автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование и выбор рабочего органа с целью механизации процесса уборки опавших листьев с газонов

1. ВВЕДЕНИЕ.

2. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА МЕХАНИЗАЦИИ УБОРКИ ОПАВШИХ ЛИСТЬЕВ С

ГАЗОНОВ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. Особенности зеленых насаждений городских парковых

2.2. Анализ конструкций машин и рабочих процессов уборки опавших листьев.

2.3. Анализ научно-исследовательских, опытно-конструкторских и патентных работ.

2.4. Выводы и задачи исследований.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА УБОРКИ ОПАВШИХ ЛИСТЬЕВ С ГАЗОНОВ

РАЗЛИЧНЫМИ ТИПАМИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ.

3.1. Типы рабочих органов машин для уборки покрытий.

3.2. Методика исследований рабочих органов для уборки опавших листьев с газонов.

3.3. Результаты исследований.

3.4. Выбор роторных грабель с круглыми стальными стержнями в качестве средств для уборки опавших листьев с газонов.

3.5. Выводы.

4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА РОТОРНЫХ

ГРАБЕЛЬ.

4.1. Расчетная схема переноса порции листьев из убираемого слоя на стержень рабочего органа

4.2. Взаимодействие роторных грабель с убираемой массой.

4.3. Соцротивление, вызываемое волочением стержней роторных грабель по почве

4.4. Исследование энергетических затрат

4.5. Траектория движения листьев после отделения их от стержней.

4.6. Выбор соотношения между скоростью .движения листо-уборочной машины и скоростью вращения ее рабочего органа.

4.7. К вопросу о динамике листоуборочной машины

4.8. Вывода.

5. ИССЛЕДОВАНИЯ НА ЭКСПЕШЯТАЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ.

5.1. Описание конструкции экспериментальной установки

5.2. Планирование и методика экспериментальных исследований, используемая аппаратура

5.3. Результаты экспериментальных исследований зависимости коэффициента качества уборки листьев от кинематических параметров.

5.4. Результаты исследований энергетических затрат необходимых для привода рабочего органа.

5.5. Траектория полета убираемых листьев.

5.6. Вывода.

В отчетном докладе на ХХУ1 съезде КПСС отмечалось, что по мере развития народного хозяйства, роста городов и промышленных центров все больше средств требует охрана окружающей среда -только на эти цели в текущей пятилетке выделяется около 14 млрд.

Одним из конкретных мероприятий по охране окружающей среды является озеленение городов и населенных мест. В стране развитого социализма оно представляет собой отрасль народного хозяйства, призванного не только украшать места жизнедеятельности человека, но и сохранять его здоровье в условиях постоянно нарастающей урбанизации. В целом по СССР ежегодно лишь для садово-паркового строительства по всем источникам финансирования выделяется свыше 900 млн.руб., что дает возможность рекультивировать выработанные и непригодные для народного хозяйства земли на площади около 50 тыс.га. Такой объем работ требует тщательной координации при проектировании, трудовом и материальном обеспечении, организации новых форм управления в масштабах страны [з, 5, 10, 15, 16, 27,

В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 гг. и на период до 1990 года", принятых на ШТ съезде КПСС, предусмотрено увеличить к 1985 г. площадь зеленых насаждений и довести ее до 3 млн.га. Соответственно возрастут и расходы по содержанию и уходу за зелеными насаждениями, которые, не считая затрат на пригородные лесопарковые зоны, составят 2 млрд. руб. Решения КПСС обязывают обеспечить прирост площадей зеленых насаждений не за счет механического увеличения ассигнований и мощностей, а путем более эффективного использования машин и механизмов, оборудования и материалов, на базе широкой механизации всех трудоемких процессов и уменьшения доли ручного труда, Между тем из-за нехватки специальных машин и оборудования большие объемы трудоемких операций по уходу за зелеными насаждениями выполняются пока вручную, что вызывает значительные затраты средств [б4, 76, 78, 79, 80, 8l]. По нормативам эти затраты составляют на I га в год: скверы, бульвары - 1500-2000 руб., городские парки - 1000-1500 руб., участки общественных учреждений и жилых здании - 500-1000 руб., пригородные парки - 750-1500 руб., лесопарки - 3.00-400 руб. Фактические затраты по Ленинграду составили в среднем по 1900 руб. на I га, а в центральных районах города до 3500-4000 руб. Ш работах по уходу за зелеными насаждениями в Ленинграде за 1980 г. было занято 1920 человек, причем уровень механизации технологических процессов составил 38$, а в некоторых городах РСФСР 15-18$ [59, 82, 84, 97, 98].

По данным Ленинградского Треста эксплуатации зеленых насаждений из 69 уборочных операций частично механизированы лишь 19, остальные выполняются вручную. В связи с этим создание машин, которые позволили бы механизировать операции по уходу за зелеными насаждениями, выполняемые до настоящего времени вручную, имеет большое и важное народнохозяйственное значение [l3, 15, 17, 20, 22, 25, 29].

Об актуальности задачи по созданию машины для уборки опавших листьев с газонов достаточно судить по данным городов Москвы и Ленинграда [б8, 70, 77, 89, 97, 99] . В 1978 году опавшие листья с объектов хозяйств Трестов зеленых насаждений собирали вручную с площади 4000 га и объем собранных листьев составил 46000 тонн. Весь этот лист был вывезен в компостные ямы и на свалки. Стоимость затрат на данный объем работ составила около 500 тыс.руб. А в течение 1979 года этими же хозяйствами на газоны было внесено около 10.0 тыс.тн удобрений с общей стоимостью всех затрат 106 тыс.руб. Если бы весь лист был собран механизированным способом, переработан и внесен в газоны как удобрение, то только по Ленинграду" был бы получен экономический эффект за год до 140 тыс.руб. (Приложение I). Работа по уборке и использованию опавших листьев в том виде, как она проводится в настоящее время, является одной из наиболее трудоемких, длительных и дорогостоящих операций.

Отечественной промышленностью не выпускаются специальные машины по уборке опавших листьев с газонов, а используемые иногда для этой цели подметально-уборочные машины могут работать лишь на дорожках и площадях с твердым покрытием, при этом они не обеспечивают должного качества уборки [2, 6, 7, 16, 18, 20, 2l]. Для решения проблемы уборки опавших листьев с газонов в республиках и большинстве городов создают кустарным способом механизмы лишь для своих нузвд, зачастую дублируя друг .друга. В этом случае машины, естественно, дорогие, не эффективные в работе и не соответствующие требованиям к качеству уборки [32, 46, 49, 50, 68, 77]. 0,цной из главных причин сложившегося неблагополучного положения с механизацией работ по уборке и переработке листьев является отсутствие исследований процесса уборки опавших листьев с газонов [89, 92, 99, 100, 103, 104, 107].

Целью данной работы является исследование процесса уборки опавших листьев с газонов, обоснование выбора типа рабочего органа, его параметров и режимов работы.

В работе по результатам исследований различных машин, работающих по разным технологическим принципам, осуществлен выбор типа рабочего органа для целей уборки опавших листьев с газона; проведены теоретические исследования процесса уборки листьев роторными граблями с установлением характера движения частиц лиственной массы и определением энергозатрат необходимых на привод рабочего органа и влияние кинематических параметров на качество уборки; проведены экспериментальные исследования на экспериментальной установке для выявления границ практического использования полученных при теоретических исследованиях результатов, а также для подтверждения правильности принятых при рассмотрении рабочего процесса допущений.

На защиту выносятся следующие положения:

- математические модели, определяющие зависимости качества уборки листьев от кинематических и конструктивных параметров рабочего органа и энергетические затраты на уборку листьев;

- методики определения кинематических и конструктивных параметров роторных рабочих органов уборочных машин, энергетических затрат на уборку листьев, а также параметров кожуха приемного устройства и рабочего органа;

- рекомендации по выбору кинематических и конструктивных параметров листоуборочных машин.

Основные теоретические и экспериментальные результаты данной работы доложены на научно-технических конференциях в Лесотехнической академии им.С.М.Кирова в 1975,76,77 и 1978 годах и на заседаниях Технического Совета Управления садово-паркового хозяйства и зеленого строительства Исполкома Ленгорсовета II.12.77 г., 28.02.80 г., 18.02.81 г.

Результаты исследований были использованы при создании в 1977 году листоуборочной машины ЛУМ-1.3, которая по результатам мезду-ведомственных испытаний признана удовлетворяющей технологическим требованиям к качеству уборки опавших листьев с газонов (Приложение 3). В конструкции машины нашло применение изобретение "Устройство для уборки листьев", на которое было получено авторское свидетельство № 649366. В процессе эксплуатации машина ЛУМ-1.3 показала высокие технико-экономические показатели, за что автор был в 1978 году удостоен премии НШО Министерства жилищно-коммунального хозяйства РСФСР как создатель лучшей уборочной машины в отрасли.В 1979 году машина ЛУМ-1.3 получила диплом первой степени во Всесоюзном соревновании изобретателей и рационализаторов,а в 1980 году машина ЛУМ-1.3 была награждена серебряной медалью ВДНХ СССР.

Консультация работы проводилась доцентом кафедры проектирования специальных лесных машин Лесотехнической академии им.С.М.Кирова кандидатом технических наук Гуде люком Н.А.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Сравнительные испытания различных типов рабочих органов позволяют рекомендовать для листоуборочной машины рабочий орган типа роторные грабли, обеспечивающий требуемое качество уборки опавших листьев с одновременным прочесыванием газонов.

2. Теоретическими исследованиями установлено, что движение листьев по стержням роторных грабель в процессе их функционирования подчиняется закону гиперболического синуса, границы угла и время полной разгрузки стержней составляют соответственно 0,0832" IF

И о;ооз с.

3. Исследование изгибных колебаний стержней выявило характерные точки резонанса. Предложенная формула для определения собственной частоты колебания произвольного стержня дает более точные результаты, чем известная формула Рэлея. Метод решения уравнения Рикатти - метод последовательных приближений к точному решению с любой степенью точности, позволяет определить конструктивные параметры стержня.

4. Мощность, потребляемая рабочим органом, зависит от частоты вращения ротора во второй степени. Рациональная частота вращения ротора находится в пределах от 80 до 100 рад/с, при этом затраты энергии минимальны, а коэффициент качества уборки находится в допустимых пределах.

5. Исследование траектории полета листьев показали обоснованность двух гипотез сопротивления воздуха применительно к специфическому предмету труда и принятых допущений, причем расхождение между экспериментальными и теоретическими данными составляет 8-10$. Выведены зависимости по определению угла и длины горловины кожуха ротора.

6. Качество уборки листьев с газонов зависит от "кинематического критерия". Предложенный "кинематический критерий" удобный аргумент, характеризующий режимы функционирования роторных грабель. Значения коэффициента качества уборки К > 0.9 достигаются при "кинематическом критерии" равном 20.0 при Ъ = 6.

7. Установлено, что основными параметрами рабочего органа, определяющими качество уборки листьев, являются: число стержней - £ ; радиус роторных грабель - ft ; частота вращения - ц) ; скорость .движения агрегата - & , причем минимум лиственной массы, оставшейся после прохода машины, достигается при следующий численных значениях параметров: £ = 6; ц) = 86-100 рад/с; R,= 0.23-0.25 м; tf= 1.2-2.5 м/с.

8. Представленная методика определения основных конструктивных и кинематических параметров рабочего органа для уборки листьев может быть использована при создании аналогичных роторных уборочных машин.

9. Результаты исследований применены при создании листоуборочной машины ЛУМ-1.3, снабженной роторным рабочим органом. Швизна защищена авторским свидетельством СССР 3 649366 и № I0I5860.

10. Использование машины для уборки опавших листьев в садово= парковых хозяйствах позволяет механизировать процесс уборки, высвобождая ручной труд, дает годовой экономический эффект

15 тыс.руб. на одну машину, улучшает условия труда и повышает культуру производства.

Три листоуборочные машины, изготовленные экспериментальным заводом ЛенНИИАКХ им.К.Д.Памфилова (Приложения 2,6 и 8), успешно эксплуатируются в хозяйствах Управления садово-паркового хозяйства и зеленого строительства Исполкома Ленгорсовета (Приложения 4 и 7). Принято решение Министерства жилищно-коммунального хозяйства РСФСР о серийном производстве листоуборочных машин (Приложение 5).

1. Абрамишвили Г.Г. Устойчивые газоны для спорта и отдыха. М.: Стройиздат, 1970, с.12.

2. Албяков М.П., Балашов Г.М. Система машин для ухода за насаждениями в зеленых зонах городов. Л.: ЛенНИИЛХ, 1975, с.18.

3. Алексеева Г.Г., Андрианова А.А. Влияние внутриквартального озеленения на микроклимат жилых кварталов. В кн. Научные труды АКХ им.К.Д.Памфилова: Озеленение городов. Вып.48, М.: ОНТИ АКХ, 1968, с.24.

4. Анисимов Г.М. Условия эксплуатации и нагруженность трансмиссии трелевочного трактора. М.: Лесная промышленность, 1975, с.367.

5. Бакутис В.Э., Бутягин В.А., Лунц Л.Б. Инженерное благоустройство городских территорий. М.: Стройиздат, 1971, с.13-15.

6. Балашов Г.М. Рекомендации по выбору и применению машин по уходу за зелеными насаждениями в лесопарковых зонах городов. Л.: ЛенНИИЛХ, 1973, с.14-25.

7. Балашов Г.М. Выбор и обоснование системы машин по уходу за зелеными насаждениями. Автореферат диссертации на соискание ученой степени, к.т.н., Л., 1976.

8. Баллистические установки и их применение в экспериментальных исследованиях. М.: Наука, 1974, с.252-320.

9. Баллистические таблицы.- М.: Воениздат, 1955, с.20-80.

10. Бауэр Л., Вайничке X. Забота о ландшафте и охрана природы. .

11. М.: Прогресс, 1971, с.94-115.

12. Белов С.В. Количественная оценка гигиенической роли леса. -Лесное хозяйство, № I, 1964, с.26.

13. Белов С.В. Количественная оценка гигиенической роли леса и нормы лесов зеленых зон. Л.: ЛенНИИЛХ, 1964, с.21.13,14,15,16,17,18