Совершенствование технологий и создание новых средств механизации для ухода в лесных питомниках и культурах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.21.01, доктор технических наук Котов, Алексей Александрович

• Котов, Алексей Александрович
• доктор технических наук
• 2009

Оглавление диссертации доктор технических наук Котов, Алексей Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Методы борьбы с сорняками и их эффективность.

1.1.1. Классификация методов.

1.1.2. Биологический метод.

1.1.3. Химический метод.

1.1.4. Контактный способ химического метода.

1.2. Лесоводственная эффективность химического ухода за лесными культурами.

1.3. Влияние гербицидов и арборицидов на лесную среду.

1.4. Специфика борьбы с сорняками в лесных питомниках.

1.5. Анализ конструкций машин контактного типа.

1.6. Анализ исследований по обоснованию параметров машин для химического ухода.

1.7. Анализ исследований по обоснованию материала покрытия контактора.

1.8. Анализ исследований физико-механических свойств растений.

1.9. Выводы.

1.10. Цели и задачи исследований.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СОРНОЙ

РАСТИТЕЛЬНОСТИ.

2.1. Анализ сил реакции растений, возникающих при контактной обработке.

2.2. Анализ сил, действующих на частицу препарата на растении.

2.3. Исследование колебаний стволиков нежелательной древесной растительности.

2.4. Исследование изгиба растений.

2.5. Выводы.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СОРНОЙ

РАСТИТЕЛЬНОСТИ.

3.1. Методика экспериментальных исследований физико-механических свойств нежелательной древесной растительности.

3.2. Методика экспериментальных исследований колебаний растений.

3.3. Результаты экспериментальных исследований физико-механических свойств нежелательной древесной растительности.

3.4. Исследование формы стволиков древесных растений.

3.5. Определение приведенного модуля упругости растений статическим методом.

3.6. Анализ параметров колебаний древесной растительности 4 Стр.

3.7. Определение модуля упругости стволиков динамическим методом.

3.8. Исследование возможных потерь рабочей жидкости с поверхности растений при контактном способе.

3.9. Выводы.

4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА ПОКРЫТИЯ КОНТАКТОРА.

4.1. Исследование процесса переноса жидкости в покрытии контактора.

4.2. Исследование механизма вытеснения жидкости из покрытия рабочего органа.

4.3. Исследование потерь препарата из покрытия контактора

4.3.1. Анализ сил, действующих на частицу жидкости в покрытии барабана.

4.3.2. Влияние параметров рабочего органа и свойств материала и рабочей жидкости на потери препарата.

4.4. Выводы.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА ПОКРЫТИЯ КОНТАКТОРА.

5.1. Методика лабораторных исследований распределения радиусов эквивалентного капилляра материала покрытия

5.2. Методика лабораторных исследований потерь жидкости из материала покрытия контактора.

5.3. Методика -исследования механизма вытеснения жидкости из покрытия при его деформации сжатия.

5.4. Методика изучения прочностных свойств материала рабочей поверхности.

5.5. Результаты исследования пористости материала покрытия

5.6. Результаты лабораторного исследования потерь жидкости из материала покрытия контактора.

5.7. Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований потерь жидкости из покрытия барабана.

5.8. Результаты изучения прочностных свойств материала.

5.9. Результаты лабораторного исследования механизма вытеснения жидкости из материала покрытия.

5.10. Выводы.

6. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И

РЕЖИМОВ РАБОТЫ МАШИН ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО • УХОДА КОНТАКТНЫМ СПОСОБОМ В ЛЕСНЫХ ПИТОМНИКАХ И КУЛЬТУРАХ.

6.1. Обоснование технологической схемы машины для химухода за лесными культурами.

6.2. Обоснование технологической схемы машины для химухода за посадочным материалом.

6.3. Моделирование экологически чистой машины.

6.4. Обоснование направления вращения барабана.

6.5. Обоснование способа и параметров питания контактора—

6.5.1. Исследование процесса питания барабана

6.5.2. Исследование потерь жидкости при питании контактора —

6.6. Определение критической угловой скорости барабана.

6.7. Установление функциональной зависимости нормы расхода пестицидов при контактном способе.

6.8. Исследование кинематики рабочего органа.

6.9. Выводы.

7. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАШИН ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО УХОДА ЗА ВЫРАЩИВАЕМЫМ ПОСАДОЧНЫМ МАТЕРИАЛОМ И ЛЕСНЫМИ КУЛЬТУРАМИ.

7.1. Методика полевых исследований машины для ухода за лесными культурами.

7.2. Определение начальной влажности материала покрытия.

7.3. Результаты полевых исследований машины для ухода за лесными культурами.

7.4. Анализ экологической безопасности нанесения арборицида на древесную растительность.

7.5. Анализ результатов исследований и обоснование рациональных параметров рабочего органа.

7.6. Методика полевых исследований машины для ухода за выращиваемым посадочным материалом.

7.7. Результаты полевых исследований машины для ухода за выращиваемым посадочным материалом.

7.8. Выводы.

8. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И

РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ.

8.1. Создание машины для химического ухода за культурами

8.2. Создание машины для химического ухода в лесных питомниках.

8.3. Внедрение результатов исследований.

8.4. Расчет экономической эффективности.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование технологий и создание новых средств механизации для ухода в лесных питомниках и культурах»

Актуальность проблемы. Федеральная Целевая Программа «Экология и природные ресурсы России (2002-2010)», утвержденная Постановлением Правительства РФ (№ Пр-860 от 7 декабря 2001 г.), предусматривает ряд неотложных мер по воспроизводству лесов России. Лесовосстановительные мероприятия намечены на площади 6,9 млн. га, лесоразведение — на 160 тыс. га. Для выполнения Программы лесовосстановления лесного фонда в период с 2002 по 2010 гг. планируется ежегодное выращивание лесопосадочного материала в количестве, в среднем 1370 млн. шт. Такие объемы требуют существенного наращивания темпов лесопитомнического производства.

Процессы производства посадочного материала высокозатратны, длительны и отличаются многоступенчатостью технологических циклов. Большая доля затрат приходится на борьбу с сорной растительностью. Ее выполняют на разных этапах лесовыращивания и на различных объектах, в том числе в питомниках, на лесосеменных участках, плантациях, в культурах, молодняках естественного происхождения и т.д. Во всех названных случаях, чтобы сохранить и вырастить ценные деревья и кустарники, нужно удалить сорные и менее ценные растения, что сопряжено с большими затратами материальных ресурсов. Так, в лесных питомниках открытого грунта затраты на борьбу с сорняками могут достигать 70.80 % от общих затрат [203]. Аналогичная ситуация имеет место и в лесных культурах, закладываемых и выращиваемых на вырубках и гарях с относительно богатыми почвами или на месте малоценных древостоев в порядке их реконструкции.

Применяемый в настоящее время механический метод ухода, включающий в себя подрезание, вычесывание и скашивание сорняков, является наиболее распространенным как в сельском; так и лесном хозяйстве. Недостатком его являются низкая эффективность, высокая кратность проведения уходов.

По сравнению с механическими способами устранения сорных растений технологии химического ухода за посадочным материалом и лесными культурами имеют следующие преимущества: простота применения, доступность, высокая эффективность, быстрота действия и экономичность. Химический метод позволяет поднять производительность труда при проведении таких работ в несколько (а иногда — и в десятки) раз. В настоящее время без помощи пестицидов невозможно сберечь растения от вредящих им организмов [37]. Другие способы их защиты (в том числе биологический) дают положительный результат в ограниченном числе конкретных случаев.

Однако применение для борьбы с сорняками традиционных технологий химического метода (опрыскивание) имеет и свои недостатки. По данным отечественных и зарубежных исследователей потери рабочего раствора при опрыскивании полевых культур существующей техникой составляют 50.80 % от дозы внесения [156, 167, 194, 199, 208]. Учитывая высокую стоимость теряемых препаратов и вред, наносимый ими окружающей среде, можно утверждать, что применяемый способ опрыскивания и существующая техника далеки от совершенства.

Попытки модернизировать способ опрыскивания и устройства для его осуществления (малообъемное и ультрамалообъемное опрыскивание) несколько снижают потери, однако совсем их не устраняют, несмотря на значительное усложнение технических устройств, их удорожание и усложнение эксплуатации [190].

Поэтому большого внимания заслуживают те технологии и средства механизации, которые позволяют сократить или полностью исключить недостатки опрыскивания.

Выбор способа применения веществ, технического средства и технологии в целом определяется механизмом взаимодействия препарата и растения. Особенностью в действии гербицидов является их способность к проникновению в растения через покровные ткани листа и стебля и последующий перенос действующего вещества по растению током веществ. Такой механизм проникновения делает возможным локальное смачивание поверхности растения в виде пленки раствора для достижения того же эффекта действия препарата, что и при нанесении в виде капель при опрыскивании.[110].

Известен способ обработки растений плантицидами, заключающийся в нанесении препарата на растения при их контакте (соприкосновении) с рабочим органом машины, имеющим пористые эластичные элементы, пропитанные раствором гербицида. Способ получил название контактного.

По сравнению с опрыскиванием' этот способ исключает потери препарата за счет сноса ветром и выпадения- на почву, значительно сокращает нормы расхода и практически не допускает загрязнение окружающей среды [190].

При использовании гербицидов и арборицидов. сплошного действия он позволяет обеспечить селективное воздействие на культуры механически, путем нанесения раствора' на нежелательную растительность при минимальном контакте с культурами [110, 222]. Особенно эффективен этот способ в условиях неравномерной засоренности, а также в. редких древостоях, где сплошное опрыскивание приводит к чрезмерному загрязнению почвы.

Но до настоящего времени контактный способ в нашей стране не нашел распространения. Основной причиной этого является' отсутствие технологических регламентов и машин для применения гербицидов и арборицидов* в лесных насаждениях этим способом.

Отсутствие в лесной отрасли специализированной техники по применению химических средств защиты растений в,специфических условиях лесохо-зяйственного комплекса приводит к неоправданным потерям лесохозяйствен-ной продукции и существенному сдерживанию темпов роста воспроизводства лесных ресурсов. Так реальные показатели сохранности лесокультур составляют 40.60%, а во многих случаях - 20.30%. Велика доля ручного труда (до 70% всего рабочего времени), особенно в процессе .ухода за посевами и посадками в посевных и школьных отделениях лесных питомников. Значительная и

часть выращиваемого посадочного материала гибнет при ручных прополках (в лесопитомниках до 60%), а также от вредителей и сорняков в лесокультурах и плантациях.

В' большинстве развитых стран, несмотря на значительную наукоемкость и необходимость больших капиталовложений, одной из сфер экономической деятельности считается создание специализированной техники для лесного хозяйства, поиск эффективных химических средств по уходу за растениями, разработка на этой основе новых малозатратных технологий по воспроизводству и рациональному использованию лесных ресурсов. Актуальность таких работ в нашей стране обусловлена с одной стороны необходимостью интенсификации лесохозяйственного производства России на основе, прежде всего отечественных разработок, и с другой стороны повышением конкурентоспособности российских технологий на мировых рынках.

Технологии защиты хозяйственно ценных пород на основе применения новых машин для,контактного избирательного нанесения гербицидных препаратов имеют широкую востребованность в лесной отрасли, в лесопарковом, городском жилищно-коммунальном хозяйстве, при проведении озеленительных, рекреационных работ и воспроизводстве лесных ресурсов в Центральном, Приволжском и других федеральных округах со сходными лесорастительными условиями.

Исходя из этого и потребности лесохозяйственного производства, появилась необходимость выполнения исследований по совершенствованию технологий и созданию экологически безопасных машин для ухода за сеянцами, саженцами и лесными культурами.

Целью исследования является совершенствование технологий на основе создания новых средств механизации для химического ухода в лесных питомниках и культурах.

Объектами исследований' являются сорная травянистая и нежелательная древесная и кустарниковая растительность в лесных питомниках и культурах; опытные образцы машин для химического ухода контактным способом; сеянцы, саженцы и лесные культуры.

Предметом исследований являются свойства сорняков; процессы экологически безопасной работы машин и их рабочих органов; состояние сеянцев, саженцев и лесных культур.

Методы исследования. Применялись теоретические и экспериментальные методы исследований. В. основу теоретических исследований положены математическое моделирование процессов деформации изгиба сорных растений при контакте с рабочим органом, возможных потерь препарата при питании рабочего органам смачивании растений, распределения раствора пестицида в материале контактора, нанесения'рабочей жидкости на сорняки, методы теоретической механики, сопротивления материалов, гидравлики, дифференциального > и интегрального исчисления. Экспериментальные исследования выполнялись в-лабораторных и полевых условиях с использованием методов активного эксперимента с применением стандартных приемов вариационной статистики. Обработка результатов исследований производилась с использованием стандартных и специально разработанных автором1 программ на- базе компьютерной техники.

Научная новизна работы. Решена проблема, направленная* на совершенствование технологий выращивания посадочного материала и лесных культур на основе применения экологически безопасного контактного способа химического ухода. При решении проблемы механизации химического ухода в лесных питомниках и культурах использован системный подход, обеспечивающий эффективность борьбы с сорняками и экологическую безопасность работы машин. На основании нового контактного способа нанесения пестицидов на сорные растения реализованы технологии химического ухода в лесных питомниках и культурах.

Разработаны математические модели, описывающие механизмы экологически безопасной работы машин, питания контактора, вытеснения раствора пестицида.из материала покрытияфабочего органа за счет упругих свойств обрабатываемых растений, позволяющие определять кинематические параметры, рабочего органа, возможныегпотери при питании и работе контактора и технологические режимы работы машин для обеспечения индивидуального нанесения препарата на сорные растения в зависимости от их биометрических и физико-механических свойств.

Получены экспериментальные зависимости, с помощью которых определены рациональные^ параметры- рабочих органов-и режимы работы машин, исключающие потери рабочей жидкости из материала покрытия контактора и с обработанных гербицидом; сорных растений: Экспериментально- получено выражение; определяющее количество; нанесенного на- сорняки рабочего раствора в зависимости от физико-механических свойств! растений и материала покрытия контактора и режимов обработки.

Достоверность: научных положений; выводов; и рекомендаций подтверждена достаточным объемом лабораторных и полевых исследований, производственной проверкой? параметров разработанных рабочих органов машин, а также достаточно высокой сходимостьюvтеоретических и экспериментальных данных. ■ '

Практическая значимость. По результатам исследований получены исходные данные для проектирования рабочих органов и машин для химического ухода в лесных, питомниках и культурах. Разработаны методики расчета основных конструктивных и кинематических параметров, технологических режимов.: работы; машин для ухода за выращиваемым посадочным материалом; и лесными, культурами. .Разработаны, конструкции,машина для химического ухода в лесных питомниках; и:культурах.

Реализация? результатов? исследований; Машина» для? химического ухода за лесными культурами прошла производственную проверку в Аксеновском и Огудневском лесничествах Щелковского учебно-опытного лесхоза МРУЛ и внедрена в Огудневском лесничестве: этого лесхоза; Машина для. химухода в лесных питомниках прошла производственную проверку в, Сергиево-Посадском питомнике одноименного опытно-механизированного лесхоза, по результатам приемочных испытаний BiOFY «Центрлес» рекомендована к выпуску опытной партии., Результаты теоретических и экспериментальных ис-' следований реализованы в. утвержденных лесотехнических, требованиях на машины, в их конструкциях и использованы Центральным опытно-конструкторским бюро-лесохозяйственного- машиностроения при: изготовлении опытных образцов.

Результаты исследований! нашли; применение в учебном процессе МГУ леса и других вузах лесного профиля; при изучении; дисциплин; «Машины и механизмы», «Система машин в лесном хозяйстве».

Исследования: и разработка машин для» химического- ухода' контактным; способом в лесных питомниках и.культурах выполнены в соответствии с тематическим планом работы на. 1986-1990 г.г. по теме № 182 с ВНИИХлесхозом Госкомлеса СССР (номер' госрегистрации 01860100499), на 1986-1990 г.г. по* госбюджетной; теме № 24' (номер госрегистрацииs 01860042800), на 20042005; f:f. по:теме~Ж.23я1.с;ФЖУИи<Щ0КБлесхозмаш>>;.

Научные: положения; выносимые на защиту:

1. Новые технологии и средства механизации для химического ухода в лесных питомниках и культурах.

2. Математические модели? экологически? чистого процесса нанесения гербицидов на сорную растительность.

3. Результаты исследований* физико-механических свойств нежелательной древесно-кустарниковой растительности, влияющих, на механизм нанесения.рабочей жидкости.

4. Результаты- исследований свойств материала покрытия контактора'.

5. Методы и результаты исследований по ■ обоснованию * рациональных параметров рабочих органов, сочетающих эффективность борьбы с сорняками и экологическую безопасность работы машин.

6. Результаты экспериментальных исследований эффективности изрежи-вания машинами сорной травянистой и нежелательной древесно-кустарниковой растительности при уходе за выращиваемым посадочным материалом и лесными культурами на вырубке:

Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены и одобрены: на международной научно-практической конференции (г. Воронеж, 1998), на VII международной школе-семинаре-по экологии (г. Пущино, 2008), на Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов (г. Мытищи, 1991), на Второй Всесоюзной научно-технической конференции (г. Мытищи, 1991), на Всесоюзной научной,конференции, посвященной 280-летию со дня.рождения М.В: Ломоносова*(г. Архангельск, 1991), на Всесоюзной научно-технической конференции (г. Мытищи, 1997),. на конференции молодых ученых Западного отделения ВАСХНШЬ (г. Гомель, 1990); на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов МГУЛ (1988.2009).

Публикации. По теме диссертации, опубликовано-36 работ общим объемом 53 п.л., включая 1 монографию,- 1 справочник, У учебных пособия, 1 патент на изобретение, в том числе 8* в изданиях, рекомендованных ВАК. Лично автором опубликовано 23 работы общим объемом 34 п.л.

Структура и объем работы: Диссертационная работа состоит из введения, восьми глав, заключения, библиографического списка, 9 приложений. Основная часть содержит 292 страницы машинописного текста, 125 рисунков, 30 таблиц. Библиографический список включает 231 источник, в том числе 24 на иностранных языках.

Заключение диссертации по теме «Технология и машины лесозаготовок и лесного хозяйства», Котов, Алексей Александрович

7.8. Выводы

1. Намеченная программа исследований охватывает весь комплекс вопросов по обоснованию технологий внесения гербицидов и плантицидов, параметров и режимов работы машин для химического ухода за выращиваемым посадочным материалом и лесными культурами контактным способом.

2. Разработанные планы проведения экспериментальных исследований позволяют выявить влияние всех основных факторов на выходные параметры процесса химического ухода за выращиваемым посадочным материалом и лесными культурами.

3. Экспериментальные исследования подтвердили теоретические положения о влиянии упругих свойств обрабатываемых растений на количество наносимого на них гербицида, т.е. на степень изреживания.

4. Исследованиями установлены рациональные параметры рабочих органов машин и технологические режимы их работы. Принятые параметры рабочего органа исключают потери жидкости при обеспечении качественного нанесения ее на сорные растения.

5. Сравнение результатов теоретических и экспериментальных исследований показало их достаточно хорошую сходимость.

8. ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

8.1. Создание машины для химического ухода за культурами Для проверки принципиальной возможности изреживания сорной растительности при контактном смачивании ее гербицидами рабочим органом в виде вращающегося барабана в-1986 г. на кафедре механизации лесохозяйствен-ных работ МЛТИ была изготовлена экспериментальная установка [30, 88, 94, 98]. Она навешивалась на тракторы типа Т-25 и МТЗ-80/82. Барабан решетчатой конструкции, обтянутый водопоглощающим материалом, который пропитан раствором гербицида, имел встречное вращение. Его привод осуществлялся от колеса, снабженного почвозацепами: Зубчатая передача обеспечивала вращение барабана с угловой скоростью, в 1,5 раза превышающей скорость ведущего колеса. Подъем установки в транспортное положение осуществлялся навесной системой, трактора. Высота подъема барабана над поверхностью почвы составляла 600 мм.

Проведены испытания экспериментальной установки (рис. 8.1): их целью было установление возможности и эффективности использования контактного устройства на лесокультурных площадях. Эффективность определялась путем обработки гербицидами сорных растений на пробных площадях. Обрабатывались не покрытые лесом площади участка, расположенного на территории Гребневского питомника ЩУОЛХ МГУЛ (МЛТИ).

Результаты испытаний показали возможность использования контактной гербицидной машины в лесном хозяйстве.

Следующим этапом работы было создание опытного образца машины для внесения гербицидов контактным способом, при химическом уходе за культурами. При его создании учитывались результаты испытаний экспериментальной установки и данные, полученные другими исследователями. В' образце использовался капиллярный способ питания контактора. Испытания опытного образца проведены в июле 1988 г. в Аксеновском лесничестве, а после доработки конструкции - в июле 1989 г. в Огудневском лесничестве этого же лесхоза (рис. 8.2, 8.3). Машина агрегатировалась на задней навеске тракторов ДТ-75 и ТДТ-55.

Рис. 8.1. Проведение испытаний экспериментальной установки в Гребневском питомнике Щелковского учебно-опытного лесхоза (ЩУОЛХ)

Испытания машины в условиях вырубки подтвердили теоретические положения (п. 6.4) о том, что при встречном вращении барабанов увеличивается тяговое сопротивление машины и снижается качество работы, а также безотказность и способность преодолевать препятствия. Об этом свидетельствовали частые обрывы цепей привода и другие отказы (деформация рабочей поверхности барабанов).

Рис, 8.2. Проведение испытаний доработанного опытного образца машины для внесения гербицидов в кв. 78 Огудневского лесничества ЩУОЛХ

Рис. 8.3. Обработка сорной растительности уталом на кипрейно-разнотравной вырубке в кв. 83 Огудневского лесничества ЩУОЛХ

Улучшенная конструкция опытного образца отличалась от первой попутным вращением барабанов, поэтому ее работа проходила безотказно. Опорно-приводные колеса и барабаны удовлетворительно преодолевали препятствия (пни высотой до 30 см) без подъема машины в транспортное положение. Скорость движения агрегата не превышала 3 км/ч (число пней - более 600 шт./га). Диаметр барабанов составлял 0,6 м.

Испытания опытного образца показали, что трудно седлать ряд культур без их механического повреждения при минимальной ширине защитной зоны и преодолевать машиной препятствия при заднем навешивании. При этом не обеспечена необходимая обзорность и затруднены условия работы тракториста. Следовательно, в условиях вырубки, где отсутствует прямолинейность рядов культур, целесообразно применять машину с передним навешиванием на трактор. Испытания также показали, что необходимо уменьшить массу машины, диаметр барабанов и объем резервуара (заправка на одну смену). Для предотвращения поломок узлов и- налипания частиц минерализованной почвы на смоченную гербицидом рабочую поверхность предусмотреть установку салазок-лыж (ограждения) под барабаны. Кроме этого необходимо было выпол- ' нить в конструкции машины автоматическое отключение подачи препарата на контакторы при прерывании их контакта с сорной растительностью, в частности, при подъеме барабанов «и переезде машины через препятствия, при разворотах и в транспортном положении.

На основании патентных и теоретических исследований и результатов испытаний опытного» образца была разработана технологическая'схема машины, и в 1990т. изготовлен ее опытный образец с передней навеской, в котором были устранены все отмеченные выше недостатки [30, 31, 32, 79].

Технологическая схема представлена на рис. 8.4. Она содержит раму 1 с опорно-приводными колесами 2. Трансмиссия привода 3 барабанов 12 выполнена в виде шарнирного сочленения полых тяг, внутри которых находятся ременные передачи, кинематически связывающие барабаны с опорно-приводными колесами. Полые,тяги установлены,шарнирно соответственно на валах барабанов и колес. На1 шарнирном сочленении полых тяг шарнирно ус-тановленыгшток гидроцилиндра 11 и конец компенсирующей гибкой тяги 10; гидроцилиндр шарнирно укреплен на раме. На ней также установлен блок, который удерживает компенсирующую гибкую тягу, связанную со штоком постоянно замкнутого пружиной клапана 9. Клапан связан со шлангами 8 для подачи раствора гербицида из бака 7 в капельницы 5, которые служат для дозированного нанесения препарата на покрытие барабана. Барабан имеет огра ждение (лыжи) 6, которое связано с рамой цепью 4 установки высоты барабана и шарнирно закрепленным на раме поводком. Для предотвращения контакта рабочей поверхности барабанов с лесными культурами и попадания препарата на них рабочие органы защищены с внутренней стороны отражательными щитками, жестко закрепленными на ограждении.

7 8 9 10 9

Рис. 8.4. Конструктивно-технологическая схема машины для химического ухода за лесными культурами контактным1 способом: 1 — рама, 2 - опорно-приводное колесо, 3 - трансмиссия привода, 4 — цепь установки высоты барабана, 5 — капельница, 6 - ограждение, 7 — бак, 8 — шланг, 9 - постоянно замкнутый клапан, 10 — позиционный выключатель, 11 — гидроцилиндр, 12 - барабан

Объем бака, обеспечивает непрерывную работу машины в течение 6-часовой рабочей смены. Бак имеет устройство, позволяющее контролировать количество препарата в нем, и сливную пробку для удаления остатка раствора.

Конструкция, машины выполнена на уровне изобретения (патент РФ № 2002411 на изобретение. - 1993. - Б.И. № 41-42) [91].

Испытания опытного образца машины с передней навеской проводились в тех же кварталах в июле 1990 г. и после доработки — в июле 1991 г. (рис. 8.5). Производственная проверка проходила при уходе за культурами ели разного возраста. Доза внесения препарата по д.в. изменялась от 1 до 5 кг/га [94].

При проведении учетов состояния сорной растительности отмечался эффект ее.подавления после проведения,обработок (рис. 8:6). Высота сорной-травянистой растительности на следующий,год вместо 1,5 м в.контроле составляла 0,4 м в опыте. Анализируя состояние культур после химухода, отмечено, что около 0,55 % их имели повреждения-за счет контакта с гербицидом, (в пределах нормы) и около>2,33 % - по причине наезда на них агрегата. Причем эти повреждения-имели место в основном при разворотах агрегата в конце гонов. При заднем навешивании машины повреждений культур было в 2,4'раза больше.

Анализируя^ результаты производственной проверки опытного образца машины- с передней навеской, необходимо отметить, что созданная', конструкция отвечает требованиям, предъявляемым к аналогичным средствам механизации.

При производственной проверке машины испытывались три материла покрытия барабана: пористая резина, войлок ТФ4 и ЛТК-60-4000: Последний, кроме отмеченных в гл. 4" преимуществ, выявил еще одно: отсутствие налипания почвенных частиц на' рабочую поверхность, что имело место у первых t двух материалов. Таким образом, был сделан окончательный выбор материала покрытия.

Конструкция «устройства для подачи препарата на-рабочую поверхность, выполненная у опытного образца машины с передней навеской в виде

Рис. 8.5. Производственная проверка опытного образца машины в кв. 78 Огудневского лесничества ЩУОЛХ

Рис. 8.6. Результаты изреживания сорной растительности через месяц после проведения уходов капельниц, обеспечила более высокую равномерность расхода, по сравнению с капиллярной подачей гербицида посредством фитилей у опытного образца с задней навеской.

Машина по результатам испытаний показала способность преодолевать пни высотой до 0,3 м и обрабатывать поросль высотой доЗ. .4-хметров.

При производственной проверке машины в общей сложности обработано около 10 га культур.

8.2. Создание машины для химического ухода в лесных питомниках

Машина для химического ухода зa^ выращиваемым посадочным материалом, получившая название «Оборудование для* уничтожения* сорняков' ОУС-1,2» предназначена для уничтожения сорной растительности в . питомниках путем нанесения, раствора гербицида на!ее листовую и стеблевую поверхность методом'аппликации, т.е. путем контакта пропитанного до насыщения раствором гербицида полотна с верхушечной частью сорной растительности [80].

Конструкция оборудования ОУС-1,2 разработана и,изготовлена в ФГУП «ЦОКБлесхозмаш» при непосредственном участии кафедры механизации ле-сохозяйственных работ на основании ее теоретических разработок (Приложение 9).

Оборудование включает: раму с двумя шипованными опорными колесами по бокам рамы в ее задней части и с устройством для навешивания оборудования на трактор; контактное полотно, одним, концом прикрепленное к поперечному брусу в передней части рамы, а другим концом к поворотному валику в задней части рамы, оборудованному рукояткой с храповым механизмом; натяжной валик на шарнирно-рычажной подвеске; бак для жидких растворов * гербицидов и распределительную трубку с калиброванными отверстиями для капельно-струйной'подачи раствора гербицида к контактному полотну и равномерного распределения его по ширине полотна, соединенную с баком посредством трубопровода с краном. Последний через рычажно-тросовую систему управляется из кабины трактора, с которым агрегатируется оборудование.

С помощью поворотного валика с рукояткой и храповым механизмом и натяжного валика можно осуществлять натяжение контактного полотна и регулировку уровня его расположения над опорной поверхностью оборудования (при рабочем положении) и угла его наклона к этой поверхности.

Производственная проверка эффективности различных режимов работы машины выполнялась в условиях посевного и школьного отделений лесного питомника Сергиево-Посадского ОЛХ (Московская область) на посевах сосны и ели первого года выращивания и саженцах ели в 2005 г. (рис. 8.7, 8.8) [96] (Приложение 9).

Проведенная оценка состояния посевов перед испытаниями показала, что существующими технологиями при имевшейся степени засоренности,

Рис. 8.7. Оборудование для уничтожения сорняков ОУС-2 в агрегате с трактором МТЗ-82

Рис. 8.8. Оборудование ОУС-1,2 в работе проведение ручных и механизированных прополок, а также применение гербицидов по жидкокапельным технологиям нанесения не представляется возможным без существенного отпада сеянцев. В ходе испытаний установлено, что применение машины позволяет эффективно уничтожать сорную растительность и тем самым существенно увеличивать освещенность посевов хозяйственно ценных пород первого года выращивания [95, 96].

Анализ результатов проведенных испытаний показало, что после применения машины величина освещенности сеянцев, а также наблюдаемое ограничение воздействия прямых солнечных лучей за счет частичного бокового при-тенения сеянцев стеблями усохших сорных растений создают оптимальные условия роста для выращиваемой культуры. Оптимизирование условий выращивания посадочного материала по факторам роста, связанным с освещенностью, является одним из важнейших лесохозяйственных мероприятий, зачастую определяющих величину сохранности посевов и размеры выхода стандартного посадочного материала. В этой связи особую лесохозяйственную значимость приобретает высокая эффективность применения машины, показанная в ходе испытаний на медленно растущих сеянцах хвойных пород, особенно в посевах первого года выращивания, когда сохранность сеянцев во многом определяется уровнем засоренности посевов и соответственно степенью их освещенности.

При применении традиционных технологий выращивания сеянцев хвойных пород существенное зарастание посевов сорной растительностью наблюдается уже через 15 суток после проведения очередной прополки (рис. 8.9). В случае применения машины последующее зарастание посевов сорняками не отмечается даже через 35 суток после проведения ухода (рис. 8.10).

Рис. 8.9. Состояние посевов сосны при выращивании сеянцев по традиционной технологии на основе проведения ручных уходов через 18 суток после проведения очередной прополки

Рис. 8.10. Состояние посевов сосны на основе применения машины с последующим удалением усохших сорняков (через 35 суток после проведения ухода)

Результаты испытаний машины для нанесения гербицидов показывают ее высокую лесохозяйственную эффективность. Так выход сеянцев при применении машины возрастает с 0,7 млн. шт./га до 1,9.2,5 млн. шт./га (см. табл. 7.7), что дает дополнительную прибавку по выходу стандартного посадочного материала с единицы площади более чем в 200 %.

При этом существенно уменьшаются прямые затраты на единицу продукции и соответственно увеличивается рентабельность производства [95]. Показано, что внедрение новых наукоемких технологий, новых материалов, современных химических средств по уходу за растениями, специализированной техники увеличивает рентабельность традиционных производств в десятки и сотни раз. Так прямые расходы на обработку одного гектара посевов хвойных пород машиной с учетом стоимости гербицидных препаратов составляют от 100 до 300 рублей на 1 га. В то же время прямые расходы на уходы за посевами древесных пород при традиционных технологиях выращивания посадочного материала составляют величину от 15000 до 27000 рублей на 1 га и более (в зависимости от уровня механизации работ и состояния рынка труда в регионе).

В ходе испытаний оценивалась также эффективность различных параметров и режимов работы машины. При этом были установлены следующие рациональные режимы работы: рабочая скорость агрегата — 3,0.4,8 км/час; минутный расход рабочего раствора — 1050 мл/мин; концентрация рабочего раствора — 5,66 % (по препарату); норма расхода рабочей жидкости - 106,7 л/га; расчетная доза гербицида — 3.6 кг/га.

Установлено, что отсутствие специализированной техники для применения химических средств защиты растений в специфических условиях лесного хозяйства* приводит к неоправданным потерям лесохозяйственной продукции и существенному сдерживанию темпов роста показателей, воспроизводимости лесных ресурсов. Сохранность сеянцев первого года выращивания существенно выше при применении машины, чем при использовании традиционных схем ухода, основанных на ручных прополках. В ходе испытаний было показано; что при применении новой машины тормозятся процессы последующего отрастания сорняков. По результатам опытно-производственной проверки работоспособности машины признана ее высокая лесохозяйственная эффективность при уходах за посадками хвойных пород в школьных отделениях, особенно в случаях высокого потенциала засоренности производственных площадей.

8.3. Внедрение результатов исследований

При создании машины для химического ухода за лесными'культурами, посаженными на вырубке, контактным способом разработана технология нанесения гербицидов на сорную растительность. Ее особенность заключается в следующем. Уход за культурами осуществляется при седлании их рядка машиной. Агрегат, состоящий из машины, навешенной на трактор спереди, наезжает на рядок культур; машина опускается в рабочее положение (плавающий режим гидравлической навески) до соприкосновения опорно-приводных колес с почвой. При этом автоматически через систему питания из бака раствор гербицида поступает в распределительную штангу и смачивает посредством капельниц рабочую поверхность барабана, который при поступательном движении агрегата вдоль рядка получает вращение через редуктор от опорно-приводного колеса. При, контакте с растениями, осуществляемом на передней и задней поверхностях барабанов, последние наносят препарат на растения с двух сторон.

При встрече колес машины с препятствием (пнем, валежником, и, др.), они; перекатываясь через него, поднимают машину. В.случае наезда на препятствие рабочих органов, они преодолевают его* при помощи салазок-лыж (ограждения), защищающих барабаны снизу и1 спереди. Салазки, скользя через препятствие, поднимают, а, преодолев его, опускают барабаны (при большой высоте препятствия — всю машину) в исходное положение. При- этом подача гербицида автоматически* временно прекращается.

Обработав один ряд культур, машина- поднимается в транспортное положение, подача рабочего раствора также автоматически прекращается, агрегат, развернувшись, подъезжает к следующему ряду и процесс обработки повторяется.

На основании материалов выполненных теоретических и экспериментальных исследований, разработаны и утверждены лесотехнические требования на машину (Приложение 9). К конструкции машины предъявляются требования, обеспечивающие ее эффективную работу в условиях вырубки. Воздействие на сорную растительность должно обеспечиваться за счет нанесения препарата непосредственно на надземные части-растений, т.е. должен обеспечиваться чисто контактный способ. Машина должна обеспечивать обработку сорной растительности высотой от ОД до 1,8 м при уходе за лесными культурами высотой от 0,3 до 0,7 м, посаженными на вырубке. Расход рабочей жидкости должен обеспечиваться в пределах 0;01.0,2 л/мин (норма расхода составляет 1,2.23,8 л/га при скорости агрегата 3,6 км/ч).

Производственная проверка машины показала ее соответствие этим требованиям.

Результаты исследований использованы также при создании опытных образцов машины. ЦОКБлесхозмаш. Предложенные и обоснованные технологическая схема машины, тип рабочего органа, способ питания покрытия и вид его материала, конструктивные, гидравлические и кинематические параметры были приняты в ЦОКБлесхозмаш к разработке и реализованы в металле (Приложение 9).

Внедрение машины, в технологический процесс создания лесных культур на вырубках осуществлено в Огудневском лесничестве ЩУОЛХ МГУЛ (Приложение 9).

При создании машины для химического ухода.за выращиваемым посадочным материалом в лесных питомниках контактным способом также разработана технология нанесения гербицидов на сорную с растительность. Ее особенностью является, следующее. Для, осуществления^ рабочего! процесса в бак оборудования заливают через фильтр раствор гербицида. Кран при этом должен быть закрыт, чтобы рабочий раствор по трубопроводам из бака не поступал к распределительной трубке.

После заправки бака рабочим раствором трактор с навешенным оборудованием заезжает на грядку с культурами, заросшими сорняками. Оборудование из транспортного положения опускается в рабочее до соприкосновения опорных колес с поверхностью земли. G помощью рукоятки с храповым меха1 низмом hi натяжного ролика устанавливается требуемый уровень расположения контактного полотна над верхушечной частью* культурных растений. Трактористом из.кабины трактора посредством рычажно-тросового механизма открывается кран для подачи рабочего раствора к распределительной трубке, а из нее к контактному полотну, которое смачивается и пропитывается рабочим раствором до полного насыщения. После этого трактор осуществляет движение вдоль грядки с культурами, а пропитанное раствором гербицида контактное полотно, скользя по стеблям и листьям сорняков, возвышающихся над культурами, смачивает их гербицидом, который приводит их к уничтожению. В конце грядки с культурами агрегат останавливается, с помощью рычажно-тросового механизма перекрывают кран для прекращения подачи рабочего раствора на контактное полотно. Затем агрегат совершает необходимый маневр "для заезда на новый рабочий гон. Далее процесс повторяется до полного расхода рабочего раствора в баке.

Оборудование ОУС-1,2 летом 2006 г. прошло приемочные испытания на Софринскои МИС (ФГУ «Центрлес»). При испытаниях в посевном отделении питомника уход проводился за однолетними сеянцами боярышника. Степень» уничтожения сорной растительности в рабочей зоне (верхний ярус высотой I

25.75 см) составила 100 %, а сохранность сеянцев — 92,1 %. В школьном отделении был проведен химический уход за» саженцами ели обыкновенной при высоте контактной поверхности более 15 см. При этом степень уничтожения сорной растительности в верхнем ярусе составила 100%, сохранность саженцев 98,5 %.

По результатам приемочных испытаний ОУС-1,2 рекомендовано к выпуску опытной партии (Приложение 9).

Результаты исследований по данной проблеме в течение 20 лет применяются в учебном процессе на кафедре механизации! лесохозяйственных работ МГУЛ: при проведении практических и лабораторных занятий и выполнении курсового и дипломного проектирования [89, 119, 161, 163] (Приложение 9).

Расчет экономической эффективности от внедрения машины для ухода за лесными культурами выполнен в сравнении с агрегатом лесным химическим AJIX-2 [22], а машины для ухода за выращиваемым посадочным материалом — в сравнении с опрыскивателем малогабаритным ОМ-630-1 по методике ОСТ 10 2.18-2001 «Испытания сельскохозяйственной техники: методы экономической оценки» [141] в ценах сентября 2008 г (Приложение 8). Первая машина агрегатируется с трактором МТЗ 82.П, вторая и базовые — с трактором МТЗ 82.1. При расчете использованы данные Сергиево-Посадского лесного питомника и Щелковского УОЛХ. При расчете приняты среднерыночные цены тракторов, топлива и гербицида.

Приведенный экономический эффект от внедрения машин для ухода за лесными культурами составил 4,3 тыс. руб./га, для ухода за сеянцами - 478,8 тыс. руб./га, за саженцами - 239,1 тыс. руб./га (в ценах сентября 2008 г ).

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Котов, Алексей Александрович, 2009 год

1.1. Диссертационная работа Котова А. А. «Обоснование технологической схемы параметров и режимов работы машины для химического ухода за лесными культурами контактным способом», МЛТИ, М., 1992 г.

2. УТВЕРЖДАЮ Директор Дмитровского филиала ФГУП «Мослес»1. З.А. Семаев 200 3 г.1. АКТпроизводственных испытаний машины для ухода за выращиваемым посадочным материалом (Оборудование для уничтожения сорняков ОУС-1.2) в Сергиево-Посадском лесопитомнике

3. В июле 2005 в Сергиево-Посадском питомнике проведены производственные испытания опытного образца машины для химического ухода за сеянцами и саженцами, разработанной ЦОКБлесхозмаш совместно с кафедрой механизации МГУЛ.

4. Цель работы оценка пригодности и целесообразности применения опытного образца машины для химического ухода при выращивании посадочного материала древесных пород в лесных питомниках.

5. В процессе испытаний исследовались различные режимы работы образца машины. Оценивалась работоспособность отдельных узлов и общая лесохозяйственяая эффективность применения оборудования.

6. Оценку эффективности различных режимов работы опытного образца проводили в производственных условиях посевного и школьного отделений лесопитомника на посевах сосны и ели первого года выращивания и посадках ели текущего года.

7. В посевном отделении обработанная площадь составила 0.17 га.

8. Высота верхнего яруса сорной растительности на посевных грядах изменялась от 50 до 70 см. Фенофазное состояние основной массы сорных растений период активного роста накануне фазы цветения.

9. В школьном отделении обработанная площадь составила 0,7 га.

10. Концентрация рабочего водного раствора гербицидного препарата составляла 10 %. Рабочая скорость агрегата 3,1 .6,5 км/ч.

11. В результате испытаний выявлены эффективные режимы применения машины, установлена высокая сохранность сеянцев и саженцев древесных пород, гибель сорной растительности до 99 %.in, 'U--—

12. Tps'ap^S'.S,- ч ^ т.о " * \\ '■P:~nspr.t W «г "1. Реi енералъный днректсрЮАО-»/- гч< ЦОКз л ecxo3:v)ekffi>1. NX-2 'У>

13. Инженер Зав. группы ФГУ «ВНИИЛМ» Доцент МГУЛПv^KV* Ы

14. В.И. Казаков Н.В. Маркина Е.Н. Лобанова А.А. Котов1. УТВЕРЖДАЮ

15. Директор ФГУП «ЦОКБлесхозмаш»1. В.И.Казаков1. АКТо внедрении результатов исследований по разработке технологии и средств механизации для химического ухода за растениями

16. В результате было создано оборудование для уничтожения сорняков в лесных питомниках путем контактного нанесения гербицидов, которое успешно прошло испытания и рекомендовано к постановке на серийное производство.

17. Следует отметить, что Котов А.А. принимал непосредственное и активное участие в разработке этого оборудования и проведении его испытаний.

18. Главный инженер —Г.Н. Беглова

19. Зав. отделом разработки и испытаний лесохозяйствеиной техники Е.К. Блинов1. ПРОТОКОЛ №3от 29 сентября 2006 г приемочных испытаний оборудованиядля уничтожения сорняков ОУС-1,2 конструкции ФГУП «ЦОКБлесхозмаш»1. Год изготовления1. Заводской номер

20. Дата представления на испытания по плану

21. Принят на испытания Испытания окончены

22. Объем работ, ч экспл. времени:- по плану- фактически

23. Настоящий протокол составлен на ний.2006 б/нмай 2006 г 05.07.06 г 24.07.06 г8012 ч осн. времени первичных материалов испыта

24. Образец испытывается ФГУ «Центрлес» первый год.3

25. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА 1.1. Техническое описание

26. Описание технологического процесса и организации, работ

27. Для осуществления рабочего процесса в бак 11 оборудования (рис.1) заливают через фильтр раствор гербицида. Кран 14 при этом должен быть закрыт, чтобы рабочий раствор по трубопроводам 13 из бака И не поступал к распределительной трубке 12.