автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование параметров рабочего органа и режимов работы лесного культиватора

004607373

ЛЫСЫЧ Михаил Николаевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОРГАНА И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛЕСНОГО КУЛЬТИВАТОРА

05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации иа соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 ИЮЛ ?0Ю

Воронеж - 2010

004607373

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежская государственная лесотехническая академия» (ВГЛТА)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Бартенев Иван Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Пошарников Феликс Владимирович

кандидат технических наук Казаков Игорь Владимирович

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Московский государственный университет леса» (141001, г. Мытищи-1, Московской обл. ул. Институтская, д. 1, МГУ Л)

Защита диссертации состоится «25» июня 2010 г. в 1300 часов на заседании диссертационного совета Д 212.034.02 при Воронежской государственной лесотехнической академии (394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, зал заседания - аудитория 240)

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

Автореферат размещен на официальном сайте академии: E-mail: vglta@vglta.vrn.ru

Автореферат разослан «14» мая 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета ¿-с^аву- Скрыпников А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Уход за культурами, создаваемыми на вырубках, является одной из важнейших операций технологического процесса лесовосстановления, определяющей сохранность культур и их развитие. Эта операция выполняется в течение ряда первых лет несколько раз за сезон, и на ее долю приходится не менее 40 % всех материальных затрат на создание культур.

В настоящее время культуры на вырубках создают либо по расчищенным от порубочных остатков и пней полосам шириной 2,5 м, с расстоянием между рядами культур 5 м, либо с понижением пней до уровня поверхности почвы на всей культивируемой площади. Но в любом случае почвы остаются насыщенными корнями деревьев и кустарников, являющимися препятствиями для рабочих органов культиваторов.

В силу этих причин для ухода за культурами па вырубках применяют культиваторы с дисковыми рабочими органами (КЛБ-1,7, КДС-1,8 и др.). Диски хорошо преодолевают препятствия в виде корней и пней, практически, не забиваются почвой и растительной массой, но недостаточно полно уничтожают сорную растительность и неустойчивы по глубине обработки почвы. В результате требуется не менее чем двукратный проход культиватора по одному следу при каждом уходе. Это значительно увеличивает материальные затраты и в два и более раза срок пребывания энергетического средства (трактора) на одной операции в ущерб другим работам в хозяйстве.

Лемешные рабочие органы в виде стрельчатых лап широко применяются в паровых, пропашных, садовых и лесных культиваторах для открытых площадей, свободных от твердых включений в почве. Они устойчивы по глубине обработки и эффективно уничтожают сорняки, но им присущи недостатки: забивание растительными остатками, низкая проходимость и надежность при преодолении препятствий, необходимость применения предохранительных устройств, как это выполнено, например, на культиваторе для каменистых почв КРТ-3. Препятствия в виде корней и пней, практически, исключают применение стрельчатых лап для ухода за культурами на вырубках без изменения прочностных и геометрических параметров и использования дополнительных устройств, обеспечивающих их проходимость.

Таким образом, существует проблема, имеющая в технологическом и техническом плане большое значение, что делает тему диссертационной работы актуальной. Решение данной проблемы возможно при сочетании в одном комбинированном рабочем органе положительных свойств сферических дисков и стрельчатых лап и применении специального устройства, обеспечивающего проходимость стрельчатых лап через пониженные пни и древесные корни.

Работа выполнена в соответствии с госбюджетной темой ГОУ ВПО ВГЛТА «Совершенствование технологий, машин и оборудования лесного комплекса» (№ гос. регистрации 01.2.00609242).

Цель и задачи исследования - повышение качества и экономической эффективности уходов за культурами на вырубках с пониженными пнями путем обоснования конструкции и параметров комбинированного рабочего органа культиватора. В соответствии с поставленной целью намечено решить следующие задачи:

1. Получить математические модели, описывающие динамику движения рабочих органов орудия при преодолении препятствий и в почвенной среде.

2. Обосновать оптимальные параметры комбинированного рабочего органа и предохранительного механизма для работы на вырубках с пониженными

пнями, обеспечивающие высокое качество уничтожения нежелательной растительности и приемлемые прочностные характеристики с минимальной энергоемкостью.

3. Изучить процесс взаимодействия комбинированного рабочего органа с почвой и препятствиями в виде пней и корней при уходе в междурядьях лесных культур, изготовить экспериментальный образец и провести лабораторные испытания.

4. Обосновать общую схему экспериментального культиватора, оснащенного разработанными рабочими органами, и определить ожидаемый экономический эффект от его применения на вырубках с пониженными пнями.

Объектом исследования являются новые конструкции рабочих органов культиваторов, препятствия и почва.

Предмет исследований - динамика движения и агротехника рабочих органов в процессе обработки почвы при уходе за культурами на вырубках.

Методы исследований. Теоретические исследования выполнены на основе твердотельного и математического моделирования с использованием методов теоретической механики и дифференциального исчисления. Экспериментальные исследования и проверка основных теоретических положений проводились на натурных образцах рабочих органов и серийных секциях культиватора КРТ-3 в лабораторных и полевых условиях.

Научная новизна.

1. Предложены математические модели, описывающие динамику движения рабочих органов, как при преодолении пня, так и при движении в почвенной среде.

2. Установлены тип и оптимальные параметры комбинированного рабочего органа и предохранительного механизма, обеспечивающие высокие прочностные характеристики и улучшение агротехнических показателей.

3. Изучен процесс взаимодействия комбинированного рабочего органа (патент на изобретение № 2319329) с почвой и препятствиями в виде пней и корней при уходе в междурядьях лесных культур.

4. Даны рекомендации по технологии проведения уходов культиватором, оснащенным разработанными рабочими органами, и экономическая оценка эффективности его применения.

Значимость для науки заключается в развитии теории силового взаимодействия упруго закрепленных рабочих органов с препятствиями и почвенной средой, что дает возможность на стадии проектирования определить конструктивные и технологические параметры рабочих органов, позволяющие увеличить степень уничтожения нежелательной растительности и улучшить прочностные характеристики. Разработана конструкция почвообрабатывающего орудия с новыми рабочими органами.

Практическая ценность. Разработана перспективная конструкция комбинированного рабочего органа, обеспечивающая преодоление препятствий и позволяющая увеличить степень уничтожения нежелательной растительности в условиях вырубок с пониженными пнями без значительных дополнительных материальных вложений.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Математические модели, описывающие динамику движения рабочих органов орудия при преодолении препятствий и в почвенной среде, позволяющие обосновать параметры рабочих органов и предохранительных механизмов.

2. Оптимальные параметры комбинированного рабочего органа и предохранительного механизма, полученные на основе математического моделиро-

вания и подтвержденные экспериментально.

3. Процесс взаимодействия комбинированного рабочего органа (патент на изобретение № 2319329) с почвой и препятствиями в виде пней и корней при уходе в междурядьях лесных культур.

4. Рекомендации по технологии проведения уходов культиватором, оснащенным разработанными рабочими органами, и экономическая оценка эффективности его применения.

Достоверность полученных результатов. Выводы диссертационной работы базируются на результатах фактического материала, полученного при проведении лабораторных и полевых испытаний. В ходе проведения лабораторных исследований учитывались свойства почвы, характер расположения препятствий и сила переднатяжения пружин предохранительного механизма. Полученные данные обрабатывались методом математической статистики с использованием программ Microsoft Excel 2003 и Mathcad 13 для персонального компьютера.

Личное участие автора заключается в определении целей и задач работы, в выполнении теоретических и экспериментальных исследований и анализа их результатов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной лесотехнической академии (2006-2010 гг.), а также заседаниях кафедры механизации лесного хозяйства и проектирования машин Воронежской государственной лесотехнической академии.

Публикации. Основные научные разработки по теме диссертации опубликованы в 9 работах, включая 1 статью в изданиях, определенных ВАК Ми-нобрнауки РФ, 4 публикации без соавторов и 1 патент на изобретение.

Реализация работы. Разработанная машина для агротехнического ухода за лесными культурами, а также результаты научных исследований были внедрены в ФГУП «Центральное опытно-конструкторское бюро лесохозяйствен-ного машиностроения», учебно-опытном лесхозе ВГЛТА и в учебном процессе ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» при подготовке инженеров лесотехнического профиля.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложений.

Общий объем работы составляет 192 страницы, из них 165 страниц основного текста и 27 страниц приложений. Работа включает 51 иллюстрацию, 8 таблиц и 109 наименований использованных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель работы и научные положения, выносимые на защиту, научная новизна выполненных исследований, их практическая значимость, результаты внедрения.

В первом разделе проведен анализ технологий лесовосстановления, способов и технических средств для удаления нежелательной растительности на вырубках. Над этими вопросами работали такие ученые, как А.И. Баранов, И.М. Зима, Т.Т. Малюгин, П.С. Нартов, В.Н. Винокуров, Г.А. Ларюхин, И.М. Бартенев, Н.П. Калиниченко, Ю.М. Жданов, Ф.В. Пошарников, В.И. Посметьев, А.М. Цыпук, В.И. Казаков, С.И. Сушков, М.В. Драпалюк и др.

Исследованиями резания лесных почв занимались ученые: Ю.И. Полу-парнев, А.Ф. Пронин, А.Д. Далин, Г.Б. Климов, Е.А. Витвицкий, Ю.И. Колесников, А.Ф. Совков, В.Д. Крыльцов, М.В Драпалюк, и др.

Дан обзор исследований по обоснованию конструкций пассивных рабочих органов и предохранительных механизмов, а также исследований динамики почвообрабатывающих орудий и рабочих органов. Этими вопросами занимались П.С. Нартов, И.М. Бартенев, В.И. Посметьев, В.Р. Карамышев, Л.Т. Свиридов, П.И. Жидких, Г.Б. Климов, H.H. Агапонов, В.И. Маслай, Ю. К. Киртбая. Сформулированы задачи исследований.

Анализ существующих технологий лесовосстановления показал, что наиболее экологически безопасны и экономичны технологии, обеспечивающие минимизацию воздействия на почву. В первую очередь это достигается путем замены корчевки пней их понижением до уровня почвы. Отказ от последующих агротехнических уходов в условиях вырубок невозможен, так как это ведет к заглушению и гибели культур.

Для проведения уходов наиболее эффективно и экологически безопасно применение механических средств борьбы с нежелательной растительностью, уничтожающих не только надземные части растений, но их корневые системы одновременно с рыхлением поверхностного слоя почвы. Дисковые культиваторы и бороны наиболее распространены для проведения уходов в условиях вырубок. Однако, вследствие их низкой эффективности, требуются многократные проходы по одному следу.

Лемешные рабочие органы достаточно хорошо уничтожают нежелательную растительность, но их применение в условиях вырубок с пониженными пнями, вследствие низкой эксплуатационной надежности, ограничено. Решить данную проблему можно, если лемешные рабочие органы оснастить специальными устройствами, обеспечивающими преодоление препятствий и предохраняющими их от деформации и поломок. К таким устройствам можно отнести ножи криволинейной формы, подобной режущей кромке диска, и предохранители пружинного типа.

В настоящее время методика проектирования и совершенствования рабочих органов, рассматриваемых в совокупности с упругим многозвенным предохранительным механизмом, на основе полипараметрической модели силового взаимодействия, практически, не проработана. В такой постановке задача представляет научный и практический интерес.

Анализ литературных и патентных материалов показывает, что совершенствование конструкции машин для ухода за лесными культурами идет как по пути оптимизации технологических и конструктивных параметров рабочих органов и предохранительных механизмов, так и создания новых с учетом требований эколого- и ресурсосбережения, позволяющих более эффективно их использовать.

Во втором разделе приводятся обоснование и оптимизация параметров комбинированного рабочего органа и типа предохранительного механизма для агротехнических уходов за лесными культурами на вырубках с пониженными пнями, их кинематический и динамический анализ; разработана полипараметрическая математическая модель, позволяющая описать динамику движения рабочего органа в процессе обработки почвы и при преодолении препятствий. На конструкцию орудия, оснащенного комбинированными и дисковыми рабочими органами, получен патент на изобретение № 2319329.

Комбинированный рабочий орган представляет собой совокупность серийной стрельчатой лапы культиватора КРТ-3 и ножа криволинейной формы, радиус кривизны которого переменный, имеющий большее значение в его пе-

редней части для обеспечения свободного скольжения ножа по поверхности препятствия, причем криволинейный нож установлен ниже опорной поверхности лемешного рабочего органа (рисунок 1, а). Он состоит из серийной стойки 1, ножа 5 и стрельчатой лапы 6. Нож выполнен как единая сварная деталь, состоящая из верхнего 2 и нижнего 3 кронштейнов крепления к стойке и лобовика 4. Такое конструктивное решение позволят надежно закреплять нож при помощи болтовых соединений, без какого либо изменения конструкции стойки, а паз, прорезанный в носке стрельчатой лапы, значительно повышает жесткость и уменьшает габариты рабочего органа.

Рисунок 1 - Рабочие органы экспериментального культиватора

а - комбинированный; б -дисковый

Для проведения сравнительных испытаний был создан дисковый рабочий орган с индивидуальной стойкой (рисунок 1, б). Он состоит из стойки 1, верхней неподвижной 2 и нижней 3 поворотных плит, имеющих ряд отверстий для изменения угла атаки (10°,20°,30°). К стойке болтовым соединением крепятся корпус подшипника скольжения, состоящий из верхней 4 и нижней 5 крышек, в котором устанавливается вал 6 с жестко закрепленным на нем сферическим

диском 7. Используется стандартный цельнокрайний диск диаметром 510 мм.

Для обоснования и оптимизации параметров рабочих органов и изучения кинематики и динамики процесса преодоления препятствий был создан ряд твердотельных моделей рабочих органов в САПР 8оНс1\\'огк8. Их испытание проводилось на виртуальном стенде средствами приложения СОБМОЗМойоп (рисунок 2). Стенд состоит из основания 1, двух цилиндрических направляющих 2, ка. „ „ ретки 3 и условно обозначен-Рисунок 2 - Виртуальный стенд г „ . ,, . , г 3 ной земли 4. На каретке, а - оощии вид; о-в процессе моделирования с г

имеющеи возможность пря-отслеживанием заданных параметров „

молинеиного движения без

трения, закреплялась модель секции 5 культиватора КРТ-3 с серийным, дисковым и экспериментальным 6 рабочими органами. В основании жестко устанавливался пень 7.

В приложении СОБМОЗХУогкз методом конечных элементов были проведены прочностные исследования моделей комбинированного рабочего органа с различными геометрическими параметрами. Установлены наиболее опасные варианты нагружения: боковая нагрузка, прикладываемая к ножу в области ло-бовика, и нормальная нагрузка, прикладываемая к крайней точке режущей кромки крыла стрельчатой лапы, по которым проводились дальнейшие прочностные испытания.

По результатам динамических и прочностных исследований комбинированного рабочего органа была проведена оптимизация его геометрических параметров.

Для оптимизации угла вхождения ауст и толщины в„ ножа определяли экстремумы четырех частных критериев оптимизации: критическая сила Ртах „ (ауст, в,), по достижении которой происходит разрушение конструкции; тяговое сопротивление й„ (ауст, в,) рабочего органа; абсолютный показатель динамики при въезде на препятствие 8,,„ (ауст, в,) и при сходе с препятствия (ауст, в,) (рисунок 3). Необходимо решить следующие задачи оптимизации:

С ^тахн (&уст>

I Я„ (ауст, в^—*тт;

| дь, (ауст в,) —>тт;

^ ддс,

в,) —>тт.

а)

¿да &уст, Град Н/ССК

Оуспн Град

Рисунок 3 - Поверхности отклика к оптимизации параметров черенкового ножа (а); благоприятные области факторного пространства (ауст, в„) (незаштрихованы) на поверхностях отклика, представленных линиями уровня (б)

Пуст, град

Чует, град

Г) Ян П ддв П 5дс

Для оптимизации ширины захвата в„ и площади критического сечения стрельчатой лапы находились экстремумы двух частных критериев оптимизации: критическая сила Ртахд (Б^ в,), по достижении которой происходит разрушение стрельчатой лапы, и тяговое сопротивление в„) (рисунок 4). Откуда

Г Р тахл

1 R,1(SJl, вл)—+тт.

Полученные оптимальные параметры комбинированного рабочего органа обеспечивают необходимый запас прочности, приемлемые динамические характеристики и минимальное тяговое сопротивление. Для ножа: угол установки от 105 до 120 град при его толщине от 5 до 7 мм. Для стрельчатой лапы: ширина захвата от 260 мм до 270 мм при площади поперечного сечения критической области в основании крыла от 660 до 710 мм2.

Рисунок 4 - Поверхности отклика к оптимизации параметров стрельчатой лапы (а); благоприятные области факторного пространства (5!„ в„) (незаштрихованы) на поверхностях отклика, представленных линиями уровня (б)

Создана полипараметрическая математическая модель, позволяющая описать динамику движения рабочего органа, как при преодолении препятствий, так и в процессе силового взаимодействия с почвой (расчетная схема на рисунке 5):

1ф} = Rt (z0 cos a¡- yDi sin a¡ ) + Mi~ G,. (zs¡ sin <ръ + ys¡ eos (p}) --M0i+Mtóllp +AM,(t) + AM1(t), где R¡ = R0 + R¡ ar¡ + R2S¡ - главный вектор сил сопротивления, Н; ar¡ - Ld¡ cos(íP3 + 4JD ) - h - текущая глубина обработки, м; <p¡ - текущий угол

поворота рабочего органа относительно точки прицепа (обобщенная координата), рад; Ч'д = arctg - начальный угол поворота, рад;

2D,

сс ¡ = or0 + a{ ar¡ + ог2Д - угол между главным вектором сил сопротивления R, и продольной осью рабочего органа, рад; = arctg =

А'

Vo, sin^3 -Уцп ^о,п-Ур,Ф3 " г/гА " v гют -1-г т ~ v - Угол между продольной осью работе, О, "rzD,V/3 yO¡

чего органа и вектором абсолютной скорости т. Д, рад;

М, = Мд + М¡ ar + М2 S¡ + AM¡(t)- главный момент сил сопротивления, Н-м;

M0¡ = /у, eos ф{ - упругий момент со стороны предохранительного механизма, Н-м;

А А

M.,¡ --удщ^у ар--ударная нагрузка на рабочий орган при встре-

(WWs) +1

чес рамой, Н-м;

АМ, (?) = Мтт sin (ú)¿ + /?„)- периодические возмущения, Н-м;

= —J— -5 - _ единичный импульс, Н-м; &удар- мак-

">и \ш\ V~ 1Сдвиг) + 1

симальное значение силы удара, Н-м; Аудар- коэффициент усиления; ky¿,ap - коэффициент плавности удара, (Н-м)"1; А/тах - амплитуда возмущающих воздействий, Н-м; кт - коэффициент плавности импульса, (Н-м)'1, t- время, с; tcdeue~ сдвиг по времени пика возмущающего воздействия от начала движения, с; сов -частота возмущающих воздействий, с*1; Д, - начальная фаза, рад.

Эта модель позволяет установить не только динамические характеристики, но и получить пути заглубления и оценить устойчивость рабочих органов по глубине обработки с учетом силового взаимодействия с почвой.

Система дифференциальных уравнений (1) решена в среде MatCAD. Результаты решения представлены в виде графиков зависимостей траектории

движения комбинированного рабочего органа в почвенной среде от преднатяжения пружин (рисунок 6).

Было установлено, что для обеспечения заглубления на номинальную глубину обработки (д =12 см) при сходе с пня высотой 0 см достаточно общего преднатяжения пружин в 2500 Н. Однако при дальнейшем движении наблюдается заметная неравномерность по глубине обработки при наложении единичных импульсов, имитирующих перерезание мелких корней (до 1 см

Рисунок 6 - Траектория заглубления экспериментального рабочего органа при различной силе преднатяжения пружин

диаметром). Для обеспечения стабильной глубины обработки в условиях вырубки необходимо обеспечивать преднатяжение пружин в 5000 Н.

В третьем разделе изложена программа экспериментальных исследований, применяемое оборудование и методика проведения исследований.

Разработанная лабораторная тензомегрическая установка для изучения силовых параметров рабочих органов при взаимодействии с почвой включает следующие основные элементы: грунтовый канал 1, тяговую тележку 2 с 3-точечным навесным устройством, тензометрическое навесное оборудование 3 и устройства для преобразования электрического сигнала и регистрации измеряемых величин (рисунок 7, а).

Для изучения динамики процесса преодоления препятствий была использована тензометрическая установка 1, закрепленная на тяговой тележке 2. Тяговое сопротивление фиксировалось при помощи тензозвена 3, а углы поворота предохранительного механизма датчиками угла поворота 4 (рисунок 7, б). Электронно-измерительная аппаратура использовалась такая же, как в выше приведенной установке.

Рисунок 7 - Тензометрические установки а - доя изучения силовых параметров рабочих органов; 6 - доя изучения динамики переезда секции культиватора через препятствие

В четвертом разделе приведены результаты исследований динамики преодоления пня рабочими органами и их силовые параметры при взаимодействии с почвой.

На рисунке 8 представлена зависимость тягового сопротивления рабочих

органов от времени.

Анализ результатов показал, что максимум тягового сопротивления во всех опытах достигается уже через 0,3 секунды после столкновения с пнем. Для экспериментального рабочего органа при номинальной глубине обработки и высоте пня в 10 см он составляет 5133 Н, а для дискового 4410 Н. Эта тенденция прослеживалась во всех опытах и в среднем разница составляет 12 %. При движении по срезу пня

'"диск. раб. орг., глуб.обр. 8см

"""эксп. раб. орг. глуб. обр. 16см

~*"эксп. раб орг., глуб. обр. 12см

**"эксп. раб. орг., I глуб. обр. 8см

Время, с

Рисунок 8 - Тяговое сопротивление экспериментального и дискового рабочего органа при преодолении пня в 10 см

тяговое сопротивление экспериментального рабочего органа равномерно убывает. Тяговое сопротивление дискового рабочего органа также сначала убывает, однако, потом начинает снова расти, достигая максимума в момент схода с пня.

Максимальное значение абсолютного показателя динамики <%„тах (рисунок 9) при въезде на пень экспериментального рабочего органа в целом выше, чем у дискового. Это объясняется разницей в геометрии, ведущей к тому, что

при переезде пня одной и той же высоты экспериментальный рабочий орган отклоняется на больший угол. С ростом высоты пня величина <^впих растет практически линейно для обоих рабочих органов и достигает при высоте пня в 10 см и глубине обработки в 16 см 17680 Н - для экспериментального и 16560 Н -для дискового рабочего органа. Максимальное же значение абсолютного показателя динамики ¿>„ста при сходе с пня, напротив, значительно больше у дискового рабочего органа и достигает при высоте пня в 10 см и глубине обработки в 16 см 16620 Н, а для экспериментального рабочего органа лишь 7860 Н. С ростом высоты пня 36стш также растет по закону, близкому к линейному.

Проверка достоверности силовых параметров проводилась путем сравнения тягового сопротивления и силы на виртуальном двигателе (рисунок 10). Расхождения по максимальным значениям при въезде на пень составляют для экспериментального рабочего органа - 3,9 %, для дискового - 1,7 %. При дальнейшем движении по поверхности пня у экспериментального рабочего органа расхождения увеличиваются, хотя также наблюдается снижение тягового сопротивления. Однако у дискового рабочего органа тяговое сопротивление после некоторого снижения начинает возрастать, достигая максимума в момент схода с пня. Это объясняется уводом диска при качении по поверхности пня, что ведет к возникновению дополнительных нагрузок, растущих с увеличением диаметра пня.

Расхождения между теоретическими и экспериментальными данными

эксп, гл.8см

эксп, гл. 12см

„ ¿и, эксп, гл. 16см

ДИСК, ГЛ. Нем

ллск, гл. 12см

днек, гл. 1Г«см

А* эксп, гл. 8см

эксп, гл. 12см

ЭКСП, ГЛ. 16см

диск, гл. 8см

л» ДИСК, м. Чем

диск, гл. 16см

-» А.- , эксп, гл. 8 см

А,. г« эксп, гл. 12см

доа,<. эксп, гл. 16см

А,. по диск. гл. 8см

Ь*. го ДИСК. гл. 12см

хч ДИСК, гл. 16СМ

Высота препятствия, см

Рисунок 9 - Абсолютный показатель динамики

__ а

■;.....-

1

90000

X 80000

2 70000 X

с- 60000

£ 50000 О

а

с 40000

О

и

Ф 30000

о

О 20000 £ 10000

О 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 Время, с

I —'Тесретичешге —Экспериментальное ]

0,40 0,60 0,ВО

Время, с

Рисунок 10 - Тяговое сопротивление рабочих органов при преодолении пня в 10 см, полученное экспериментальным и теоретическим путем: а - экспериментальный; б - дисковый рабочий орган

I "—Теоретическое —Экспериментальное!

возникли из-за того, что в модели был использован твердый пень, исключающий врезание и заклинивание режущих кромок рабочих органов. Опираясь на приведенные данные, можно сделать вывод о том, что полученные теоретическим путем нагрузки, от удара рабочего органа об упоры, могут быть приняты с достаточной степенью точности. Это особенно важно потому, что из-за конструкции тензонавески и характеристик используемой регистрирующей аппаратуры невозможно фиксирование данного параметра.

С целью подтверждения адекватности математической модели была проведена её экспериментальная проверка. Для этого использована тензометриче-ская установка для изучения динамики переезда секции культиватора через

На рисунке 11 приведены пути заглубления экспериментального рабочего органа с различными значениями натяжения пружин при преодолении пня нулевой высоты. На графиках видно, что при нулевом преднатяжении пружин предохранительного механизма глубина обработки нестабильна, рабочий орган после удара об упоры предохранительного механизма «всплывает», при этом глубина обработки снижается до 4...6 см. При преднатяжении пружин в 5000 Н отклонения от номинальной глубины обработки в 12 см находятся в пределах 2 см. Таким образом, для стабильной работы экспериментального рабочего органа в условиях задернелых лесных почв общее преднатяжение пружин предохранительного механизма должно составлять не менее 5000 Н.

Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных данных установил, что расхождения между ними составляют 4...7 %. Последнее подтверждает адекватность математической модели. Это открывает широкие возможности по изучению устойчивости движения различных рабочих органов при их работе в условиях нераскорчеванных вырубок, где на поверхности есть множество несмещаемых препятствий, таких как пни и крупные корневые лапы, а почвы насыщены корнями различных размеров.

В пятом разделе дается описание экспериментального образца культиватора для агротехнического ухода за лесными культурами и экономическая оценка эффективности его работы.

Устройство культиватора представлено на рисунке 12. Он состоит из рамы 1, комбинированных 2 и дисковых 3 рабочих органов с предохранительными устройствами 4, опорных колёс 5 с винтовыми механизмами 6 и устройства для автоматической сцепки 7. Рабочие органы установлены шар-нирно при помощи четырехзвенных предохранительных механизмов на поперечных брусьях культиватора.

Испытания проводились на проведении уходов в междурядьях трехлетних культур сосны обыкновенной, созданных по дну борозд, подготовленных плугом ПКЛ-70 на вырубке с пониженными пнями. Скорость движения агрега-

0 0.1 0.2 0,3 0.4 0.5 0.6 0.7 0,8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1

Путь, м

Рисунок 11 - Траектория заглубления экспериментального рабочего органа при различной силе пред-натяжения пружин, полученная экспериментальным и теоретическим путем

та 1,0±0,5 м/с. Преднатяжение пружин составляло 5000 Н.

Полевые испытания культиватора КРТ-3, оснащенного комбинированными и дисковыми рабочими органами, показали, что предлагаемая схема агрегата реальна и работоспособна в условиях вырубки с пониженными пнями. За весь период испытаний не было случаев поломок. Было установлено отсутствие забиваемо-сти рабочих органов и их устойчивость по глубине обработки в условиях за-дернелых почв. Среднеквадратичное отклонение глубины обработки и ширины защитной зоны от номинального значения в 1,8 раза, а число повреждаемых культур в 10 раз меньше, чем у культиватора КЛБ-1,7, работающего в аналогичных условиях. Наибольшая эффективность уничтожения нежелательной растительности достигается при установке дисковых рабочих органов с углом атаки в 30° и составляет 83,5 %.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

I. Теоретически установлено, что на вырубках с пониженными пнями могут эффективно применяться комбинированные рабочие органы, состоящие из серийной стрельчатой лапы и ножа криволинейной формы, установленного ниже опорной поверхности лемешного рабочего органа (защищен патентом №2319329), при этом угол установки ножа должен обеспечивать свободное преодоление препятствий.

^ 2. Разработанный виртуальный стенд для испытания твердотельных моделей рабочих органов позволяет определять их кинематические и динамические характеристики при различных высотах препятствий и характере взаимодействия с минимальными затратами средств и времени. Это также дает возможность на стадии проектирования устанавливать характер распределения запаса прочности отдельных элементов рабочих органов. Полученные с его помощью оптимальные параметры комбинированного рабочего органа обеспечивают необходимый запас прочности, приемлемые динамические характеристики и минимальное тяговое сопротивление. Для черенкового ножа: угол установки от 105 до 120 град при его толщине от 5 до 7 мм. Для стрельчатой лапы: ширина захвата от 260 мм 270 мм при площади поперечного сечения критической области основания от 660 до 710 мм2.

3. Созданная полипараметрическая математическая модель силового взаимодействия достаточно полно и точно описывает динамику движения рабочего органа в процессе обработки почвы и при преодолении препятствий. С ее помощью получены динамические характеристики, оценена устойчивость по

Рисунок 12 - Экспериментальный образец культиватора КРТ-3, оснащенный исследуемыми рабочими органами, в агрегате с трактором ЛТЗ-60

глубине обработки и пути заглубления рабочих органов с учетом силового взаимодействия с почвой, даны рекомендации по выбору величин преднатяже-ния предохранительного механизма (5000 Н для задернелых лесных почв), выбраны рациональные параметры предохранительного механизма, позволяющие незначительным варьированием всего трех параметров (/2=0,08, /з=0,260, /т=0,11) добиться улучшения его силовой характеристики.

4. Результаты лабораторных исследований по преодолению пней секцией культиватора подтвердили, что комбинированный и дисковый рабочие органы свободно преодолевают препятствия высотой до 16 см, а также полную неработоспособность серийного рабочего органа. В сравнении с секцией дискового культиватора экспериментальные рабочие органы испытывают нагрузки меньшие в 3,7...4 раза. Был установлен эффект демпфирования рабочих органов почвой при сходе с пня.

5. Полевые испытания экспериментального культиватора, оснащенного комбинированными рабочими органами, показали, что предлагаемая схема агрегата реальна и работоспособна в условиях вырубки с пониженными пнями. Установлено отсутствие забиваемости рабочих органов и их высокая устойчивость по глубине обработки в условиях задернелых почв. Среднеквадратичное отклонение глубины обработки и ширины защитной зоны от номинального значения в 1,8 раза, а число повреждаемых культур в 10 раз меньше, чем у культиватора КЛБ-1,7, работающего в аналогичных условиях.

6. С целью снижения затрат и ускорения процесса проведения уходов на вырубках с пониженными пнями целесообразно использовать культиватор КРТ-3, оснащенный новыми рабочими органами. Новое орудие позволяет повысить степень уничтожения сорной растительности на 27 % по сравнению с культиватором КЛБ-1,7. При этом уничтожение 83,5 % нежелательной растительности достигается после одного прохода.

7. Расчет технико-экономической эффективности показал, что внедрение новых рабочих органов при установке их на культиватор КРТ-3 в агрегате с трактором ЛХТ-55 позволит добиться годового экономического эффекта в размере 447862,5 рублей при сроке окупаемости 0,1 года.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Печатные работы, входящие в перечень изданий, рекомендованных ВАК к публикации при представлении кандидатской диссертации

1. Лысыч, М.Н. Использование систем твердотельного моделирования и инженерных расчетов при проектировании и испытании почвообрабатывающих орудий [Текст] / М.Н. Лысыч, // Вестн. КрасГАУ. - 2010. - № 1 - С. 194-198.

Патенты

1. Пат. 2319329 РФ, МКИ А01В49/02, 76/00. Комбинированное почвообрабатывающее орудие [Текст] / И. М. Бартенев, М. Н. Лысыч, А. А. Кузнецов; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. - № 2006127356/12; заявл. 27.07.2006; опубл. 20.03.2008, Бюл. № 12. - 3 с.

Статьи и материалы конференций

1. Бартенев, И. М. Математическая модель колебаний рабочего органа

почвообрабатывающего орудия с пружинным предохранительным механизмом [Текст] / И. М. Бартенев, И. Е. Донцов, М. Н. Лысыч // Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления: межвуз. сб. науч. тр. под ред. B.C. Петровского; Фед. агенст-во по образованию, ГОУ ВПО «ВГЛТА». - Воронеж, 2008. - Вып. 13. С 70-74.

2. Бартенев, И. М Современные экологически сбалансированные, ре-сурсо- и энергосберегающие технологии лесовосстановления / И.М. Бартенев, И. Е. Донцов, М.Н. Лысыч; ГОУ ВПО «ВГЛТА». - Воронеж, 2008. - 21с. Библиогр.: 20 назв. Рус. Деп. в ВИНИТИ

3. Бартенев, И. М. Устойчивость движения почвообрабатывающих орудий и агрегатов / И.М. Бартенев, И. Е. Донцов, М.Н. Лысыч; ГОУ ВПО «ВГЛТА». - Воронеж, 2008. - 13с. Библиогр.: 16 назв. Рус. Деп. в ВИНИТИ

4. Лысыч, М. Н. Дифференциальные уравнения колебаний рабочего органа с пружинным предохранительным механизмом [Текст] / М. Н. Лысыч // Научный вестник ВГЛТА: сб. науч. тр. / ГОУ ВПО «ВГЛТА». - Воронеж, 2009. -Вып. 1.-С. 163-168.

5. Лысыч, М. Н. Некоторые особенности лесовосстановления в объединении Русский Лес [Текст] / М. Н. Лысыч, А. А. Кузнецов П Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. - 2007. - №4. - С. 115-116.

6. Лысыч, М. Н. Опыт производства посадочного материала в объединении «Русский лес» [Текст] / М. Н. Лысыч, А. А. Кузнецов // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. - 2007. - №4. - С. 110-111.

7. Лысыч, М. Н. Применение метода конечных элементов для прочностных расчетов рабочих органов почвообрабатывающих орудий [Текст] / М. Н. Лысыч // Математическое моделирование, компьютерная оптимизация технологий, параметров оборудования и систем управления: межвуз. сб. науч. тр. под ред. B.C. Петровского; Фед. агенство по образованию, ГОУ ВПО «ВГЛТА». -Воронеж, 2009. - Вып. 14. С 86-90.

8. Лысыч, М. Н. Перспективы использования метода конечных элементов реализованного на основе современных средств САПР для прочностных испытаний проектируемых почвообрабатывающих орудий [Текст] / М. Н. Лысыч // Молодой ученый. - 2009. - №12. - С. 63-65.

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д 212.034.02 или выслать ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, Воронежская государственная лесотехническая академия, ученому секретарю.

Тел. 8-4732-53-72-40, факс 8-4732-53-72-40.

ЛЫСЫЧ Михаил Николаевич ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ОРГАНА И РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЛЕСНОГО КУЛЬТИВАТОРА

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 12.05.2010 г. Заказ № 417

Объем 1,0 п. л. Тир. 100 экз.

Отпечатано в ООО «Биомик» г. Воронеж, ул. Ленина, 73

Введение.

1 Состояние вопроса, цель и задачи исследований

1.1 Современные ресурсо-, энергосберегающие и экологически сбалансированные технологии и лесовосстановления.

1.2 Существующие и перспективные средства механизации борьбы с сорной растительностью.

1.3 Современные методы расчета параметров пассивных рабочих органов культиваторов.

1.4 Направления в развитии конструкций предохранительных механизмов рабочих органов культиваторов.

1.5 Динамика почвообрабатывающих машин, орудий и рабочих органов.

1.6 Выводы, цель и задачи исследований.

2 Обоснование конструкции и силовой анализ экспериментального рабочего органа

2.1 Обоснование и оптимизация параметров комбинированного рабочего органа.

2.2 Кинематические и динамические испытания твердотельных моделей рабочих органов.

2.3 Прочностные испытания твердотельных моделей рабочих органов.

2.4 Теоретические исследования колебаний рабочих органов при силовом взаимодействии с почвенной средой.

2.5 Обоснование конструкции и выбор рациональных параметров предохранительного механизма.

2.6 Выводы.

3 Программа и методика экспериментальных исследований

3.1 Программа исследований.

3.2 Оборудование, применяемое в экспериментальных исследованиях.

3.3. Методика проведения опытов.

3.4 Обработка экспериментальных данных.

4 Результаты экспериментальных исследований

4.1 Анализ результатов экспериментов в случае взаимодействия секции культиватора с почвой и препятствиями.

4.2 Агротехнические показатели и устойчивость работы культиватора.

4.3 Исследование силовых параметров рабочих органов при взаимодействии с почвой.

4.4 Выводы.

5 Производственная проверка и экономическая эффективность экспериментального образца культиватора

5.1 Описание конструкции лесного культиватора с комбинированными рабочими органами.

5.2 Результаты проведения экспериментальной проверки.

5.3 Расчет экономической эффективности лесного культиватора с комбинированными рабочими органами.

5.4 Выводы.

Актуальность темы. Уход за культурами, создаваемыми на вырубках, является одной из важнейших операций технологического процесса лесовос-становления, определяющей сохранность культур и их развитие. Эта операция выполняется в течение ряда первых лет несколько раз за сезон и на ее долю приходится не менее 40 % всех материальных затрат на создание культур [83, 84].

В настоящее время культуры на вырубках создают либо по расчищенным от порубочных остатков и пней полосам шириной 2,5 м, с расстоянием между рядами культур 5 м, либо с понижением пней до уровня поверхности почвы на всей культивируемой площади. Но в любом случае почвы остаются насыщенными корнями деревьев и кустарников, являющимися препятствиями для рабочих органов культиваторов.

В силу этих причин для ухода за культурами применяют только культиваторы КЛБ-1,7 и КДС-1,8 с дисковыми рабочими органами. Диски хорошо преодолевают препятствия в виде корней и пней, практически не забиваются почвой и растительной массой, но они недостаточно полно уничтожают сорную растительность и неустойчивы по глубине обработки почвы. В результате требуется не менее чем двукратный проход культиватора по одному следу при каждом уходе. Это значительно увеличивает материальные затраты и в два и более раза срок пребывания энергетического средства (трактора) на одной операции в ущерб другим работам в хозяйстве [15,91].

Лемешные рабочие органы в виде стрельчатых лап широко применяются в паровых, пропашных, садовых и лесных культиваторах для открытых площадей, свободных от твердых включений в почве. Они устойчивы по глубине обработки и эффективно уничтожают сорняки, но им присущи недостатки — забивание растительными остатками, низкая проходимость и надежность при преодолении препятствий, необходимость применения предохранительных устройств, как это выполнено, например, на культиваторе для каменистых почв КРТ-3. Препятствия в виде корней и пней практически исключают применение стрельчатых лап для ухода за культурами на вырубках без изменения прочностных и геометрических параметров и использования дополнительных устройств, обеспечивающих их проходимость.

Таким образом, существует проблема, имеющая в технологическом и техническом плане важное значение, что делает тему диссертационной работы актуальной. Решение данной проблемы возможно при сочетании в одном комбинированном рабочем органе положительных свойств сферических дисков и стрельчатых лап, и применения специального устройства обеспечивающего проходимость стрельчатых лап через пониженные пни и древесные корни.

Работа выполнена в соответствии с госбюджетной темой ГОУ ВПО ВГЛТА «Совершенствование технологий, машин и оборудования лесного комплекса» (№ гос. регистрации 01.2.00609242).

Цель исследований — повышение качества и экономической эффективности уходов за культурами на вырубках с пониженными пнями путем обоснования конструкции и параметров комбинированного рабочего органа культиватора. В соответствии с поставленной целью намечено решить следующие задачи:

1 Получить математические модели, описывающие динамику движения рабочих органов орудия при преодолении препятствий и в почвенной среде;

2 Обосновать оптимальные параметры комбинированного рабочего органа и предохранительного механизма, для работы на вырубках с пониженными пнями, обеспечивающие высокое качество уничтожения нежелательной растительности и приемлемые прочностные характеристики с минимальной энергоемкостью;

3 Изучить процесс взаимодействия комбинированного рабочего органа с почвой и препятствиями в виде пней и корней при уходе в междурядьях лесных культур, изготовить экспериментальный образец и провести лабораторные испытания;

4 Обосновать общую схему экспериментального культиватора, оснащенного разработанными комбинированными рабочими органами и определить ожидаемый экономический эффект от его применения на вырубках с пониженными пнями.

Объектом исследования являются новые конструкции рабочих органов культиваторов, препятствия и почва.

Предмет исследований. Динамика движения и агротехника рабочих органов в процессе обработки почвы при уходе за культурами на вырубках.

Методы исследований. Теоретические исследования выполнены на основе твердотельного и математического моделирования с использованием методов теоретической механики и дифференциального исчисления. Экспериментальные исследования и проверка основных теоретических положений проводились на натурных образцах рабочих органов и серийных секциях культиватора КРТ-3 в лабораторных и полевых условиях.

Научная новизна

1 Предложены математические модели, описывающие динамику движения рабочих органов, как при преодолении пня, так и при движении в почвенной среде.

2 Установлены тип и оптимальные параметры комбинированного рабочего органа и предохранительного механизма обеспечивающие высокие прочностные характеристики и улучшение агротехнических показателей.

3 Изучен процесс взаимодействия комбинированного рабочего органа (патент на изобретение № 2319329) с почвой и препятствиями в виде пней и корней при уходе в междурядьях лесных культур.

4 Даны рекомендации по технологии проведения уходов культиватором, оснащенным разработанными рабочими органами и экономическая оценка эффективности его применения.

Значимость для науки заключается в развитии теории силового взаимодействия упруго закрепленных рабочих органов с препятствиями и почвенной средой, что дает возможность на стадии проектирования определить конструктивные и технологические параметры рабочих органов, позволяющие увеличить степень уничтожения нежелательной растительности и улучшить прочностные характеристики; разработке конструкции почвообрабатывающего орудия с новыми комбинированными рабочими органами.

Практическая ценность. Разработана перспективная конструкция комбинированного рабочего органа, обеспечивающая преодоление препятствий и позволяющая увеличить степень уничтожения нежелательной растительности в условиях вырубок с пониженными пнями без значительных материальных вложений.

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Математические модели, описывающие динамику движения рабочих органов орудия при преодолении препятствий и в почвенной среде, позволяющие обосновать параметры рабочих органов и предохранительных механизмов;

2 Оптимальные параметры комбинированного рабочего органа и предохранительного механизма, полученные на основе математического моделирования и экспериментально подтвержденные;

3 Процесс взаимодействия комбинированного рабочего органа (патент на изобретение № 2319329) с почвой и препятствиями в виде пней и корней при уходе в междурядьях лесных культур;

4 Рекомендации по технологии проведения уходов культиватором, оснащенным разработанными рабочими органами и экономическая оценка эффективности его применения.

Достоверность полученных результатов. Выводы диссертационной работы базируются на результатах фактического материала, полученного при проведении лабораторных и полевых испытаний. В ходе проведения лабораторных исследований учитывались свойства почвы, характер расположения препятствий и сила переднатяжения пружин предохранительного механизма. Полученные данные обрабатывались методом математической статистики с использованием программ Microsoft Excel 2003 и Mathcad 13 для персонального компьютера.

Личное участие автора заключается в определении целей и задач работы, в выполнении теоретических и экспериментальных исследований и анализа их результатов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежской государственной лесотехнической академии (2006-2010 гг.), а также заседаниях кафедры механизации лесного хозяйства и проектирования машин Воронежской государственной лесотехнической академии.

Публикации. Основные научные разработки по теме диссертации опубликованы в 9 работах, включая 1 статью опубликованную в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных Высшей аттестационной комиссией, 4 публикации без соавторов и 1 патент на изобретение.

Реализация работы. Разработанная машина для агротехнического ухода за лесными культурами, а также результаты научных исследований были внедрены в ФГУП «Центральное опытно-конструкторское бюро лесо-хозяйственного машиностроения», учебно-опытном лесхозе ВГЛТА и в учебном процессе ГОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» при подготовке инженеров лесотехнического профиля.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, основных выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложений.

Общие выводы и рекомендации

1 Теоретически установлено, что на вырубках с пониженными пнями могут эффективно применяться комбинированные рабочие органы, состоящие из серийной стрельчатой лапы и черенкового ножа криволинейной формы, установленного ниже опорной поверхности лемешного рабочего органа (защищен патентом №2319329), при этом угол установки черенкового ножа должен обеспечивать свободное преодоление препятствий.

2 Разработанный виртуальный стенд для испытания твердотельных моделей рабочих органов позволяет определять их кинематические и динамические характеристики при различных высотах препятствий и характере взаимодействия с минимальными затратами средств и времени и на стадии проектирования устанавливать характер распределения запаса прочности отдельных элементов рабочих органов. Полученные с его помощью оптимальные параметры комбинированного рабочего органа, обеспечивают необходимый запас прочности, приемлемые динамические характеристики и минимальное тяговое сопротивление. Для черенкового ножа: угол установки от 105 до 120 град при его толщине от 5 до 7 мм. Для стрельчатой лапы: ширина захвата от 260 мм 270 мм при площади поперечного сечения критической области основания от 660 до 710 мм".

3 Созданная полипараметрическая математическая модель силового взаимодействия достаточно полно и точно описывает динамику движения рабочего органа в процессе обработки почвы и при преодолении препятствий. С ее помощью получены динамические характеристики, оценена устойчивость по глубине обработки и пути заглубления рабочих органов с учетом силового взаимодействия с почвой, даны рекомендации по выбору величин преднатяжения предохранительного механизма (5000 Н для задернелых лесных почв), выбраны рациональные параметры предохранительного механизма, позволяющие незначительным варьированием всего трех параметров

2=0,08, /3=0,260, /7=0,11) добиться улучшения его силовой характеристики.

4 Результаты лабораторных исследований по преодолению пней секцией культиватора подтвердили, что комбинированный и дисковый рабочие органы свободно преодолевают препятствия высотой до 16 см, а также полную не работоспособность стандартного рабочего органа. В сравнении с секцией дискового культиватора экспериментальные рабочие органы испытывают^на-грузки меньшие в 3,7.4 раза. Был установлен эффект демпфирования рабочих органов почвой при сходе с пня.

5 Полевые испытания экспериментального культиватора оснащенного комбинированными и дисковыми рабочими органами показали, что предлагаемая схема агрегата реальна и работоспособна в условиях вырубки с пониженными пнями. Установлено отсутствие забиваемости рабочих органов и их высокая устойчивость по глубине обработки в условиях задернелых почв. Среднеквадратичное отклонение глубины обработки и ширины защитной зоны в среднем 1,8 раза, а число повреждаемых культур в 10 раз меньше чем у культиватора КЛБ-1,7, работающего в аналогичных условиях.

6 С целью снижения затрат и ускорения процесса проведения уходов на вырубках с пониженными пнями целесообразно использовать культиватор КРТ-3, оснащенный новыми рабочими органами. Новое орудие позволяет повысить степень уничтожения сорной растительности на 27 % по сравнению с культиватором КЛБ-1,7. При этом 83,5 % уничтожение нежелательной растительности достигается после одного прохода.

7 Расчет технико-экономической эффективности показал, что внедрение новых рабочих органов при установке их на культиватор КРТ-3 в агрегате с трактором ЛХТ-55 позволит добиться годового экономического эффекта в размере 447862,5 рублей, при сроке окупаемости 0,1 года.

1. Абезин, В. Г. Рабочий орган для основной обработки почвы под бахчевые культуры Текст. / В. Г.Абезин // Тракторы и сельскохозяйственные машины. 2001. - №7 - С. 37-39.

2. Агапонов, Н.Н. Технологический процесс бесстружечного срезания пней и параметры ножевого рабочего органа Текст. : автореф. дис. . канд. техн. наук : 05. 21. 01 / Агапонов Николай Нефедович. — Харьков. 1985. — 19с.

3. Александрян, К. В. Предохранительные устройства к рабочим органам машин Текст. / К. В. Александрян, В. Г. Матевосян, В. Н. Авруян // Тракторы и сельскохозяйственные машины. — 2001. — № 3 — С. 27-29.

4. Альтернативные системы земледелия и их экологическое значение Текст. : учеб. / В. А. Черников, Р. М. Алексахин, А. В. Голубев — М.: Колос, 2000.-535с.

5. Алябьев, В. И. Основы математического моделирования лесопромышленных процессов Текст. : учеб. пособие / В. И. Алябьев. — М.: ЦНИИ-МЭ, 1990.-398 с.

6. Алямовский, A. A. SolidWorks Компьютерное моделирование в инженерной практике Текст. / Алямовский А. А. [и др.] — СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 800 е.: ил.

7. А. с. 292606 СССР, МКИ А 07 В 61/71. Культиватор Текст. / Г. Б. Климов, Е. И. Пожилов (СССР). № 235651/24-07 ; заявл. 12.04.70 ; опубл. 14.08.71, Бюл. №5.-3 с.

8. А. с. 180879 СССР, МКИ А 01 b 35/32. Культиватор Текст. / Г. С. Хитряк, Н. Е. Прокофьев (СССР). № 925726/30-15; заявл. 20.10.64 ; опубл. 26.3.66, Бюл. № 8. -2 с.

9. Аттетков, А. В. Введение в методы оптимизации: учеб. / А. В. Аттет-ков, В. С. Зарубин, А. Н. Канатников. М.: Финансы и статистика; ИНФРА-М, 2008.-272 е.: ил.

10. Бартенев, И. М. Об эффективности предохранителей лесных почвообрабатывающих орудий Текст. / И. М. Бартенев, В. И Посметьев // Лесн. хоз-во. 1997. -№ 3. - С. 44-46.

11. Бартенев, И. М. Перспективные предохранители лесных почвообрабатывающих орудий Текст. / И. М. Бартенев, В. И. Посметьев // Лесн. хоз-во.-1999,- №3,-С. 38-41.

12. Бартенев, И. М. Оптимизация угловых и линейных параметров стрельчатой лапы Текст. / И. М. Бартенев ; ВГЛТА. Воронеж, 1997. - 10 с. - Деп. в ВИНИТИ 24.04.1997, № 1401 -В 1997.

13. Бартенев, И.М. Борона дисковая клавишная БДК-2,5(3,0) Текст. / ИМ. Бартенев, В.И. Вершинин, ИВ. Сухов // Лесн. хоз-во. 1996. — № 6. — С.44-45.

14. Бартенев, И. М., Родин, С. А. Экологизация технологий и машин лесного комплекса Текст. / И. М. Бартенев, С. А. Родин. — Пушкино : ВНИ-ИЛМ, 2001.-87 с.

15. Бартенев, И. М. Технология сплошной обработки почвы под культуры дуба на вырубках Текст. / И. М. Бартенев, И. В. Сухов, В. И. Вершинин // Лесн. хоз-во. 1995. - №4. - С. 42-43.

16. Бартенев, И. М. Борьба с сорной растительностью в защитных лесных насаждениях Текст. / И. М. Бартенев. М.: ВНИИТЭСХ, 1976. - 45 с.

17. Бельчиков В. П. Современные возможности химического ухода за культурами кедра. Текст. / В. П. Бельчиков, А. А. Бубнов // Лесн. хоз-во. -1998.-№6.-С. 33-34.

18. Битуев И. К. Синтез плоских четырехзвенных шарнирных механизмов Текст. / И.К Битуев // Фундаментальные исследования. 2008. - №2.

19. Бурченко Д. П. Рабочие органы щадящего типа для предпосевной обработки почвы Текст. / Д. П Бурченко, П. Н. Бурченко // Тракторы и сельскохозяйственные машины — 2000. — №1 — С. 23-25.

20. Василенко, П. М. Культиваторы Текст. : учеб. / П. М. Василенко, П. Т. Бабий. Киев : Изд-во Укр. акад. с.-х. наук, 1961. — 239 с.

21. Винокуров, В. Н. Влияние засоренности почв каменистыми включениями износ и поломки плужных лемехов Текст. / В. Н. Винокуров, А. К. Малов // Лесной журнал. 1977. № 4. - С. 44-48.

22. Винокуров, В. Н. Система машин в лесном хозяйстве Текст.: учеб. / В. Н. Винокуров, Н. В. Еремин. М.: Издательский центр «Академия», 2004. -320 с.

23. Витвицкий, Е.А. Исследование процесса резания лесных почв на не-раскорчеванных вырубках Текст. : автореф. дис. .канд. техн. наук : /Львов, 1970. -21с.

24. Гончаров, П. Э. Повышение эффективности рабочих органов дисковых борон при обработке почвы на вырубках Текст. : автореф. дис. .канд. техн. наук : 05.21.01 / Гончаров П.Э. Воронеж, 1998. - 17 с.

25. Далин, А.Д. Ротационные грунтообрабатывающие и землеройные машины Текст. : учеб. пособие / А. Д. Далин., П. В. Павлов. — М.: 1950. -257 с.

26. Догановский, М. Г. Совершенствование плугов для почв, засоренных камнями Текст. / М. Г. Догановский, Н. М. Фомичев. // Материалы НТС ВИСХОМ : сб. науч. тр. / ВИСХОМ, 1975. Вып. 19 - С. 228-237.

27. Донцов И. Е. Устойчивость движения лемешных машинно-тракторных агрегатов (КМТА) Текст. / Донцов И. Е. // Вестник КрасГАУ.4. 2008. - С. 220-227

28. Драпалюк М. В. Совершенствование технологических операций и рабочих органов машин для выращивания посадочного материала и лесовос-становления Текст. : автореф. дис. .докт. техн. наук : 05.21.01 / Драпалюк М. В. Воронеж, 2006. - 32 с.

29. Жидких П.И. Обоснование конструкции предохранительного механизма лесного дискового культиватора для обработки почвы на нераскорче-ванных вырубках Текст. : автореф. дис. .канд. техн. наук : 05.21.01 / Жидких П. И. Воронеж, 1973. - 153 с.

30. Жидких П.И. Исследование тягового сопротивления дисковой батареи культиватора при различных режимах обработки почвы Текст. / П. И. Жидких // Машины и орудия лесного хозяйства : межвузовский сборник / ВГУ. Воронеж, 1977. - С. 22-27

31. Захаров, И. К. К выбору рациональной конструкции предохранительного механизма к плугам для вспашки засоренных камнями почв Текст. : учеб. пособие / И. К. Захаров, В. Г. Кирюхин ; М.: Изд. ВИНТИ по сельскому хозяйству, 1973. - 49 с.

32. Игнатенко, И. В. Методы снижения энергозатрат почвообрабатывающих машин с упругозакрепленными рабочими органами Текст. : автореф. дис. .канд. техн. наук : 05.20.01 / Игнатенко И. В. — Ростов-на-Дону, 2003.-36с.

33. Казаков, И. В. Обоснование конструктивно-технологических параметров и разработка сеялки для крупноплодных лесных семян Текст. : дис. . канд. техн. наук: 05.21.01: защищена 26.05.00 / И. В. Казаков; Воронеж, гос. лесотехн. акад. Воронеж, 2000. - 138 с.

34. Калиниченко, Н.П. Дубравы России. Текст. : монография / Н.П. Ка-линиченко. — М.: ВНИИЦлесресурс, 2000. 536 с.

35. Калиниченко, Н. П. Лесовосстановление на вырубках Текст. : учеб. пособие / Н. П. Калиниченко, А. И. Писарев, Н. А. Смирнов. — М.: Экология,1991.-384 с.

36. Калиниченко, Н.П. Лесовосстановление на вырубках Текст. : учеб. пособие / Н. П. Калиниченко, А. И. Писаренко, Н. А. Смирнов. — М.: Экология, 1991.-384 с.

37. Карамышев, В. Р. Защита лесохозяйственных машин от перегрузок Текст. / В. Р. Карамышев. Воронеж : Изд-во ВГУ, 1991. - 168 с.

38. К выбору рациональной конструкции предохранительного механизма к плугам для вспашки засоренных камнями почв Текст. / И. К. Захаров [и др.] // Сельскохозяйственные машины, агрегаты и узлы : Реф. сб. ВИСХОМ.- 1978. -№4.-С. 18-21.

39. Ким, Л. X. Обоснование и выбор схемы предохранительного устройства для плугов Текст. / Л. X Ким, И. К. Захаров // Тракторы и сельхозмашины. 1976. - № 4. - С. 22-24.

40. Киртбая, Ю. К. Исследование составляющих тягового сопротивления сельскохозяйственных машин и орудий Текст. / Ю. К. Киртбая // Сельхозмашина. — 1953.-№11.-с. 10-14

41. Кирюшин, В. И. Методика разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия и технологий возделывания сельскохозяйственных культур Текст. : учеб. пособие / В. И. Кирюшин; Моск. с.-х. акад. им. К. А. Тимирязева.-М.: 1995.-81 с.

42. Климов, Г. Б. Выбор типа и обоснование основных параметров рабочего органа навесного сеянцекопателя Текст. : автореф. дис. .канд. техн. наук : 05.21.01 / Климов Г. Б. Воронеж, 1962. -20с.

43. Климов, О. Г. Выбор энергосберегающих способов обработки почвы

44. Текст. / О. Г. Климов // Лесн. хоз-во. 2005. - №1 - С. 46-48.

45. Константинов В.М. Анализ применяемых материалов для плугов мировых производителей Электронный ресурс. / Информационно-маркетинговый центр молодежной науки Беларуси. — Режим доступа: // http://www.metolit.by/imcysb/txt41 0.php.

46. Колесников, Ю.И. Исследования процесса плужной подготовки лесных почв и обоснование методики расчета усилий, действующих на рабочие органы лесохозяйственных плугов Текст. : автореф. дис. .канд. техн. наук : 05.21.01 / Колесников Ю. И. М., 1979. - 23с.

47. Кравчук В. И. Дооборудование почвообрабатывающих агрегатов специальными чизелями Текст. / В. И. Кравчук, В. И. Ветохин, Н. 3. Зелинский, Р. Б. Кудринецкий // Тракторы и сельскохозяйственные машины 2002. - №9-С. 23-25.

48. Крыльцов В.Д. Исследование процесса и параметров устройств бесстружечного ножевого перерезания стволовой древесины Текст. : автореф. дис. .канд. техн. наук : 05.21.01 / Крыльцов В. Д. -М., 1973. 11с.

49. Лурье, А. Б. Расчет и конструирование сельскохозяйственных машин Текст. : уч. пособие / А. Б. Лурье, А. А. Громбчевский. Л.: Машиностроение, 1977. - 528 с.

50. Лурье, А. Б. К динамике предохранительного механизма плугов типа ПНК Текст. / А. Б. Лурье // Зап. Ленингр. сельскохозяйственного инст. -1965.-Т. 96.-С. 54-61.

51. Маслай, В. И. Основные эксплуатационные показатели работы лесо-культурных агрегатов на вырубках Текст. : автореф. дис. .канд. техн. наук : 05.20.01 / В. И. Маслай Киев, 1985. - 21с.

52. Миляков, В. В. Техническая эксплуатация лесозаготовительного оборудования Текст. : учеб. пособие / В. В. Миляков, Е. С. Назаренко, А. В. Серов. М.: МГУЛ, 2001. - 464 с.

53. Мударисов, С. Г. Повышение качества обработки почвы путем совершенствования рабочих органов машин на основе моделирования технологического процесса Текст. : автореф. дис. .канд. техн. наук : 05.20.01 / С. Г. Мударисов — Челябинск, 2007. 40 с.

54. Нартов, П. С. Проектирование и расчет лесохозяйственных машин Текст. : учеб. пособие / П. С. Нартов. Воронеж : ВГУ, 1980. - 192 с.

55. Нартов, П. С. О конструкции предохранительного механизма лесных дисковых культиваторов Текст. / П. С. Нартов, П. И. Жидких // лес. хоз-во. 1972. 9. - С. 48.

56. Нартов П.С. Исследование нагрузок, действующих на лесной дисковый культиватор Текст. / П. С. Нартов, П. И. Жидких // Лесной журнал. -1975.-№3.-С. 3-8

57. Нартов, П. С. Предохранительные устройства рабочих органов лесных почвообрабатывающих орудий Текст. : обзор информ. / П. С. Нартов, В. И. Посметьев М.: 1980. - 28 с. - (Гослесхоз ЦБНТИ).

58. Панов, А. И. Нетрадиционные способы обработки почвы Текст. / А. И. Панов, Д. П Бурченко, П. Н. Бурченко // Тракторы и сельскохозяйственные машины 1998. - №12-С. 12-14.

59. Панов, И. М. Исследование работы и методика проектирования пружинных предохранителей культиваторов Текст. / И. М. Панов // Труды ВИСХОМ : сб. науч. тр. / ВИСХОМ. 1962. - № 63. - С. 102-114.

60. Панов, И. М. Оценка различных предохранителей почвообрабатывающих машин Текст. / И. М. Панов // Тракторы и сельхозмашины. — 1960. -№ 3. С. 25-27.

61. Панов, И. М. Предохранительные устройства отечественных и зарубежных плугов Текст. : учеб. пособие / И. М. Панов, В. В. Мелихов. М. : Изд-во ВИНИТИ по сельскому хозяйству, 1963. - 36 с.

62. Пат. 2319329 РФ, МКИ А01В49/02, 76/00. Комбинированное почвообрабатывающее орудие Текст. / И. М. Бартенев, М. Н. Лысыч, А. А. Кузнецов; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. — № 2006127356/12; заявл.2707.2006; опубл. 20.03.2008, Бюл. № 12. 3 с.

63. Пат. 24135451, РФ. МКИ А01С7/00, 5/00. Способ посева желудей на задернелых лесных почвах Текст. / Л. Т. Свиридов, В. И. Вершинин; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. № 2236107; заявл. 27.02.2003; опубл. 27.02.2003, Бюл. № 26. - 3 с.

64. Пат. 2227383 РФ, МКИ А 07 В 61/04. Предохранительное устройство почвообрабатывающего орудия Текст. / В. И. Посметьев, Е. В. Снятков ; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. № 2003106783/12 ; заявл. 14.03.03 ; опубл. 27.04.04, Бюл. № 12. - 3 с.

65. Полупарнев Ю. И. Определение тягового сопротивления плугов Текст. / Ю. И. Полупарнев // Лесное хоз-во. 1964. - № 5 - С. 58-61.

66. Полупарнев Ю. И. Характеристика динамических нагрузок при работе плугов на вырубках Текст. / Полупарнев Ю. И. // Научные труды ВЛТИ : сб. науч. тр. / Воронежский университет. Воронеж, 1971. - Вып.1., Том 55.10.15.

67. Посметьев, В. И. Обоснование перспективных конструкций предохранителей для рабочих органов лесных почвообрабатывающих орудий Текст. : монография / В. И. Посметьев ; ВГЛТА. — Воронеж, 2000. — 248 с.

68. Пошарников, Ф. В. Технология и машины лесовосстановительных работ Текст. : Учебное пособие / Ф. В. Пошарников; ВГЛТА. — Воронеж, 2006.-523 с.

69. Проскурина И.Ю. Экономические вопросы в дипломном проектировании: Учебное пособие / И.Ю. Проскурина, И.А. Авдеева. Воронеж: ВГЛТА, 2005.-64 с.

70. Пронин А. Ф. Коэффициент неравномерности удельного сопротивления почв Текст. / А. Ф. Пронин // Доклады : сб. науч. тр. / ТСХА. М., 1963.-Вып. 81.-С. 43-44.

71. Протокол испытаний № 06-50-2000 (4160022) Кировская государственная зональная машиноиспытательная станция Электронный ресурс. Режим доступа: // sistemamis.ru/protocols/bd/ki5000.doc/ 18.12.2000

72. Прохоренко В.П. SolidWorks. Практическое руководство Текст. : учеб. пособие / В. П. Прохоренко. М.: ООО «Бином-Пресс», 2004 . — 448 е.: ил.

73. Разработать машину для понижения пней дуба и орудие для обработки почвы на вырубках по пониженным пням в дубравах Текст.: промежуточный отчет о НИР / А. И. Васнев, В. И Вершинин. Воронеж, 1991. -100с.

74. Ресурсосберегающие системы обработки почвы Текст. : учеб. / под ред. Макарова И. П. — М.: Агропромиздат, 1990. 242 с.

75. Родин, А. Р. Лесные культуры Текст. : учеб. пособие / А. Р. Родин; МГУЛ М., 2002. - 268 с.

76. Родин, С. А. Теоретические и практические аспекты повышения результативности исскуственного выращивания леса Текст. / С. А. Родин, А. Р. Родин // Лесн. хоз-во. 2005. - №1. - С. 36-39

77. Родин, С. А. Эколого и ресурсосберегающая технология и комплекс машин для создания лесных культур Текст. / С. А. Родин // Результаты опытных и научно-исследовательских работ в ОЛХ «Русский лес»: сб. научн. тр. / ВНИИЛМ Пушкино, 1999 - С. 17-18.

78. Свиридов, Л. Т. Лесной дисковый культиватор с пневматическим предохранителем Текст. / Л. Т. Свиридов, В. П. Посметьев, В. А. Зеликов // Материалы международной научно-практической конференции : тез. докл. / ВГЛТА. Воронеж, 1998.-С. 200-203.

79. Синеоков, Г. Н. Проектирование почвообрабатывающих машин Текст. : учеб. / Г. Н. Синеоков. — М.: Машиностроение, 1965. 311 с.

80. Синеоков, Г. Н. Теория и расчет почвообрабатывающих машин Текст. : учеб. / Г. Н. Синеоков, И. М. Панов. — М.: Машиностроение, 1977. -328 с.

81. Совков, А.Ф. Обоснование режимов работы и параметров активного рабочего органа черенкового типа для резания почв, насыщенных корнями Текст. : автореф. дис. .канд. техн. наук : 05.21.01 / Совков А. Ф. Воронеж, 1982.-200 с.

82. Соколов, А. И. Контактная обработка нежелательной растительности гербицидами в культурах ели Текст. / А. И. Соколов // Лесн. хоз-во. — 1998.-№6. -С. 34-36.

83. Сухов, И. В. Обоснование технологии искусственного лесовосста-новления в свежих типах леса нагорных дубрав ЦЧР Текст. автореф. дис. . канд. техн. наук : 05.21.01 / В. И. Сухов Воронеж, 1982. - 162 с.

84. Технологии, машины и оборудование в лесном хозяйстве Текст.: учеб. / Л. Т. Свиридов, В. И. Вершинин ; ВГЛТА Воронеж, 2002. - 312 с.

85. Тику Ш. Эффективная работа: SolidWorks 2004. Текст.: учеб. пособие / Ш. Тику СПб.: Питер, 2005. - 768 е.: ил.

86. Тринка, Д. Е. Огневой агрегат для борьбы с вредителями и сорной растительностью сельскохозяйственных культур Текст. / Д. Е. Тринка // Труды Кишиневсго СХИ сб. науч. тр. / КСХИ. Кишинев, 1972. — Вып. 109. -С. 87-108.

87. Филин, А.И. Обоснование параметров расчистки вырубок под лесные культуры в подзоне южной тайги Текст. : автореф. дис. . канд. техн. наук : 05.21.01 / Филин А.И. -М., 1987. 26 с.

88. Хадаев В. А. Совершенствование рабочих органов культиваторов для сплошной обработки почв засоренных камнями Текст. : автореф. дис. . канд. техн. наук : 05.20.01 / Хадаев В. А. Владикавказ, 2006. - 27 с.

89. Яблонский А. А. Курс теории колебаний Текст.: учеб. пособие / А. А. Яблонский, С. С. Норейко. СПб.: БХВ-Петербург, 2007. - 336с.: ил.

90. M. Frid, J. Sabatka, I. Celjak The effect of working conditions on the selected parameters of duckfoot shares Текст. / Agricultural faculty, south bohemian university, Ceske Budejovice. — Czech Republic 2004. — 9 p.

91. Frid M., Sabatka J. Device for measuring the forces influencing duck-foot shares Текст. / Agricultural faculty, south bohemian university, Ceske Budejovice. — Czech Republic 2004. 9 p.

92. Liu, J., Kushwaha, R. L. Modeling of soil profile produced by a single sweep tool Текст. / Univ. Saskatchewan, Dept. of agr. and bioresource Saskatoon. -Canada2006.-13 p.

93. Physical Weed Control Электронный ресурс. // 4th EWRS Workshop / Compiled and produced by Daniel C. — Elspeet, Netherlands: European weed research society, 2002. — 72 p. Режим доступа //www.ewrs.org/physical-control

94. Salon international de la machine agricole, Numero special SIMA 1976 Текст. / INTERCETEF. Paris, 1976. - p. 3-56

95. Sharon D. Integrated Management of Leafy Spurge, NDSU Extension Service Текст. / North Dakota State University of Agriculture and Applied Science, and U.S. Department of Agriculture cooperating. North Dakota : Fargo, 1995.-27 p.

96. Steel in the field. A farmer's guide to weed management tools Текст. / Edited by Bowman G. Beltsville : U.S. department of agriculture, 2002. - 128 p.

97. Pottinger Электронный ресурс. Режим доступа: http://www.poettinger.at/ru, свободный. Загл. с экрана.1Р©(С(СШШМ31КАЖ ФЗЩЖРАЩШЩна изобретение2319329