CC BY
75
УДК 630*232.326 Д.Ю. Дручинин
МЕХАНИЗАЦИЯ ПЕРСПЕКТИВНОГО СПОСОБА ВЫКОПКИ КРУПНОМЕРНЫХ САЖЕНЦЕВ С КОМОМ ПОЧВЫ
В статье представлен один из перспективных способов лесовосстановления и озеленения - вы-копка и пересадка крупномерных саженцев с комом почвы. Дано описание конструкции разработанной вы-копочной машины.
Ключевые слова: выкопка саженцев, патент, машина, ком почвы, лесовосстановление.
D.Yu. Druchinin MECHANIZATION OF THE PERSPECTIVE TECHNIQUE FOR LARGE SAPLING LIFTING WITH CLODS
One of the perspective ways for reforestation and landscaping that is lifting and replanting of the large saplings with a clod is given in the article. The description of the developed lifting machine design is given.
Key words: sapling lifting, patent, machine, clod, reforestation.
Введение. В последнее время в лесовосстановительных работах и лесовыращивании все большую популярность приобретает способ создания культур крупномерными саженцами, которые пересаживают с комом почвы. Этот способ находит широкое применение при озеленении городов, создании ландшафтного дизайна [1].
Преимущества крупномерного посадочного материала следующие: он хорошо приживается и более устойчив в конкуренции с травяной растительностью, применение крупномерных саженцев с комом почвы позволяет ликвидировать сезонность в посадочных работах и сокращает объем работ по подготовке почвы, так как саженцы можно пересаживать в любое время года, в том числе и зимой [2].
Однако механизация данного трудоемкого процесса развита крайне слабо. Не считая тросовой подрезки кома и использования подъемных кранов, процесс выкопки посадочного материала крупных саженцев чаще всего остается немеханизированным и крайне трудоемким, низкопроизводительным.
Крупномерные саженцы выкапываются вручную с помощью обычных лопат и топоров. Эти инструменты в работе неудобны и непроизводительны. Ими разрушается корневой брикет крупномерных саженцев, корневая система размочаливается. При этом для удобства переносок громоздких и тяжелых деревьев рабочие часто стремятся искусственно уменьшить диаметр корневой системы, чтобы облегчить ее вес. Все это ведет к ослаблению растений [3].
Цель исследований. Создание перспективной отечественной машины для выкопки крупномерного посадочного материала с комом почвы.
Задачи исследований. Обзор существующих конструкций выкопочных машин, выбор наиболее перспективных параметров конструкции.
За рубежом (например, в Германии) имеется целая серия выкопочных машин лопастного типа разных видов модификаций для различных размеров выкапываемого крупномерного материала.
При обзоре отечественного и зарубежного опыта в этом вопросе установлено, что наиболее перспективными являются выкопочные устройства с пассивными рабочими органами в виде ковшей и скоб, заглубляемых в почву под действием статического усилия.
Машины для выкопки саженцев с комом почвы в России не производятся. В ходе проведения патентного поиска выявлены некоторые конструкции подобных машин, однако и они вследствие различных недостатков не получили широкого распространения и не производятся.
Результаты исследований и их обсуждение. Известна машина для выкапывания древесных и кустарниковых растений. Она включает в себя раму с несущими брусьями, устройство для навешивания на трактор, вертикальные стойки и скобообразный рабочий орган с подъемником (пат. РФ № 56112, МПК А 01 С 11/00, опубл. 10.09.2006). Однако у данной машины наблюдается недостаточный по качеству срез кома почвы [4].
Известна выкопочная машина, включающая раму с навесным устройством для навешивания на заднюю навеску трактора, два ковша, выполняющих функцию рабочих органов, и два гидроцилиндра (пат. РФ № 56112, МПК А 01 С 11/00, опубл. 10.09.2006). Но у этой машины получается недостаточный по качеству срез почвенного пласта вследствие разрыва, а не срезания корней и их разрушения. Кроме того, указанная машина не предназначена для подготовки посадочных ям [5].
Известен рабочий орган для выкопки подроста (пат. РФ № 2155473, МПК А01 С 23/04, опубл. 10.09.2000). Рабочий орган состоит из двух одинаковых ножей. На осях установлены напротив друг друга две шестерни, между которыми размещена двухсторонняя зубчатая рейка. Рейка жестко связана со штоком гидроцилиндра, закрепленного на корпусе. Недостатком устройства является то, что при работе двухсторонней зубчатой рейки во время раскрытия полусферических ножей зубчатая рейка входит в пространство полусферы, где находится прикорневая глыба грунта, которая при этом разрушается, что приводит к снижению приживаемости пересаживаемого подроста [6].
При обзоре установлено, что наиболее энергоёмким процессом выкопки является процесс прямого резания рабочим органом выкопочной машины кома почвы с корневой системой саженца. Учитывая это, необходимо обеспечить в машине возможность косого резания кома почвы, тем самым значительно снижая энергоёмкость процесса выкопки саженца.
Поэтому, учитывая перспективность процесса выкопки и пересадки крупномерных саженцев с комом почвы и крайне низкую механизацию данной операции, на кафедре механизации лесного хозяйства и проектирования машин Воронежской государственной лесотехнической академии разработана машина и получен патент РФ № 99277 для выкопки крупномерного посадочного материала с комом почвы с целью повышения эффективности и качества выкопки крупномерного посадочного материала и подготовки посадочных ям для последующих посадок (рис.).
Общий вид выкопочной машины
Для решения этой задачи в выкопочной машине рабочий орган выполнен в виде двух треугольников, направленных острыми углами в сторону выкапываемого саженца.
Такая форма рабочего органа дает более плавное, без рывков, вхождение в почву, и уменьшение действующих на него нагрузок в связи с увеличением длины режущей кромки. Также снижаются нагрузки на
гидропривод. Корни растений перерезаются лучше, не происходит их слома и размочаливания, что улучшает качество среза.
В задней части рабочего органа оборудован полуковш, стенки которого сходятся под углом 6°. Данной конструктивной особенностью решается одна из основных проблем при выкопке саженца с комом почвы -качественное формирование кома почвы с хорошей целостностью, но в то же время без повреждений корневой системы выкапываемого саженца. Угол 6° находится в оптимальном диапазоне сходимости боковых стенок, при котором ком почвы незначительно уплотняется, не повреждая корневую систему.
Машина содержит раму с несущими брусьями 1 и устройством крепления к трактору 2, вертикальные стойки 3 с закрепленным на них рабочим органом в виде двух треугольников 4, полуковша 5 в задней его части.
Вертикальные стойки 3 и рабочий орган 4 образуют двуплечий рычаг, который может поворачиваться гидроцилиндрами 6.
Несущие брусья 1 выполнены консольными с опущенными концами. Они снабжены шарнирами 7 крепления вертикальных стоек и опорами 8, размещенными под шарнирами с нижней стороны несущих брусьев.
Машина имеет трубчатый ограничитель 9, закрепленный на вертикальных стойках 3.
Нижняя кромка лезвия рабочего органа 4 в исходном I и конечном II положениях расположена на уровне или ниже опорной поверхности О-О. Полуковш 5 выполнен по переменному радиусу < Я.
Работает выкопочная машина следующим образом: трактор с навешенной машиной двигается в направлении V. Машина находится при этом в приподнятом положении, а рабочий орган 4 - в исходном положении I.
При упоре ограничителя 9 в ствол дерева оператор останавливает трактор, а машину с помощью навесной системы принудительно опускает до полного соприкосновения с почвой опор 8. Рабочий орган 4 при этом частично внедряется в почву.
Затем оператор с помощью рукояти распределителя устанавливает в нейтральное положение гидроцилиндр управления навеской и включает в работу гидроцилиндры 6. С подачей масла в гидроцилиндры 6 рабочий орган 4 поворачивается до положения II, вырезая корневую систему саженца вместе с комом почвы. Выполненный по переменному уменьшающемуся радиусу полуковш 5 при повороте приподнимает ком почвы, облегчая тем самым его отделение от почвенного монолита и в незначительной степени уплотняя его для лучшего формирования кома. При подъеме навески ком почвы полностью отрывается от поверхности почвы. Вырезанный саженец с комом почвы перевозится к месту посадки или на склад для хранения.
Разработанная машина может применяться и для подготовки посадочных ям под посадку ею же выкопанных саженцев. Образованная яма полностью повторяет контуры кома почвы с саженцем, тем самым снижая затраты труда и повышая эффективность работ при посадке растений или озеленении [7].
Заключение. При проведении литературного и патентного поиска установлено, что процесс выкопки и создания лесных культур крупномерными саженцами, пересаживаемыми с комом почвы, является перспективным. Однако механизация данного процесса развита крайне слабо.
Учитывая все преимущества крупномерного посадочного материала с комом почвы, учёными Воронежской государственной лесотехнической академии разработана машина для выкопки таких саженцев и подготовки посадочных ям.
Литература
1. Дручинин Д.Ю. О механизированной выкопке крупномерных саженцев в питомниках // Вестн. Харьков. нац. техн. ун-та сельского хозяйства имени Петра Василенко. - Харьков, 2010. - Вып. 94. - С. 343-348.
2. Калиниченко Н.П., Писаренко А.И., Смирнов Н.А. Лесовосстановление на вырубках. - 2-е изд., пере-раб. и доп. - М.: Экология, 1991. - 384 с.
3. Литвяков М.К. Озеленение лесными деревьями (сортиментация древесного посадочного материала, его получение и использование). - Ростов н/Д.: Кн. изд-во, 1976. - 144 с.
4. Пат. 2349078 Российская Федерация, МПК Д0Ю23/04. Машина для выкапывания древесных и кустарниковых растений / Г.И. Федюнин, В.Н. Галанов, И.М. Бартенев, И.В. Казаков; заявитель и патентообладатель ВНИИЛМ. - № 2006138313/12 ; заявл. 30.10.2006 ; опубл. 20.03.2009.
5. Пат. 56112 Российская Федерация, МПК Д01С11/00. Выкопочная машина / И.М. Бартенев, М.В. Дра-палюк, Р.А. Сагайдак; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. - № 2006115962/22; заявл. 10.05.2006; опубл. 10.09.2006.
6. Пат. 2155473 Российская Федерация, МПК A01G23/04. Рабочий орган для выкопки подроста / Ю.А. Ширнин, Я.И. Шестаков, Г.М. Гаджиев; заявитель и патентообладатель Марийский гос. техн. ун-т. - № 99113548/13; заявл. 21.06.1999; опубл. 10.09.2000.
7. Пат. 99277 Российская Федерация, МПК А01С11/00. Выкопочная машина / М.В. Драпалюк, Д.Ю. Дру-чинин; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО "ВГЛТА". - № 2010111038; заявл. 23.03.2010; опубл. 20.11.2010.
УДК 631.3.001.4:658 С.М. Базаров, Ю.И. Беленький, Г.К. Парфенопуло
СТРАТЕГИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ РАБОТЫ СИСТЕМ МАШИН НА ОСНОВЕ ВЕРОЯТНОСТНОЙ МОДЕЛИ
В статье дано представление относительной вероятности как разности вероятностей безотказной работы и отказа, на основании которой определяется время эффективной эксплуатации комплексов машин.
Ключевые слова: класс, отказ, надежность, тестирование, время.
S.M. Bazarov, Yu.I. Belenkiy, G.K. Parfenopulo STRATEGY FOR THE MACHINE SYSTEM EFFECTIVE OPERATION BASED ON THE PROBABILISTIC MODEL
Representation of the relative probability as the difference of probabilities of non-failure operation and failure on the basis of which time of the machine complex effective operation is determined is given in the article.
Key words: class, failure, reliability, testing, time.
Введение. В рыночных условиях развития сельскохозяйственного и лесного машиностроения важное значение приобретает высокопроизводительное и надежное использование техники, во многом зависящее от качества изготовления, эксплуатации, диагностирования и др. С надежностью связано представление сложного комплексного свойства, определяемого безотказностью, долговечностью, ремонтопригодностью и сохранностью, которое поддерживается и обеспечивается на всё время эксплуатации машин. В процессе эксплуатации машин высокое качество технического обслуживания и диагностирования обеспечивает поддержание надежности, а следовательно, способствует повышению эффективности использования техники.
Теория надежности в своей основе является статистически детерминированной во времени, её вероятностный характер обусловлен наличием случайных факторов, сопровождающих работу машин.
В настоящее время технологические процессы производства выполняются комплексами механизмов, машин и оборудования, последовательно или параллельно выполняющих необходимые технологические операции, у которых критерии их эффективной работоспособности, как взаимосвязанных дискретных систем, определяются на основе теории марковских цепей.
Комплексным показателем надежности является коэффициент готовности [1].
Кг = Мт /(Мт + М тв),
где Мт - математическое ожидание общего времени безотказной работы за определенный период эксплуатации;
Мтв - математическое ожидание времени восстановления; видно, что рост величины коэффициента готовности связан с увеличением времени безотказной работы и уменьшением времени восстановления техники.
Разработанные методы тестирования работоспособности машин базируются на теории массового обслуживания, в основе которой лежат многочисленные статистические исследования множества машин, позволяющих определять законы распределения и на их основе строить зависимости вероятности безотказной работы во времени эксплуатации. Такой подход является необходимым, но недостаточным, так как его не-
