автореферат диссертации по строительству, 05.23.07, диссертация на тему:Ресурсосберегающие технологии культуртехнических работ при строительстве мелиоративных систем в условиях Западной Сибири

РГБ ОД

1 3 ¡сои ш

На правах рукописи

КОТЛЯР Борис Григорьевич Кандидат технических наук

" ; У^К 631.61

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ КУЛЬТУРТЕХНИЧЕСКИХ РАБОТ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ МЕЛИОРАТИВНЫХ СИСТЕМ В УСЛОВИЯХ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ

Специальность 05.23,07 — Гидротехническое и мелиоративное

строительство

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора'технических наук

МОСКВА 2000

Работа выполнена в Тюменской государственной сельскохозяйственной академии.

Научный консультант— доктор технических маук 3. М.

Маммаев.

Официальные оппонюнты: доктор технических наук, про-

феооор Н. Г. Ковалев; доктор технических наук, профессор И. А. Недорезов; доктор технических наук, профессор В. Б. Гантман.

Ведущая организация — ОАО Институт «Тюменпипровод-хоз».

Защита состоится 6 июля 2000 г. в 10 ч на заседании диссертационного совета Д 020.95.01" Всероссийского шаучно-носледовательского института гидротехники и мелиорации им. А. Н. Костякова по адресу: 127550, Москва, ул. Б. Академическая, 44, ВНИИГиМ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан .2.5... мая 2000 г.

Ученый секретарь дисоертационшго совета —

кандидат технических наук И. С. Лапидовская

Г?0%2.О П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В стратегических планах подъёма сельскохозяйственного производства Российской Федерации на период 2010 года предусматривается проведение мелиоративных работ на площадях, превышающих 3 млн. га. В основном это земли, подвергшиеся вторичному заболачиванию и зарастанию древесно-кустарниковой растительностью. Неотъемлемым элементом мероприятий по улучшению продуктивности этих земель являются куль-туртехнические работы. В Тюменской области на период до 2005года ожидается их выполнение на площади свыше 90 тыс; га. " ■•• .*

Эффективность работ определяется показателями технологических процессов. • 1 : •

Для Тюменской области характерны площади поросшие кочками, кустарником и мелколесьем. 1 :

Традиционно применяемые технологии удаления кочкарниковой и древесно-кустарниковой массы с улучшаемых объектов имеют высокую себестоимость работ. При этом на'почву рабочие органы машин оказывают отрицательные воздействия (уничтожение значительного объёма гумуса, вынос на поверхность подстилающих неплодородных- грунтов, уплотнение нижних горизонтов почвы). На восстановление первоначального плодородия расходуются значительные средства. Отходы производства в виде мелиоративной древисины и кочкарниковой массы практически не -утилизируются, а уничтожаются всеми доступными способами. - '

Для Тюменской области, где толщина плодородного слоя почвы не превышает 15 см, а на некоторых объектах 10 см эффективность традиционных технологий ещё более снижается.

Возросшие экологические требования и жёсткая необходимость ресурсосбережения при улучшении-земель покрытых кочками, кустарником к мелколесьем требуют постановки широких исследований по усовершенствованию технологий производства культуртехнических работ и технических средств с учётом характеристик культуртехнического фона и направлений утилизации древесных отходов, природно-климатических условий Западной С.ибири и технических возможностей мелиоративно-строительных организаций,.

Цель работы - разработка теоретических и практических основ технологических процессов производства культуртехнических работ при освоении за-кочкаренных и закустаренных земель в условиях Западной Сибири с утилизацией кустарниковых отходов, сохранением и повышением плодородия почвы. Задачи исследований:

- изучить существующие технологические процессы производства культуртехнических работ на землях, покрытых кочками, кустарником и

мелколесьем, их эксплуатационно-технологические и качественные показатели;

- разработать перспективные технологические процессы производства культуртехнических работ при строительстве мелиоративных систем на закочкаренных и закустаренных землях;

- разработать теоретические и практические основы совершенствования технологических процессов культуртехнических работ на землях покрытых кочками и кустарниками.

- разработать методы оптимизационного расчёта подбора агрегатов и технологических комплексов при производстве культуртехнических работ;

- дать научное обоснование новых рабочих органов и технологических комплексов при производстве культуртехнических работ на закочка-рённых и закустаренных землях;

- разработать технологические процессы по утилизации массы кочек и кустарниковой древесины;

- разработать технологии переработки стволовой древисины на технологическую щепу с помощью новых машин.

Методика исследований. Исследования проводились на мелиоративных предприятиях Тюменской области в период с 1972 г. по настоящее время. Там же, в промышленных масштабах, проверялись результаты исследований и внедрялись в производство.

Объекты исследований были подобраны в 4-х природно-климатических зонах юга области. Участки отвечали требованиям типичности зон Западной Сибири.

Для разработки ресурсосберегающих безотходных, экологически безвредных, высокоэффективных технологических процессов культуртехнических работ применялся метод формирующего эксперимента, имеющий целью объединить в единое целое требования экологии и экономики с учетом технической оснащенности исполнителя и ряда других условий, характерных для районов Западной Сибири.

Исследования базируются на следующих положениях:

- при описании технологических процессов производства культуртехнических работ, применялся метод логического анализа;

- при установлении взаимосвязи между техническим оснащением предприятия, характеристиками объекта и организационно-техническими решениями по производству работ, применялась теория математического моделирования процессов;

При оценке энергетических параметров исследуемых рабочих органов применялся метод тензометрировання.

Хронометражные наблюдения позволили оценивать технико-экономические показатели исследуемых технологий.

При оценке достоверности результатов исследовании применялись методы математической статистики.

При решении практических задач влияния различных факторов на ход технологического процесса применялась следующая схема: между исследуемыми признаками выявлялась взаимосвязь; при наличии связи, определялись ее количественные показатели; находилась аналитическая форма выражения связи; определялась надежность найденной закономерности и пути использования уравнения для решения практических задач разработки оптимизационных моделей.

Научная новизна. Результаты исследований позволили сделать значительный вклад в решение проблем интенсификации культуртехнических работ при строительстве мелиоративных систем в Западной Сибири с учетом особенностей региона.

Разработаны технологические процессы с утилизацией отходов при производстве культуртехнических работ на закочкаренных землях в зимних условиях Западной Сибири, которые позволяют повысить качество работ, ликвидировать сезонность, снизить себестоимость работ.

Разработана теория измельчения мерзлых кочек растительного происхождения фрезерным рабочим органом, усовершенствованной конструкции, позволяющая определять кинематические, динамические и энергетические характеристики процесса в зависимости от режимов работы, что послужило предпосылкой оптимизации технологических процессов измельчения кочек в зимнее время.

Дано научное обоснование измельчения и утилизации ствольной древесины непосредственно на объекте в зависимости от характеристик древесных и кустарниковых стволов, их таксационных характеристик, а также способов подачи и складирования.

Разработана задача оптимизации технологических процессов культур. технических работ и дана экономико-математическая модель их оптимизации.

На защиту выносятся:

- новые ресурсосберегающие технологии производства культуртехнических работ на землях покрытых кочками, кустарником, мелколесьем;

- теория и результаты экспериментальных исследований измельчения мерзлых растительных кочек, позволяющих обосновать основные, кинематические, динамические н энергетические параметры рабочих органов;

- экономико-математические модели оптимизации технологических процессов и способы их решения при производстве культуртехнических работ;

- технологии переработки стволовой части древесины на щепу.

Практическая значимость работы: разработанные по материалам исследований технологии производства культуртехнических работ при освоении земель покрытых кочками, кустарником и мелколесьем позволяют: снизить себестоимость выполнения работ, повысить их качество, утилизировать отходы, сократить естественное плодородие почв, сократить время проведения работ, ликвидировать сезонность и вводить земли в эксплуатацию в периоды года обеспечивающие посевы сельскохозяйственных культур в лучшие агротехнические сроки.

По результатам работы созданы и внедрены в производство опытные образцы фрезерной машины для измельчения мерзлых кочек и корчевателя-измельчителя древесных остатков, базирующихся на серийно выпускаемой ма-' шине МТП-44А.

Разработанные технологические процессы и комплексы машин используются проектно-технологическими институтами, мелиоративно-строительными организациями, сельскохозяйственными объединениями, фермерскими и индивидуальными хозяйствами при планировании и проведении культуртехнических работ.

Реализация результатов исследований.

Разработано и внедрено в технологические процессы производства культуртехнических работ усовершенствованное рабочее оборудование на базе серийно выпускаемых фрезерных машин семейства МТП-44А, позволяющие про-V водить работы на землях покрытых кочками и кустарником в течение всего года с утилизацией отходов (кочкармиковой и древесной массы растительности).

Разработанные технологии освоения закочкарённых и закустаренных земель внедряются в Тюменской области по отраслевым и региональным планам с 1984 года.

Технологии освоения закочкарённых земель в зимнее время по разработанным технологиям внедрены в Сорокинском, Казанском, Ялуторовском, Упоровском, "Ярковском, Ишимском районах Тюменской области на площади 3500га с экономическим эффектом 458,5 тыс. руб. (в ценах 1990 г.). С 1995 года в Ялуторовском, Омутинском, Тюменском и Заводо-Укивском районах Тюменской области ресурсосберегающие технологии культуртехнических работ внедрены на площади 1565 га. С экономическим эффектом 323 тыс. руб. (в ценах 1999 г.).

Методы оптимизационных расчётов подбора агрегатов и технологических комплексов при выполнении культуртехнических работ на объектах с раз-

личными культуртехническими характеристиками, разработанные на основе теоретических и экспериментальных исследований, используются в проектном институте «Тюменьгипроводхоз» при проектировании мелиоративных систем на землях Тюменской области.

Предложенные конструкции рабочих органов по измельчению и заделке в рочву кустарниковой растительности внедрены и используются в Ялуторовской, Тюменской и Ишимской мелиоративных организациях Тюменской области.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на объединенном заседании "Проблемного совета СО ВАСХНИЛ по мелиорации солонцов и других малопродуктивных земель" (пос. Красно-обск, Новосибирской области, 1980 г.); на пленарном заседании секции механизации мелиоративных работ отделения гидротехники и мелиорации ВАСХНИЛ на тему: "Перспективы развития технологий механизации и организации строительства мелиоративных систем в зимнее время" (г. Дмитров Московской обл., 1980 г.); технологии производства культуртехнических работ экспонировались на ВДНХ СССР и были отмечены бронзовой медалью 1985 г.); на Х-й научно-производственной конференции по водохозяйственному и мелиоративному строительству в Сибири (г. Омск, 1989 г.); на научно-методической и практической конференции "Аграрная наука и образование в условиях аграрной реформы" (г. Тюмень, ТГСХА, 1997 г.); на научно-практической конференции "Аграрная наука на рубеже веков" (г. Тюмень, ТГСХА, 1999 К).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 114 работ, общим объемом 60,28 а.л., из них лично автору принадлежат 49,05 а.л.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, общих выводов, списка литературы, приложений. Работа изложена на 302 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка и 91 таблицу. Список литературы включает 312 наименований, 10 из которых на иностранных языках. В приложениях приведены документы, отражающие уровень практического использования результатов исследований, данные по мелиоративному фонду Тюменской области, технологические комплексы машин разработанных технологий и их производительности при различных условиях производства работ, примеры расчетов характеристик технологий производства культуртехнических работ по предложенным методикам.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 1. Культуртехнические работы при улучшении земель п Западной Сибири и проблемы ресурсосбережении

Культуртехнические работы, проводятся с целью подготовки почвенного слоя в состояние, пригодное для эффективного использования в растениеводстве. Важнейшие культуртехнические мероприятия: расчистка площадей от древесины, камней, кочек, планировка, улучшение конфигураций полей; подъем пласта; ликвидация последствий антропогенного воздействия и ряд других работ, обусловленных конкретными условиями.

В Западной Сибири этот способ мелиорации наиболее распространен. 98,6% вновь освоенных площадей за последние 20 лет выполнены с применением культуртехнических способов.

Основные принципы технологий производства культуртехнических работ были изложены академиком А.Н. Костяковым в начале века. Культуртехнике посвятили свои труды А.Д. Брудастов, М.Д. Путягин, П.А. Турнас, A.M. Лопатин, Н.С. Ерков, В.Т. Комиссаров, К.И. Преображенский, А.Д. Лукьянов, З.М. Маммаев, О.Ф. Першина, И.И. Марченко, Е.П. Яцек, Е.И. Ельцов, Т.С. Борщёв, И.А. Гинтовт, А.В. Вавилов, А.П. Стирка, Б.И. Сотниченко, Я.С. Петлах, О.М. Мацепуро, Х.Н. Стариков, О.С. Марченко и другие ученые.

Они решали конкретные научно-технические и производственные задачи, характерные для определенных регионов (Прибалтика, Белоруссия, Украина, Российское Нечерноземье и др.).

Культуртехничсским работам в условиях Западной Сибири посвятили свои труды Г.М. Пуртов, Г.П. Федотова, Л.Н. Каретин, И.Ф. Русинов, Н.С. Секачей, И.И. Гантимуратов, Н.Д. Кошкин, Н.П. Брусцева, И.К. Морозова и др. Однако, их исследования носили сопутствующий характер при решении вопросов, косвенно связанных с культуртехникой. В трудах этих учёных про'блемам ресурсосбережения практически не уделялось внимания, т.к. они освещали в основном вопросы использования освоенных земель.

Площадь Западной Сибири 3,13 млн. км2. Т.н. сельскохозяйственная зона расположена между 55 и 58 параллелями с. ш. шириной около 500 км, протяженностью с Запада на Восток более 1500 км.

Мелиоративный фонд земель Тюменской области составляет около 30 млн. га. Реализация потенциальных возможностей этих земель требует проведения мелиоративных преимущественно культуртехнических работ.

Сельскохозяйственные угодья Тюменской области характеризуются полным отсутствием камней, погребенной древесины на торфяниках, маломощным пахотным слоем, обилием засолонцованных земел*., мелкоконтурностью объектов, сильной закочкаренностыо переувлажнённых земель, довольно сильной

заростностью древесно-кустарниковой растительностью различного породного и видового состава, пестротой объектов по рельефу, почвенному составу, конфигурации участков, толщине и прочности дернового слоя и некоторым другим специфическим особенностям.

' Таблица 1 Распределение сельскохозяйственных угодий по зонам Тюменской области и _их потребности в улучшении (на 1 ноября 1995 г.)_

Наименование зоны Всего, тыс. га Из них (тыс. га) Нуждаются в проведении мелиорации,%

пашня сенокосы пастбища культур-техника осушение

Тайга 392,55 146,40 161,48 48,77 40,4 8,83

Подтай га 936,03 406,55 249,97 179,51 25,18 6,95

Северная ле-

состепь 1553,97 848,38 417,82 347,77 10,35 5,51

Южная лесо-

степь 720,28 393,34 188,88 192,06 19,22 6,42

Всего 3602,83 1740,57 1018,15 844,11 19,26 6,38

Сельскохозяйственное производство ведётся в основном в зонах подтай-ги, северной лесостепи и южной лесостепи.

За последние 15 лет в .Тюменской области заросло кустарником и мелколесьем 230 тыс. га сельскохозяйственных угодий.

В таблице 2 приведены объёмы работ по освоению и восстановлению площадей на период до 2010года в Тюменской области.

Таблица 2

Зоны й районы области Освоенные площади, тыс. га Перспективы на 2010г., тыс. га

новое освоение после вторичного зарастания

Тайга 29,6 3,2 16,4

Подтай га 78,5 5,4 23,1

Северная лесостепь 165,0 29,5 50,5

Южная лесостепь 67,3 8,3 143

Всего 340,4 46,4 104,3

Наиболее характерны для Западной Сибири земли, требующие расчистки от растительных кочек, кустарника, мелколесья, пней (на вырубках и гарях) и

паводковых наносов (на периодически затапливаемых сельскохозяйственных угодьях).

Анализ применяемых технологий для улучшения этих земель показал что они многооперационны, в высокой степени энергоёмки и не отвечают современным требованиям экологии, требуют значительных инвестиций.

Традиционные технологии удаления кочек и древесно-кустарниковой растительности с объектов мелиорации многооперационны (до 20 операций), растянуты по времени исполнения (до 4-х лет), под валы и кучи отчуждается до 20% улучшаемых земель, им свойственна разномарочность машин, низкая производительность труда, высокая энергоемкость и себестоимость работ. Но помимо этого серьёзные проблемы возникают при уборке древесных остатков (после удаления основных объемов), вынос плодородного слоя почвы за пределы поля его уничтожения (до 1000 м3/га), удаляемая древесина не утилизируется, а в большинстве случаев уничтожается всеми доступными способами.

Комплексный анализ характеристик мелиорируемых земель, технологий и средств механизации культуртехнических работ позволил сформулировать основные задачи исследований:

- разработать научные основы ресурсосберегающих технологий производства культуртехнических работ мелиорируемых земель Западной Сибири;

- разработать технологические процессы по расчистке земель от кочек с полной их утилизацией, минимальным отчуждением улучшаемых земель, исключением сезонности, снижением энергоёмкости и стоимости процессов;

- разработать комплекс машин для очистки минеральных почв от мелких древесных остатков с максимальным сохранением гумусосодержащего слоя почвы при улучшении земель заросших кустами и мелколесьем.

2. Научные основы ресурсосберегающих технологий производства культуртехнических работ на мелиорируемых'землях Западной Сибири

Разработка научных основ ресурсосбережения рассматривается как задача поиска оптимизационных критериев, их систематизации с учетом совокупности условий и налагаемых ограничений, а экономико-математическая модель служит одним из «инструментов» при совершенствовании организации технологических процессов производства культуртехнических работ по заданным критериям оптимизации.

Минимизация удельных приведенных затрат наиболее полно отражает экономический аспект технологических процессов культуртехники с различными характеристиками улучшаемых площадей. Технологические особенности производства в Западной Сибири и новые хозяйственно-экономические отношения требуют анализа технологий по энергозатратам трудоёмкости. Основные

направления ресурсосбережения при производстве культуртехнических работ в условиях Западной Сибири: минимизация трудовых, энергетических, материальных, финансовых затрат, безотходность технологических процессов, экологическая безвредность всего комплекса работ. Их решение требует новых организационно-технологических подходов, и новых технических решений.

Критерий оптимальности выражается в виде целевой функции математической модели технологического процесса.

Представленные ниже критерии достаточно полно характеризуют основные особенности технологий. Это 6 критериев, по которым оперативно можно выбрать наиболее эффективную технологию.

1. Приведенные удельные затраты.

З^Сед+Зуд.к.Кзф, руб./га; (1)

где - Зпр- приведенные затраты; Сед - себестоимость продукции, руб./га; Зуд-к. - капитальные удельные вложения, руб./га; К.^. - коэффициент эффективности капитальных вложений.

Сед Ссмсц/ Зсмен » руб./га; (2)

где Ссмс„ - себестоимость машиносистемы, руб./смен; 8СМС„ - сменная производительность, га/смен.

Зуя.к.= Змаш / Вг, руб./га; (3)

где Змаш - балансовая стоимость машины, руб.; Вг - годовая производительность машины, га.

2. Энергоёмкость технологического процесса. ' Удельный расход энергии определяется по упрощенной формуле :

\Ууд= (Ым и,,,)/ Бсмсн, кВт ч/га; (4)

где \*/уд - удельный расход энергии, кВт.ч/ га; Мы - мощность двигателя базовой машины, кВт; 1СМСИ - число часов в смене, ч; 8СМСН -сменная выработка, га/смена.

3.'Трудоёмкость.

Удельная трудоёмкость определяется по формуле :

Туд= с'смен /Б«™, чел.ч/ га; (5)

где Туд - удельная трудоёмкость операций, чел.ч/га; 1'сис„ -число часов в смене, ч.

I смсн ~ ^смсн Пи, (6)

где - число часов в смене, ч; пм - количество рабочих, задействованных в операции; 8смен - сменная выработка, га/ смена.

4. Удельная металлоёмкость:

Оуд= ( М^ ^н) / Бе«,, т. ч/га; (7)

где Суд -удельная металлоёмкость, т.ч/га; М,^ - масса агрегата, т, 8смен -сменная производительность, га/ч.

5. Сохранение плодородия почв. Этот критерий оценки технологического процесса культуртехнических работ выражается коэффициентом выноса верхнего почвенного слоя, перемещаемого вместе с древесной массой в валы и кучи

Кпл^П)/ 8„л, м3/га; (8)

где Кпл - коэффициент сохранения плодородия, м3/га; - объем почвы, собранный в валы и кучи, или погребенный под слоем подстилающих грунтов, вывернутых на поверхности, м ; Б™ - площадь, на которой проведен замер, га.

6. Утилизация отходов.

Ку^ЮОУр/ Уп, %; (9)

где Кут - коэффициент утилизации; Ур - объем используемого ресурсных отходов, освобождаемых в процессе работы, м, т; Уп - объем используемого ресурсных отходов утилизации, м, т.

Определив критерии оптимизации технологических процессов и методику вычисления их количественных показателей, разрабатывают математическую модель технологического процесса.

Каждая операция технологии анализируется по оценочным критериям, а затем, суммируя, получим критерии на технологию в целом. Уборку кочек высотой 25-40 см можно проводить по 4 технологиям, каждая, из которых включает от 6 до 9 операций. В данном случае по интересующим критериям анализируются все 4 технологии, и выбирается к исполнению та, которая наиболее отвечает предъявленным требованиям.

Оптимизация технологического процесса по заданному критерию сводится к формированию оптимальных комплексов машин, обеспечивающих условие минимизации заданного критерия.

На основе критериев оптимизации технологических процессов и методов вычисления критериев, разработана математическая модель технологических процессов. |

. Математическая модель имеет вид: м г +Б™

1 - Хатр( * ^ .+ ЕН *Зтр)хтр; Р = 1,Ы (И)

ш-1 . "тр

М — количество типов машин; ш - т-ный тип машины; N - число операций технологического процесса; Р - р-тая операция; ( - коэффициент использования машины ш-ного типа на р-той операции; Сф - себестоимость часа работы ш-ного типа на р-той операции, (руб./час); - заработанная плата рабочих, обслуживающих ш-ного типа машины (подсобники, ремонтники, и др., кроме машиниста (руб/час)); Ц, - производительность машины ш-ного типа при выполнении р-той операции в условиях конкретного объекта (ед. прод./час); -

капитальные удельные затраты машины ш-ного типа при выполнении р-той операции (руб./ед. прод. ); Е„ - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; х7р - число машин m-ного типа, выполняющих операцию р (величина, которую надо найти)'; х - общее количество машин m-ного типа. С учетом ограничений на имеющееся количество машин: .

О S х,р< 7m(m=Ü7;p=l, 77 (12)

и условие выполнения заданного объема работ на объекте: м

*P=Z а тр Г тр /?тр Х,р= Qp , (13)

ш=1

где Qp - объем работ на операции р; г - трудоёмкость р-ой операции при выполнении её машиной m-ного типа; tp - время выполнения отдельной операции.

Задачи (11) и (13) решаются методом линейного программирования относительно неизвестных величин х.

Рассмотренная аналитическая модель позволяет производить подбор состава технологического комплекса машин в ходе производства работ.

Анализ, технологий путем сопоставления оптимизационных критериев, выраженных в натуральных показателях не всегда возможен. В таких случаях, чтобы сохранить корректность, целесообразно применять комплексный оценочный критерий.

В общем виде комплексный оценочный критерий описывается выражением:

п

К0=£ Ьк1 min (14)

1

К0 - комплексный оценочный критерий; к' - относительный оптимизационный критерий; п - число оптимизационных критериев, обобщенных комплексным оценочным критерием; b - коэффициент весомости.

Выражение (14) представляет собой математическую модель комплексного оценочного критерия любого технологического процесса производства куль-туртехнических работ в общем, виде.

Обозначив относительные критерии оптимизации символами их физических значений со значком "'" ("прим."), математическая модель примет вид:

K„=(b|3lnp + b2Wlya+b3Tl,a+b4Gly4+b5Tl„+b6Kl„+b7Kly) -> min (15) '

3'np - относительный оптимизационный критерий приведенных затрат; Ь| - коэффициент весомости критерия приведенных затрат; wL и Ь2 - относительный оптимизационный критерий энергоёмкости и его вес; G1 и Ь4 - относительный оптимизационный критерий металлоёмкости и его вес; Т'о и Ь5 - отно-

сительный оптимизационный критерий продолжительности выполнения работы и его вес; К1 и Ъй - относительный критерий сохранности плодородия и его вес; К'у и Ь7 - относительный оптимизационный критерий утилизации побочных продуктов и его вес; Т ул и Ьз - критерий трудоёмкости и его вес.

Комплексный оценочный критерий включает в себя два понятия: относительный критерий и коэффициент весомости. По каждому из принятых нами 6 критериев вычисляют относительный критерий сравниваемых технологий и определяется его весомость (коэффициент весомости) в конкретных условиях.

По каждому, из отмеченных ранее критериев оптимизации для исследуемой группы технологий, вычисляются относительные критерии, а затем с учетом коэффициента весомости, вычисляют оценочные критерии технологии.

Относительный критерий оптимизации вычисляется в следующей последовательности: из нескольких технологий, представленных критериями оптимизации в натуральном выражении, выбирается наименьший. Затем его делят на критерии других, сравниваемых технологий.

Коэффициент весомости означает количественное выражение значимости конкретного критерия для конкретного технологического процесса при вполне определенных условиях производства.

Это субъективный показатель, обусловленный объективными причинами технологического, природного и социального характера. Количественное значение коэффициента весомости может находиться в пределах от 0 до 1.

Предложенные аналитические модели ресурсосберегающих технологических процессов позволяют оперативно производить корректировку состава технологического комплекса машин в ходе производства работ. Это весьма важно для условий Западной Сибири с быстроизменяющимися погодными и хозяйственно-экономическими условиями.

Разработанные теоретические положения ресурсосбережения при производстве культуртехнических работ использованы в процессе разработки новых технрлогических процессов, их проверке, отработке и проверке в производственных условиях.

Эксперименты проводились на землях со следующими характеристиками:

кочки растительные;

кустарники и мелколесье.

Программа исследований на каждом культуртехническом фоне включала вопросы:

- анализ технологических особенностей объектов мелиорации;

- анализ существующих технологий производства культуртехнических работ;

- анализ технологических комплексов;

- анализ машин и рабочих органов;

- разработка теоретических предпосылок для создания рабочих органов и технологий, отвечающих требованиям повышения эффективности производства и ресурсосбережения;

- поиск оптимальных параметров рабочих органов и режимов их эксплуатации;

- создание экспериментальных образцов и проверка их в производственных условиях.

3. Теоретические н лабораторно-полевые исследования технологических процессов строительства мелиоративных систем на

землях с различными культуртехинческнми характеристиками

Закочкаренные земли занимают до 16% подлежащих осушению переувлажненных земель. Существуют три технологических способа их освоения: запашка, срезка с последующей разделкой и фрезерование.

Выбор технологии производства работ зависит от физико-механических и технологических свойств кочек. В связи с этим были проведены исследования по уточнению характеристик кочек в зимнее время.

По прочностным показателям кочку можно условно разделить на три слоя по высоте. Верхний - наиболее рыхлый, составляющий 5-10% общего объема осоковой кочки. Прочность кочки составляет 8 удавов динамического плотномера ДорНИИ. Второй слой до 70% кочки - 8-40 ударов динамического плотномера.

Этот слой наиболее полно характеризует прочность кочки сложности обработки массива. Третий слой находится в предподошвенном горизонте кочки, прочность - до 55 ударов динамического плотномера, занимает до 15% объема кочки.

Результаты исследования влияния влажности и температуры промерзания на прочностные показатели среднего слоя кочки приведены на рис. 1 и 2.

Предельная высота кочек до 120 см. Наиболее распространены в Западной Сибири объекты с высотой кочки до 35-45 см. С целью определения объема . кочкарниковой массы в зависимости от их геометрических размеров и количества на площади, были проведены исследования. Результаты представлены в виде номограммы (рис. 3).

Существует ряд способов освоения закочкаренных земель: запашка, срезка, обработка ножевым катком, химические способы. Запашка применяется только в летний период на площадях с высотой кочек не более 20 см.

С, У$<зр_

70 Г

50 Ь

I

30 10

3

О кТ л о

о У О о о . -

__ _ -• •--

£00 200. Чоо 500 ьоо \Х/, °/о

Рис. 1. Зависимость прочности мерзлой, растительности кочки от влажности

У,тыс,иУга

1.4;2.?¡3.6 ;4.5|5.4.6.3.7,3._

103 20°30° 40°50«£а

Рис. 2. Зависимость прочности растительности кочки от отрицательных температур

50 35 25

0.2 0.3 0.'/ 0.5 0.6 0.? 0,8 Ь,м 0.2 0.3 0.4 0.5 0,6 0,7 0,8 с(,М

Рис. 3. Графический метод определения объема кочек (V) по высоте (И), диаметру (ё) и количеству их на площади (п)

Срезка может применяться только в зимний период независимо от размеров кочек и степени покрытия ими площадки. Операции срезки, подборки, ликвидации валов срезанной массы весьма энергоёмки и дорогостоящи. На эффективность технологии влияет суммарный объем кочек на площади, толщина снежного покрова и глубина промерзания.

Отличительная особенность зимних работ в том, что они позволяют подготовить массив к вспашке, это обеспечивает отдачу уже в первый год улучше-

ния земель. Поисковые они ил но фрезерованию надземной части кочек подтвердили перспективность этого направления. Оно исключает операции срезки, подборки, ликвидации валов.

Из производственного опыта известно, что для ликвидации кочек могут применяться фрезерные машины типа МТП.

Опыты показали, что существующие фрезерные машины имеют ряд недостатков, снижающих эффективность их применения на фрезеровании кочек в зимний период. Лишь машины МТП-42А и МТ11-44А дают положительный результат. Однако, слабая изученность зависимости технико-экономических показателей технологий фрезерования от прочностных и геометрических характеристик кочек, толщины снежного покрова, глубины промерзания и режимов работы сдерживают их применение.

Баланс мощности машины является основным показателем при анализе процессов фрезерования. Для МТП-42 он выражается известным уравнением: ^Ыф + К + Ы,, (16)

где Ыф - мощность, расходуемая на отделение стружки от массива,

Ы» - мощность, затрачиваемая на отбрасывание измельченной массы; Ы„ — мощность, затрачиваемая на передвижение агрегата. Каждая из составляющих баланса мощности выражается уравнениями: Ко ЬЬУгпр

' 102 4 ' где К0 - удельное сопротивление грунта резанию; > Ь - ширина фрезерования; Ь — глубина фрезерования;

Уп ^ - скорость поступательного движения машины.

Ну = КотшУ2рм/2*102 (18)

где Кот - коэффициент отбрасывания, зависит от формы режущего элемента; .

У ре, - скорость резания;

ш - масса отбрасываемого за одну секунду грунта.

ш = ЬИУтр<?^ (19)

где 5 - плотность грунта; g - ускорение.

Мп = ГСовщУтр/ 102 (20)

Анализ аргументов, входящих в приведенные выражения мощности, показывает, что Ко, 5, Г и Ид, - изменяются по законам случайного распределения. Следовательно, производительность машины, зависящая от мощности базового двигателя, также будет непостоянна.

Производительность машины МТП-42 в общем виде выражается зависимостью:

пз = ЬЬУ (21)

где Ь, Ь, V - соответственно ширина захвата машины, глубина и скорость поступательного передвижения.

Тогда в выражении (17) заменим произведение ширины, глубины и скорости передвижения через П„ а

А| = йк <22> в окончательном виде получаем:

Нф = А,*к0*Пэ (23)

В формулах (18), (19) проводим аналогичные преобразования:

А2 = котУ2ра/Е*2*102 (24)

Выражение мощности на отбрасывание измельченной массы примет вид:

1^ = А2 ¿>ПЭ (25)

В выражении мощности, затрачиваемой на передвижение агрегата, представляем поступательную скорость машины через производительность. Тогда: Аз = Бобщ / 102*Ь*Ь (26)

Н, = А3тэ (27)

В результате проведенных преобразований формулы (16) примет вид: Мдв = А, к0 П3 +А^Пз+АзП!, (28)

Из выражения (28) находим формулу производительности машины МТП-

42 '

Пэ = Кд./А,Ко + А2£+АЗГ (29)

Параметры Ко, Я и f подчиняются законом случайного распределения, следовательно можно выразить математическое ожидание любого из этих параметров.

Математическое ожидание величины Ко (удельное сопротивление грунта резанию) выразится следующей формулой: ;

Мко= / Ко^Псо • (30)

где Бко - функция распределения вероятностей.

Выражение среднего арифметического эмпирического распределения можно рассматривать как выражение математического ожидания для теоретического распределения величины Ко.

ко= | ко<1Рк (31)

По этой формуле определяются средние значения других параметров, рассматриваемых выражений мощности.

Известно, что средняя эксплуатационная производительность фрезерной машины рассматривается как отношение обработанного объема ко времени, затраченному на процесс фрезерования:

(1/пэ),р, = 1/м(1/пэ)

(32)

где Q - объем, обработанный машиной; Т - время обработки;

Р, - часть объема, обработанного за время.

М(1/Пэ) - математическое ожидание времени, затрачиваемого на единицу объема.

По формуле (29), выражающей производительность машины, нашли математическое ожидание показателя М(1/Пэ).

М(1/П3) = М((А,Ко+А2г+АзО/Нд.) . (33)

Предполагая, что параметры, входящие в формулу (17), независимы, равенство (33) представим в виде:

М(1/Пэ)=[ М (А,к0)+М(А2<5)+М(АзО ]*М(ШДВ) = ( А, | МРк0+А2{

+ А3] ГаРг ) \ 1/Пл. Р,№„= ( А,к0+А2г+А,7 ) (Г/Ид,); (34) Подставив это выражение в формулу (20) получаем математическое выражение средней производительности рассматриваемой фрезерной машины. Окончательный вид формулы:

Яэ = Ыд,/[А1к0+А2^+АЗ7] (35)

Задаваясь различными значениями аргументов Ко, 5 и £ вычислили теоретическую производительность. Результаты вычисления приведены в таблице 3.

»

Таблица 3

Расчетная техническая производительность машины МТП-42 при фрезеровании

Значение аргументов Расчетная производительность

N. К» 5 { м5/ч га/ч ■ га/смена

51,45 67 0,002 - 0,50 48,53 0,024 0,192

66,47 41 0,0011 0,32 98,84 0,050 0,400

84,50 20 0,0007 0,10 302,90 0,151 1,208

Максимальная теоретически возможная производительность машины МТП-42 по условиям энергоемкости процесса при фрезеровании мерзлых за' кочкаренных площадей не превышает 0,151 га/ч.

За основные критерии оценки качества измельчения взяты показатели степени измельчения кочки и высота её несрезанной части. По агротехническим требованиям допустимая высота не срезанной части (при условии последующей запашки) не должна превышать 6 см, а величина фракции - 7....9 см.

Исследования показали, что с увеличением высоты кочки от 5 до 30 см не измельченная часть остается в пределах агротехнических требований (рис. 4).

При высоте j.s см наблюдается резкое ухудшение качества обработки- лишь 40% измельченных кочек отвечают агрсмсхннческнм требованиям по условиям высоты не фрезерованной части. При высоте кочки 35 см н более отбойная плита машины сдерживает заглубление фрезы. Кочка измельчается не полностью по всей высоте, а лишь на часть, доступную для обработки.

Закономерность изменения высоты несрезанной части кочки выражается зависимостью

h = 0,994 e°'0442*hk (36)

где h - высота несрезанной части кочки, см hk - высота кочки коэффициент корреляции г = 0,935 Исследованиями установлено, что качество измельчения мерзлой кочки зависит от её прочности (рис. 5). Допустимые пределы для рабочей скорости машины МТП-42А, при которой качество отвечает предъявляемым требованиям, зависит от прочности кочки. Так, для кочек прочностью 15-20 ударов динамического плотномера предельная рабочая скорость машины 0,76...0,8 км/ч; 20-35 ударов - 0,6 км/ч; более 40 ударов - в пределах 0,17... 0,30 км/ч. Это выражается зависимостью:

h= 1,683 +0,172 С (37)

где h - высота несрезанной части кочки, см С - число ударов динамического плотномера; г = 0,956

Зависимость качества от глубины промерзания грунта, исследована на объектах, где высота кочек не превышает 30 см, при толщине снежного покрова до 28 см и глубине промерзания от 5 до 35 см, рабочая скорость машины не превышала 0,24 км/ч, при фрезеровании закочкаренных торфяников с малой глубиной промерзания нарушался микрорельеф осваиваемых земель. 1

Исследования показали, что при промерзании торфяника на глубину до 10 см фрезерование на полную глубину нецелесообразно, т.к. до 8% обработанной площади остаются с нарушениями микрорельефа. Талый грунт намерзает на элементы конструкции машины, делая невозможным сам процесс фрезерования (рис. 6, 7). С увеличением глубины промерзания до 15 см происходит фрезерование лишь надземной части кочки. Западины и другие повреждения дернового слоя весьма незначительны (до 0,1%).

S= 166,1- 51,8 lnhnp (38)

S - площадь с нарушенным микрорельефом, % h„p - глубина промерзания, см г = 0,98

. а $

§ Ь. д

I»

10 §з

см

о п

/

( >

о/ о и

£3

5 /5 25 35 45 55 Ь„СМ Высота кочек.

Рис. 4. Влияние высоты кочек на качество фрезерования МТП-42А (Рабочая скорость 0,24 км/ч и толщина снежного покрова до 25 см)

Л. см

3

4: >

о ^

э "§12

Р

о

зб

о0

§ о 10 20 30 ЬО 50 ^ Число удароЬ плотнот

Рис. 5. Влияние прочности кочки на

качество фрезерования МТП-42А (Рабочая скорость 0,24 км/ч, толщина снежного покрова до 30 см)

— — » о 'б О ,

О "о

1 о. г* к "/у '

Д.», кА>к/гъ 40

15 20 25 /? см Глубина промерзания

Рис. 6. Влияние глубины промерзания на качество фрезерования МТГ1-42А (Рабочая скорость 0,24 км/ч и толщина снежного покрова до 25 см) .

о.ю о.гд ом

Скорость пораии

Рис. 7. Зависимость размеров углублений от глубины (Рабочая скорость 0,24 км/ч, толщина снежного покрова до 25 см)

Густота покрытия площади кочками не оказывает существенного влияния на качество измельчения кочки при фрезеровании машиной МТП-42А в зимний период.

Результаты исследований влияния рабочей скорости и толщины снежного покрова на высоту несрезанной части кочки приведены на рис. 8 и 9 и в табл. 4.

Ь= 1,425 е2'0|зу где Ь - высота несрезанной части кочки, см; V - рабочая скорость машины, км/ч; г = 0,938

96,85 61,8 +Ас

где Ь - высота несрезанной части кочки, см Ьс - толщина снежного покрова, см; г = 0,827

5

Ч)

кем

и й

О

П

и

/ о

/1 О

С У'

02 0А 06 0.8 1.0 Цхп/ч

б*

см

15

и §

С)

и

о ° ^

2 л со и

(40)

Р-"

> р"

У*

10 20 30 ЬО 50 'И.

Рис. 8. Влияние рабочей скорости машины МТП-44А на качество фрезерования (Толщина снежного покрова до 30 см)

Рис. 9. Влияние толщины снежного покрова на качество фрезерования МТП-2А (Рабочая скорость 0,24 км/ч)

Таблица 4

Оптимальные режимы фрезерования машиной МТП-42А при различных

Снежномерзлотные условия Число Рабочая Производительность, га

мощность. глубина ударов скорость, за 1 час ча- за смену

снежного промерзания, плотно- км/ч стной рабо- (8 час.)

покрова, см см мера ты

17,9 7....15 10-14 0,72...0,81 0,131 0,869

37,2 15...20 30 0,61...0,65 0,095 0,623

52,2 15...20 30 0,24... 0,25 0,037 0,222

Оптимальной для качества обработки кочек является мощность снежного покрова, не превышающая 26 см, - более 98 % кочек после фрезерования име-

ют высоту не фрезерованной части пределах агротехнических требований; при мощности 37 см качество фрезерования так же соответствует агротехническим требованиям - 90% кочек ниже 6 см. Если же мощность снежного покрова 52 см, фрезеровать кочку нецелесообразно, т.к. средняя ее высота после обработки составляет 8,5 см, что не отвечает агротехническим требованиям. Подобная зависимость качества измельчения кочки от мощности снежного покрова объясняется следующим: снег сгребается отбойной плитой машины, уплотняется и поднимает фрезу над кочкой, и фреза измельчает лишь верхнюю ее часть; высота оставшейся, неизмельченной части превышает агротехнические требования.

Основополагающими работами в области теории механики мерзлых грунтов явились работы H.A. Цытовича и М.И. Сумгина. Проблемами разрушения мерзлых грунтов и обоснования рабочих органов машин посвятили свои труды М.И. Евдокимов-Рокотовский, М.Н. Гольдштейн, А.Н. Зеленин, В.В. Суриков, Г.М. Веселов, С.С. Музгин, В.Д. Абезгаус, Ю.А. Ветров, B.JI. Баланднн-ский, М.И. Гальперин и др.

Анализ работ по вопросам теории резания позволили наметить направления поиска при создании нового рабочего органа с пониженными удельными энергозатратами (по сравнению с МТП-44А); снижение скорости резания, использование попутного направления фрезерования и применение рабочих органов таких конструкций, которые измельчают кочку на более крупную фракцию. Это положение было проверено на лабораторно-полевой установке, позволяющей испытывать фрезерные рабочие органы, выполненные в натуральную величину по всем параметрам (рис. 10). Лишь ширина испытываемого рабочего органа лимитировалась размером 1,2 м. Мобильный стенд для испытания рабочих органов оборудован устройствами, регистрирующими величины крутящегося момента на приводном валу трактора, частоту вращения рабочего органа, пройденный путь, продолжительность опыта. Экспериментальная установка аг-регатируется с трактором Т-130, но может использоваться и с другими типами тракторов при наборе некоторых, сменных узлов. Техническая возможность устройства: по диаметру испытуемых фрез от 30 до 110 см, по скорости резания - от 0,5 до 3,2 м/с. Подачи определяются рабочей скоростью базового трактора. . Максимальный вращающий момент на входном валу 520 Нм. Предельная глубина погружения рабочего органа ниже уровня полозьев - 600 мм.

Эксперимент включает три опыта, проводившиеся на одном фоне: прочность - 12 ударов, высота кочек - 35 см, толщина снежного покрова - 20 см, глубина промерзания - 15 см.

Рис. 10. Установка для испытания фрезерных рабочих органов: 1 - карданный вал; 2 - датчик вращающих моментов; 3 - коробка перемены передач; 4 - редуктор; 5 - гидроцилиндр подъема; 6 - рабочий орган (фреза); 7 - измельченная кочка со льдом и снегом

Первый опыт - исследование влияния типа режущих элементов на качество обработки закочкаренных земель в зимнее время. В задачу входило из трех типов фрез - с тарельчатыми ножами, резцами, комбинированным режущим органом в виде чередующихся резцов и клиньев - определить наиболее отвечающий агротехническим требованиям. Опыт проводили при рабочей скорости агрегата 0,24 км/ч и линейной скорости по концам ножей 2,0 м/с. Фрезерование попутное. Опыт показал, что наилучшее качество измельчения мерзлой кочки получено при работе с резцами. Дальнейшие исследованиям проводилось рабочими органами, оснащенными только резцами, так как условия работы при экстремальных нагрузках у этого органа более благоприятны и качество измельчения лучше, чем у сравниваемых.

Результаты второй серии опытов показали, что при наилучшей схеме расстановки рабочих элементов типа резца шириной 40 мм расстояние между резцами (по оси барабана) равно 130 мм.

Третий опыт позволил выявить режимы фрезерования, при которых удельная энергоемкость минимальна, а качество обработки отвечает предъявляемым требованиям. Исследования проводились на 6 рабочих скоростях экспериментальной установки: 0,1; 0,24; 0,44; 0,76; 0,92 и 1,4 км/ч при встречном и попутном фрезеровании в диапазоне окружных скоростей рабочего органа от 1,0 до 3,0 м/с с интервалом 0,5 м/с.

Результаты расчета удельной энергоемкости в графической форме представлены (рис. 11, 12).

О.Ю 020 0.30 Скорость подачи

Рис. 11. Влияние скорости подачи на удельную энергоемкость процесса фрезерования мерзлой кочки при скорости резания (м/с): 1 - 1,0; 2 - 1,5; 3 - 2,0; 4 - 2,5;

5-3,0

Скорость резаний

Рис. 12. Влияние скорости резания на удельную энергоемкость процесса фрезерования при подачи (м/с): 1 - 0,027; 2 - 0,066; 3 - 0,122; 4-0,211; 5-0,255; 6-0,388

Кривые 1, 2, 3, 4 и 5 (рис. 11) отображают влияние подачи па энергоемкость процесса при исследуемых скоростях резания. Общий вывод однозначен: с увеличением подачи от 0,02 до 0,40 м/с удельная энергоемкость процесса снижается. Это утверждение справедливо при скоростях резания в диапазоне 1,0 м/с...3,0 м/с.

Зависимость удельной энергоемкости процесса измельчения мерзлой кочки от скорости подачи в общем виде описывается эмпирической формулой

ЛУЕР=а^Ур+7,5Ур+в; (41)

при а=(23-25 У„)0,5; (42)

в=(1,5/ Уп-7,5)0,5 (43)

Уп - скорость подачи, м/с; Ур - скорость резания, м/с; удельная энергоемкость измельчения кочки при постоянной скорости резания, кДж/м .

Влияние скорости резания на удельную энергоемкость фрезерования показано на рис. 12. С увеличением скорости фрезерования увеличивается удельная знсогоемкость процесса.

Зависимость между удельной энергоемкостью и скоростью фрезерования

гыражается эмпирической формулой:

А\,л=аУп+1,5/Уп+в (44)

АЛу8 я - удельная энергоемкость измельчения мерзлой кочки при постоянной подаче, кДж/м3.

а=(-25/2) /Ур (45)

в=(25/2 /"Ур+7,5(Ур-1) (46)

У„ - скорость подачи, м/с; Ур - скорость резания, м/с.

Формулы 41 и 44 позволяют вычислить удельную энергоемкость процесса при постоянной одной из величин: скорости резания или скорости подачи.

Графоаналитические методы позволяют выразить зависимость удельной энергоемкости процесса измельчения мерзлой растительной кочки от скорости резания и подачи следующей формулой:

Ау8=1/2(23-25У„) Ур+7б5(У„-1)+1,5/Уп (47)

Найденное уравнение справедливо при фрезеровании на режимах в диапазоне скоростей резания от 1,0 м/с до 3,0 м/с при подачах от 0,027 м/с до 0,388 м/с. Проверка на сходимость вычисленных результатов по предложенной формуле и данных эксперимента показала, что в 90 % случаев максимальная ошибка не превышала 5%.

Эта формула пригодна для вычисления удельных энергозатрат при фрезеровании сплошной массы. При фрезеровании надземной части кочек суммарный объем измельченной массы несколько меньше и зависит от геометрических размеров кочки и степени закочкаренности. Поэтому при вычислении удельной энергоемкости измельчения кочек на площади в формулу 47 необходимо ввести коэффициент, учитывающий суммарный объем кочки на площади. С учетом этого формула примет вид:

А>8=К[1/2(23-25У„) /~Ур+7б5(Уп-1)+1,5/У„] (48)

К - коэффициент, учитывающий суммарный объем кочки на площади.

К=У,/У.

V, - суммарный объем кочек в м3/га на площади, определяется по номограмме рис. 5. V - объем пласта по высоте кочки, м3/га.

У=10\ м3/га

Ь - высота кочки в м.

Выражение (48) применяется для вычисления удельных энергозатрат при фрезеровании закочкаренных площадей с высотой кочки не более 45 см и прочностью до 40 ударов динамического плотномера.

Основными факторами, влияющими на энергоемкость процесса разрушения мерзлой осоковой кочки фрезой с рабочими органами в виде резца, являются скорости резания и подачи. С увеличением подачи удельная энергоемкость процесса снижается. Увеличение скорости резания ведет к увеличению удельной энергоемкости процесса разрушения кочки.

Увеличение скорости подачи до 0,255 м/с с одновременным увеличением скорости резания до 2,5 м/с приводит к значительным ударным нагрузкам, вибрации, что приводит к снижению коэффициента готовности машины.

Увеличение подачи снижает удельную энергоемкость, но ухудшает качество измельчения. Повышение скорости резания приводит к увеличению энергоемкости процесса, вибрации машины и ударных нагрузок. Оптимальной скоростью фрезерования мерзлых растительных кочек является скорость, близкая к 2 м/с при подаче 30. ..40 мм на резец.

Результаты теоретических и экспериментальных полевых исследований изложенных в настоящем разделе легли в основу расчетов по оптимизации технологий улучшения закочкаренных земель по методикам, изложенным в разделе 2 настоящей работы. Комплексы агрегатов для их внедрения и некоторые технологические показатели рекомендованных технологий приведены в разделе 5 настоящей работы.

Кустарник и мелколесье покрывают более 47% мелиорируемых земель, а в зонах тайги и подтайги до 90%. Большая часть их расположена на минеральных землях. Традиционные технологии расчистки земель, покрытых кустарником и мелколесьем, предусматривают корчевку, подборку выкорчеванной древесины, ликвидацию валов и куч собранной массы с последующим циклом предпосевных обработок. Исследования показали, что потери древесных ресурсов при этом составляют до 260 м3/га, вынос грунта до 1000 т/га, под валами и кучами отчуждается до 1Б% осваиваемой площади. Затраты на восстановление таких почв составляют до 2000 руб./га (и ценах 1990 г.)

Мелиоратнпная древесина может использоваться для обогащения почвенного горизонта органикой, производства технологической щепы, отопления бытовых помещений и других целей.'

В технологическом аспекте важнейшее условие ресурсосбережения в том, чтобы операции утилизации древесины гармонично вписывались в процесс производства культуртехнических работ без технологических разрывов.

Исследования показали, что в Тюменской области почвосбережение и утилизация древесины при минимизации затрат возможна на базе применения рабочих органов активного типа.

С целью расширения области применения фрезерной машины МТП-44А и снижения энергоемкости процесса измельчения были проведены исследования технологий с использованием реконструированной машины КИД-1,7. Суть реконструкции заключается в оборудовании машины МТП-44А граблями-вычесывателями с установкой дополнительных устройств, обеспечивающих их работоспособность (рис. 13). Грабли-вычесыватели (гребенка) установлены на машине за фрезой (КИД-1,7).

Рис. 13. Корчеватель-измельчитель древесины КИД-1,7. 1 - базовый трактор; 2 — трансмиссия; 3 — отбойная плита: 4 — фрезерный барабан; 5 — гребенка; 6 - щепа

При работе корчевателя-измельчителя древесины КИД-1,7 мощность затрачивается на передвижение базовой машины, на привод фрезы и на работу корчующего органа

N = Nnep + N^p + Njop (49)

• Nncp = Nnep+ N"nep (50)

где N ncp - мощность, расходуемая на перекатывание ходовой части машины;

N „ер - мощность, расходуемая на создание силы тяга необходимой для перемещения фрезы.

N'n£p = ( (GTp+G„M+ X pn) (fo Cos O + Sin в )* W ) / 3,6 ч,, кВт (51) где Grp - вес трактора, кН;

G„M - вес навесного рабочего органа, кН; £ Рц - вертикальная составляющая реакции грунта на фрезу; fo - коэффициент сопротивления перекатыванию; в - угол наклона местности; 11 - КПД ходовой части трактора; W - рабочая скорость машины, км/ч. Мощность на создание силы тяги для перемещения фрезы, равна:

N"nep = (X PrW)/3,6^ (52)

где ]Г Рг - горизонтальная составляющая реакции грунта на фрезу; W - рабочая скорость машины, км/ч.

Фреза измельчает древесину вместе с грунтом, сгребаемым корчующим устройством.

В общем виде потребная мощность выражается формулой:

!Ч|,р = ( ) / (7фр*7пр) (53)

где Ы, - Мощность, расходуемая на переработку грунта; N2 - мощность, расходуемая на измельчение древесины; N3 - мощность, расходуемая на сообщение кинетической энергии измельченной массе;

N4 - мощность, расходуемая на преодоление трения измельченной массы о направляющую поверхность под действием центробежной силы;

N5 - мощность на преодоление сопротивления трения грунта о направляющую поверхность под действием силы тяжести;

N6 - мощность, расходуемая на подъем грунта до точки выброса; 17 ФР - КПД фрезы, учитывающее потери энергии на трение фрезы о грунт и перемешивание расфрезерованной массы;

7 Пр - КПД механизма привода рабочего органа.

N1 = П*ег/ 3,6 , кВт (54)

где П - производительность фрезы, м3/ч;

ег - удельный расход энергии при фрезеровании грунта, кН/м3

= П*ев / 3, 6 кВт (55)

где П - часовая производительность фрезы, м3/ч;

ег - удельный расход энергии на измельчение древесины, кН/м\ П = ПГ + П8 (56)

где Пг - количество грунта, переработанного фрезой за 1 час, м3/ч; П8 - количество древесины переработанной за 1 час, м3/ч. ПГ = В*Н*\^ м3/ч где В - ширина захвата, м;

Н - глубина фрезерования, м; - рабочая скорость машины, м/ч.

П8= я-<12/4 * ЬЧ *Р/Ю4 * В*^/, м3/ч где ё - средний диаметр древесных остатков, м; Ь - средняя длина древесных остатков, м; 4 - коэффициент, учитывающий корни и ветви при подсчете объем 1 древесины на участке;

Р - количество на гектаре;

В - ширина захвата, м;

\У - рабочая скорость машины, м/ч;

£=1,78 - для березы;

£=1,66 - для ивы.

(57)

(58)

При фрезеровании лесокустарниковой растительности удельный расход энергии зависит от степени измельчения древесной массы, т.е. от среднего размера фракций измельченной древесины.

а = с * а (59)

где а - средние размеры фракций;

с - коэффициент пропорциональности, характеризующий механические свойства древесины;

6 - толщина стружки. Связь удельного сопротивления резанию и толщины стружки выражается уравнением гиперболы:

К8 = <1/<Ут (60)

где ()ит- постоянные, зависящие от физико-механических свойств древесины и конструкции рабочего органа.

Учитывая, что удельное сопротивление резанию древесины равно расходу энергии на единицу объема древесины, его можно представить в следующем виде:

е8 = <1/ат (61)

е, - удельный расход энергии на резание древесины; а - средний размер фракций.

Мощность на отбрасывание разрыхленного грунта и измельченной древесины выразится зависимостью:

Ы3 = ( Пг(1-£-А)*угУо2' '/73,103 + (П8(«+А)у|* У02)/73,44*В*Ю3 (62)

где у гУо2/2в - удельная работа на сообщение кинетической энергии разрыхленному грунту, Нм/м3;

у ¡Уо2/2£ - удельная работа на сообщение кинетической энергии измельченной древесины, Нм/м3р

£=9,8 - ускорение силы тяжести, м/с2; у объемный вес древесины, Н/м3; у г - объемный вес грунта, Н/м3;

У0 - скорость, сообщаемая измельченной массе режущим элементом

фрезы;

Пг и П, - количество грунта и древесины, перерабатываемое фрезой,

м3/ч.

Мощность на преодоление трения измельченной массы по охватывающей поверхности под действием центробежных сил определяется по формуле:

N4 = А^/г^'п/бомог.кВт (63)

где Ъ - число ножей в плоскости резания; 1 - число рядов; п - число оборотов фрезы;

Атрен — работа на преодоление сил трения на участке контакта фрезы

фунтом.

А*С1Трен=( (//г^ч*Л2)/[1+Яг1в(го-<*1)]вкр )*

( ро-Бш ро )/(1 -СоБро) (64)

где ц г - коэффициент трения грунта по стали; у - объемный вес грунта; Я — объем грунта, захватываемый ножами; кр — коэффициент рыхления грунта; со — угловая скорость рабочего органа; Я - радиус фрезы;

у о - половина центрального угла чашечного ножа, образующего переднюю поверхность;

Ро - угол, определяющий положение ножа фрезы относительно вертикальной оси;

а 1 =20° центральный угол. Выражение для определения расхода мощности на преодоление трения грунта от сил тяжести при встречном фрезеровании имеет вид:

Ы3'сг = ПЯ1г/( З6,7*104(1-Со5р0) ) *

[ /18т(9>о+^)-Рг(«'(/2+8т2ро/4) ] ' (65)

гдеП = 60*я*2*1*п/кр (66)

у - объемный вес грунта; ♦

Я - радиус фрезы.

• ■ Мощность, затрачиваемая на подъем измельченной массы на высоту

• сброса вычисляется по формуле:

Ыб = П* у *НП/ 36,7* 104 (67)

где Нм - средняя высота подъема, м;

Мощность, расходуемая корчевателем-собирателем вычисляется по формуле:

(68)

где W - полное сопротивление, возникающее при работе корчевателя; V - рабочая скорость движения машины, км/ч г] - КПД трактора

\У = \У,+\У2 (69)

- сопротивление рыхленного грунта и разрушению грунта и разрушению корневой системы, Н

\У, = к*Ь*Ь*РнР. (70)

где к - коэффициент сопротивления грунта рыхлению, Н/см2; Ь - ширина гребенки, см;

Ь - глубина рыхления, см;

рл р - коэффициент неполноты рыхления, учитывающий неразрых-ленность грунта между зубьями рыхлителя;

\У2- сопротивление перемещению по грунту призмы волочения, Н.

\У: = С|1*Г„ (71)

0„ - вес древесины и грунта, сгуживающегося перед рабочим органом, Н;

Г- коэффициент сопротивления перемещению призмы волочения.

Эти исследования позволяют находить оптимальные параметры рабочих органов и режимы их работы.

В задачу исследований входила экспериментальная проверка в производственных масштабах удаления древесных остатков с помощью реконструированной машины МТП-44А после корчевки традиционными способами Исследования проведены по четырем вариантам. Эталонный вариант - уборка древесных остатков вручную после корчевки корчевателем модели МГ1-7А. Второй вариант предусматривал однократное прочесывание раскорчеванной площади кустарниковыми граблями (МП-15) с последующей обработкой фрезерной машиной КИД-1,7; по третьему варианту - двухкратное вычесывание древесных остатков с последующим циклом работ, как и во втором варианте; четвертый вариант - фрезерование после корчевки без предварительного прочесывания. Исследования проводились на объекте Черемушки (совхоз «Ялуторовский»). На площади - 12 га. С почвами серыми лесными, не требующими осушения.

Таксационные измерения позволили установить породный состав древес-но-кустарниковой растительности. Осваиваемые земли покрыты березой и кустарником ивы IУ класса бонитета. Верхний ярус: береза - 70 %, ива - 30 %. Береза толщиной до 20 см. Максимальная высота 12 м. Число стволов на 1 га до 2000 шт. Ива - средний диаметр на высоте 1,3 м - 5 см. Сомкнутость крон древесной растительности 0,7...0,8. В нижнем ярусе поросль ивы высотой до 3 м, диаметром до 3 см. Пни старой рубки 1000... 120 шт./га, березовые, диаметром до 27 см. Результаты исследований представлены в табл. 5.

Полученные данные по качеству обработки площадей машиной КИД-1,7 позволили обосновать ее включение в технологические комплексы при мелиорации земель, испытать их и рекомендовать к производству.

Таблица 5

Влияние технологии на качество очистки площади от древесных остатков после ___корчевки_

Наименование операций, после которых проведен замер Всего древесных остатков Из них

среднее тыс. штУга Варна ция, % на поверхности участка в 15-сантиметровом слое грунта размерами выше допустимых норм

среднее тыс. шт./га вариация, % среднее тыс. шт./га вариация, % среднее тыс. шт./га вариация, %

Характеристики фона, на котором проводились опыты

Корчевка и подборка корчевателем 234,2 9,3 142,0 15,4 90,2 12,2 95,0 21,9

Вариант первый (эталон сопоставления)

Сбор вручную 46,1 27,5 1,8 19,2 44,3 29,3 21,4 15,3

Ва риант второй

Однократное прочесывание гребенкой после корчевки 46,7' 24,2 49,5 19,4 18,2 45,0 25,5 49,0

Фрезерование 128,5 37,0 119,9 21,3 1,5 25,0 7,1 17,0

Ва риант третий

Двукратное прочесывание гребенкой после корчевки 54,4 26,8 40,4 39,0 13,6 47,0 20,9 85,8

Фрезерование 73,3 7,7 . 66.0 24,7 1,3 29,4 6,0 21,0

Вариант четвертый

Фрезерование после корчевки 119,3 27,5 114,4 15,4 4,9 21,3 7,5 28,0

4. Утилизация древесины при производстве культуртехническнх работ

К отходам производства культуртехническнх работ относят древесину, кочкарниковую массу, мох, листву, хвою, травяную растительность и все прочее растительного происхождения.

Анализ 681 проектов улучшения земель, освоенных в Тюменской области за 1975-1990 г. показал, что 87% объектов связаны с работами по удалению древесины; 12,5% — кочкарников, мха, дернина; 0,5% — с ликвидацией последствий антропогенной деятельности. Поэтому предметом исследований являются технологии утилизации древесины.

Характеристики древостоев приведены в таблице 6.

Таблица 6

Запасы древесины (пл. м3/га) на объектах освоения (по данным проектов института "Тюменгипроводхоз")

Вид лесонасаждения Сред, диаметр ствола, см Средняя высота, м Кол-во древесины, пл. м3/га

редкий средний густой

Кустарник мелкий ДоЗ До 2 До 10 10...21 Более 21

Средний 3...7 2...4 До 15 15...48 Более 48

Мелколесье 8...1 4...6 До 20 20...58 Более 58

Лес 12...15 7...11 До 28 28... 9« Более 98

16...23 8...16 До 57 57...160 Более 160

24.. .32 П...20 До 67 67...220 Более 220

Одно из направлений использования мелиоративной древесины сопряжено с переработкой ее на технологическую щепу, дробленку, стружку, опилки, древесную пыль, щепу зеленую.

Затраты на производство этого сырья не одинаковы и зависят от технологических требований и условий производства. К условиям можно отнести объемы измельчаемой древесины, наличие соответствующей техники, удаление от мест заготовки древесины и потребления щепы. Для мелиоративной древесины, как это отмечалось ранее, характерна рассредоточенность по площади сравнительно небольшими объектами при относительно больших расстояниях между участками в условиях бездорожья.

В задачу исследований входит определение производительности руби-тельной машины ТТ-1000 ТУ в зависимости от толщины и длины измельчаемых бревен, а также характера их расположения (в штабеля, в кучи или разбросаны по территории виде). Щепа отвозилась на тележке 2ПТС-4 с трактором МТЗ-80.

Данные по величине длины и толщины на производительность машины приведены в табл. 7.

Таблица 7

Зависимость производительности рубильной машины ТТ-1000 ТУ от толщины _бревен и их длины при заборе штабеля._

Длина стволов 3 м Диаметр стволов 15 см

диаметр стволов, производитель- длина стволов, м производитель-

см ность, м3/ч ность, м'/ч

5 2,25 3 4,58

10 2,46 6 6,51

20 6,17 9 8,75

25 8,79 12 12,69

Опыты показали, что при заборе древесины с кучи, т.е. древесина не уложена производительность машины снижается в среднем на 17%.

Технология производства щепы при загрузке вручную широко применяется в практике утилизации. Сырье представляет собой тонкомерные остатки после заготовки сортиментов. Территория, где проводились опыты, характеризуется наличием тонкомерных стволов в достаточном количестве.

В таблице 8 приведены характеристики участка на котором проводились опыты (Кондинский р-н, станция "Мортка", объект "Мортка-1").

Таблица 8

Характеристика участка загроможденного древесными отходами круглого _профиля диаметром до 12 см.__

Наименование показателя Характеристики участков, где проводился опыт Всего на участке 2 га

Число куч, шт. 18 4 12 15 2 5 28 24 нет 4 112

Расстояние ме-

жду кучами, м 12 10 20 И 16 15 5 10 нет 10

Суммарный

объем куч, м3

(пл.) 27 12 12 15 3 5 42 48 нет 20 184

Число штабе-

лей товарного

материала 4 11 14 7 16 1 16 7 7 - 91

Участок представлял собой нижний склад, где подвергали первичной переработке мелиоративную древесину непосредственно на осваиваемом объекте. Основная масса перерабатываемой древесины диаметром до 8 см. Попадались отдельные включения толщиной до 12 см. На этом же участке в штабелях складированы сортименты, подлежащие вывозке потребителю.

Участок типичен для объектов, поросших мелколесьем, разрабатываемых по ресурсосберегающим технологиям.

Процесс измельчения выполняется в следующей последовательности: рубильная машина подъезжает к куче материала с таким расчетом, чтобы приемное устройство было обращено в сторону сырья. По другую сторону кучи рас- • полагается транспортное средство (тележка 2 ПТС-4 в агрегате с трактором МТЗ-80). Тракторы базовый и транспортный устанавливаются по ходу базовой машины с тем, что бы после выработки сырья в одном месте комплекс машин мог передвигаться к следующему скоплению сырья без каких-либо перестраиваний. Работа рубильной машины в паре с транспортным средством требует подъездных путей, шириной не менее 6 м. Это является одним из наиболее узких мест исследуемой технологии. После остановки машины у кучи двое рабочих вручную загружают в приемное устройство рубильной машины тонкомер.

Хрономегражные наблюдения показали, что максимальная производительность за час чистой работы находится в пределах 2,07...3,54 м3/ч плотной древесины. Коэффициент использования сменного времени равен 0,7. При семичасовом рабочем дне сменная производительность находится в пределах 10..,17м3.

Опыты показали, что к концу смены производительность машины снижается как при загрузке древесины манипулятором, так и при загрузке вручную. Снижение в последний час работы от 30 до 50 % от среднечасовой за смену.

По результатам исследований производству рекомендовано ряд технологий переработки древесины на технологическую щепу с применением рубильной машины ТТ-1000-ТУ.

5. Рекомендации по технологиям производства культуртехнических работ на землях поросших кочками, кустарником и мелколесьем

Результаты исследований используются при производстве культуртехнических работ в Тюменской области с 1971 года по настоящее время. Осуществляется эта работа посредством выполнения хозяйственных договоров с заинтересованными организациями. Автором по материалам исследований издано более ста публикаций: плакаты, рекомендации, информационные листки областного и республиканского ЦНТИ, статьи в журналах и академических изданиях. Создано 2 документальных короткометражных (5 и 7 минут) телевизионных

кинофильма. Отдельные разделы настоящей работы экспонировались на выставке в 1985 году (ВДНХ СССР), где автор был удостоен бронзовой медали.

По материалам исследований разработан ряд нормативно-технических документов, которыми пользуются местные проектные институты (Тюменьги-проводхоз, Тюменский филиал РосГИПРОЗЕМ).

Математическая модель технологических процессов улучшения земель культуртехническими способами по ресурсосберегающим технологиям позволила разработать несколько экономико-математических программ по определению оптимальных технологических процессов и технологических комплексов.

Ниже описан ряд технологий, предложенных автором по материалам исследований, апробированных и используемых в производстве.

Технология.№ 1. Применяется при улучшении торфяников, поросших кочками высотой до 35 см. Операции: фрезерование надземной части кочек в зимний период (МТП-44А); вспашка (ПБН-100); дискование в два следа (БДТ-7А); прикатывание (ЗКВБ-1,5).

Технология № 2. Применяется при улучшении торфяников поросших кочками высотой более 35 см. Операции: срезка кочек в зимний период (бульдозер Д-439А); разравнивание валов 2-5 летней давности закладки (бульдозер Д-439А); фрезерование расстила (ФБН-1,5); вспашка,- дискование, прикатывание (агрегаты те же, что и технологии №1).

Технология № 3. Применяется на землях, поросших кустарником средней величины независимо от густоты насаждений. Включает операции: корчевка (МП-12); измельчение выкорчеванной массы в расстиле (МТП-44А модернизированная); вспашка: (ПБН-75); разделка пластов (БДТ-7А); прикатывание (каток тяжелый наливной).

Технология № 4. Применяется на мелких и средних кустарниках. Включает операции: срезка кустарника в зимний период кусторезом (ДП-24); измельчение в летний период после просыхания древесины (МТП-44А модернизированная); корчевка (МП-12); подборка выкорчеванной массы (МП-26); погрузка (МТТ-12); отвозка (МТЗ-82+2ПТС-4); вспашка (ПБН-75); разделка пластов (БДТ-7А); прикатывание (каток тяжелый водоналивной).

Технология № 5. Применяется на землях покрытых кустарником и мелколесьем. Операции: фрезерование надземной части древесно-кустарниковон растительности в зимний период (МТП-44А); корчевка (МП-12): подборка выкорчеванной массы (МП-2Б); погрузка древесной массы (МТТ-12), отвозка (МТЗ-82+2ПТС-4); вспашка (ПБН-75); разделка пласта (БДТ-7А); вычесывание древесных остатков (грабли К-62,5); подборка (МП-2); погрузка и отвозка (МТТ-12+МТЗ-82+2ПТС-4); дискование (БДТ-7А); планировка (рельсовая волокуша); прикатывание (каток тяжелый водоналивной).

Технология № 6. Применяется на землях, поросших средним и мелким кустарником. Включает операции: срезка (МП-14); подборка и транспортировка срезанной массы (ЛП-23); измельчение на технологическую щепу (ЛО-63Б); отвозка щепы, корчевка, подборка выкорчеванной массы, погрузка, отвозка, вспашка, разделка пласта, прикатывание.

Технология № 7. Применяется на мелколесье. Операции: срезка стволов вручную (бензопила "Дружба"); измельчение на щепу (ТТ-1000-ТУ); отвозка щепы, корчевка и далее, как в технологии № 4 теми же агрегатами.

Технология №8 и технология №9 применяются при улучшении земель поросших мелколесьем и отличаются только агрегатом, применяемым на срезке. Операции: срезка (МП-96 или МТП-13); подборка (ЛП-23); измельчение на щепу (ТТ-1000-ТУ); отвозка щепы, корчевка, подборка выкорчеванной массы, погрузка массы, отвозка, вспашка, разделка пласта, прикатывание. Операции выполняются теми же агрегатами, что и в технологии № 5.

Технология № 10. Применяются на вырубках с толщиной пня от 20 до 50 см. Операции: корчевка (ЛД-9); перетряхивание (ЛД-9); сгребание в валы (ЛД-9); погрузка пня (ПЛО-1А); вывозка пня (ЛТ-143); подборка древесных остатков (ПДО-2); планировка (ППН-5, 6А); вспашка (ПЛН-4-35); разделка пласта (БДТ-7А); подборка древесных остатков (МТТ-12+МТЗ-82+2ПТС-4); планировка (ППН-5,6А); прикатывание (каток тяжелый водоналивной).

Технология №11. Применяется на вырубках с толщиной пня более 50 см. Операции: корчевка (ЛД-9); заравнивание подкоренных ям (ЛД-10); перетряхивание, сгребание, погрузка пня, вывозка, подборка древесных остатков, планировка, вспашка, разделка пласта, подборка остатков, планировка, прикатывание. Используемые агрегаты те же; что и в технологии № 3 и 5.

Методики оценки эффективности технологий включает 2 аспекта. Первый - расчет критериев оптимизации, которые позволяют сравнивать разные технологии при улучшении земель с одинаковым культуртехническим фоном. Второй - инвестиционная оценка применяемых технологий, когда технология рас. сматривается как инвестиционный проект.

В таблице 9 приведены результаты расчета оптимизационных критериев всех рекомендованных технологий культуртехнических работ.

Методики оценки технологий по оптимизационным критериям позволяет оперативно вмешиваться в технологический процесс, выбирая наилучшие технические решения.

Анализ технологий улучшения земель по критериям оптимизации дает объективные данные по стоимостным характеристикам технологий и некоторым другим показателям. Он служит руководством непосредственно исполнителям проекта, ориентированным на решение частных, ведомственных задач.

Ответа же на эффективность предложенных технологий, как инвестиционных проектов, описанная выше методика не дает.

Таблица 9

Оптимизационные критерии рекомендуемых технологий улучшения земель _ культуртехническими способами (в ценах 1999г.)_

№ техно- Число Критерии оптимизации

логии операций себестои- энергоем- трудоем- металло-

мость, кость, кВтч/га кость, чел,- емкость,

руб./га ч/га т/га

Земли, поросшие кочками

1 4 2750,1 2277,8 13,72 2687,08

2 6 4344,43 2416,0 22,79 314,0

Земли, поросшие кустарником и мелколесьем

3 5 5206,89 3193,0 26,47 500,0

4 9 5955,76 5105,0 48,33 769,0

5 14 11489,69 10077,0 104,25 1452,0

6 11 9459,57 5782,0 58,98 745,0

7 10 8632,75 5343,0 108,84 1295,0

8 11 9348,92 5963,0 61,21 789,0

9 11 10385,41 6052,0 79,10 1104,0

Лесные вырубки

10 ' 8. 10949,7 6771,0 55,53 971,0

■ 11 8 10482,8 4783,0 42,14 877,0

Поэтому в работе проведена оценка эффективности разработанных технологий производства культуртехнических работ, как инвестиционных проектов Инвестирование - вкладывание денег в дело с надеждой вернуть их с прибылью. А методика оценки эффективности такого инвестиционного проекта сводится к сопоставлению требуемой величины инвестиций с прогнозируемыми доходами.

Простое соотношение суммы инвестиций и суммы прибыли свидетельствует об эффективности проекта. Эффективность обеспечена тем, что почва была подготовлена к посевам в лучшие агротехнические сроки. Погодно-климатические условия были благоприятны для сельскохозяйственных культур севооборота первого года, прогрессивная агротехника выращивания, организованные мероприятия и хорошая конъюнктура рынка позволили окупить все расходы в один год.

В других случаях, когда технологический процесс улучшения земли осуществляется в течении нескольких лет, а перспективы урожайности сельскохозяйственных культур не ясны, эффективность инвестиционного проекта оценивается по следующим критериям: чистому приведенному эффекту, индексу рентабельгости инвестиций, внутренней норме прибыли, сроку окупаемости, коэффициенту эффективности.

Многолетний опыт применения рекомендуемых технологий показал, что сроки окупаемости затрат, даже при неблагоприятных условиях конъюнктуры рынка, по большинству технологий не превышают 2-х лет. Максимальный срок окупаемости затрат при использовании наиболее дорогостоящих технологий не превышает 4-х лет.

Основные выводы

1. Анализ условий и технологий производства культуртехнических работ в Западной Сибири доказал перспективность новых экологически чистых технологических процессов освоения закочкаренных и закустаренных земель базирующихся на машинах с активным приводом рабочего органа.

2. Научно-обоснованы и апробированы в производстве два технологических варианта освоения закочкаренных земель, которые рекомендуется применять в зависимости от высоты кочек, снежно-мерзлотных условий и характера использования мелиорируемых земель:

- измельчение растительных кочек высотой до 35 см в зимний период при толщине снежного покрова до 30 см;

- срезка растительных кочек высотой более 35 см с последующим Их измельчением.

3. Обоснованы и внедрены в производство три технологических варианта освоения закустаренных земель в зависимости от культуртехнических характеристик и почвенных условий:

- корчевка кустарника диаметром до 12 см активным корчевателем с последующим измельчением древесной массы и заделкой в почву;

- раздельная технология срезки древесной массы, её удалением и последующей корчевкой активным корчевателем;

- раздельная технология срезки древесной массы с последующей переработкой её на технологическую щепу.

4. Разработана высокоэффективная технология ликвидации древесных остатков после корчевки с последующей подборкой и вывозкой. Технология базируется на корчевателе-измельчителе древесины (КИД-1,7), представляющим собой реконструированную автором машину МТП-44 А.

5. Экспериментальными исследованиями и производственными наблюдениями подтверждено, что применение кусторезов и корчевателей с пассивным приводом рабочего органа не обеспечивает требуемого качества срезки и корчевки кустарниковой растительности, уничтожает до 800 т почвы на 1 га.

6. Аналитические исследования зависимости энергоемкости процессов измельчения мерзлой кочки от параметров рабочего органа, скорости резания и подачи, подтвержденные стендовыми исследованиями в полевых условиях на образцах в натуральную величину позволили найти оптимальную скорость резания (2 м/сек) и подачу (40 мм/на режущий элемент). Для оценки влияния скорости фрезерования и подачи на энергоемкость измельчения мерзлой кочки при попутном и встречном фрезеровании получены эмпирическим путем математические выражения зависимостей рассматриваемых факторов.

7. Выявлены зависимости производительности процесса фрезерования мерзлой растительной кочки от рабочей скорости машины, высоты кочек, степени закочкаренности и толщины снежного покрова.

8. Выявлены зависимости производительности комплекса от толщины и длины перерабатываемых стволов, их расположения на объекте и характера складирования.

9. Разработаны аналитические модели: оптимизации комплекса машин для производства культуртехнических работ на площадях поросших кочками, кустарником, мелколесьем по критериям: себестоимость, энергоемкость, трудоемкость, металлоемкость, вынос грунта, утилизация древесины.

10. Дальнейшие исследования должны быть направлены на создание и внедрение комплекса машин по производству культуртехнических работ на за-кустаренных землях, мелколесье, вырубках и гарях с полной переработкой малоценной древесины для последующего ее использования. Технологический комплекс должен быть ориентирован на высокую мобильность и эффективное выполнение малых объемов работ в условиях рыночных отношений.

Список основных работ по теме диссертации

По теме диссертации опубликовано 93 работы, основные из них следующие:

1 Временные рекомендации по проведению культуртехнических работ в зимнее время для условий Тюменской области. Тюмень: "Тюменская правда", 1975. (соавтор В.Е. Озолин).

2. Разработать технологию культуртехнических работ в зимних условиях Западной Сибири.// - Тюмень: депонированная рукопись № Б371576, 1974. -78 с.

3. Прогрессивные технологии освоения закочкаренных земель. "Уральские нивы" Свердловск, 1977. - № 10. (соавтор А.Н.Кайгородов).

4. Технология освоения закочкаренных торфяников с использованием машины МТП-42 "Труды ВНИИГиМ - М:, 1977, Вып.1. (соавтор З.М. Мамма-ев).

5. Освоение закочкаренных земель в зимних условиях сельскохозяйственной зоны Тюменской области. /Тр.ВНИИГиМ "Актуальные вопросы осушения земель.-М.:1985. (соавтор З.М. Маммаев).

6. Технологии освоения земель, покрытых древесной растительно-стыо.//Материалы научно-практической конференции. Тюменское областное НТО. Тюмень: 1985.

7. Измельчение древесных остатков переоборудованной машиной МТП -42А.// Информационный листок ЦНТИ № 92-96 - 79. Тюмень: 1986. - 0,4 п.л.

8. Фрезерование растительных кочек в зимних условиях. Сб. Ответит земля урожаем. - Новосибирск: Зап.Сиб.кн. издат., 1985.

9. Технологии ликвидации растительных кочек на пойменных зем-лях.//Материалы всесоюзного совещания "Совершенствование мелиорации земель». - Хабаровск: - 1986.

10. Модернизированный роторный корчеватель //Информационный листок ЦНТИ № 242 - 86. - Тюмень. 1986. 4 с. (Соавтор Девяткин В.Д.)

11. Ликвидация древесно-кустарниковой растительности с помощью активного рабочего органа./Материалы зональной научно-прак. конференции. -Тюмень, 1987.

12. Разработать и внедрить малоотходный технологический процесс мелиорации закустаренных и залесенных земель с комплексной переработкой поверхностной и подземной древесины „на технологическую щепу .//З.С.Ф.ВНЙИГиМ, делегированная рукопись №' 0288001345. Тюмень, 1985.

13. Технологии строительства мелиоративных систем в условиях Тюменской области.//Тюменское областное НТО сельского хозяйства, ЦНТИ № 4. Тюмень: 1987,- 1,5 п.л.

14. Освоение закочкаренных земель./Сибирский вестник сельскохозяйст-веной науки. Новосибирск,-1988.-№4.

15. Энергосберегающие процессы строительства мелиоративных систем в зимних условиях на переувлажненных почвах, покрытых кочками: Труды ВНИИГиМ-М.:1988.

16. Измельчение древесных остатков и заделка их в почву при строительстве мелиоративных систем на минеральных почвах: Труды ВНИИГиМ-М/Л988. (соавтор В.Д. Девяткин).

17. Культуртехнические мероприятия. /Зональная система земледелия Тюменской области/ ВАСХНИЛ. Сиб.отд. НИИСХ Сев. Зауралья. -Новосибирск, 1989.

18. Влияние дискования почв на повышение продуктивности.// Информационный листок ЦНТИ Л"» 113 - 89. Тюмень: 1989. - 4 с. (Соавторы Сулима Н.И., Гилев Т.Г., Архипова А.А.)

19. Запашка кустарника на торфяных и минеральных почвах/ЛГюменское областное НТО сельского хозяйства.-Тюмень: 1985, 1.6 п.л.

20. Мелиорация пойм //НТО сельского хозяйства Тюменской области. Плакат. - Тюмень: 1985 - 1,6 п.л.

21. Методические указания к дипломному проектированию. - Тюмень: Агропромиздат, 1988. - 48 с. (Соавторы Федоткин В.А., Алексеев Р.В., Сулима Н.М.

22. Ресурсосберегающие технологии строительства мелиоративных объектов. /Материалы областной научно-тех. конф. "Современные проблемы научного обеспечения АПК и подготовки кадров". Тюмень. 1988.

23. Технико-экономическая оценка способов расчистки земель от растительных кочек в условиях Тюменской области. /Труды Омского СХИ. -Омск, 1993. (соавтор Н.И. Сулима).

24. Технологические комплексы для производства культуртехнических работ.//Матерлалы научно-технической конференции (НТО с/х Тюменской обл.). - Тюмень: - 1989.

25. Почвосберегающие технологии восстановления продуктивности сельскохозяйственных угодий.//Доклады научно-технической конференции. Тюмень: 1989.

26. Методика самостоятельной работы при изучении темы «Машины для строительства осушительных систем».//Материалы X научно-методической конференции вузов Сибири и Дальнего Востока. Тюмень: 1991.

27. Методические указания по прохождению производственной практики студентами 3 курса специальности «Механизация сельского хозяйст-ва».//ТСХИ, Тюмень: 1992. 1,2 п.л. (Соавтор Тимошенко И.Г.)

28. Методические указания к дипломному проектированию.//ТСХИ, Тюмень: 1993. (Соавторы Сулима Н.И. и др.)

29. Методические указания к лабораторно-практическим заняти-ям.//ТСХИ. Тюмень: - 1994. (Соавтор Сулима Н.И.)

30. Методика подготовки критериев оптимизации технологических процессов улучшения сельскохозяйственных угодий.//Доклады научно-методической конференции «Совершенствование подготовки специалистов в условиях рыночной экономики». Нефтегазовый университет. Тюмень: - 1995.

31. Установление потребности мелиорации в хозяйстве. Методические указания//Тюменская гос. с/х академия. Тюмень: 1995. 2 п.л. (Соавтор Сулима Н.И.)

32. Аналитическая модель оптимизации технологических процессов улучшения земель культуртехническими способами./ГГГСХА. Материалы конференции. Тюмень: ЗАО «Сибирский издательский дом», 1997.

33. Культуртехнические работы.//Система мелиорации земель Тюменской области. РАСХН Сибирское отделение. ЗапСибНИИМиП. - Новосибирск, 1997.

34. Концептуальные основы ресурсосбережения при улучшении земель культуртехническими способами. В сб. и. Тр. «Аграрная наука на рубеже веков». Тюм.ГСХА, - Тюмень, 1999.

35. Ресурсосбережение при строительстве мелиоративных систем в зимнее время. Труды ТГСХА, «Аграрная наука на рубеже веков». Том I, - Тюмень, 1999. (Соавтор А.Н.Верещагин).

36. Утилизация древесно-кустарниковой растительности при производстве работ. В сб. н. Тр. ТГСА «Аграрная наука на рубеже веков». Том I, - Тюмень, 1999. (Соавтор В.В.Иванов).