Методика расчета рабочего органа машины для послойного фрезерования лесных почв

УДК

630*237.1

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2019.3.97

Аннотация

Обработка почвы под лесные культуры на старых вырубках и гарях является важнейшей технологической операцией искусственного лесовосстановления. Машина для послойного фрезерования почв под посадку лесных культур представляет собой навесной механизм, агрегатируемый с гусеничным трелевочным трактором, оборудованным системой отбора мощности и задним навесным механизмом. Особенность агрегата рассматриваемой конструкции заключается в выполнении технологического процесса подготовки почвы под посадку не резанием, а отряхиванием задернелого пласта, подрезанного снизу плоскорезом. При этом корни и травяная растительность удаляются за пределы обрабатываемой полосы, что исключает ее зарастание нежелательной растительностью. При произрастании хвойных пород в дне борозды на средних и тяжелых суглинках отмечаются сильное торможение роста культур, а также значительные анатомические изменения в их строении. Обработка почвы лесными серийными фрезами при малой толщине гумусового слоя приводит к перемешиванию перегнойных почвенных горизонтов с подзолистым горизонтом, при этом обработанный слой оказывается беднее питательными веществами, чем необработанные участки. Предлагается описание конструкции машины для послойного фрезерования почвы, принципа работы и технологии ее применения, приведена методика ее расчета. При использовании агрегата почвенные горизонты не перемешиваются, не происходит снятия плодородного слоя почвы, что улучшает всхожесть семян лесных культур и положительно влияет на рост сеянцев. Обоснование параметров машины при выполнении работ по подготовке почвы под посадку лесных культур вызывает необходимость нахождения связей между кинематическими характеристиками расположения активных рабочих органов машины и внешней средой. Задачи теоретических исследований: выбор кривой расположения сепарирующих роторов машины; факторный анализ процесса сепарации почвенного пласта вибрационными рабочими органами; разработка методики расчета затрат мощности на подрезание почвенного пласта горизонтальным ножом и его отрезание вертикальными стойками. Предложенный технологический процесс значительно менее энергоемок по сравнению с традиционными технологиями. Применение машины для послойного фрезерования лесных почв повышает качество лесовосстановительных работ, увеличивая их эффективность за счет применения новой технологии.

Сведения об авторах

С.Н. Орловский, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: N-6780-2019, ORCID: 0000-0001-8904-834X
Красноярский государственный аграрный университет, просп. Мира, д. 90, г. Красноярск, Россия, 660049; e-mail: info@kgau.ru, orlovskiysergey@mail.ru

Ключевые слова

обработка почвы, послойное фрезерование, подрезающий нож, роторы, отряхивание пласта, лесные культуры

Для цитирования

Орловский С.Н. Методика расчета рабочего органа машины для послойного фрезерования лесных почв // Лесн. журн. 2019. № 3. С. 97–109. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.3.97

Литература

1. Батин С.Ю. Метод и результаты количественной оценки вертикального перемещения слоев почвы при обработке машинами фрезерного типа // Молодежь и научно-технический прогресс. Красноярск, 1990. Ч. 2. С. 86–88.
2. Гутер Р.С., Янпольский А.Р. Дифференциальные уравнения: учеб. пособие для вузов. М.: Высш. шк., 1976. 304 с.
3. Ильин В.А., Позняк Э.Г. Основы математического анализа: учеб. М.: Наука. Ч. 1. 1971. 600 с. Ч. 2. 1973. 448 с.
4. Кацев П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1974. 239 с.
5. Корниенко П.П., Сериков Ю.М., Зинин В.Ф., Казаков В.И. Механизация обработки почвы под лесные культуры. М.: Агропромиздат, 1987. 247 с.
6. Коршун В.Н., Карнаухов А.И., Кухар И.В. Метод анализа технологических машин для лесного хозяйства // Системы. Методы. Технологии. № 2(30). 2016. С. 163–169. DOI: 10.18324/2077-5415-2016-2-163-169
7. Кураев В.Н., Шестакова В.А. Изменение свойств почв при различных способах подготовки их к лесным культурам // Лесоведение. 1970. № 1. С. 75–82.
8. Кухар И.В. Роторная машина для послойной обработки почв // Экологическое образование и природопользование в инновационном развитии региона: сб. ст. по материалам межрегион. науч.-практ. конф. школьников, студентов, аспирантов и молодых ученых (Красноярск, 19 февр. 2014 г.). Т. I. Красноярск: СибГТУ, 2014. С. 80–81.
9. Орловский С.Н. Проектирование машин и оборудования для садово-паркового и ландшафтного строительства: учеб. пособие. Красноярск: СибГТУ, 2004. 108 с.
10. Орловский С.Н., Карнаухов А.И. Теоретические предпосылки к обоснованию параметров и режимов работы роторных рабочих органов // Лесн. журн. 2012. № 4. С. 70–76. (Изв. высш. учеб. заведений).
11. Орловский С.Н., Кухар И.В. Технология послойного фрезерования почв при их обработке под лесные культуры и орудие для ее выполнения // Сиб. лесн. журн. 2017. № 3. С. 74–80. DOI: 10.15372/SJFS20170307
12. Вell B. The Tractor Ploughing Manual. Old Pond Publishing Ltd, 2004. 128 p.
13. Bell B.J., Opperman C., Whittome C. Ploughs and Ploughing Techniques. London: Farming Press Productions, 2002. 131 p.
14. Brigden R. Ploughs and Ploughing. York, UK: Shire Publications, 2008. 32 p.
15. Douglas J.Sh., Hart R.A. Forest Farming: Towards a Solution to Problems of World Hunger and Conservation. Boulder, CO: Westview Press, 1985. 207 p.
16. Fenton G.A., Griffiths D.V. Risk Assessment in Geotechnical Engineering. New Jersey: Wiley, 2008. 480 p. 17. Jones P.C., Hawkend J.H. Stump Grinders. USA, Austin, 2014. 156 p.

Поступила 11.04.18

Ссылка на английскую версию:

Calculation Procedure of Machine Working Body Parameters for Rotary Cultivation of Forest Soils Layer by Layer

UDC 630*237.1
DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.3.97

Calculation Procedure of Machine Working Body Parameters for Rotary Cultivation of Forest Soils Layer by Layer

S.N. Orlovskiy, Candidate of Engineering, Assoc. Prof.; ResearcherID: N-6780-2019, ORCID: 0000-0001-8904-834X
Krasnoyarsk State Agrarian University, prosp. Mira, 90, Krasnoyarsk, 660049, Russian Federation; e-mail: info@kgau.ru, orlovskiysergey@mail.ru

Machine for soil rotary cultivation layer by layer before forest crops planting is an attachment mechanism modularized with a track skidder equipped with power take-off system and a rearward suspended device. The feature of the described mechanism is primary soil preparation not exclusively by cutting, but by the means of shaking off a turfy layer cut from beneath with a subsurface cultivator; roots and grass are then removed out of the cultivated zone, thus preventing its recolonization by weeds. Growth of conifers planted on the bottom of furrows made in medium and heavy clay loam is severely decelerated, and significant abnormities in the morphology of seedlings are observed. Cultivation of soil having thin humus layer with standard forestry rotary cutters results in blending black mold with ash gray horizon, this makes cultivated soil less fertile. The design of machine for soil rotary cultivation layer by layer is suggested; methods of its computation, design, operating principles, and exploitation technology are given. The cultivated soil remains unblended, and its fertile layer is not removed, which improves the conditions for germination of seeds and favoring seedling growth. Substantiation of the machine parameters for soil preparation before forest crops planting makes it necessary to find the correlation between kinematic characteristics of active working bodies and the environment. The tasks of theoretical research included: choice of separating machine rotors arrangement curve; factor analysis of the process of soil layer separation with vibrating working bodies; calculation procedure of power input on undercutting the soil layer with a horizontal knife and its cutting off by the vertical pillars. The suggested technological process demands considerably less energy than traditional procedures. Usage of the machine for forest soil rotary cultivation layer by layer enhances the quality of reforestation works, and decreases its energy costs owing to implementation of a new technology.

For citation: Orlovskiy S.N. Calculation Procedure of Machine Working Body Parameters for Rotary Cultivation of Forest Soils Layer by Layer. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2019, no. 3, pp. 97–109. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.3.97
Keywords: soil cultivation, rotary cultivation layer by layer, undercutting knife, rotors, layer shaking off, forest crops

REFERENCES

1. Batin S.Yu. A Method and Results of Quantitative Evaluation of Vertical Movement of Soil Layers on Treatment with Rotary Cultivation Machines. Youth and Scientific and Technological Progress. Krasnoyarsk, 1990, part 2, pp. 86–88.
2. Guter R.S., Yanpol’skiy A.R. Differential Equations: Educational Textbook for Universities. Moscow, Nauka Publ., 1976. 304 p.
3. Il’in V.A., Poznyak E.G. Fundamentals of Mathematical Analysis: Textbook. Moscow, Nauka Publ., 1976. 448 p.
4. Katsev P.G. Statistical Methods of Cutting Tools Research. Moscow, Mashinostroyeniye Publ., 1974. 239 p.
5. Korniyenko P.P., Serikov Yu.M., Zinin V.F., Kazakov V.I. Mechanization of Soil Cultivation for Forest Crops. Moscow, Agropromizdat Publ., 1987. 247 p.
6. Korshun V.N., Karnaukhov A.I., Kuhar I.V. Analysis method for forestry technological machines. Sistemy. Metody. Tekhnologii [Systems. Methods. Technologies], 2016, no. 2(30), pp. 163–169. DOI: 10.18324/2077-5415-2016-2-163-169
7. Kurayev V.N., Shestakova V.A. Soil Modification by Various Means of Its Cultivation before Artificial Forest Planting. Lesovedenie [Russian Journal of Forest Science], 1970, no. 1, pp. 75–82.
8. Kukhar I.V. Rotor Machine for Soil Cultivation Layer by Layer. Ecological Education and Environmental Management in the Innovative Development of the Region: Collection of Academic Papers on the Materials of the Int. Sci.-Pract. Conf. of Schoolchildren, Students, Postgraduate Students, and Young Scientists. Krasnoyarsk, February 19, 2014. Vol. 1. Krasnoyarsk, SibSAU Publ., 2014, pp. 80–81.
9. Orlovskiy S.N. Designing Machines and Equipment for Park and Garden Landscaping: Educational Textbook. Krasnoyarsk, SibSAU Publ., 2004. 108 p.
10. Orlovsky S.N., Karnaukhov A.I. Theoretical Background of Rotary Tools Parameters and Operating Modes. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2012, no. 4, pp. 70–75.
11. Orlovskiy S.N., Kukhar I.V. The Technology of Layer-Specific Rotary Soil Cultivation for Forest Crops and Equipment for Its Implementation. Sibirskij Lesnoj Zhurnal [Siberian Journal of Forest Science], 2017, no. 3, pp. 74–80. DOI: 10.15372/SJFS20170307
12. Вell B. The Tractor Ploughing Manual. Old Pond Publishing Ltd, 2004. 128 p.
13. Bell B.J., Opperman C., Whittome C. Ploughs and Ploughing Techniques. London, Farming Press Productions, 2002. 131 p.
14. Brigden R. Ploughs and Ploughing. York, UK, Shire Publications, 2008. 32 p.
15. ouglas .S ., Hart R.A. Forest Farming: Towards a Solution to Problems of World Hunger and Conservation. Boulder, CO, Westview Press, 1985. 207 p.
16. Fenton G.A., Griffiths D.V. Risk Assessment in Geotechnical Engineering. New Jersey, Wiley, 2008. 480 p. 17. Jones P.C., Hawkend J.H. Stump Grinders. USA, Austin, 2014. 156 p.

Received on April 11, 2018