывод, что для эффективного удаления такой растительности наиболее подходящими являются кусторезы с пассивным рабочим органом. Эти кусторезы отличает высокая производительность, высокий коэффициент эксплуатационной надёжности - около 0,9 и высокий показатель технического обслуживания - около 1,0. Несмотря на многие положительные качества кусторезов с пассивными рабочими органами, у них имеется один большой недостаток - эти кусторезы крайне неудовлетворительно срезают стволы

кустарника с диаметром стволов до 3 сантиметров. Этот недостаток можно объяснить лишь только не работоспособностью рабочего органа кусторезов с пассивным рабочим органом.

Во второй главе приведены теоретические исследования по резанию металлов, древесины и сельскохозяйственных растений, которые были разработаны разными авторами, начиная с начала века и по настоящее время. Основное внимание уделено теории резания предложенной академиком В.П.Горячкиным. Им было предложено рассмотреть процесс резания, как просто перемещение клина (ножа) по направлению разреза и резание со скользящим движением. Для соломорезок был сделан вывод, что при резании со скользящим движением требуется меньшее нормальное давление и качественно улучшается качество среза. Академик В.П.Горячкин также рассмотрел резание при нормальном действии силы со скользящим движением и учётом силы действующей перпендикулярно боковой плоскости клина (ножа) в связи с тем, что клин имеет определённый угол заострения. Академик В.А.Желиговский аналогично рассмотрел этот процесс, практически также разделив его на 3 процесса. Академик И.Ф.Василенко рассмотрел процесс срезания с учётом «реакции материала», то есть учёл жёсткость стебля и скорость перерезания. При этом был сделан вывод, что усилие на срез в пределах изменения скорости 0,7... 1,9 м/сек изменяется обратно пропорционально квадрату скорости. В этой главе также рассмотрены теории ряда русских и зарубежных учёных.

В третьей главе рассматривается анализ выдвинутых разными авторами положений об уменьшении усилий при резании со скольжением. Так, академики В.П.Горячкин, В.А.Желиговский, И.Ф.Василенко считают, что причинами уменьшения усилий при резании со скольжением являются несколько факторов:

- перенос части силы трения из плоскости действия нормального усилия по направлению перпендикулярному к разрезу

- уменьшение угла клина

- перепиливание материала мелкими зубчиками лезвия

ножа

- уменьшение потока материала приходящегося на единицу длины лезвия ножа.

Все вышеприведённые факторы связаны с геометрическими параметрами ножа, которые в результате работы ножа, в конечном счете, принимают какие-то стабильные, мало изменяемые параметры при продолжении процесса резания. При резании древесины свежесрубленного кустарника клином поперек волокон в момент встречи с разрезаемым материалом лезвие клина сминает волокна древесины. Смятая древесина, прилегающая к лезвию, давит на соседние слои, создавая деформированную зону. Деформированные слои, расположенные на некотором расстоянии от лезвия, создают подпор для разрушения слоёв древесины, прилегающих к лезвию. На основании изложенного можно сказать, что основная функция лезвия клина при резании древесины поперёк волокон заключается в том, что оно создаёт и поддерживает в плоскости

резания такую концентрацию напряжения, которая приводит к разрушению материала.

В четвёртой главе рассматриваются физико-механические свойства древесины. Материал кустарника достаточно прочен и по прочности сравним с металлом. Так отношение предела прочности древесины к его объёмному весу приближается, а иногда, для некоторых сортов деревьев и кустарника, эти показатели даже выше чем у металлов. Материал кустарника и мелколесья обладает хорошей сопротивляемостью ударным нагрузкам, но при этом вдоль волокон и поперёк волокон, эта сопротивляемость различна, поскольку древесина имеет волокнистое строение.

Под воздействием силы, механические свойства древесины зависят от следующих основных факторов:

I. От приложения силы по направлению относительно волокон;

II. От влажности древесины. Так по результатам исследований проф. С.И.Ванина [13 ], предел прочности ели на сжатие вдоль волокон уменьшается в 4 раза при увеличении влажности от 0% до 35%. А при дальнейшем увеличении влажности, предел прочности на сжатие остаётся почти постоянным. С учётом исследований проф. М.Л. Перелыгина [14], который определил, что абсолютная влажность ствола растущей берёзы изменяется в пределах 59...92%. Отсюда можно сделать вывод о том, что механические свойства у растущего дерева или кустарника остаются практически одними и теми же в течении года, так как эти изменения имеют место

тогда, когда влажность древесины бывает ниже 35%;

Iii. От тех условий, при которых произрастало растение, от

почвенно-климатических условий, от части ствола, которая подвергается механическому воздействию, от места положения дерева или кустарника среди других растений, от возраста и других факторов. Далее описывается экспериментальная часть работы, основой задачей которой является исследование зависимости удельной работы, необходимой для перерезания ствола кустарника, от угла, под которым происходит срезание этого ствола в зависимости от температуры ствола и от сорта древесины стволг Для выполнения экспериментов была смонтирована установка, состоящая из гидравлического пресса в гидросистеме которого вмонтирован датчик давления рабочей жидкости, а перемещение штока пресса регистрировалось с помощью датчика положения. Для записи результатов исследования применялись два компьютера со специальной программой "Dataview", а для обработки результатов применялись соответствующие компьютерные программы" Easy plot", "Eureca", "MathCad" и "ExeF Экспериментальные данные обработаны методом регрессивного анализа; проверена воспроизводимость результатов опытов; проведена статистическая оценка значимости коэффициентов регрессии. По результатам экспериментов получены данные и по данным с помощью вышеприведённых программ" получены уравнения регрессии, описывающие полученные кривые, а результаты отображены в виде графиков. В качестве примера приведены графики зависимости удельной работы от угла резания и график зависимости удельной работы от угла резания и температуры для чёрной ольхи.

Таблица результатов проведённых опытов по резанию образцов берёзы, ивы и чёрной ольхи.

К Удельная работа (дж)

с; X со со <и а 1 >.

ш Температура

Й г 18° С 0°С -12° С

90° 3105,4 3011,4 3919,7

(0 85° 3252,5 3331,1 3959,5

Р) •0) а 80° 3923,6 3515,7 4067,8

ш 75° 4249,4 3970,7 4250,7

70° 4278,6 4010,5 4595,8

90° 3027,3 3059,1 3585,2

85° 3499,3 3703,3 3983,9

га т 80° 3782,4 3866,4 4245,1

75° 3914,7 3985,3 4337,3

70° 4057,2 4222,5 4753,7

90е' 3327,8 3749,0 4061,6

га 85е 3536,8 3786,9 4539,3

с; о а л X а :<Ю Т 80° 3596,4 3997,3 4689,8

75° 3612,2 4368,7 4933,7

70° 4340,9 4374,5 4967,5

Для чёрной ольхи при температуре 18°С

Га Poly™"1'^ Regression of Y on X

70 «О

X-Ydata Least-squares fit

Для чёрной ольхи при температуре 0°С

f^et-^oTc, Polynomial Regression of Yon X П-

70 SO 90

+++ X-Ydata У ЪО П

Least-squares fit

Для чёрной ольхи при температуре -12°С

Для чёрной ольхи при температуре 18°С, 0°С, -12°С

Pctïo ri°°

Polynomial Regression of Y on X

70 80

+++■ X-Ydata Ц V04

- iratt-nmiATrefïf

pcSt

4500

Рис. 1. Графики полиномиальной регрессии зависимости удельной работы необходимой для перерезания ствола кустарника от угла.

Из вышеприведённых данных можно сделать следующие выводы:

1. Древесная структура имеет сложное строение, и её физические свойства зависят от многих факторов. Для исследования нами были выбраны факторы, которые реально влияют на качество работ и производительность. Это скорость при которой производится работа, это температура при которой происходит срезание и угол под которым срезаются стволы кустов.

2. Полученные результаты доказывают, что работа необходимая для перерезания ствола кустарника на единицу площади находится в тесной зависимости от температуры ствола и от угла под которым происходит перерезание.

3. Эта зависимость имеет сложный характер, но при этом можно сделать вывод, что с уменьшением угла резания и уменьшением температуры окружающей среды, возрастает работа необходимая для перерезания единицы площади ствола кустарника. Это видно наглядно на графиках.

В пятой главе "Анализ процесса резания ножом нормально произрастающего кустарника и предлагаемая конструкция кустореза", проанализирован процесс срезани: стволов кустарников кусторезами с пассивными рабочими органами а конкретных природных условиях и рассмотрень основные факторы влияющие на этот процесс. Главными факторами влияющими на качество срезки стволов кустарников являются следующие:

1. Скорость перемещения клина (ножа) относительно ствола. Чем выше скорость, тем выше качество выполняемой работы. Это подтверждается исследованиями А.З.Шрюпши (1966), где сравниваются работы по срезке стволов кустарников бульдозером и кусторезом с пассивным рабочим органом.

Полнота с&еос дс>ег,есноп о;стит?льности в загксимоси/ от аыссгы деевсстоя при оозлиьчых споссеох -осиист^и земель

1 - срез*"} н^сто^е^ами, 2 - с^-з. а [ь

2 - Е?сезс, 4 - кр^и-а| £ _ Рм^иис, о - со-ч.а,

7 - ЗЛЫО) 8 ~

Рис. 2. Г рафик полноты среза.

2. Окружающие условия, при которых производится срезание:

- подпорное или без подпорное срезание

- слабая или развитая корневая система )

• грунт, на котором произрастает кустарник

- температура среды при которой производится работа

3. Качественные характеристики срезаемого растения.

4. Геометрические характеристики ножа.

На основании анализа вышеизложенных характеристик были сделаны конкретные предложения по конструкции кустореза с пассивным рабочим органом, способным успешно срезать стволы кустарника с диаметром менее Зсм. Также была предложена конструкция ножей ступенчатой формы, которая способна значительно повысить производительность кустореза. На конструкцию ножей ступенчатой формы получен патент РФ и подана заявка на ещё один патент. Ножи представлены на рисунке.

Где, угол ф, равен углу трения древесины о стапь, угол а имеет значение в пределах 2...30. На каждую режущую ступеньку прикручивается специальная мало изнашиваемая, самозатачивающаяся насадка.

Далее выполнен проверочный тяговый расчёт для этой машины.

В шестой главе ''Экономическая эффективность внедрения результатов исследования в производство", приведён расчёт экономической эффективности от внедрения нового рабочего органа со ступенчатыми ножами. Для сравнения в качестве базисного варианта принят кусторез КБ-4 на базе трак-

Рис. 3. Конструкция режущей части ножей.

тора Т-130 МГ1. В ходе экономического расчёта для базовой и новой машины определены: годовая эксплуатационная производительность; цена единицы конечной продукции, производимой кусторезом; количество машино-часов работы кустореза; годовые текущие издержки потребителя. На основе этих данных определён прирост экономического эффекта за счёт использования нового рабочего органа равный 10 500 рублей в год.

Основные выводы.

1. Существующие средства механизации для расчистки осваиваемых и особенно вторично заросших земель от древесной растительности не в полной мере отвечают требованиям, способствующим повышению качества мелиоративных работ и сокращению сроков ввода осваиваемых земель в сельскохозяйственных оборот. Сложившиеся положение объясняется, главным образом, отсутствием эффективных машин для срезания кустарника и мелколесья.

2. Анализ парка машин используемых для срезания древесной растительности показал, что наиболее простыми и высокопроизводительными являются кусторезы с пассивными рабочими органами, при практически одном недостатке, неспособностью этих машин эффективно работать с растительностью с диаметром ствола менее 3...4 сантиметров.

3. Проведённые теоретические исследования позволили предложить конструкцию кустореза отвечающего современным требованиям и при значительно возросшей производительности, повышено качество выполняемых работ, позво-

позволяющее эффективно срезать стволы кустарников и мелколесья с диаметром стволов менее 3...4 сантиметров.

Основное содержание диссертации опубликован^ в следующих работах:

1. Экологически чистые технологии производства культуртехнических работ на осушаемых торфяниках. Актуальные проблемы экологии на рубеже третьего тысячелетия и пути их решения, часть вторая: Тез. докл. науч.-техн. конф. Брянск: 1999г. (Соавтор Суриков В.В.).

2. Повышение эффективности работы кусторезов с пассивным рабочим органом на старопахатных землях. Природообустройство и экологические проблемы водного хозяйства и мелиорации: Тез. докл. науч.-техн. конф. МГУП, Москва: 1999г. (Соавтор Суриков В.В.).

3. Устройство для срезания кустарников и полукустарников. Авторское свидетельство РФ № 99107328 (Соавтор Суриков В.В.).

4. Сравнительный анализ технологий на удаление древесно-кустарниковой растительности. Экологические проблемы водного хозяйства и мелиорации: Тез. докл. науч.-техн конф. МГУП, Москва: 2000г. (Соавторы Суриков В.В., Ермаков О.Н.).

5. Обоснование геометрических параметров режущей кромки ножей кустореза с пассивным рабочим органом. Экологические проблемы водного хозяйства и мелиорации: Тез. докл. науч.-техн. конф.. МГУП, Москва: 2000г. (Соавтор Суриков В.В.).

Введение.

Глава 1. Рабочее оборудование и машины применяемые для удаления надземной части кустарника и мелколесья в нашей стране и за рубежом.

1.1 Кусторезы с пассивным рабочим органом.

1.2 Кусторезы с активным рабочим органом органом и машины для удаления и измельчения кустарника и мелколесья вместе с корневой системой.

1.3 Конструкции кусторезов и орудий, применяемых за рубежом.

1.4 Выводы по главе.

Глава 2. Обзор материалов и исследований по резанию различных материалов

2.1. Аналитический обзор результатов исследований проведённых русскими учёными по резанию металлов, древесины и сельскохозяйственных растений.

2.2. Обзор работ иностранных авторов по проблеме резания стеблей сельскохозяйственных растений.

Глава 3. Анализ выдвинутых разными авторами положений об уменьшении усилий при резании со скольжением.

2.4. Физические основы резания древесины свежесрубленного кустарника ножом.

3.5. Выводы по главе.

Глава 4. Древесина кустарника - физико-механические свойства.

4.1. Исследование механических свойств древесины.

4.2. Выводы по главе.

Глава 5. Анализ процесса резания ножом кустореза стволов кустарника произрастающего в природных условиях и предлагаемая конструкция кустореза.

5.1. Преимущества и недостатки бульдозеров и кусторезов.

5.2. Определение мощности, тяговых сопротивлений и тяговый расчёт кустореза с пассивным рабочим органом.

5.3. Выводы по главе.

Глава 6. Экономическая эффективность внедрения результатов исследования в производство.

Задачей настоящей работы является определение оптимальных параметров режущей части кустореза с пассивным рабочим органом с целью повышения качества удаления кустарника и мелколесья при проведении культуртехнических мероприятий, особенно на вторично закустаренных и заросших мелколесьем площадях.

Важность поставленной задачи подтверждается тем вниманием, которое наше государство уделяло и уделяет этому вопросу.

Закустаривание наносит большой вред кормовым угодьям, кустарник угнетает кормовые травы, в результате чего происходит резкое снижение их продуктивности, изреживание и полная гибель. При этом развиваются несъедобные и ядовитые сорняки. Заросли кустарника являются также очагами обитания клещей и других вредных насекомых, поражающих животных и человека. Зарастание кустарником резко сокращает пашни, сенокосы и пастбища и является разносчиком сорняков. Закустареность земель в то же время раздробляет участки, что значительно затрудняет работу машин на таких мелкоконтурных участках. За последние 8. 10 лет в так называемой гумидной зоне возникла проблема вторичного зарастания используемых угодий в условиях полного или частичного отсутствия эксплуатации и ухода за мелиоративными системами и мелиорируемыми землями. Так, ежегодно в таких областях, как Архангельская, Вологодская, Кировская, Свердловская, Пермская, Смоленская, Тверская, Ярославская, Ивановская и в Республике Коми, выбывает до 1. 1,5% находящихся в эксплуатации земель в результате зарастания. За последние 20 лет в Северо-Западном, Центральном, Волговятском, Уральском природно-экономических районах Российской Федерации заросло кустарником 15 млн.га. Аналогичная ситуации сложилась и в Сибирских и Дальневосточных районах.

В настоящее время, учитывая большую значимость повышения продуктивности и плодородия мелиорируемых земель, Федеральной программой стабилизации и развития инженерно-технической сферы АПК на 1996.2005г.г. предусмотрено провести культуртехнические работы на площади более 350 тыс. га. А если посмотреть на более отдаленную перспективу (2010 г.), то к тому времени предстоит выполнить работы по освоению за-кустаренных и вторично заросших земель на общей площади 2235 тыс. га.

Безусловно, для претворения в жизнь этой программы требуется прежде всего достаточное финансирование с одной стороны, и наличие высокопроизводительной техники, позволяющей вести культуртехнические работы в соответствии с современными агротехническими и экономическими требованиями, природо и ресурсосбережения , с другой.

Далее, рассмотрим несколько подробнее процесс производства работ по расчистке площади от кустарника и мелколесья. Как правило, удаление производят в два этапа. Сначала удаляют наземную часть растительности путем ее срезания или измельчения, а затем уничтожают корневую систему. Для выполнения вышеуказанных работ существует большое разнообразие машин, нашедших отражение в Системе машин для комплексной механизации сельскохозяйственных процессов. Часть ill. Мелиорация. [ 41] Необходимость применения двух типов машин для выполнения этой работы, вызвана прежде всего тем, что сравнительно трудно отделить почву и камней от корневой системы кустарников и мелколесья. При объединении вышеуказанных работ в единый процесс происходит сильное загрязнение землей всей кроны кустарников и мелколесья, особенно на переувлажненных почвах, а также значительное разрушение плодородного слоя земли и повышение кислотности (снижение рН) почвы.

В настоящее время наиболее известными способами по удалению древесно-кустарниковой растительности, являют следующие: механический, огневой, химический, взрывной. Все эти способы не равноценны по своему хозяйственному значению. После запашки кустарника в землю, в первые годы урожайность сельскохозяйственных культур снижается на 20. 25% по сравнению с урожаями, полученными после расчистки земель от кустарника и мелколесья кусторезами и его удаления с полей.

Химическая обработка зарослей кустарников и мелколесья эффективна только в ограниченные сроки года: с полного обли-ствения до образования верхушечных почек на молодых побегах, в тёплую ясную погоду при температуре воздуха +15 градусов и скорости ветра до 3 м/с. Химическая обработка, проведённая в поздние сроки, при порывистом ветре и в дождливую погоду, не даёт удовлетворительных результатов. В настоящее время нет универсальных гербицидов, которые хорошо уничтожали бы все виды и породы кустарников и деревьев. Имеющееся гербициды хорошо уничтожают лишь некоторые из произрастающих видов, а процесс усыхания растительности длится довольно 7 продолжительное время - от 1 до 3 лет, при проведении одного двух опрыскиваний. Кроме того, усохшую растительность необходимо убирать с участка, используя различные механизмы, как и при срезке кустарника. Наиболее распространенным, экологически чистым и эффективным на сегодняшний день является механический способ удаления растительности.

-п Озаеной задаыоЯ нащояще^работ^ являйтоя изучение ме--ханических свойств и процесса срезания клином (ножом) мелкого кустарника диаметром до 3 см, который неудовлетворительно срезается существующими кусторезами пассивного действия, и обоснование некоторых элементов рациональной формы рабочего органа кустореза и технологии производства работ.

Изучение процесса резания древесины кустарника ножом кустореза выполнялось путём анализа и обобщения накопленного производственного опыта экспериментального материала, полученного автором при исследовании. Для подтверждения выводов использовались материалы других авторов занимавшихся процессом резания лезвием и ножом различных растений. [1,2,3,4,5,6,20,22,23]. я

Выводы по главе 5:

1. При работе кусторезов с пассивным рабочим органом процесс срезания стволов кустарников значительно отличается от процесса резания стеблей злаковых и травы, которые хорошо изучены академиками В.П. Горячкиным, В.А. Желигов-ским и другими.

2. Процесс срезания стволов кустов и мелколесья кусторезами с пассивным рабочим органом клинообразной формы с углом при вершине 60° протекает при меньшем действии сил совпадающих с направлением движения в сравнении с режущими аппаратами других машин имеющих угол резания 90°, таких как бульдозеры.

3. Во время работы кустореза с пассивным рабочим органом процесс срезания протекает более длительное время в сравнении с процессом срезания бульдозером за счёт клинообразной формы кустореза и наличия скользящей силы направленной вдоль режущей кромки ножа.

4. Удельная работа необходимая для перерезания ствола кустарника есть величина определённая, но время, затраченное на выполнение этой работы, может быть разным. У кусторезов с пассивным рабочим органом клинообразной формы время срезания продлено за счёт того что срезание происходит под углом.

5. Работа сил трения при взаимодействии ножа кустореза со стволом кустарников и мелколесья зависит от времени срезания и она тем больше, чем больше это время, то есть чем меньше угол при вершине у рабочего органа кустореза.

6. Стремление уменьшить тяговое сопротивление за счёт клинообразной формы кустореза не приводит к уменьшению необходимой работы для перерезания стволов кустарников и мелколесья, а скорее наоборот с уменьшением угла захвата будут расти силы трения и работа будет увеличиваться.

7. Клинообразная форма рабочего органа кустореза обеспечивает хорошее перемещение срезанной растительности по боковым граням, а вопросом затрачиваемой энергии для срезания растительности в зависимости от угла при вершине рабочего органа практически мало уделено внимания.

8. При уменьшении угла захвата наступит такой момент когда коэффициент трения срезанной массы о боковые грани рабочего органа кустореза будет таким, что срезанная масса не будет перемещаться по боковым граням, а будет накапливаться на рабочем органе. ндс&еВ! насзюащее время хорошо>зареквмандо8шш!себя^^о~1 сторонний кусторез с расположением отвала под углом 30° к

138 осй перпендикулярной к направлению движения, что соответствует клинообразному кусторезу с углом при вершине 120°, что в два раза больше угла у существующих рабочих органов кусторезов с пассивным рабочим органом.

10. Процесс срезания стволов кустов и мелколесья требует дальнейшего углублённого изучения и разработки соответствующей теории исходя из условия необходимой работы для срезания.

Глава 6.

Экономическая эффективность внедрения результатов исследования в производство.

Экономическая эффективность тесно связана с производительностью. Поэтому рассмотрение этой категории начнём с рассмотрения производительности кустореза с пассивным рабочим органом.

Производительность кустореза определяется прежде всего коэффициентом использования рабочего времени а также скоростью перемещения и количеством времени затрачиваемым на холостые перегоны. Кусторезы значительно выигрывают по сравнению с бульдозерами в отношении малого количества холостых перегонов.

Рассмотрим как влияет ступенчатая форма ножей на энергоёмкость, производительность и качество срезки.

Конечно при использовании клинообразной формы кустореза с гладкими ножами по сравнению с ступенчатыми ножами имеет место уменьшение силы совпадающей с направлением перемещения, однако это не является основанием для того чтобы сказать, что затраты энергии при применении ступенчатых ножей выше. Иначе трудно объяснить, почему на расчистку одинаковых площадей от кустарников, бульдозер порой ¡работгаф-сбошвип реизвщдогее ¿рьна а^ме&ьшимА/ьза^ати^ тами энергии. Почему же клинообразная форма кустореза оставлена в качестве основы? Потому что при работе, кусторез с такой формой "раздвигает" растительность и нет необходимости в частых холостых перемещениях, как это наблюдается при работе бульдозера, которому периодически необходимо сдвигать накопившуюся массу в сторону для продолжения работы. Это наглядно видно из рисунка 6.1. на схеме работы кустореза особенно на участках правильной формы.

Рис. 6.1. Способы движения кусторезов: а - фигурный с петлевым поворотом на углах загонов; 1 - заезд на загон; 2 - задний ход на повороте; 3 - холостой ход вперёд на повороте; 4 - рабочие проходы; б - челночный при движении вдоль склона; 1 - поворотная полоса; 2 - заезд на загон; 3 - рабочие проходы; 4 - холостой ход вперёд на повороте; 5 - задний ход на повороте; в - спиральный на участках неправильной формы; 1 - заезд на участок; 2 - рабочие проходы;

Техническую производительность кустореза определяем с учётом неизбежных потерь времени на развороты и выезды за границы участка, а также с учётом перекрытия полос при проходе кустореза, га / ч

Пт = ( Ь3 - ЬПер) (Т Фв - гп Гп) 10"4 г-1пр 8"1 где Ь3 - ширина захвата, Ь3 - 3,6 м;

Ьпер - ширина перекрытия полос, м, Ьпер= 0,15 м;

Т - продолжительность смены, сек, Т = 28800 сек; фв - коэффициент использования рабочего времени, фв =

0,85; zn - число поворотов в конце участка за смену, принимаем 2П = 160; t п - время на один поворот, сек, ^'п = 15 сек; ур - рабочая скорость машины, м/сек, ур = 1,1 м / сек; гпр - число проходов по одному месту, гпр = 1; После подстановки численных значений и подсчёта результата получим техническую производительность Пт= 0,78 га / час. Заводская техническая производительность Пт = 0.4.06 га / час. Производительность безусловно зависит от многих факторов и главное от рельефа местности, который влияет на скорость перемещения кустореза. Чем более спокойный рельеф, тем с большей скоростью может двигаться агрегат. Максимальная рабочая скорость с которой может двигаться кусторез соответствует третьей нормальной передаче тракто ра и равна 2,06 м/сек, а оптимальная рабочая скорость соответствует второй нормальной передаче равной 1,43 м/сек или же второй ускоренной передаче равной 1,69 м/сек. Поскольку кусторез планируется использовать в основном на вторично заросших площадях, рельеф которых как правило позволяет работать на повышенных скоростях, то расчётная производительность будет несколько выше той которая представлена выше. Главное же достоинство кустореза со ступенчатыми ножами и быстросъёмными насадками, это бесперебойная работа на объектах, благодаря самозатачиващимся насадкам режущего органа. Расчётная продолжительность работы самозатачивающихся насадок 2000.2200 м/час. Это значит, что замену насадок следует планировать один раз в год. Это так же значит, что нет необходимости через каждые 20.30 маш./час. останавливать кусторез для заточки ножей. То есть коэффициент использования рабочего времени будет ещё выше.

Качество срезки при использовании ножей ступенчатой формы как это было обосновано выше значительно лучше.

Экономическая эффективность при применении ножей ступенчатой формы.

Технико-экономическая эффективность выполненных исследований базируется на комплексной оценке результатов внедрения нового рабочего органа для серийного кустореза марки ДП-24. Фактическая экономическая эффективность рассчитывалась по методике [49], рекомендованной Минводхозом СССР с пересчётом цен и с учётом изменения стоимости рубля ( по ставке рефинансирования Госбанка РФ ).

Эффективность технологического процесса с применением машины с новым рабочим оборудованием определялась в соответствии с данными, полученными от их внедрения на объектах водохозяйственного строительства. Результаты расчётов технико-экономических показателей отражены в таблицах.

Исходные данные для расчёта экономической эффективности п/п Наименование, ед. измерения Базовый вариант Оптимальный вариант

1. Кусторез ДП-24 стандартный со ступенчатыми ножами

2. Число часов работы в году, Тч.ГОд 1540 1680

3. Производительность техническая часовая га/час Пт 0,6 0,78

4, Коэффициент использования кустореза в смене кв 0,8 0,8

5. Коэффициент накладных расходов кн 1,08 1,08

6. Инвентарно-расчётная стоимость, И, руб 19260 19260

7. Продолжительность смены Тсм, час 8,2 8,2

8. Норматив амортизационных отчислений В,% 25 25

9. Стоимость техобслуживаний Рт, руб/час 1,4 1,4

10. Стоимость ремонта и замены оснастки, Нр, руб/час 0,5 0,5

11. Стоимость энергоматериалов, Э, руб/час 2,73 2,73

12. Часовая ставка обслуживающего персонала, Д, руб/час 0,79 0,79

13. Средний уровень надбавок к зарплате, коэффициент Кд 1,33 1,33

14. Стоимость транспортирования на объект, Нто, РУб 39,8 39,8

15. Среднее число перебазировки за год пп 4 4

16. Затраты на смазочные материалы С, руб/ч 0,68 0,68

17. Косвенные затраты на содержание и управление ремонтной базой, Ф, руб/час 25% от Д и 2 прямых затрг 0% от прочих ат

18. Коэффициент увеличения расхода топлива в связи с ростом скорости срезания, Кэ - 1,1

19. Коэффициент учитывающий зимние условия (по ЕНиР. Общая часть) к3 0,9 0,9

20. Продолжительность зимнего периода, дн 110 4 110

144

Эффективность от применения нового кустореза создаётся за счёт увеличения на 1 передачу скоростей срезания стволов кустарников. Коэффициент безморозного периода кб =0,6, коэффициент зимнего периода кс =0,4 - учитывает удельный объём работ, выполняемых в зимний период.

Годовая эксплуатационная производительность нового кустореза:

Пэ.год.н. = Тч год кпер'Кб'Кв'Пт + Тчгод кпер'Кс'Кв'К3'Пт — 754,79 га/год Пэ.год.б. ~ "Гц.год КПер"Кб"Кв'Пт + ТЧ ГОд КПер" Кс' Кв' К3" Пт — 532,22 ГЭ/ГОД Годовая себестоимость нового кустореза:

Сн - кн ив 100 кн (Рт +Нр + Э + С +Дк)Тч.гад +Итр • пп +

ИВ

025 Дкд.Тч.ГОД+0,1 1()0 (РТ+Нр+Э + С) Тчгод +Итр ппа

Годовой экономический эффект от внедрения техноло гии равен:

18148руб/год

Пз п годН

С6 + Ен + И6) - (Сн + Ен • И6) = 15000р / год э.год' б

1. Тиме И.А. Сопротивление металлов и дерева резанию. С-Петербург, 1870-241с.

2. Е.Д.Томин, В.Г.Песков, Ю.А.Соколов и др. Система машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства на 1986-1995 годы, часть III Мелиорация Москва 1988.-388с.

3. М. А. Дешевой Механическая технология дерева, tomI, II, III Ленинград: ЛТА, 1934-1939.

4. П.А.Афанасьев Курс механической технологии дерева Ленинград 1956. -271с.

5. В.П.Горячкин Собрание сочинений, том 1. М.: Колос, 1965. -720с.

6. В.П.Горячкин Собрание сочинений, том 3. М.: Колос, 1965. -384с.

7. Карпенко А.Н., ХаланскийВ.М. Сельскохозяйственные машины М.:ВО»Агропромиздат» 1989,- 527с.

8. Крамаренко Л.П. Уборочные машины. Теория конструкция и расчёт. Харьков-Киев Гостехиздат Укр ССР 1935.-339 стр.

9. W.E. Fischer Mahersuche mit Mittelsohnittbalken verssdniedener Finger und Messerteilungen. Zeit schrft die Technik in der Zandwirtschaft das Dentschland, B.5, № 5, 1931.

10. H. Gronarz. Untersuchungen über den Schnerdevorgang Mahe-maschinen.Zeitschrift die Zandmaschine, №46, 1928-1929.

11. K. Kammerlor. V.DS.Zeitsdrft, №18, 1934.

12. W. Knolle. Zatschrift "die Technik in der Zandwirtschaft", B.21, №1, 1940.

13. Ванин С.И. Древесиноведение. M.: Гослесбумиздат 1949,-472с.

14. Перелыгин Л.М. Уголев Б.Н. Древесиноведение. М. Лесная промышленность 1971.- 286с.

15. Кузнецов В.Д. Физика твёрдого тела. М.: Красное знамя 1984 г; Т I 554с.,Т II - 771с.; Т III - 742с.; Т iV - 542с.; Т V - 699с.

16. Российская архитектурная энциклопедия. М.: Триада 1995 г. Т I 496с.

17. Борщов Т.С., Гинтовт И.А. Культуртехника в нечернозёмной зоне., М.: Колос, 1981.- 254 с.

18. Баловнев В.И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин: -М.: Высшая школа, 1981.- 336 с.

19. Кирилов В.В., Моисеев B.C. Аналоговое моделированиединамических систем: Л.Машиностроение, 1977.-288 с.

20. Пронин А.Ф., Модестова Т.А. Практикум по лесохозяйст-венным и мелиоративным машинам: М.: Высшая школа, 1984.-272 с.

21. Пестряков В.К., Дубовик В.М., Иванов Е.И. и др. Механизация мелиоративных работ в нечерноземной зоне Л.: Колос, 1982-160с.

22. Стариков Х.Н. Культуртехнические работы в хозяйстве -М.: Росагропромиздат, 1988-80 с.

23. Васюкова Н.Д., Тюляева В.В. Практикум по основам программирования М.: Высшая школа, 1991 - 160 с.

24. Артемьева З.Н., Борщов Т.С. и др. Механизация мелиоративного строительства Л.: Лениздат, 1985 - 136 с.

25. Производство культуртехнических работ при мелиорации земель сборник научных трудов - Л.: Ленинградиздат, 1985 -192 с.

26. Машиностроение. Сельскохозяйственные машины и оборудование Т. IV-16/ И.П. Ксеневич, Г.П.Варламов, Н.Н.Колчин и др. М.: Машиностроение, 1998. - 720 с.

27. Мацепуро М.Е. Вопросы земледельческой механики т.1 -Минск Госиздат БССР: 1959-1961. - 480 с.

28. Сухарев Э.А. Методы научных исследований строительной и мелиоративной техники Киев: Укрвузполиграф, 1989. - 96 с.

29. Морозов В.И. Исследования различных способов освоения закустаренных торфяников автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук -М.: 1968.-20 с.

30. Суриков В.В., Васильев Б.А, Гантман В.Б. и др. Строительные машины для мелиоративных работ М.: Агропромиз-дат 1991.-464 с.

31. Мер И.И. Мелиоративные машины М.: Колос, 1980. -352 с.

32. Бронштейн И.Н., Семедяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов М.: Наука Физматлит 1998.-608 с.

33. Выгодский М.Я. Справочник по элементарной математике М.: Джанглар Большая медведица, 1998. - 416 с.

34. Суриков В.В., Гантман В.Б., Павлинов А.Н. Мелиоративные и строительные машины. М.: Колос, 1993. - 479 с.

35. Суриков B.B. Учебное пособие по курсу «Строительные машины». М.: МГМИ, 1979. -132 с.

36. Веденяпин В.Е., Комиссаров В.В., Мер И.И., Павлинов А.Н., Ревин Ю.Г., Суриков В.В., Казиев Б.М. Учебное пособиепо проектированию мелиоративных машин. М.: МГМИ, 1977. -124 с.

37. Ревин Ю.Г. Методические указания для проведения ла-бораторно-практических занятий по курсу «Мелиоративные машины» с использованием ЭВМ. М.: МГМИ, 1994. - 60 с.

38. Система машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства на 1986 1995 годы. Часть III Мелиорация. - М.: АгроНИИТЭИИТО, 1988. - 388 с.

39. Ключников Б.В. Машины для мелиоративных работ и добычи торфа. П.: Лениздат, 1969. - 232 с.

40. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1967.-720 с.

41. Политехнический словарь под редакцией академика Артоболевского И.И. М.: Советская энциклопедия, 1976. -608 с.

42. Кудрявцев Л.Д. Краткий курс математического анализа. Том I М.: ALFA, 1998. - 398 с.45 .КудрявцевЛД. Краткий.ку4зсматематическо/оганализа.^- 398 с. Том I I М.: ALFA,1. ШШ ШпШЩШ!^

43. Ревин Ю.Г. Практикум по мелиоративным машинам. М.: Колос, 1995. -206с.

44. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Высшая школа, 1999,- 576с.

45. Апексанкин A.B., Дружинин Н.И. Мелиорация земель в Нечернозёмной зоне РСФСР. Колос, 1987. - 268 с.

46. Ясинецкий В.Г., Фенин Н.К. Организация И технология гидромелиоративных работ. М.: Агропромиздат, 1986. - 352 с.

47. Попов К.В. Мелиоративные машины. М.: Колос, 1969. -184 с.

48. Маммаев З.М. Совершенствование технологий удаления древесно-кустарниковой растительности при освоении земель, Автореферат дисс. докт. тех. наук. М., 1998. - 82 с.

49. Веников В.А. Теория подобия и моделирования. Высшая школа, 1976. -479 с.

50. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике.- Наука Физматлит, 1998. 608 с.

51. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. Высшая школа, 1998. -416 с.

52. Бутенин Н.В., Лунц Я.Л., Меркин Д.Р., Курс теоретической механики, Санкт-Петербург, 1998. 730 с.

53. Сухарев Э.А., Медвидь С.Ф. Математическое моделирование технологических процессов мелиоративных машин. Киев УМК ВО, 1993. - 160 с.

54. Резник Н.Е. Теория резания лезвием и основы расчёта режущих аппаратов. М.: Машиностроение 1975. 572 с.

55. Босой Е.С. Режущие аппараты уборочных машин. М.: Машиностроение, 1967. 168 с.

56. Кленин Н.И., Попов И.Ф., Сакун В.А. Сельскохозяйственные машины. М.: Колос, 1970. 45 с.

57. Першина О.Ф. К вопросу о выборе наиболее рациональных скоростей резания кустарниково-болотной фрезы. Труды МГМИ. Мелиоративные машины, 1970., с. 15-16.

58. Горский С.С., Мер И.И. Современные мелиоративные и строительные машины. М.: Колос, 1970, 198 с.

59. Камышенцев Л.А., Казаков B.C., Соколов Ю.А. Новая мелиоративная техника, М.: Россельхоиздат, 1977, 182 с.

60. Старинов Х.Н. Основы современной культуртехники. М.: Колос. 1973. 272 с.

61. Степин В.В., Гуляев Л.А. Комплексное использование древесного сырья и древесных отходов на предприятиях лесной и деревообрабатывающей промышленности и лесного хозяйства. -М: Лесная промышленность. 1976. 200 с.

62. Тоненбаум М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию.- М.: Машиностроение, 1976. -271 с.

63. Тезисы докладов координационного совещания и международной научно-технической конференции по современным проблемам древесиноведения. Ин-т экологии Междунар. инженер, акад., Брян. технол. ин-т. Брянск. 1995. - 78 с.

64. Стирка А. П. Исследование технологии и организации освоения закустаренных каменистых земель в условиях Литовской ССР: Автор, дис. канд. тех. наук. М. : ВНИИГиМ, 1981. - 32 с.

65. Сукачёв В.Н. Определитель древесных пород. М.: Гослес-издат, 1940. - 230 с.

66. Суханов B.C. Малоотходные технологические процессы производства щепы при рубках главного пользования: Дис.д-ра техн. наук. Химки. 1994. - 374 с.

67. Баландинский В.П. Мелиоративные машины. Киев.: Урожай. 1991.-240 с.149

68. Ивановский Е.Г. Федоров Е. В. О влиянии скорости движения резца на процесс резания древесины. Тр. науч.-тех. конф. ЛТА., Л. 1964. с. 28-32.

69. Лифлянский В.Ш., Мац В.М. Зарубежные машины и орудия для культуртехнических работ. М.: Колос, 1970. 74 с.

70. Скотников В.А., Радкевич В.Т., Мащенский А.А. Мелиоративные машины для освоения болот. Минск. Высшая школа. 1976. 254 с.

71. Мануйлов Ю.Г., Гарбузов З.Е., Донской В.М. Машины для мелиоративного строительства. М.: Машиностроение. 1978. 222 с.

72. Wood, Stuart. Heavy construction: Equipment and methods /Stuart Work, jr. Englewood cliffs: Prentice- Hall, cop. 1977.-488 c.

73. Jawad, Maan H., Farr James R. Structural analysis and design of process equipment New York etc: Wiley, cap. 1984. - 704 c.

74. Swift, Ken. G. Knowledge design for manufacture. London: Ko-gan Page, 1987. - 149 c.

75. Botcin, James W, etal. Global Stakes: The future of high technology in America Repr. - Harimondsworth etc: Penguin books, 1984. -235 c.

76. Baer A., Eastman C., Henrion M. Geometric, modelings survey. -Computer Aided Design v.2, v.3, 1979.

77. International Trends in Manufacturing Technology. Programmable assembly Edited B. Heginbothan. Springer-Vetlag, Berlin Heidelberg, New York, Tokyo, 1984 - 399 c.

78. Ferdows K., Lindberg P. FMS as indicator of the manufacturing / Int. I. Prod. Res. -1987, №11, p. 1563-1571.

79. Holland Ted, Page Mike. Flexible approach favors cells //Metalwork. Prod. -1988. № 9. - p. 76-77.