автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование параметров и режимов работы мульчирователя лесной комбинированной сеялки

На правах рукописи

Карпенко Виктор Александрович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ МУЛЬЧИРОВАТЕЛЯ ЛЕСНОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ СЕЯЛКИ

05 21 01 — Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 2007

Работа выполнена в Федеральном Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им НИ.Вавилова»

Научный руководитель

Официальные оппоненты

доктор сельскохозяйственных наук, Заслуженный машиностроитель РФ, профессор

Цыплаков Владимир Владимирович

доктор технических наук, доцент Драпалюк Михаил Валентинович /Воронежская государственная лесотехническая академия/

Ведущая организация

кавдвдат технических наук Донцов Игорь Евгеньевич /Администрация городского округа г Воронеж/

Всероссийский научно-исследоаельсий институт агролесомелиорации (ВНИАЛМИг Волгоград)

Защита диссертации состоится 14 декабря 2007 г в 10 часов 00 минут в ауд 118 на заседании диссертационного совета Д 212 034 02 при Воронежской государственной лесотехнической академии (394613, г Воронеж, ул Тимирязева, 8, зал заседания - аудитория 118)

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Воронежской государственной лесотехнической академии (ВГЛТА)

Автореферат разослан 10 ноября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

JB&

Курьянов В К

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Выращивание качественного посадочного материала в достаточном количестве для лесовосстановления и лесоразведения является одной из главных задач, стоящих перед лесоводами Решение этой задачи, а также снижения затрат возможно путем интенсификации производства и совершенствования технологии выращивания на основе комплексного подхода Важнейшее место в процессе выращивания посадочного материала занимает посев семян и уход за посевами на этапе прорастания семян, появления всходов и начального развития растений

В процессе искусственного выращивания сеянцев с целью получения максимального количества всходов, проводится мульчирование посевов В этом случае возникает вопрос о равномерности покрытия семян слоем мульчи и создании для всех семян одинаковых оптимальных условий для прорастания и развития всходов

В связи с несовершенством средств механизации, слой мульчи на посевах создается не достаточно равномерным и толщина его часто не соответствует биоэкологическим потребностям выращиваемых растений При этом происходит разрыв между операциями посева и мульчирования Также достаточно быстро происходит выдувание слоя мульчи из-за его неравномерности, и неокрепшие всходы подвержены солнечному ожогу корневой шейки

Из вышесказанного можно сделать вывод, что внедрение в производство мульчирователя, отвечающего агротехническим требованиям, имеет большое значение для лесного хозяйства

Цель исследований Целью настоящей работы является повышение эффективности посева лесной комбинированной сеялкой путем использования наиболее рациональных параметров и режимов работы мульчирователя Задачи исследований

1 Провести теоретические исследования и разработать математические модели, позволяющие качественно и количественно изучать параметры и режимы работы мульчирователя лесной комбинированной сеялки,

2 На основе построенных математических моделей разработать программное обеспечение для проведения компьютерных экспериментов и расчета параметров и режимов работы мульчирователя,

3 Исследовать, путем проведения компьютерных экспериментов, рациональные режимы работы нового мульчирователя лесной комбинированной сеялки,

4 Разработать новую конструктивную схему мульчирователя, обеспечивающую покрытие посевов равномерным слоем мульчи заданной толщины,

5 Провести лабораторные исследования работы нового мульчирователя, изучить факторы, влияющие на параметры слоя мульчи, определить рациональные конструктивно-установочные параметры мульчирователя,

6 Провести исследование эффективности работы нового мульчирователя при поверхностном посеве семян сосны обыкновенной

Объекты и методы исследований Объектами теоретических и экспериментальных исследований явились новый мульчирователь лесной комбинированной сеялки, его математические модели, реализованные в программном комплексе «Mulch», а также посевы семян сосны обыкновенной в питомнике филиала ОГУ «Саратоврегион-лес» Тургеневский межрайонный лесхоз Теоретические исследования базировались на методах теоретической механики и положениях теории сыпучих тел При проведении экспериментальных исследований использовались методы прямого экспериментирования на реальных объектах, а также методы компьютерного моделирования изучаемых объектов Обработка экспериментальных данных проводилась методами математической статистики на персональном компьютере с использованием пакета программ Statistica 5 5 и стандартной программы Excel Microsoft Office 2003

Научная новизна.

- математические модели моментов сопротивления мульчирователя отличающиеся тем, что позволяют качественно и количественно исследовать работу мульчирователя с различными типами рыхлителей, а также моменты сопротивления почвы при качении прикатывающего катка с почвозацепами,

- созданное на основе математических моделей алгоритмическое и программное обеспечение («MULCH») отличающееся тем, что охватывает единым расчетным комплексом все разработанные математические модели и позволяющее одновременно рассчитывать все основные конструктивные параметры (эксплуатационный вес, приходящийся на прикатывающий каток, радиус прикатывающего катка, передаточные числа редуктора от дозатора к рыхлителю, радиус звездочки привода дозатора и др) и режимы работы (диапазон скоростей движения, угловую скорость вращения рыхлителя и тд) мульчирователя,

- результаты компьютерных экспериментов по обоснованию параметров (эксплуатационного веса, приходящегося на прикатываю-

щий каток, радиуса прикатьбающего катка, передаточных чисел редуктора от дозатора к рыхлителю, радиуса звездочки привода дозатора) и режимов работы (диапазона скоростей движения) мульчирователя, отличающиеся последовательным определением численных значений рациональных параметров и режимов работы мульчирова-теля,

- конструкция мульчирователя (получено положительное решение от 05 07 2007т о выдаче патента на изобретение (по заявке №2006106852/12(007417))) лесной комбинированной сеялки, отличающаяся тем, что дозатор мульчи, расположенный в нижней части бункера, имеет сменные пластины, изменяющие высоту лопастей, при этом привод дозатора осуществляется посредством цепной передачи со сменными звездочками, а в бункере для мульчи располагается рыхлитель

- результаты лабораторных исследований факторов, влияющих на равномерность распределения слоя мульчи и соответствие его заданным параметрам (толщина слоя мульчи при покрытии посевов семян сосны обыкновенной 1,5 см), отличающиеся комплексным рассмотрением конструктивно-установочных параметров мульчирователя и свойств мульчи (фракционный состав, влажность и др)

- результаты полевых испытаний мульчирователя лесной комбинированной сеялки, отличающиеся повышением выхода стандартного посадочного материала на 40,5% и экономической эффективности

Научные положения, выносимые на защиту.

• математические модели работы мульч1фователя, позволяющие исследовать моменты сопротивления мульчирователя с различными типами рыхлителей и моменты сопротивления почвы при качении прикатывающего катка с почвозацепами,

• результаты компьютерных экспериментов по определению численных значений рациональных параметров (эксплуатационного веса, приходящегося на прикатывающий каток, радиуса прикатывающего катка, передаточных чисел редуктора от дозатора к рыхлителю, радиуса звездочки привода дозатора) и режимов работы (диапазона скоростей движения) мульчирователя

• результаты лабораторных исследований факторов (фракционного состава, коэффициентов внутреннего, статического и динамического трения, влажности мульчирующего материала) и конструктивно-установочных параметров мульчирователя (тип рыхлителя, высота установки дозатора над поверхностью мульчируемой ленты),

влияющих на равномерность распределения слоя мульчи и соответствие его заданным параметрам,

• новая конструкция мульчирователя лесной комбинированной сеялки (положительное решение о выдаче патента на изобретение), позволяющая, осуществлять дозированную подачу мульчи на посевную ленту и создавать на поверхности посевов равномерный слой мульчи заданной толщины,

• результаты экспериментальных исследований нового мульчирователя лесной комбинированной сеялки, позволяющие судить о его эффективности по увеличению выхода стандартного посадочного материала на 40,5%,

• результаты изучения экономической эффективности нового мульчирователя лесной комбинированной сеялки, дающие возможность определить годовую экономию в ценах 2007 г в размере 28333 руб

Достоверность научных исследований.

Выводы и рекомендации подтверждаются достаточным объемом экспериментального материала, полученного как при проведении опытов на почвенном канале, так и при производственной проверке мульчирователя, результатами математической обработки данных на ПК с использованием программного комплекса «MULCH», программ Statistica 5 5, MS Excel 2003, эффективной работой мульчирователя изготовленного в соответствии с рациональными параметрами, полученными при проведении теоретических исследований

Практическая ценность.

Разработанный мульчирователь лесной комбинированной сеялки обеспечивает покрытие посевов лесных семян равномерным слоем мульчи заданной толщины Результаты исследований и научных разработок могут быть применены при дальнейшем совершенствовании конструкций мульчирователей

Апробация работы и публикации.

Основные положения работы докладывались и обсуждались на

- научно-практической конференции «Эколош-технологические аспекты лесного хозяйства в степи и лесостепи» (2007 г), г Саратов,

- научных конференциях СГАУ им Н И Вавилова (2005 - 2007 гг),

- объединенном заседании кафедр «Механизация лесного хозяйства», «Теоретическая механика и теория механизмов и машин», «Сопротивление материалов и стандартизация», «Детали машин и подъемно-транспортные машины», «Садово-парковое и ландшафтное строительство» (ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им Н И Вавилова»),

- по материалам диссертации опубликовано 7 научных работ (автор 1,43 печ листа из 2,14) Реализация работы

Рекомендации ти опытный образец мульчирователя использовались при выращивании сеянцев хвойных пород в питомнике филиала ОГУ «Саратоврегионлес» Тургеневский межрайонный лесхоз Результаты исследований нашли применение в учебном процессе кафедры «Механизация лесного хозяйства» ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУим НИ Вавилова»

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающего 122 источника, в том числе 5 иностранных Общий объем диссертации 198 страниц Из них основного текста 158 страницы и 32 приложений Текст иллюстрирован 50 таблицами и 60 рисунками

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность темы исследований, поставлена цель работы, изложены задачи исследований и научная новизна, сформулированы основные положения, выносимые на защиту, отмечена достоверность результатов исследований, значимость их для теории и практики, ацробация и реализация работы

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследований» рассмотрены агротехнические требования к мульчированию посевов и глубине заделки семян Проведен обзор исследований различных способов мульчирования посевов Рассмотрены конструкции муль-чирователей, применяемых в лесном и сельском хозяйстве

Исследованиями глубины заделки семян и мульчирования посевов занимались такие ученые как В В Огиевский, А Р Родин, А П Тольский, ИМ Бартенев, ЛТ Свиридов, ФВ Пошарников, MB Драпалюк, В И Казаков, В В Цыплаков, М А Дудорев, В Н Филатов, Д В Цыбаев, И П Старостин, а также ряд зарубежных Bormann, Schuck, Hammond, Hahn, и др

На основе анализа исследований можно сделать вывод, что мульчирование посевов лесных семян опилками является одним из наиболее эффективных, экономически выгодных и распространенных способов улучшения всхожести семян особенно при поверхностном посеве

В результате проведенного анализа конструкций существующих мульчирователей и их работы можно сделать следующие выводы

1) Одним из основных требований к посеву следует считать равномерность покрытия посевной ленты слоем мульчи,

2) Поверхностный посев с одновременным мульчированием наилучшим образом отвечает биоэколошчесьсим особенностям древесных пород с мелкими семенами (в частности хвойных),

3) Для неблагоприятных лесорастительных условий мульчирование посевов опилками является необходимой операцией, так как обеспечивает удержание влаги, отражает солнечные лучи, стабилизирует температурные условия, создавая оптимальные условия для прорастания семян,

4) Наибольшее распространение среди мульчирователей для лесного хозяйства получили однооперационные мульчирователи, основным рабочим органом которых является сетчатый барабан Работа таких мульчирователей основана на просеивании субстрата через сетчатую поверхность ее вращении Это не обеспечивает выполнения агротехнических требований к равномерности и толщине покрытия посевов слоем

мульчи,

5) Конструкция мульчирователей, обеспечивающих равномерность и заданную толщину слоя мульчи на посевных лентах и возможность ее регулировки, недостаточно изучена

6) Технологические операции посева семян и их мульчирования необходимо совместить

Во второй главе «Теоретические исследования рабочего процесса мульчирователи комбинированной лесной сеялки» обоснованы основные параметры узлов и деталей мульчирователя лесной комбинированной сеялки и разработаны математические модели, позволяющие исследовать работу мульчирователя в зависимости от геометрических, физических и других характеристик механизма, рабочей смеси и почвы

Бункер мульчирователя должен обеспечивать по возможности наиболее эффективную и равномерную разгрузку субстрата, при этом его объем должен обеспечивать мульчирование всей длины посевной ленты за один проход Согласно расчетам объем бункера, отвечающего этим требованиям составляет 1,8 м3 при средней длине гона 100 м Рациональной формой бункера в нашем случае является призма Угол наклона боковых стенок бункера (\|/) устанавливается в соответствии с углом естественного откоса субстрата (х) (опилок) при его (субстрата) максимально возможной для рабсЭДы мульчирователя влажности \¥„1ахр те у= %№„,ахр Это обеспечит параметры

бункера, при которых процесс истечения опилок максимально приблизится к гидравлическому.

Для анализа момента сопротивления загружаемой в бункер рабочей смеси (опилок) при работе мульчирователя (рассмотрены 2 типа рыхлителей - шнековый и ступенчатый) полагаем, что рыхлитель помещен в замкнутый контейнер без крышки. Бункер полагаем имеющим форму усеченного конуса. Рабочую смесь рассматриваем как сплошную вязкоупругую среду, для которой касательное напряжение определяется зависимостью х = С 8 + ц ё ^ где д. . М0ДуЛЬ сдвига, е,е- деформация и скорость сдвига, р - коэффициент структурной "вязкости". Так как мульча слабо восстанавливает свою форму после снятия нагрузки, рассматриваем только силы "вязкого" сопротивления, то есть, учитываем только второе слагаемое ^ 8 в выражении для касательного напряжения. Силы "вязкого" сопротивления, действующие на лопасти шнекового рыхлителя, и геометрические параметры рыхлителя приведены на рисунке 1.

1 — прикатывающий каток с почвоза цепами; 2 — дозатор; 3 - рыхлитель в бункере Рисунок 1. Кинематическая схема и геометрические параметры мульчирователя со шнековым рыхлителем

Величина расхода 01 в единицу времени рабочей смеси, перемещаемой винтовым ребром вдоль оси рыхлителя равна:

<2, = (1)

где: иг осевая составляющая скорости поверхности лопастного ребра; 51- площадь лопастного ребра рыхлителя.

С другой стороны, количество массы, перемещенное винтовыми ребрами, должно соответствовать количеству массы, перемещенной из полости бункера на одном торце рыхлителя в полость на другом его торце Это возможно при наличии перепада давления вдоль оси рыхлителя

Такой расход <2/ можно представить состоящим из двух слагаемых

&=е;+еГ> (2)

где 0*1 - расход массы за счет "вязкого" сопротивления при ее перемещении через зазор между внутренней поверхностью бункера и наружной поверхностью винтового ребра (движение по кольцевому каналу), - расход массы при ее перемещении за счет перепада давления по винтовому каналу, образованному поверхностями лопастных ребер и наружной поверхностью оси рыхлителя (движение по каналу вдоль оси рыхлителя)

Наличие перепада давления обуславливает силы "вязкого" сопротивления Как видно из рисунка 1, такая сила складывается из двух взаимно-перпендикулярных составляющих

Рс=Рй+Рч О)

Силы направлены вдоль оси рыхлителя в одну сторону и создают дополнительное давление вдоль оси

Силы Ёс1 создают на каждом витке шнекового ребра рыхлителя момент сопротивления, равный

п 5 ^япа (4)

2

для расчета момента сопротивления механизма со шнековым рыхлителем используем следующие формулы

8111«

_1 +соз2<ж

?2 _ 1 £>2 ^ ¡52 Цс

ЩЩ+Щ

-К^у соъа Ш/ит^п

8 \ ВД/^),

со 3«

я 2Н гг _ 7

П =-= /г = 4Л7^а =-> и -¿м-

2П71£0. п

Математическая модель действует при следующих ограничени-

В при расчете используются следующие параметры: [м] -внутренний радиус катка с почвозацепами; Я2 [м] - внешний радиус катка без учета почвозацепов; Я4 [м] - радиус звездочки дозатора; к - передаточное число редуктора от дозатора к рыхлителю; У0 [м/с] - скорость движения трактора; К6 [м] - радиус оси рыхлителя; Л7 [м] - максимальный радиус ребра рыхлителя; Як1"3* [м] -

минимальный и максимальный радиусы бункера; Н [м] - высота шнековой линии рыхлителя; а [град.] - угол наклона ребер рыхлителя; Д [Пас = Н-с/м2] - коэффициент структурной "вязкости" рабочей смеси. Кинематическая схема мульчирователя, со ступенчатым рыхлителем, представлена на рисунке 2.

1 - прикатывающий каток с почвозацепами; 2 - дозатор; 3 -рыхлитель в бункере Рисунок 2. Кинематическая схема механизма рыхлителя со сту пенчатой формой лопастей

1 - бункер; 2 - ось рыхлителя; 3 -выступ на лопасти рыхлителя Рисунок 3. Исследование движения рабочей смеси в зазоре между подвижной поверхностью рыхлителя и неподвижной внутренней поверхностью бункера

9

Зазор между внутренней поверхностью бункера со средним радиусом Кк и рыхлителем можно разбить на две зоны, ограниченные соответственно углами (рм и фь (рисунок 3) Для каждой из этих зон имеет место свой характер движения рабочей смеси Таких участков на каждой лопасти 2т, где т - число пар выступов на лопасти Очевидно, что справедливо соотношение

Инерционные силы при движении (рисунок 3) рабочей смеси на участках зазора близких к выступу, оказывают влияние на перепад давления межщ зоной А до выступа и зоной В после него На участках зазора, не относящихся к области близкой к выступу, движение смеси можно считать безинерционным Это означает, что влияние сил инерции характеризуется скачкообразным перепадом давления в непосредственной близости к выступу, как это показано на рисунке 3

Равенство расходов <2 в зоне А и в зоне В, дает два уравнения

где <2 - секундный расход рабочей смеси, V - скорость подвижной границы зазора, р. - коэффициент структурной "вязкости" рабочей смеси, 81,52 - величины зазоров в зонах Л и В, Р1 ,РП - давление в зонах Л и В

Полный момент сопротивления вращению ступенчатого рыхлителя

где - нормальная составляющая момента сил сопротивления,

обусловленная наличием выступов ступенчатой формы на рыхлителе [н*М], М^ир - касательная составляющая момента сил сопротивления, обусловленная "вязкими" силами трения [н*М], т - число пар выступов на лопасти рыхлителя, Щ - число секций с выступами

2/и(срм +фь) = 2я

(5)

= 71 ~ тц>м , Як = (/?Гах Ях =

■м

Математическая модель действует при следующих ограничениях

В при расчете используются следующие параметры [м] -внутренний радиус катка с почвозацепами, К2 [м] - внешний радиус катка без учета почвозацепов, К4 [м] - радиус звездочки дозатора, к - передаточное число редуктора от дозатора к рыхлителю, У(} [м/с] - скорость движения трактора, Я61 [м] - радиус оси рыхлителя,

Я71 [м] - радиус ребра рыхлителя, Л™3* [м] - минимальный

и максимальный радиусы бункера, Н^ [м] - высота оребренного выступами ступенчатого рыхлителя, а [м] - толщина выступа ребра рыхлителя, <рм [град] - угловой размер выступа, т - число пар выступов на лопасти рыхлителя, щ - число секций с выступами ц

[Па с = Н с/м2] - коэффициент структурной "вязкости" мульчи

При изучении сопротивления дозатора было установлено, что оно существенно (более чем в 25 раз) меньше сопротивления рыхлителей и поэтому им можно пренебречь

Для анализа момента сопротивления прикатывающего катка с почвозацепами (каток является ведомьм) при его работе рассмотрим отдельно такой каток с почвозацепами, совершающий качение по почве (рисунок 4) Суммарный момент сопротивления почвы при качении прикатывающего катка с почвозацепами складывается из момента сопротивления почвы, приходящегося на цилиндрическую поверхность Мсц и на почвозацепы МсГ

Кб<К1<КкШ> «1 >2, Нх <1,

■м

М0гип,

=мгП +м,

сЦ

сГ

(8)

с почвозацепамн

1 - цилиндрическая поверхность катка; 2 - почвозапепы Рисунок 4. Прикатывающий каток мульчирователя

Математическая модель момента сопротивления почвы при качении прикатывающего катка мульчирователя с почвозацепамн:

Кц = 2Оц8к, МсГ = 2Or?-(R2 + zr)

Lr

о G s , cr= G sr,

2íS*p Sц 25*p Sц

Sy=R2%B, Sr = TL^ , 8k = ^hp(2R2-hp),T=^

Фс

Я,-и R-,-hp R, 2 л

m„ = arceos—-— > (p¡- = arceos—--— + arceos--— > en = —

R2 R2+zr R2 + zr //

Математическая модель работает при следующих ограничениях:

О < hp < R2 ; N > 2 ■

Исходные данные для расчета момента сопротивления почвы при качении прикатывающего катка мульчирователя с почвозацепамн: R2 [м] - внешний радиус катка без учета почвозацепов; Ир - ве-

личина продавленности почвы под действием веса мульчирователя [м], zr- высота почвозацепа [м], b - ширина почвозацепа [м], Lr-длина контакта почвозацепа с почвой [м], В - ширина цилиндрической поверхности прикатывающего катка мульчирователя [м], G -вес мульчирователя, оказывающий давление на прикатывающий каток с почвозацепами [Н], N - число почвозацепов

Построенные математические модели (4), (7), (8) позволяют решать разнообразные задачи по расчету или выбору характеристик и параметров рассматриваемого мульчирователя с целью обеспечения его эффективного функционирования Для реализации построенных соотношений математической модели и автоматизированного решения задач, разработан и адаптирован к вычислительной среде персональных компьютеров программный комплекс "MULCH" При проведении компьютерных экспериментов были получены следующие результаты (рисунок 5, 6)

- Суммарный момент сопротивления пофы

-Составляющая момента сопротивления почвы за счет трения качешя цилиндрической поверхности

прикатывающего катка

- Составляющая момента сопротивления по^вы за счет наличия по^еозацепов

1Е-04 0 001 0 01 0 02 0 04 0 06 0 08 0 1 0 15 глубжа продавленности почвы hp м

Рисунок 5 Зависимость момента сопротивления почвы от глубины продавленности

Момент сопротивления анекового рыхлителя Н*м

Момеит солротавления ступенчатого рыхлителя НГм

о 01 он о iz огз 0 14. 0 15

Рисунок 6 Моменты сопротивления рыхлителей в зависимости от скорости движения агрегата

В результате проведения теоретических исследований установлено, что

- рациональной формой бункера для мульчи является щелевая труба с вертикальными боковыми стенками и передней и задней стенками, расположенными в соответствии с углом естественного откоса мульчирующего материала (45°)

- эксплуатационный вес мульчирователя, приходящийся на прикатывающий каток составляет G=1000 Н, радиус прикатывающего катка R2=0,15 м, варьирование передаточного числа редуктора от дозатора к рыхлителю возможно в пределах к=0,92 3,0, допустимо применение звездочек для привода дозатора радиусами R4 от 0,03 до 0,12 м, диапазон допустимых скоростей поступательного движения агрегата V0 при использовании шнекового рыхлителя составляет 1,0 1,3 м/с, ступенчатого рыхлителя -1,0 1,1м/с

- момент сопротивления дозатора мульчи существенно (более чем в 25 раз) меньше моментов сопротивления ступенчатого или шнекового рыхлителей

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» представлены программа и задачи экспериментальных исследований, а также методики их проведения

Основной задачей экспериментальных исследований являлось изучение факторов, оказывающих влияние на процесс подачи мульчирующего материала на поверхность посевной ленты и его (материала) равномерное распределение по поверхности посевов

Решение поставленной задачи достигалось путем изучения конструктивных и кинематических параметров, влияющих на подачу мульчи из бункера к дозатору и на посевную ленту, и равномерность распределения мульчи Экспериментальные исследования базировались на методиках Л В Гячева, Б А Доспехова, С В Полетаева и др

В вопросах компьютерного моделирования и проведения экспериментов использовали методики М Р Ефимовой и др авторов Обработка первичных данных лабораторных и полевых исследований осуществлялась на ПК с использованием программ Statistica 5 5, MS Excel 2003

Полевые опыты проводились на базе питомника филиала ОГУ «Саратоврегионлес» Тургеневский межрайонный лесхоз

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований» при проведении лабораторных исследований установлено, что средний коэффициент вариации для опилок березы составляет 27,72%, дуба - 34,01, сосны - 45,71, т е фракционный состав имеет

сильную изменчивость Однако такое значение изменчивости определяется фракциями, удельный вес которых достаточно мал В результате определения коэффициентов динамического и статического трения опилок по различным рабочим поверхностям установили, что оптимальный угол наклона передней и задней стенок бункера составляет 45°, материал изготовления - листовая оцинкованная сталь

При проведении лабораторных исследований установлено, что для достижения оптимального результата необходима установка дозатора на минимальной высоте над мульчируемой поверхностью (0,1 м) и использование опилок дуба черешчатого при их влажности 70% Также можно отметить, что на равномерность распределения слоя мульчи оказывает влияние фракционный состав опилок

В качестве объекта исследований при проведении полевых опытов использовали посевы, произведенные сеялкой СЛУ-5-20 с последующим мульчированием МСН-0,75 (участок 0), посевы, произведенные сеялкой СКП-5/10 поверхностным строчным способом с использованием базового мульчирователя (участок 1), посевы, произведенные сеялкой СКП-5/10 поверхностным строчным способом с использованием исследуемого мульчирователя (участок 2), посевы, произведенные сеялкой СКП-5/10 поверхностным разбросным способом с использованием исследуемого мульчирователя (участок 3), посевы, произведенные сеялкой СКП-5/10 поверхностным разбросным способом с использованием базового мульчирователя (участок 4)

Как показали результаты полевых исследований в среднем на 21-й день (рисунок 7) сохранность слоя мульчи после мульчирования МСН-0,75 была на 68%, а базовой конструкцией мульчирователя лесной комбинированной сеялки на 47% меньше, по сравнению с экспериментальным устройством

Согласно наблюдениям за сроком появления, дружностью и динамикой количества всходов (рисунок 8) можно также сделать выводы о большей эффективности применения экспериментального мульчирователя лесной комбинированной сеялки в сравнении с базовыми устройствами (более раннее (на 2-5 дней) и дружное появление всходов и незначительный отпад на начальных этапах роста и развития) Средние показатели выхода стандартного посадочного материала за 2-х летний период (посев 2005 и 2006 гг), при использовании экспериментального мульчирователя, превысили производственные на 40,5%

Вариант посева

вар 0

■ Вариант посева

вар 1

А Вариант посева

вар 2

X Вариант посева

вар 3

Ж Вариант посева

вар 4

100,0 90,0 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0

1-я неделя 2-я неделя 3-я неделя 4-я неделя

Рисунок 7. Средние значения сохранности слоя мульчи в течении периода появления всходов и начального их рос га по вариантам закладки опытов в 2005-2007 гг.

♦ вар 0 ^ вар 1 х вар 2 I вар 3 ■ вар 4

7-й день 14-йдень 21-й день 35-й день 91-й день 119-й день

3000

' 2500

2000 ■

1500

й ЮОО

у =-230х: + 2450,9х- 3910,5

Рпсунок 8. Средние значения количества всходов по вариантам закладки опытов в 2005-2006 гг.

В ходе сравнения средних показателей высоты надземной части, диаметра корневой шейки и длины корней по ^критерию, статистически доказано, что при мульчировании с применением экспериментального мульчирователя лесной комбинированной сеялки (варианты 2, 3) показатели выше по сравнению с базовыми (вариант 0) на 29-45%, с применением базового мульчирователя сеялки (варианты 1,4) на 17,9-26,1%.

В пятой главе «Экономическая эффективность применения мульчирователя лесной комбинированной сеялки при выращивании сеянцев сосны обыкновенной» представлены расчеты которые свидетельствуют о высокой экономической эффективности рекомендуемых мероприятий (годовой экономический эффект от применения мульчирователя составил 17465 рублей, срок окупаемости — 2,6 года)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 Наибольшее распространение в лесном хозяйстве получили однооперационные сетчатые мульчирователи барабанного типа Разработан новый мульчирователь лесной комбинированной сеялки совмещающей операции посева и мульчирования

2 При проведении теоретических исследований был применен новый подход к расчету моментов сопротивления мульчи, которая рассматривалась как вязкоупругая среда с учетом коэффициента структурной «вязкости» Построенные математические модели и разработанный на их основе программный комплекс «MULCH», позволяют проводить и визуализировать расчет параметров и режимов работы исследуемого мульчирователя

3 Результаты проведения компьютерных экспериментов показали, что рациональными являются эксплуатационный вес мульчирователя, приходящийся на прикатывающий каток составляет G=1000 Н, радиус прикатывающего катка R2=0,15 м, варьирование передаточного числа редуктора от дозатора к рыхлителю возможно в пределах к=0,92 3,0, допустимо применение звездочек для привода дозатора радиусами R4 от 0,03 до 0,12 м, диапазон допустимых скоростей поступательного движения агрегата V0 при использовании шнековош рыхлителя составляет 1,0 1,3 м/с, ступенчатого рыхлителя-1,0 1,1м/с Момент сопротивления дозатора мульчи существенно (более чем в 25 раз) меньше моментов сопротивления ступенчатого или шнекового рыхлителей Момент сопротивления перекатыванию прикатывающего катка с почвозацепами с установленными рациональными параметрами составляет 198,85 Н*м

4 Разработана новая конструкция мульчирователя лесной комбинированной сеялки, обеспечивающая дозированную подачу мульчи и равномерное ее распределение на поверхности посевных лент В ходе проведения лабораторных исследований установлено рациональным материалом изготовления бункера является оцинкованная листовая сталь, наклонные стенки бункера должны устанавливаться

под углом 45°, наиболее эффективная работа мульчирователя достигается при использовании шнекового рыхлителя, высота установки дозатора над поверхностью посевной ленты 0,1 м

При этом наилучшие показатели достигаются при использовании субстрата с максимальным количеством мелких фракций (опилки дуба черешчатого) и влажностью 70%

6 Результаты полевых исследований показали, что мульчирова-тель с указанными выше параметрами работоспособен Использование его обеспечивает равномерную заделку семян слоем мульчи заданной толщины Выход стандартного посадочного материала в сравнении с производственными посевами на 40,5% выше

7 Годовой экономический эффект от применения мульчирователя составил 17465 рублей на 1 га площади посевного отделения лесного питомника в ценах 2007 года Указанный эффект достигается засчет того, что благодаря высокой сохранности слоя мульчи исключается необходимость повторного мульчирования, а также в связи с более быстрым смыканием посевов снижается (на 1) количество ручных уходов

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1 Цыплаков В В Новая конструкция комбинированной лесной сеялки с одновременным мульчированием [Текст] / В В Цыплаков, И П Старостин, В А Карпенко // Вестник Саратовского госагроунивереитета им Н И Вавилова , вып 1 - Саратов, 2005 - С 32-33 (авторский вклад - 1 стр )

2 Цыплаков В В Теоретическое обоснование рабочего органа для создания почвенных валов вдоль посевных лент [Текст] / В В Цыплаков, И П Старостин, В А Карпенко // Вестник Саратовского госагроуниверситета им НИ Вавилова, вып 3 - Саратов, 2005 - С 46-48 (авторский вклад - 1,5 стр)

3 Цыплаков В В Обоснование параметров и режимов работы винтового рыхлителя для мульчирователя лесной комбинированной сеялки [Текст] / В В Цыплаков, В А Карпенко // Вестник Саратовского госагроуниверситета им Н И Вавилова , вып 4 - Саратов, 2007 - С 57-60 (авторский вклад - 2 стр )

Статьи и материалы конференций

4 Карпенко В А Мульчирование посевов в лесных питомниках - необходимая эколого-технологическая операция [Текст] // Музей-заповедник Экология и культура Материалы второй научно-практической конференции ст Вешенская, 2006 - С 363-366

5 Карпенко В А Новая конструкция мульчирователя комбинированной лесной сеялки для питомников [Текст] // Системные исследования природ-но-техногенных комплексов Нижнего Поволжья Сборник научных работ Вып 2 Саратов, 2007 - С 58-60

5 Цыплаков В В Средства механизации и способы мульчирования посевов в лесном питомнике [Текст] / В В Цыплаков, В А Карпенко // Эколо-го-технологические аспекты лесного хозяйства в степи и лесостепи Материалы I Международной научно-практической конференции Саратов, 2007 — С 98 - 102 (авторский вклад - 3 стр )

7 Цыплаков В В Совершенствование мульчирования посевов в лесных питомниках [Текст] / В В Цыплаков, В А Карпенко // Восстановление эко-лого-ресурсного потенциала агролесобиоценозов, лесоразведение и рациональное природопользование в Центральной лесостепи и на юге России 2-й этап школы конференции НПЦ «Лесэколресурс» ВГЛТА Сочи, 2007 (авторский вклад - 2 стр )

Ваши отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписями, заверенными гербовой печатью, просим направлять по адресу 394613, г Воронеж, ул Тимирязева 8, Воронежская государственная лесотехническая академия, ученому секретарю диссертационного совета

телефон 8-(4732)53-72-40, факс 53-72-40

Карпенко Виктор Александрович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ МУЛЬЧИРОВАТЕЛЯ ЛЕСНОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ СЕЯЛКИ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 09 11 07 Формат 60х84'/16 Печ л 1,0 Тираж 100 Заказ 692/661

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет им Н И Вавилова» 410012, Саратов, Театральная пл , 1