На правах рукописи

Карпенко Виктор Александрович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ

И РЕЖИМОВ РАБОТЫ МУЛЬЧИРОВАТЕЛЯ

ЕСНОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ

СЕЯЛКИ

05.21.01 - Технология и машины лесозаготовок

и лесного хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Воронеж 2008

Работа выполнена в Федеральном Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова.

Защита диссертации состоится 24 октября 2008 г. в 10 часов 00 минут в ауд. 348 на заседании диссертационного совета Д 212.034.02 при Воронежской государственной лесотехнической академии (394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, зал заседания - аудитория 348)

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

Автореферат разослан 18 сентября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Скрыпников А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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

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

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

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

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

Задачи исследований.

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

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

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

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

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

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

Объекты и методы исследований. Объектами теоретических и экспериментальных исследований явились новый мульчирователь лесной комбинированной сеялки, его математические модели, реализованные в программном комплексе Мulch, а также посевы семян сосны обыкновенной в питомнике филиала ОГУ Саратоврегионлес Тургеневский межрайонный лесхоз. Теоретические исследования базировались на методах теоретической механики и положениях теории сыпучих тел. При проведении экспериментальных исследований использовались методы прямого экспериментирования на реальных объектах, а также методы компьютерного моделирования изучаемых объектов. Обработка экспериментальных данных проводилась методами математической статистики на персональном компьютере с использованием пакета программ Statistica 5.5 и стандартной программы Excel Microsoft Office 2003.

Научная новизна.

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

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

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

- конструкция мульчирователя (патент на изобретение
№ 2316162) лесной комбинированной сеялки, отличающаяся тем, что дозатор мульчи, расположенный в нижней части бункера, имеет сменные пластины, изменяющие высоту лопастей, при этом привод дозатора осуществляется посредством цепной передачи со сменными звездочками, а в бункере для мульчи располагается рыхлитель.

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

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

Научные положения, выносимые на защиту.

• математические модели работы мульчирователя, позволяющие исследовать моменты сопротивления мульчирователя с различными типами рыхлителей и моменты сопротивления почвы при качении прикатывающего катка с почвозацепами;
• результаты компьютерных экспериментов по определению численных значений рациональных параметров (эксплуатационного веса, приходящегося на прикатывающий каток, радиуса прикатывающего катка, передаточных чисел редуктора от дозатора к рыхлителю, радиуса звездочки привода дозатора) и режимов работы (диапазона скоростей движения) мульчирователя
• результаты лабораторных исследований факторов (фракционного состава, коэффициентов внутреннего, статического и динамического трения, влажности мульчирующего материала) и конструктивно-установочных параметров мульчирователя (тип рыхлителя, высота установки дозатора над поверхностью мульчируемой ленты), влияющих на равномерность распределения слоя мульчи и соответствие его заданным параметрам;
• новая конструкция мульчирователя лесной комбинированной сеялки (положительное решение о выдаче патента на изобретение), позволяющая, осуществлять дозированную подачу мульчи на посевную ленту и создавать на поверхности посевов равномерный слой мульчи заданной толщины;
• результаты экспериментальных исследований нового мульчирователя лесной комбинированной сеялки, позволяющие судить о его эффективности по увеличению выхода стандартного посадочного материала на 40,5%;
• результаты изучения экономической эффективности нового мульчирователя лесной комбинированной сеялки, дающие возможность определить годовую экономию в ценах 2007 г. в размере 28333 руб.

Достоверность научных исследований.

Выводы и рекомендации подтверждаются достаточным объемом экспериментального материала, полученного как при проведении опытов на почвенном канале, так и при производственной проверке мульчирователя, результатами математической обработки данных на ПК с использованием программного комплекса MULCH, программ Statistica 5.5, MS Excel 2003, эффективной работой мульчирователя изготовленного в соответствии с рациональными параметрами, полученными при проведении теоретических исследований.

Практическая ценность.

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

Апробация работы и публикации.

Основные положения работы докладывались и обсуждались на:

- научно-практической конференции Эколого-технологические аспекты лесного хозяйства в степи и лесостепи (2007 г.), г. Саратов;

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

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

- по материалам диссертации опубликовано 10 научных работ (автор 1,37 печ. листа из 2,56).

Реализация работы

Рекомендации и опытный образец мульчирователя использовались при выращивании сеянцев хвойных пород в питомнике филиала ОГУ Саратоврегионлес Тургеневский межрайонный лесхоз. Результаты исследований нашли применение в учебном процессе кафедры Механизация лесного хозяйства ФГОУ ВПО Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова.

Структура и объем диссертации.

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

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

мульчи;

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

6) Технологические операции посева семян и их мульчирования необходимо совместить.

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