CC BY
26
УДК 630.432.31
РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОВЕДЕНИЯ ПОЛНОФАКТОРНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА ГРУНТОМЕТА УНИВЕРСАЛЬНОГО
И.С. Федорченко, А.В. Кустов, Е.И. Максимов, Я.С. Гончарова
ФБГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет» 660049 Красноярск, пр-т Мира, 82; e-mail: atlm@sibstu.kts.ru
В лесохозяйственном производстве России в наше время активно внедряются новые технологии и малогабаритное по размерам и универсальное по технологическому назначению оборудование. Особое значение имеет совершенствование технологии и оборудования для лесовосстановления, в частности, нарезки борозд в грунте, перемещения грунта для засыпки корневой системы саженца, опашки созданных лесокультурных площадей и противопожарных работ. Работы такого вида, особенно в условиях образования леса, происходящего в процессе проведения постепенных или выборочных рубок без предварительной расчистки трасс, возможно выполнять при помощи малогабаритных и высокоманевренных грунтометов.
Существующие образцы такого оборудования, например ПЛК-5, ГТ-3 либо выпускаются в ограниченном количестве, либо не нашли массового применения ввиду отсутствия в лесном хозяйстве базовых машин нужного класса тяги. Так ПЛК-5, выпускается в единичных экземплярах небольшими предприятиями. Если рассмотреть вопрос применения ГТ-3, разработанного более 40 лет назад, то здесь сказывается в первую очередь возможность его агрегатирования только с тракторами Т-150К, что неизбежно повлечет за собой удорожание проводимых лесохозяйственных работ.
Создание универсальных грунтометательных машин требует всестороннего теоретического и экспериментального изучения характера процессов взаимодействия рабочих органов с грунтом. Однако существующие исследования по этой проблеме не в полной мере отражают характер взаимодействия рабочих органов грунтометов с предметом труда. Научное обоснование параметров рабочего органа грунтомета для выполнения работ в лесном хозяйстве является актуальным.
Ключевые слова: Эксперимент, грунтомет универсальный, результаты эксперимента
The agricultural production in Russia today is actively introducing new technology and small size and universal purpose of technological equipment. Of particular importance is the improvement of technology and equipment for reforestation, in particular, cutting furrows in the soil, moving soil for filling root seedling opashki created silvicultural areas and fire-works. The works of this kind, especially in the education of the forest, what is happening in the process of gradual and selective logging without first clearing the trails may be carried out using small and highly maneuverable ustroyst for throwing soil.
The existing samples of such equipment, for example PLK-5, GT-3 or are issued in limited quantity, or didn't find mass application in view of absence in forestry of basic cars of the necessary class of draft. So PLK-5, is issued in single copies the small enterprises. If to consider a question of application of GT-3 developed more than 40 years ago, first of all possibility of its aggregation only with the T-150K tractors that will inevitably cause rise in price of the carried-out silvicultural works affects here.
Creating a universal device for throwing soil requires a comprehensive theoretical and experimental study of the nature of the interaction of the workers with the ground. However, existing studies on this issue are not fully reflect the nature of the interaction of working bodies ustroyst for throwing soil to the subject of labor. Scientific substantiation of parameters of the working body of the device for throwing soil to perform work in forestry is relevant.
Keywords: The experiment, device for throwing soil universal, experimental results.
ВВЕДЕНИЕ
Леса России являются одним из возобновляемых природных ресурсов, которые удовлетворяют множественные потребности индустрии, общества и выполняют важнейшие средообразующие и эколого-за-щитные функции. На всех этапах развития лесного хозяйства организация устойчивого управления лесами, их многоцелевое, непрерывное и неистащитель-ное использование являлись стратегически важной задачей.
В соответствии с Концепцией долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 г., утвержденной распоряжением правительства Российской Федерации от 17 ноября 2008 г. № 1662-р, одним из приоритетных направлений развития лесного хозяйства является создание системы воспроизводства лесного фонда и
восстановления лесов. Предполагается дальнейшее развитие рыночных экономических механизмов использования, охраны, защиты и воспроизводства лесов, а также материально-технической базы лесного хозяйства (Государственная программа Российской Федерации «Развитие лесного хозяйства на 20132020 годы», 2008).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИСЛЕДОВАНИЙ
С целью обоснования параметров рабочего органа грунтомета для выполнения работ в лесном хозяйстве на кафедре «Автомобилей, тракторов и лесных машин» Сибирского государственного технологического университета разработан экспериментальный образец (Федорченко, 2009) грунтомета универсального (патент РФ № 2400274), предназначенный для решения следующих задач: нарезки борозд в грунте, опаш-
И.С. Федорченко, А.В. Кустов и др. Результаты проведения полнофакторного эксперимента грунтомета универсального
ки созданных лесокультурных площадей и противопожарных работ. Для этого были проведены опыты с применением теории планирования полнофакторного эксперимента (Адлер, 1976).
Основными параметрами при нарезке борозд в грунте для проведения последующих лесовосстано-вительных работ является их ширина, которая зависит от угла наклона рабочего органа к обрабатываемой поверхности, глубины резания грунта рабочим органом грунтомета.
Основными параметрами при опашке лесокуль-турных площадей и проведении противопожарных работ являются: ширина минерализованной полосы (определяется как сумма вырезаемой в грунте борозды и ширины отсыпной части), масса вырезанного грунта на 1 м2 и равномерность его распределения по ширине отсыпной части полосы, которые зависят как от угла наклона рабочего органа к обрабатываемой поверхности и глубины резания грунта рабочим органом грунтомета, так и от окружной скорости рабочего органа по концам ножей.
Таким образом, выделяем три входных параметра в большей степени влияющих на решение поставленных задач, а именно: окружную скорость рабочего органа по концам ножей (х1), угол наклона рабочего органа к обрабатываемой поверхности (х2) и глубину резания грунта (х3).
Для описания экспериментов, результат которых зависит от совместного действия трех факторов, проверяется применимость модели вида:
площадью 1 м2 на расстоянии от 2 до 3 м от края вырезаемой борозды.
Все выходные данные предварительно проверялись на анормальность (Невзоров, 2003) по ГОСТ 11.002-73 «Прикладная статистика. Правила оценки анормальности результатов наблюдений».
Обработку полученных экспериментальных данных производили посредством пакета программ Statgraphics 5.1. В результате обработки данных были получены зависимости и графики к ним.
Ширина вырезаемой в грунте борозды описывается уравнением вида (3), графическое представление на рисунке 1:
у1 = 0,32 - 0,001 • х1 - 0,035 ■ х2 + 0,026 ■ х3 + 0,01 ■ х\ (3)
Рисунок 1 - График поверхности откликов ширины вырезаемой в грунте борозды
y = b0 + bj • x1 + b2 • x2 + b3 • x3 + b 2 • Xj • x2 +
2,3 „2
+ bj • xj + b2 • x2 + b3
3 j,2,3 2
2
j • X2
(2)
Кодовое обозначение факторов Уровни варьирования Интервал варьирования
Нижний Основной Верхний
-1 0 +1
x1 18 27 36 9
Х2 30 45 60 15
Х3 0,04 0,05 0,06 0,01
Ширина отсыпной части полосы описывается уравнением (4), графическое представление на рисунке 2:
у2 = 3,08 + 0,39 • х1 - 0,03 ■ х2 + 0,16 • х] - 0,04 • х2ъ (4)
Кодирование факторов при проведении ПФЭ представлено таблице 1.
Таблица 1 - Кодирование факторов при исследовании качества созданной минерализованной полосы экспериментальным образцом
В качестве выходных величин принимались: yj -ширина прорезаемой в грунте борозды; у2 - ширина отсыпной части полосы; у3 - масса грунта на участке I отсыпной части полосы; у4 - масса грунта на участке II отсыпной части полосы; у5 - масса грунта на участке III отсыпной части полосы.
При этом за I участок принимался участок, площадью 1 м2 на расстоянии от 0 до 1 м от края вырезаемой борозды; за II участок принимался участок, площадью 1 м2 на расстоянии от 1 до 2 м от края вырезаемой борозды; за III участок принимался участок,
Рисунок 2 - График поверхности откликов ширина отсыпной части минерализованной (опорной) полосы
Масса грунта на участке I описывается следующим уравнением (5), графическое представление на рисунке 3:
^ =6,14-0,04 - 0,11-*2+0,68-*3 -
.2 Л ЛИ „2 (5)
0,16-*!-0,24-х2-0,07Х2-Х3
j,3
3
2
3
3
Рисунок 3 - График поверхности откликов массы грунта на участке I
Масса грунта на участке II описывается уравнением (6), графическое представление на рисунке 4:
д = 4,14-0,04-0,11-
-ОД6-х2 -0,24
х2 + 0,69 • л;3 -
(6)
х2 - 0,07л;2
Рисунок 4 - График поверхности откликов массы грунта на участке II
Масса грунта на участке III описывается уравнением (7), графическое представление на рисунке 5:
(7)
у5 = 2,7 - 0,04 • х1 - 0,11 • л;2 + 0,66 • х3 -- 0,2 • хI - 0,27 • х\ - 0,07д:2 • хъ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
При опашке лесокультурных площадей и проведении противопожарных мероприятий необходимо выполнение следующих условий: ширина минерализованной полосы должна составлять не менее 2,5 м; масса вырезанного грунта на всей ширине отсыпной части минерализованной полосы должна составлять не менее 4 кг/м2, что позволит эффективно бороться с низовыми пожарами различной интенсивности [Чукичев, 1995].
Рисунок 5 - График поверхности откликов массы грунта на участке III
В результате решения полученных уравнений регрессии с вышеописанными характеристиками ширины минерализованной полосы и массы грунта на различных участках ее отсыпной части определили следующие параметры рабочего органа грунтомета диаметром 0,44 м: окружная скорость фрезы по концам ножей составила 27,4 м/с; угол наклона рабочего органа грунтомета к обрабатываемой поверхносит составил 47°, глубина резания грунта 0,05 м.
При нарезке борозд в грунте для проведения последующих лесовосстановительных работ с вышеуказанными параметрами рабочего органа грунтомета ширина вырезаемой в грунте борозды составит 0,32 м.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Государственная программа Российской Федерации «Развитие лесного хозяйства на 2013-2020 годы». 255 с. Федорченко И.С., Максимов Е.И. Анализ существующего оборудования для тушения лесных пожаров грунтом // И.С. Федорченко, Е.И. Максимов - сборник трудов Всероссийской конференции «Молодые ученые в решении актуальных проблем науки». Красноярск. 2009. Т. 1. -С. 192-194.
Патент РФ № 2400274, МПК3 А62С27/00. Фронтальный лесопожарный грунтомет / Максимов Е.И., Федорченко И.С., заявка № 2009114066 подана 13.04.2009 г Федорченко И.С., Максимов Е.И. Экспериментальное устройство для метания грунта // И.С. Федорченко, Е.И. Максимов сборнике трудов Всероссийской конференции «Лесной и химический комплексы
- проблемы и решения». Красноярск. 2009. Т. 2. -С. 234-239.
Общетехнический справочник / Е.А. Скороходов, В.П. Законников, А.Б. Пакнис и др.; Под общ. ред. Е.А. Скоро-ходова. - 4-е изд., испр. - М.: Машиностроение, 1990.
- 496 с.: ил. - (Серия справочников для рабочих). Чукичев, А. Н. Технологические и теоретические основы
фрезерно-метательных машин для тушения лесных пожаров грунтом : автореферат дис. ... доктора технических наук : 05.21.01 / Санкт-Петербургский НИИ лесного хозяйства. - Санкт-Петербург, 1995. - 40 с.
Поступила в редакцию 7.12.15 Принята к печати 10.05.16
