автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.01, диссертация на тему:Обоснование технологической схемы, параметров и режимов работы машины для химического ухода за лесными культурами контактным способом

МОСКОВСКИЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи 5 ) УДК 631.348

КОТОВ Алексей Александрович

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ, ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ МАШИНЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО УХОДА ЗА ЛЕСНЫМИ КУЛЬТУРАМИ КОНТАКТНЫМ СПОСОБОМ

Специальность 05.21.01 — Технология и машины лесного хозяйства и лесозаготовок

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 1992

Диссертация выполнена на кафедре почвоведения и механизации лесохозяпствснных работ Московского лесотехнического института.

Научный руководитель —доктор технических наук,

профессор В. Н. Винокуров.

Официальные оппоненты — доктор технических паук,

профессор И. М. Бартенев, кандидат технических паук, старшин научный сотрудник А. С. Степанов.

Ведущая организация — Центральное опытно-конструкторское бюро лесохозяйствепиого машиностроения.

Защита диссертации состоится 20 ноября 1992 г. в 10.00 час. па заседании специализированного совета Д 053.31.01 при Московском лесотехническом институте.

Просим Ваши отзывы на автореферат В ДВУХ ЭКЗЕМПЛЯРАХ С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИСЯМИ направлять по адресу: 141001, Мытищи-1 Московской области, Московский лесотехнический институт. Ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЛТИ.

Автореферат разослан 16 октября 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета МЛТИ, доктор технических наук Ю. П. СЕМЕНОВ.

Поди, в на.2о.9.92 Объем 1 п. л. Зак. :>Эо Тир. 10

Типография Московского лесотехнического института

ОНГДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность теуч. При взращивании ломткх культур одной из самъЕс трудоемких операций является борьба с сорной травянистой и нежелательной древесной растительностью. Известно, что из обг,кх затрат ка выращивание искусстпэтпгх лесонасаждений затрата на уходы могут достигать 70 - '80 %.

3 настоящее Бремя уходи за культурами проводятся, как правило, механическим и химическим метода}«!. При ыехан:гаоскоц методе подрезаптся корни и стебли (стволики) сорных растений, при химическом (наиболее широко распространено опрыскивание) растзор гербицида в зиде диспергированных капель наносится на поверхность сорняков. Однако применение зт!К методов ухода за культурами не решает проблемы, так как при механическом методе не удается обеспечить высокую производительность работ и низкие трудозатраты, а при химическом методе опрыскивание« загрязняется окружавшая среда. По этой причине созданные для ухода за лесом агрегат лесной химический АЛХ-2 и опрыскиватели 0ЛН-1, 0ЛТ-1А и ОМР-2 не отвечамт экологическим требования/.

Вместе с тем в зарубелиой практике в последние года широко используется экологически безопасный способ химического ухода за культурами, заклячаицийся в непосредственном смачивании гербицида;.« сорной растительности при ее контакте с рабочим органом магаинч и получивший поэтому название контактного способа. Конструкции маиин, созданные для реализации этого способа, не могут быть применены для ухода за лесными культурами, создаваемыми на вырубках. В связи с этим зозникла необходимость в создании машины для химического ухода за лесными культурами контактным способом, обосновании ео технолспгческой схемы, режимов работы я основных параметров рабочего органа.

Цель работы. Обосновать конструктивно-технологическую схему, основные параметры и режимы работа малины для химухода контактным способом за лесными культурами, создаваемыми на вырубках.

Научная новизна. Предложена математическая модель процесса работа машины и обоснованы параметры ее рабочего органа. Теоретически и экспериментально исследован механизм нанесения гербицида на сорные растения при контактном способе, учитывающий кинематический и технологический режимы работы мадины и

фкзкко-кеханкческ^е свойства сорняков и материала покрцтия контактора.

Разработана модель выбора способа и параметров питания контактора с учетом исключения потерь препарата. Разработаны иетодики: определения количества препарата, наносимого индивидуально на каждое растение; исследования потерь гербицида из материала покрытия рабочего органа.

Обоснована конструктивно-технологическая схема машины, позволяющая преодолевать встречающиеся на пути движения препятствия и автоматически отключать подачу препарата при перо-езде через них и разворотах агрегата. Новизна выполненных исследований и полученных результатов подтверждена положительным решением на изобретение "Орудие для нанесения химикатов на растения" (приоритет от 16.03.92).

Практическая ценность к реализации т^-боты. Результаты исследований использованы при создании махины для химического ухода за лесными культурами на вырубках. Результаты теоретических и экспериментальных исследований реализованы в утвержденных лесотехнических требованиях на машину и в ее конструкции и использованы Централы-щм опытно-конструкторским бюро лесохозяйственного машиностроения при изготовлении макетного к опытного образцов машины, которые в течение четырех лет прошли производственную проверку в двух лесничествах Щелковского учебно-опытного лесхоза 1АГО1. Опытный образец внедрен в Огуд-невскэы лесничестве этого лесхоза.

Исследования и разработка машины для химического ухода за лесными культурами контактным способом выполнены в соответствии с тематическим планом работы 1986 - 1990 г.г. по теме £ 182 "Исследования применения гербицидов в культурах ели и сосны и создание малины для химухода за культурами" (регистр, номер 01850100499), проводившейся по договору с ВНЖХлесхозом Госкомлеса СССР.

Годовой экономический аффект на одну машину составляет 21,7 тыс. руб. (в ценах 1990 г.).

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и одобрены на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов ШЛИ (1989 -1992 г.г.); на конференции молодых ученых Западного отделения ВАСХШЛ, г. Гомель, БелНИНЛХ (1990 г.); на Всесовзной конференции молодых ученых и специалистов, ШЛИ (1990 г.); на

Второй Всесоюзной научно-технической конференции, ШЛИ <1991 г.); на ВсесоганоЯ научной конференции, посвященной 2СС~лет;:о со дня рождения М.В. Ломоносова, г. Архангельск (1991 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано девять печатных работ, в том числе авторское свидетельство на изобретение.

Об-ьем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глаз, основных выводов и рекомендаций, списка использованиях источников из 165 наименований, в тон числе 23 иностранных, и девяти приложений. Работа содержит 270 страниц, из них 68 рисунков и 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении даны обоснование, цель и аннотация работы, научная новизна и практическая значимость, а также основные положения, выносимые на защиту.

3 первой главе - "Состояние вопроса и" задачи исследоваг-ния" - проведен анализ методов борьбы с сорняками, применяемых в сельском и лесном хозяйстве; рассмотрены лесоводствен-ная эффективность химического ухода за лесными культурами и влияние гербицидов и арборицидов на лесную среду.

Выполнен обзор известных конструкций устройств контактного типа, проведена систематизация и классификация их рабочих органов. На оснозанни этого в качестве объекта исследования принята малина с рабочим органом в виде зрацагядегося барабана.

Вопросам теории и обоснованию параметров и режимов работы машин для химухода за культурами посвящен;: многие работы. Наиболее полными и законченными являются исследования Бартенева И.М., Бекбанова Ж.С., Каблукова Г.З., Кияткина К.К., Лы-соза А.К., Ченцова В.В. и др..

Вопросы повыкения качества дозирования рабочей нидкости рассмотрены э работах Крянева A.C., Львова С.М. , Шашовой М.В., ймникова Ю.Н. и других авторов.

Теория и конструирование распиливающего оборудования представлены также достаточно широко в работах Абубикерова В.А., Богданова A.B., Баздырева Н.Д., Степанова A.C., Штерен-таля М.И. и др. Однако, учитывая, что эти исследования выполнены для опрыскивания, которое принципиально отличается от контактного способа внесения гербицидов, результаты этих ис-

следований невозможно использовать для создания машины контактного типа.

Исследованию качества нанесения гербицида на растения посвящены работы Прокопенко СЛ., Аскерова Л.Д., Харебова Л.И,

Особенно актуальными являются работы, посвященные исследований потерь препарата при опрыскивании. Этим вопросом занимались Воеводин А,В„» Лепехин Н.С., Ронкин B.C.

Исследования по создания машин для защиты растений в лесном хозяйстве проводили Бельков В.П., Бортник A.M., Данилин

A.B., Полупарнев D.H. и другие.

Исследованиями по созданию машин контактного типа для ухода за культурам! занимались в нашей стране Белов A.B., Шериабов И.В., Яценко Л.К., за рубежом -GauStnsy L.D.,Hott H.A., KrutzG.W. ?,ReLtre€€e VJ.T. и другие.

Несмотря на глубину и масштабность исследований, выполненных разными авторами, их нельзя полностью применить для нашей цели.

Изучение состояния вопроса показало, что при контактном способе количество препарата, наносимого индивидуально на растения, зависит от физико-механических свойств обрабатываемой растительности и материала покрытия барабана. Исследованиям физико-механических свойств нежелательной древесной растительности посвящены работы Даденко Е.В., Камаисва A.B., Мореева

B.П. Однако гас исследования относятся к Еырубкам 10 - 15-летне1 давности, что не соответствует нашим условиям.

На основе анализа состояния вопроса, определены следующие задачи исследований:

1. Исследовать и обосновать экологически чистый процесс нанесения гербицидов на сорную растительность.

2. Провести исследования физико-механических свойств сорной травянистой и нежелательной древесной растительности на вырубке, влияющих на механизм нанесения рабочей жидкости.

3. Исследовать и обосновать тип материала контактора с учетом требований, предъявляемых к нему в условиях вырубки.

4. Обосновать технологическую схему машины для реалп-.-гь-ции контактного способа хиыухода за лесными культурами о рабочим органом, в виде вращающегося барабана, ее основные парат» метры и режима работы.

5. Исследовать эффективность изреживания малиной сорной растительности в рядах лесных культур.

6. Провести качественную и технико-экономическую оценку машины.

Во второй главе - "Теоретическое обоснование параметров и режимов работы машины для хнмухода за лесными культурами контактным способом" - разработана модель экологически чистого процесса работы машины, обоснованы способ и параметра питания контактора рабочим раствором, исследован механизм нанесения гербицида на сорные растения, обоснованы гидравлические и кинематические параметры рабочего органа с учетом исключения потерь препарата.

Для исследования потерь препарата при контактном способе нанесения, определения доли его полезного использования предложена математическая модель взаимодействия машины с объектам-ми окружающей среда (рис. I). Теоретически потери гербицида

Рис. I. Схема взаимодействия малины с объектами окружающей срзды: I питатель; 2 - рабочая поверхность барабана; 3 - поверхность растений; 4 - поверхность почвы; 5 - ткань растений; 6 - почвенные горизонты; 7 - атмосфера

могут осуществляться в почву и атмосферу. При установившемся режиме работы, используя метод источника и стока, считаем, что Басход жидкости с^ j, истекающей из питателя, равен сумме расходов жидкости, поступающей в ткань растений с^ g, почвенные горизонты cj g и атмосферу с^ т.е.

Я1"Ч5+Яб+Ч7'

- а -

Введя безразмерный коэффициент Я^ , характеризующий интенсивность потока в долях единицы, где I - номер источника, £ - номер стока, получены уравнения, определяющие цепоч-хк движения препарата в каждый сток:

15 - Ч 1(^35^12^35); (1)

+Т\п?[ы7\к7+?№?\гъЪы?\ч7}. (з)

Для повышения доли полезного использования пестицида расход с^у должен максимально приближаться к расходу с^ , или, что то же самое, и - к нулю, т.е.

I.

41

Из уравнения (I) получаем

+^12/12зЯз5 ---- I.

Варьируя параметры рабочего органа малины, имеется воз-кохность управлять коэффициентами ^13 ,^35 » »?123 • т-е-экологической чистотой ее работы. Задаваясь с^ J можно в каждом конкретном случае прогнозировать уровень загрязнения окружающей среда. Таким образом, предложенная модель взаимодействия машины с окружающей средой позволяет оценивать вновь разрабатываемые и существующие средства механизации с позиции экологичности их работы.

С точки зрения качества нанесения препарата на растения и исключения при этом его потерь рассмотреш встречное и попутное направления вращения барабана. При зтом проанализировав ны силы, действующие на рабочий орган и на частицу гербицида, нанесенного на растение, при каждом из указанных способов враг, щения. После прохода агрегата отклоненное растение под действием упругих сил, возникающих в его стволике, стремится вернуться в первоначальное положение, сопор-лая затухающие коло-

бательные движения. В этом случае препарат, налосеншЯ ::а растение, при дост!сгенш критической массы может быть сбросен е него под деЯстгисм сил инерции. На оснозании проведенного анализа установлено, что при попутном врацекии контактора значительно уменьшается вероятность сбрасывания гербицида со смоченных ¡ял растений при их релаксации, появляется возможность смачивания растений с двух сторон, т.е. повышается качество обработки, уменьпается тяговое сопротивление машины.

Исходя из условия экологической чистоты работы машины проведено обоснование и выбог способа питания контактора, о итоге выбран гравитационный способ посредством капельниц. Получено г:.:ра.т.ение, определившее зависимость парамотроз питания контактора:

D ¿[cos^^t^izf^i-jtn^j^gcoif^tRgcciffeRth.^f-djLn^Zf,)

на которое наложено ограничение, удовлетворяющее сплошности нанесения рабочей жидкости на поверхность барабана

■в - S - 2-JL-7 , С5)

где [\j - радиус барабана, и; f, - угол установки капельницы относительно вертикальной оси, град; ^ - радиальное расстояние мезду капельницей и рабочей поверхностью, и; öi — диаметр капли, к; S - шаг расстановки капельниц вдоль оси ба>-рабана, м; 5 - ширина контакта барабана с одним растением, м;

LT - скорость распространения гербицида э материале покрытия, м/с; UT - угловая скорость вращения барабана, - угол

поьорога контактора вместе с частицей от точки ее падения на ' ^--бчн до начала контакта с растением, град.

Трансцендентное уравнение (4) решалось на ПЭВМ методом половинного деления по специально составленной программе.

Исследование механизма нанесения гербицида на сорные растения выполнено при допущении, что количество вытесняемой из материала покрытия контактора жидкости пропорционально относительному сжатию материала под действием упругих сил наклоняемых растений. Для определения фактической нормы внесения рабочей жидкости в зависимости от кинематического и технологического режимов использовано выражение:

Д „ , (6)

V агр

где 0. - фактическая норма внесения гербицида, м^/м2; У ^ 15 ^ агр ~ соответственно окружная скорость барабана и скорость движения агрегата, м/с; - количество жидкости, вытесняемое с единицы площади контактора, м^/м^.

Считая, что влажность покрытия до начала и во время приложения нагрузки одкнакоза, а вытеснение жидкости происходят за счет уменьшения его толщины, используя закон Гука и предполагая, что мгновенная площадь контакта барабана с одним тастением 5к = » получаем с учетом выражения (6) зависимость фактической нормы расхода гербицида от кинематического и технологического режимов работы машины, густоты и биометрических показателей обрабатываемой растительности, упругих свойств растений и материала покрытия, влажности покрытия:

п- V Уа/нРЯ^

ц" У^рх юо<ц(НгМт) ' г у <7>

где По - густота-растений, шт/м^;5н - толщина покрытия, м; \д/н - начальная влажность покрытия, %', Рп^-ср - средняя нормальная составляющая изгибающей силы, Н; Н^- - высота ^ -го растения, м; Ьв - высота обработки, м;с)о]- - диаметр у -го стволика растения у корневой сейки, ы; Ь} - высота, соответствующая среднему значению изгибающей силы, м; Е(б>с ) -модуль упругости материала покрытия, Па; - сжимающее напряжение в материале покрытия, Па.

Выражение (7) позволяет, исходя из заданной нор;.ы расхода, выбирать рациональные режимы обработки.

При работе машины на вырубке на частицу жидкости, находящейся в покрытии барабана, в общем случае действуют ударные нагрузки о препятствия, вибрация, передаваемая с трактора, дисбаланс барабана, центробежная сила, силы тяжести частицы, Кориолиса, сопротивления движению по капиллярам и поверхностного натяжения. Моделируя материал покрытия пучком изолированных друг от друга радиально расположенных относитель- . но ..барабана цилиндрических капилляров, рассмотрены силы в единичном заполненном жидкостью капилляре, помеченном в поле центробежных сил, имитирующих остальные (рис. 2). Перемещение

Рис. 2. К расчету сил, действующих на столбик жидкости

з калнлляре

жидкости в отдельном капилляре описываем уравнением динамики тела переменной массы:

г_ сКтУ) _т ¿У_ ,1/ 6

Г"" Л 4- ~т А+ А

т

6i

или, делая подстановку

_ с1Я

¿1 '

уравнением!

Здесь Г - су:°;а сил, действующих на отсек жидкости в капилляре, Н; т - масса отсека жидкости, кг; V - скорость движения жидкости вдоль оси капилляра, м/с; - время, с; Рж - плотность жидкости, кг/м3; % - радиус капилляра, м; р- радиус вращения ближайшего к оси барабана мениска жидкости, м.

Предполагая столбик жидкости в капилляре неразрывным, течение ламинарным, а поступление воздуха извне в освобождаю-

щийся от жидкости объем, а также пренебрегая кориолисовыми силами (они направлены по касательной к поверхности барабана и поэтому не влияют на потери препарата), можно выделить следующие силы, действующие на отсех жидкости в капилляре:

1. Cima тяжести жидкости^

»GCOS? , где G = jW^dR ^tfjttfc-l).

R

2. Центробежная сила

d2 _ „2

P^S^dm -jv^V'ldL.

m(R) ¿

3. Сила поверхностного натяжения

FH =£(эЗ|~ХСО30 .

4. Сила сопротивления движению (трение)

Fc= 8Í> (RÍ-R > ü

dR

dt

Здесь М* - угол поворота капилляра, град; <о - коэффициент поверхностного натяжения, И/и; 6 - краевой угол скачивания, град; Ji - динамическая вязкость жидкости, Па>с.

Сумма сил, действующих на столбик жидкости в капилляре, в общем случае равна

F -&(t) ♦ fv *Тс +7« •

Подставив в это выражение значения слагаемых, получили неоднородное дифференциальное уравнение второго порядка, которое решалось на ПЭВМ методом Рунге-Кутта относительно i по специально составленной программе:

R'. JKL _ ÜL R' - '^озв + w^MO 5(afg

Начальными условиями при решении являлись: f\0

и V/. = 0 пр:( 4 = О,

АЛ

Условно движение жидкости в капилляре под действием система сил представлено и виде трех по рл е до в ат е л ы их этапов:

1. При отсутствии втодения барабад^ ( ЦУ- 0) етолбик жидкости неподвижен 1? р^ЕНОдейстиурцая все;? сил равна нули.

2. Пои угловой скорости вращения капилляра ЦТ" , меньшей критической и/"кр , т.е. И/ , столбик жидкости неподвижен и равнодействующая как и в первой случае равна нулю.

3. Пря 1//>Ш~ столбик жидкости движется с отрывом капель на конце капилляра и масса его непрерывно уменьшается.

При решении уравнения (7) определен максимальный радиус капилляра, заполненного полностью падкостью, в зависимости от кинематических параметров и спойст' жидкости; а таете полу-уено выражение для определения критической угловой скорости, являющейся ограничением при обетовании кинематлческ;'.х пара~ метров рабочего оргавд с учетом иелточения потерь препарата.

В третьей пл.чво "Программа и методика експериленталь-ных исследований" -- описаны особенности устройства лабораторных и полевой окспердоонгаЛЬ^ устацо§д(г, изложены содерка-ннв и техника прозедеш!" экспериментов и методика обработки их результатов,

Для исследования биометрических и упругих свойств нежелательной древесной ;мстительности были выбраны четыре породы (осина, ольха, береза и иза), которые наиболее широко распрос~ транены на вырубках средней полосы. Изучение упругих свойств проводилось с учетом механической прочности стязи стволиков с почвой, т.о, непосредственно яа вырубкч» ПРИ этом был проведен трехфакторный эксперимент по В-цлану, где выходной величиной была нот?!ЗЛШЛЯ соетгштцдя изгибающей силы Рп , а варьируемыми факторе-.*.«! « диамотр стволика у корневой шейки шео-га прилокош! Н21'руг-:';( )] , величина отклонения стволика п горизонтальной плое,чрстн X . Этим имитировался проход рабочего органа чер-. .< смачиваемое растение, Факторы изменялись на трех уровнях з следующих пределах: дс - от 5 до 15 мм, Ь - от 30 до 70 см, ОС « от 10 до 50 см.

Исследования пористости материала покрытия контактора и потерь дадкоети из чего С 1;'-Аь*> обоснования типа материала

проводились на установке, оборудованной на базе токарного станка ВК-4. Определение величины потерь жидкости выполнялось весовым методом на весах ВА-200. Доля свободного от жидкости порового пространства материала вычислялась по формуле:

1\Л

1

= I -

Wn

где V/i, и V/n - соответственно текущая влажность материаг-ла и влажность, соответствующая его полному насыщению жидкость:

Для исследования потерь жидкости проведен четырехфактор-ный эксперимент, выходной величиной в котором являлись потери жидкости с единицы площади контактора Д Vs , варьируемыми факторами - вырывающее ускорение ■ 01 , продолжительность действия вырывающих сил "t , начальная влажность материала W „ его толщина О) . Диапазон изменения факторов: О. - 20... 194 м/с2, t~ 30...150 с, W - 30...70 5 -4. ..12 ш. В качестве жидкости использовалась вода, которая имеет близкие свойства к примешющимся на практике растворам гербицида. На основании анализа состояния вопроса для эксперимента были отобраны войлок технический ТФ4 , ткань техническая капроновая ЛТК-60-4000 и пенополиуретан листовой гладкий.-

К материалу покрытия барабана, работающего в тяжелых условиях вырубок, кроме требований химической стойкости, гигроскопичности и др., предъявляются также требования высокой механической прочности и долговечности. Поэтому для окончательного выбора материала проведены исследования на разрыв на зкстензометре при различной влажности.

Выполнены также лаборатории:: исследования по определении модуля упругости материала в зависимости от контактного давления и начальной влажности и определению количества вытесняемой из покрытия жидкости при протаскивании через него стволика в зависимости от тех же факторов и площади контакта.

С целью обоснования оптимальных параметров и режимов работы машины проведены ее экспериментальные исследования при уходе за культурами ели на вырубке. Выходной величиной трех-факторного эксперимента служила степень изреживания нежелательной древесной растительности, определявшаяся по методике ЛенННИЛХа и ВНИИХлесхоза; факторами - доза внесения препарата по действующему веществу (I...3 кг/га), концентрация раствора (4...36 %) и кинематический параметр ( 1/^/ 1/агр = 0,5...2,0)

В качестве гербицида использовался утал, являющийся одним из экологически безопасных пестицидов,обладающий такие арбори-цидными свойствами и нетоксичный дня культур ели. При проведении эксперимента использовались норме емкости и секундомер.

В четвертой главе - "Результата экспериментальных исследований" - приводятся обобщенные данные лабораторных исследований пористости, прочностных свойств материала покрытия; биометрические и упругие характеристики поросли; результаты полевых исследований машины для химического ухода за лесными культурами.

Уравнение регрессии о натуральных обозначениях факторов после отбрасывания незначимых коэффициентов, в частности для березы, запишется следующим образом:

Рп = 6,8596 - 0,7642 4 - 0,1620 Ь + 0,1307 с!о +

, + о.оогоЬ2 - 0,0017 хг - о.огеб 4,Ь +■ о.ооюЬх .

Установлено, что сопротивление стволика березы изгибу Рп больше, чем у других пород, максимальное его' значение в принятом диапазоне варьирования факторов достигает 15 Н. При анализе уравнений регрессии также выявлено, что нормальная составляющая изгибающей силы |*"л увеличивается с повышением диаметра

(]„ и уменьшением высоты приложения нагрузки И ; имеет максимум в диапазоне изменения величины отклонения X , при этом абсцисса максимума зависит от высоты приложения нагрузки: с увеличением Ь она сдвигается вправо. Максимальное контактное давление со стороны стволика соответственно равно ( с)0 = 15 мм, Ь = 30 см, X = 28 см): для осины - 56,3; березы - 92,3; ольхи - 72,0 и ивы - 62,7 кПа.

При исследовании пористости материала покрытия коьтактора установлено, что пол::::я влагоемкость войлока ТФ4 , ЛТК-60-4000 и пенополиуретана составляет 95, 91 и 37 % соответственно. Получены зависимости максимального радиуса Хта^ эквивалентного капилляра, заполненного полностью жидкость?:, и доли свободного от жидкости капиллярного пространства £ от кинематических параметров: радиуса барабана К? , угловой скорости ИТ , толщины покрытия 5 . Разработана номограмма (рис. 3), позволяющая определять кинематические параметры рабочего органа при условии исключения потерь рабочей жидкости в зависимое-

Рис. 3. Номограмма для определения параметров рабочего органа: материал - ЛТК--о0-4000

'И от влажности \л/ и толщ'.пш покрытия (5 .

В результате изучения потерь жидкости из материала покры-■ия получены уравнения регрессии (в натуральных обозначениях )актороэ):

для войлока

1,79150 + 0,00337 Х1 + 0,01189 \ - 0,05364 Х3 +

• 0,00374 Х4 - 0,00001 Щ - 0,00004 + 0,00051 х| -

. 0,00001 х^ + о.оооп ххх3 + о.ооозо ххх4 - 0,00032 х3х4 ,

для ЛТК-60-4000 у.' = - 0,84735 + 0,00708 Х: + 0,01049 + 0,06357 Х3 +

• 0,02168 Х4 - 0,00004 Ц - 0,00002 х| - 0,00047 х| -

. 0,00001 Х^ + 0,00009 Х^д + 0,00012 Х^4 - 0,00007 Х2Х3 +

■ 0,00101 х3х4 ,

для пенополиуретана

- 0,88173 + 0,02768 Хх + 0,00440 + 0,04521 Х3 +

■ 0,06387 Х4 - 0,00007 Х^ - 0,00012 Х§ - 0,00377 х| -

• 0,00001 Х^ - 0,00013 Х^3 - 0,00004 Х^з + 0,00007 Х;,Х4 +

■ 0,00102 Х3Х4 .

Здесь ^ = ~ - ускорение, Х^ - прод-

олжительность вращения образца, Х3 - начальная влажность ма-'ериала, Х4 - толщина образца.

Результат оглтоз показали, что с увеличением всех факто-¡ов потери растут, особенно сильное влияние оказывает ускоре-:ие. Проведенный анализ результатов теоретических и экспериментальных исследований показал их хорошую сходимость.

Исследование прочностных свойств материалов выявило 50... 400-кратное превышение предела прочности на разрыв (эр у ¡ТК-60-4000 по сравнении с другими материалами, у последних к 'ому же установлена зависимость <ог от влажности. На основами всех критериев в качестве материала покрытия выбран ЛТК-0-4000. Проведенные с ним дальнейшие исследования механизма

вытеснения жидкости позволили установить зависимость относительного сжатия £с от сжимающего напряжения (Эс (кПа)

0,171 6С

и зависимость вытесняемой из материала покрытия жидкости.при протаскивании через него стволика от начальной влажности и контактного давления (сжимающего напряжения)

1 / I / Л - 0,02556с

№к = Мце , (8)

где Мк и \*\/н - конечная и начальная влажность материала соответственно, %.

Экспериментальные исследования имеют хорошую сходимость с теоретическими расчетами количества вытесняемой жидкости.

Выражение (8) позволяет, зная контактное давление сорняков, которое зависит от их биометрических и упругих показателей, определять необходимую начальную влажность покрытия в зависимости от заданной нормы расхода, а на основании влажности ■ по разработанной номограмме - кинематические параметр! рабочего органа, которые обеспечивают экологически чистую работу машины. -

При проведении полевых исследований машины получена зависимость степени изреживания нежелательной древесной растительности на вырубке И от дозы I) , концентрации раствора К и кинематического параметра Я ( Я = ( Х/д/ Уагр)):

И = 9Л + 31,05 Б + 1,64 К+ 3,71 Я- 4,74Б2 - 0,0зК2 + + 11,76 Я2 .

Используя диссоциативно-шаговый метод, найдены оптимальные параметры I) , К и Я • Исходя из того, что цель ухода считается достигнутой при И = 60...80 %, оптимальные параметры равны: Б » 1,06 кг/га, К= 26,2 %, Я= I ( = 2) При этих параметрах норма расхода в = 4 л/га, что в 5...35 раз меньше, чем при опрыскивании. Это свидетельствует о высокой экологической чистоте работы машины.

На основании выполненных теоретических и экспериментальны исследований при условии исключения потерь препарата получены

7 8 Э 10

Рис. 4. Конструктивно-технологическая схема машины для

химического ухода за лесными культурами контактным способом: I - рама, 2 - опорно-приводное колесо, 3 - трансмиссия привода, 4 - цепь установки высоты барабана, 5 - капельница, 6 - ограждение, 7 - бак, 8 - шланг, 9 - постоянно замкнутый клапан, 10 -позиционный выключатель, II - гидроцилкндр, 12 -барабан

параметры машины: ускорение (X - 20 у , максимальная угловая скорость вращения барабана 35,2 с"*, радиус барабана

= 0,15 и, угол расположения капельниц ^ = - иаг 11Х расстановки 'ё = 0,05 м, число капельниц на одной секции И = 13, время насыщения всей поверхности контактора после начала работы Т = 39 с, толщина покрытия 5 = 0,004 м, радиальное расстояние от капельниц до рабочей поверхности = 0,01 м.

В пятой главе - "Создание машшш и ее производственная проверка" - приведены результаты поэтапных исследований (экспериментальная установка, макетный и опытный образцы) по разработке машины, сведения о внедрении результатов исследований, описана технологическая схема и технология ухода за лесами культурами с помощью разработанной машины.

Машина для химического ухода за лесными культурами контактным способом включает (рис. 4): два барабана, расположенных соосно на расстоянии друг от друга, равном величине защитной зоны, решетчатое ограждение барабана, привод барабанов, состоящий из опорно-приводшх колес и шарнирно сочлененных тяг, в полости которых расположены двухступенчатые ременные передачи, и систему питания контактора гербицидом.

Годовой экономический эффект от внедрения машины составляет 21,7 тыс. руб.

основные вывода и рекомендации

1. При создании лесных культур на вырубках затраты на уничтожение сорной травянистой и древесной растительности при традиционном механическом методе ухода могут достигать 80 % от общих затрат.

2. Широко применяемый в нашей стране химический метод ухода опрыскиванием не исключает возможности загрязнения окружающей среда. В зарубежной практике распространен экологически безопасный контактный способ, заключающийся в непосредственном нанесении гербицида на сорняки. Отсутствие исследований и эффективно работающей машины сдерживает применение этого способа в народном хозяйстве нашей страны.

3. Проведенный теоретический анализ показал, что параметры рабочего органа машины для химического ухода за культурами могут одновременно отвечать требованиям исключения потерь жидкости и качественного нанесения гербицида. Оптимальным способом с этой точки зрения является гравитационное питание контак тора; радиальное расстояние между капельницами и рабочей по-

верхность1:! Ь, с,01 и, число капельниц на одной секции Л = 13, Еирнка захвата барабана В * 0,7 м, количество барабанов ГП = 2.

4. Результата исследований физико-механических свойств нежелательной древесной растительности показали, что наибольшее значение нормальной составляющей изгибающей силы имеет береза - до 15 Н (ди'.'. етр у корневой шейки с!0 = 15 мм, Бысота приложения нагрузка Ь = 30 см), наибольшее контактное давление, возникающее между барабаном и стволиком, равняется 92 кПа, наименьшее - 0,5 кПа.

5. По результатам исследований выбран материал покрытия контактора, удовлетворяющий требованиям химической стойкости, способности поглощать и удерживать жидкость, высокой механической прочности, технологичности в эксплуатации и низкой себестоимости: ткань техническая капроновая ЛТК-60-4000. Установлена рациональная толщина покрытая 5 = 0,004 м, минимальная влатлость и/„ = 0,39 %.

6. Для обеспечения эффективной степени изрежявакия нежелательной древесной растительности И = 60. ..80 % установлены оптимально технологические и кинематический параметры работа машины: доза внесения Р = 1,Сб кг/га, концентрация раствора К= 26, 2 %у кинематический параметр Я = I.

7. В результате исследований установлена эффективная норма расхода рабочей жидкости (X = 4 л/га, которая в 5...35 раз меньше, чем при опрыскивании. Высокая концентрация рабочего раствора, способствует сштаению объема подготовительных работ по приготовлению рабочей жидкости.

8. На основании теоретических и экспериментальных исследований определены радиус барабана 0,15 м, максимальная угловая скорость его вращения и7тих = 35,2 с ; угол расположения капельшш = -35°, время полного насыщения покрытия после начала работы ^ = 39 с.

9. Созданная конструкция машины отвечает всем лесотехническим требованиям. При этом исключаются потери гербицида при преодолении лстречающихся на пути движения агрегата препятствий, при раззоротах и переездах с участка на участок.

Конструкция машины для химического ухода за лесными культурами выполнена.на уровне изобретения.

Годовой экономический эффект от применения одной папины составляет 21,7 тыс. руб (в ценах 1990 г.).

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Винокуров В.Н., Ключников JI.D, Котов A.A., Галичев E.i Исследования применения гербицидов в культурах ели и сосны к создание калины для химухода за культурами: Отчет о НИР, регистр. номер 01060100499. - К.: ШЛИ, IS90. - 149 с.

2. Котов A.A. К вопросу создания экологически чистой »¡йшикы для химического ухода за лесными культурами. - 3 сб. каучн. тр. - Ы.: ШГГИ, IS90. - Вып. 223. - С. 102 - 107.

3. Котов A.A. Обоснование типа рабочего органа машины для химического ухода за лесными культурами контактным способом. - В сб. докл. конференции молодых ученых Западного отделения ВАСХНИЛ. - Тез. докл. - Гомель: БелНН'ЛХ, 1990. - С. 142 - 144.

4. Ко тов А. А. Обоснование параметров рабочего органа машины для внесения гербицидов контактным способом. - В сб. докл. Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов. -Тез. докл. - М.: МЛТИ, 1991. - С. 24 - 25.

5. Винокуров В.Н., Котов A.A., Пельтек В.В. Малина для химического ухода за культурами. - В сб. докл. Второй Всесоюзной научно-техн. конференции. - Тез. докл. - М.: МЛТИ, 1991. - Ч. 2. - С. 195 - 196.

6. Котов A.A. Еесткостные свсйстаа нежелательной древесной растительности на вырубках. - В сб. докл. Второй Всесоюзной научно-техн. конференции. - Тез. докл. - М.: МЛТИ, 1991. -Ч. 2. - С. 196 - 198.

7. Котов A.A. Обоснование направления вращения рабочего органа машины для внесения гербицидов. - В сб. научн. тр. -М.: МЛТИ, 1991. - Бип. 245. - С. 54 - 60.

8. Котов A.A. Результаты исследований по созданию машины для химического ухода за лесными культурами. - В сб. докл. Всесоюзной научной конференции, посвященной 280-летию со дня рождения М.В. Ломоносова. - Тез. докл. - Архангельск, 1991. -С. 332 - 335.

9. Котов A.A., Винокуров В.Н., Пельтек В.В. Орудие для нанесения химикатов на растения. Заявка № 5032386/15 от 16.03.92. Положительное решение от 8.06.92.