Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,969

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ЛЕСНЫХ ДИСКОВЫХ РЫХЛИТЕЛЕЙ

Шабанов М.Л. 1 Лысыч М.Н. 1 Иконников Р.В. 1
1 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова»
Рассматриваются конструкции перспективных дисковых рыхлителей, предназначенных для работы в условиях нераскорчеванных лесных вырубок. Приводится их классификация по типу привода, способу агрегатирования и виду предохранительного механизма.Описываются основные технические характеристики лесных дисковых рыхлителей: варианты агрегатирования, тип привода, количество рабочих органов, ширина захвата, диаметр дисковых рабочих органов, угол атаки рабочих органов, глубина обработки, тип предохранительного механизма, вес. Дается общее описание конструкций и областей их применения. По каждому орудию проведен критический анализ и сделаны выводы о возможности его применения в условиях нераскорчеванных вырубок. На основе проведенного анализа сформулированы требования к орудиям данного класса и предложена перспективная конструкция рыхлителя, разработанная в соответствии с ними. Для проработки конструкции была создана 3d-модель орудия в САПР SolidWorks.
почвообрабатывающие орудия
дисковый рыхлитель
лесные вырубки
классификация
анализ
конструкция
САПР
1. Бартенев И.М. Значение основной обработки почвы в развитии растений древесно-кустарниковых пород // Лесотехнический журнал. – 2015. – Т. 5, № 2 (18). – С. 149–158.
2. Бартенев И.М. Современные экологически сбалансированные, ресурсо- и энергосберегающие технологии лесовосстановления: [деп. рукопись] / И.М. Бартенев, И.Е. Донцов, М.Н. Лысыч; Фед. агентство по образованию, Гос. образоват. учреждение высш. проф. образования «Воронеж. гос. лесотехн. акад.». – Воронеж, 2008. – 21 с.
3. Дисковый рыхлитель T21 [Электронный ресурс]. – http://xn--80adbjdausesdfbc3bdas.xn--p1ai/pdf/brochures/T21.pdf (дата обращения: 04.01.2016).
4. Дисковый рыхлитель T26 [Электронный ресурс]. – http://www.brackeforest.com/ app/projects/brackeAllNew/images/T26aRUWeb.pdf (дата обращения: 04.01.2016).
5. Лысыч М.Н. Современные дисковые лесные рыхлители / М.Н. Лысыч, М.Л. Шабанов, Р.В. Иконников // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика : сборник научных трудов. – Воронеж, 2015. – № 9, ч. 2 (20–2). – С. 51–55.
6. Новак Л. Использование машин, выпускаемых в Школьном лесном предприятии Масарыкув лес [Электронный ресурс] // Лесопромышленник. – URL: http://www.lesopromyshlennik.ru/forest/lh_3.html (дата обращения: 04.01.2016).
7. Соколов А.И. Механизация обработки почвы на нераскорчеванных вырубках в условиях Карелии / А.И. Соколов, В.А. Харитонов, Т.И. Кривенко. – Петрозаводск: Карельский научный центр РАН, 2008. – 100 с.
8. Hedin I.B. Performance Evaluation of Powered Scarifiers in North Central British Columbia [Электронный ресурс]. – Режим доступа: URL: https://www.for.gov.bc.ca/hfd/pubs/docs/Frr/Frr103.htm. (дата обращения: 04.01.2016).
9. О MidiFlex [Электронный ресурс]. – URL: http://midiflex.se/index.php?q=ru/o-midiflex Загл. с экрана. (дата обращения: 04.01.2016).

В последнее время за рубежом все более широкое применение находят дисковые рыхлители, что связанно с их высокой проходимостью в условиях нераскорчеванных и захламленных вырубок. Это их свойство широко используется при содействии естественному лесовосстановлению, т.к. при данной технологии очень важно оказывать минимальное воздействие на оставшийся подрост и экологию вырубки в целом, что исключает использование корчевки пней и расчистки вырубок [1, 2]. Этим высоким экологическим требованиям при естественном возобновлении леса в наибольшей степени соответствуют дисковые рыхлители [5, 7].

Проанализируем основные типы их конструкций (рис. 1).

Дисковая лесная фреза TPF-1N (рис. 2, а) используется для механизированной полосной подготовки почвы перед естественным или искусственным восстановлением леса в местностях с большим распространением сорной растительности. Дисковые лесные фрезы навешиваются на трехточечную навеску трактора. Диск имеет три варианта установки по отношению к оси трактора – 20, 30 и 45°. Стандартным оборудованием является диск с 12 зубьями [6].

pic_67.pdf

Рис. 1. Основные типы дисковых рыхлителей

Дисковая лесная фреза TPF-2N – это двухдисковый вариант TPF-1N, отличающийся лишь конструкцией рамы и более высокими требованиями по мощности к тяговому средству (рис. 2, б) [6].

pic_68.pdf pic_69.pdf

а б

Рис. 2. Дисковые рыхлители: а – легкий однодисковый; б – легкий двухдисковый

Дисковый рыхлитель Bracke T21.a (рис. 3, а) агрегатируется с малыми форвардерами и сельскохозяйственными тракторами. Хорошо приспособлен для работы на небольших участках. Выпускается в двух модификациях: с трёхточечным креплением – для агрегатирования с тракторами, и с рамой – для установки на форвардере. Кроме того, Т21.а выпускается с гидравлически приводимыми в действие и бесприводными дисками. При наличии гидропривода скорость вращения дисков может регулироваться вручную. Давление на грунт регулируется оператором в кабине посредством системы управления. В обоих случаях наклон диска регулируется вручную под девятью различными углами. Гидравлика оборудована клапанами, воспринимающими данные о величине нагрузки. Благодаря простоте и удобству конструкции эта машина является универсальной и лёгкой в эксплуатации и обслуживании [3].

Дисковый рыхлитель Bracke T26.a (рис. 3, б) – это более мощный рыхлитель, который предназначен для работы на труднопроходимых участках, захламленных порубочными остатками и валунами. Монтируется на мощных тракторах и форвардерах. Т26.a даёт хороший результат на всех типах почвы, независимо от рельефа поверхности. Система управления Bracke Growth Control позволяет плавно осуществлять все регулировки из кабины оператора. Манипуляторы и диски могут устанавливаться на различную ширину и под различными углами, параметры давления на грунт и давления подъема рабочего органа могут варьироваться [4].

pic_70.tif pic_71.tif

а б

Рис. 3. Дисковые рыхлители: а – средний двухдисковый; б – тяжелый двухдисковый

Наиболее мощным орудием в семействе является Bracke T.45.а (рис. 4, а), обрабатывающий одновременно четыре полосы [4].

Агрегат лесной дисковый фрезерный MidiFlex (рис. 4, б) оснащается дисковыми рыхлительными рабочими органами. Они устанавливаются на рычагах между колесами. Система управления агрегата позволяет автоматически компенсировать давление в зависимости от почвенных условий и характера преодолеваемых препятствий [9].

pic_72.pdf

а

pic_73.pdf

б

Рис. 4. Дисковые рыхлители: а – четырехдисковые тяжелые; б – двухдисковые тяжелые с боковым расположением рабочих органов

Исходя из анализа представленных конструкций дисковых рыхлителей, можно сделать вывод о том, что наиболее эффективными для работы в условиях нераскорчеванных вырубок являются конструкции, подобные Bracke T21, Bracke T26. Общими их чертами являются наличие принудительного гидравлического привода рабочих органов; возможность агрегатирования как с форвардерами, как и с сельскохозяйственными тракторами; наличие гидравлических предохранительных механизмов, позволяющих рабочим органам переезжать препятствия.

Общей особенностью дисковых фрез TPF-1N и TPF-2N является отсутствие предохранительных механизмов, позволяющих надежно работать в условиях нераскорчеванных вырубок. Это может частично компенсироваться за счет установки навески трактора в плавающее положение, однако это исключает возможность догружения орудия весом трактора, что может вызвать необходимость установки балласта.

Рыхлители с пассивными рабочими органами Bracke T21.a (беспроводная модификация) и TTS-20 конструктивно просты и сравнительно дешевы, однако их качественные показатели зачастую заметно уступают аналогам с активными рабочими органами. Это связанно с их неодинаковой эффективностью при работе в разнообразных условиях лесных вырубок. Здесь имеет значение и вид предшествующих культур, и захламленность вырубки и высота пней [8].

Отдельно стоит рассмотреть вариант компоновки агрегатов на базе форвардеров с рабочими органами, монтируемыми по боковым сторонам в месте сочленения рамы. При подобном образе установки рабочих органов задние колеса агрегата могут перемещаются непосредственно по обработанной полосе (MidiFlex) или не затрагивая их. Подобный вариант компоновки агрегата интересен и обладает как рядом достоинств, так и недостатками. К достоинствам можно отнести повышенную устойчивость агрегата и удобный контроль из кабины оператора форвардера. При использовании соответствующих движителей возможно одновременное придавливание и дополнительное рыхление отваливаемого почвенного пласта колесами форвардера. К недостаткам, в первую очередь, следует отнести ограниченную маневренность и необходимость использования исключительно с форвардерами, при этом они должны соответствовать строго определенным техническим требованиям. Поэтому рационально рассматривать подобные орудия только в качестве единого агрегата со строго определенным тяговым средством, а это обуславливает низкую универсальность орудия.

В таблице приводятся основные технические характеристики дисковых плугов-рыхлителей.

Технические характеристики дисковых рыхлителей

Модель

Агрегатирование

Привод

Диаметр дисков, мм

Гидравлический масляный поток, л/мин

Масса

Bracke T21.a (пассивн.)

с/х трактор, форвардер

1000

1400

Bracke T21.a (активн.)

с/х трактор, форвардер

гидравл.

1000

80

1400

Bracke T26.а

с/х трактор, форвардер

гидравл.

1400

100

3450

Bracke T45.а

форвардер

гидравл.

1400

200

5200

TPF-1N

с/х трактор

гидравл.

950

40

390

TPF-2N

с/х трактор, форвардер

гидравл.

950

80

660

MidiFlex

форвардер

гидравл.

1400

130

2500

Как итог исследования существующих конструкций, сформулируем основные требования к дисковым рыхлителям, которые смогут эффективно осуществлять основную подготовку почвы в условиях нераскорчеванных вырубок при высоте пней до 50 см в разнообразных условиях РФ.

1. Рабочие органы – сферические диски с режущими ножами или рыхлящими зубьями диаметром 100...130 см.

2. Расположение рабочих органов – на задней навеске сельскохозяйственного трактора или форвардера с углами установки 20…50°.

3. Количество рабочих органов – один для тракторов класса 14 кН; два для более мощных тракторов класса 30 кН и для форвардеров.

4. Тип привода рабочих органов – пассивный, активный гидравлический.

5. Тип предохранительного механизма – пружинные для немассивных рабочих органов, пневмогидравлические для массивных рабочих органов.

6. Общие характеристики орудия:

ширина захвата – 1(2)×40..60 см;

нагрузка на диск – 8000…12000 Н;

7. Глубина обработки почвы – 20…25 см.

В соответствии с изложенными требованиями нами была разработана конструкция дискового рыхлителя, обладающая высокой проходимостью при работе в условиях нераскорчеванных и захламленных вырубок, и максимальной простотой конструкции. На рис. 5 представлен общий вид предлагаемого рыхлителя.

pic_74.tif

Рис. 5. Дисковый рыхлитель

Рыхлитель состоит из сцепного устройства 1, коробчатой рамы 2 и двух подвижных рычагов 3, шарнирно сочлененных с рамой. На каждом рычаге установлено по дисковому рыхлящему рабочему органу 4. Рабочие органы имеют возможность свободного вращения за счет подшипникового узла 5. Рабочие органы удерживаются в требуемом положении при помощи гидроцилиндра 6.

Рыхлитель работает следующим образом. За счет гидроцилиндров орудия рабочие органы опускаются в рабочее положение, при необходимости на них передается часть веса трактора. В процессе движения агрегата дисковые рабочие органы приводятся во вращение от взаимодействия с почвой или, при активном приводе, от гидромоторов, при этом осуществляется интенсивное рыхление поверхностного слоя. Одновременно с обработкой почвы производится частичная расчистка обрабатываемых полос за счет сдвига в стороны порубочных остатков рабочими органами. При встрече с препятствиями диски перекатываются через них за счет поворота рычагов назад и вверх. Возврат рабочих органов и их удержание в требуемом положении осуществляется гидроцилиндрами. При необходимости переезда агрегата на новый участок или окончании работы подъем рабочих органов в транспортное положение осуществляется также с использованием гидроцилиндров орудия.

Таким образом, одним из перспективных направлений лесовосстановления, широко распространившимся в последнее время, стало использование технологий, оказывающих минимальное воздействие на экологию леса. Их ключевое звено – применение высокопроходимых дисковых рыхлителей, способных работать на нераскорчеванных вырубках. В нашей стране широкому внедрению подобных эколого-ресурсосберегающих технологий препятствует отсутствие базового почвообрабатывающего орудия, обладающего высокой надежностью и низкой стоимостью. Разработанный в соответствии с этими требованиями и с использованием прогрессивных технологий проектирования дисковый рыхлитель способен восполнить пробел в комплексе отечественных лесохозяйственных машин.


Библиографическая ссылка

Шабанов М.Л., Лысыч М.Н., Иконников Р.В. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ЛЕСНЫХ ДИСКОВЫХ РЫХЛИТЕЛЕЙ // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 12-1. – С. 92-97;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=36482 (дата обращения: 19.08.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252