from 01.01.2018 until now
Pushkino, Moscow, Russian Federation
UDK 63 Сельское хозяйство. Лесное хозяйство. Охота. Рыбное хозяйство
One of the important indicators of the quality of planting material grown in forest nurseries is preservation of roots and the amount of soil remaining on the root system of plants when they are excavated. Machines used in forest nurseries for digging planting material do not fully meet these requirements, since soil layer is not sufficiently loosened and soil is not separated from the root systems of plants. In addition, considerable effort is required to extract plants from the soil, and part of the roots is cut off. Modern plant lifters with active working bodies enable to separate the soil from the root systems of plants and ensure safety of the required amount on them, reducing the effort to extract plants from the soil. The article presents the results of studies of the influence of plant lifter operating modes on the quality of planting material harvesting, on the basis of which the rational oscillation frequency of the levers and beats within 675 counts/min is substantiated when applying one oscillation of 5.4 cm/count and operating speed 2.2 km/h. These operation modes of plant lifter ensure the preservation of soil on the root system of enlarged spruce seedlings in the amount of 136.2 g and allowable effort to remove them from the soil within 36.4 N.
Planting stock, nursery, plant lifter, operating modes, root system
Введение
Выкопка посадочного материала в лесных питомниках является наиболее трудоемкой и ответственной технологической операцией при его выращивании [1, 4, 9, 10, 11, 12, 13, 14]. Применяемые для выполнения этой операции выкопочные машины не в полной мере отвечают предъявляемым к ним требованиям, так как они обеспечивают только подрезку корневых систем растений, не достаточно рыхлят пласт почвы и не полностью отделяют почву от их корневых систем. [3, 7, 8]. Это вызывает значительные усилия на извлечение растений из почвы и приводит к обрыву части корней, особенно мелких, наиболее ценных и важных для последующего приживания посадочного материала при посадке на лесокультурной площади. Современные выкопочные машины с активными рабочими органами обеспечивают более интенсивное рыхление почвенного пласта и отделение почвы от корневой системы растений [2, 7, 8]. Однако, из-за недостатка исследований влияния режимов работы выкопочных машин на качественные показатели уборки посадочного материала в лесных питомниках сдерживает более широкое их применение. В связи с этим обоснование рациональных режимов работы выкопочных машин с активными рабочими органами представляет научный и практический интерес для разработки новых и совершенствовании конструкций существующих машин, предназначенных для уборки посадочного материала в лесных питомниках.
Методы и материалы
Исследования влияния режимов работы выкопочной машины, с активными рабочими органами для отряхивания почвы от корневых систем растений, на качественные показатели уборки посадочного материала проводили на экспериментальном образце выкопочной машины МВ-1,3 [5, 6]. Эта машина предназначена для выкопки в лесных питомниках посадочного материала с одновременным рыхлением подрезанного слоя почвы и активным отряхиванием почвы от корневой системы растений.
Экспериментальный образец выкопочной машины МВ-1,3 агрегатируется с трактором МТЗ-82 и состоит из рамы 1, подкапывающей скобы 2, вала рыхлителя 3, конического редуктора 4, карданного вала 5, кривошипов 6, шатунов 7, рычагов 8, бил 9, опорных колес 10 и стойки 11 (рисунок) [5].
Рама представляет собой сварную конструкцию и предназначена для монтажа на ней основных узлов машины.
Подкапывающая скоба 2 обеспечивает подрезку почвенного пласта и его рыхление и состоит из вала 3 с рычагами 8 и билами 9. Рычаги 8 являются продолжением подкапывающей скобы 2 и шарнирно присоединены к ее задней грани. Между билами на кронштейнах размещены ролики, которые взаимодействуют с рычагами и обеспечивают им колебание в вертикальной плоскости.
Механизм привода рабочих органов включает карданный вал 5, конический редуктор 4, вал рыхлителя 3, кривошипы 6 и шатуны 7, образующие кривошипно-шатунный механизм [5, 6, 9].
Колебания бил осуществляются от кривошипно-шатунного механизма, а рычагов – от вала рыхлителя через кронштейны с роликами. Била и рычаги колеблются в противофазе: когда била опускаются вниз, то рычаги поднимаются вверх и наоборот.
Билла в количестве 10 штук и длиной около 300 мм и шириной 10 мм приварены к валу рыхлителя и приводятся в колебательное движение от двух кривошипно-шатунных механизмов, расположенных с обеих сторон машины. Расстояние между центрами бил принято из конструктивных соображений равным 120 мм и с учетом расстояния между рядками растений, которое для сеянцев составляет 22,5 см и для саженцев -25 см. Рычаги в количестве 4 присоединены шарнирно к задней грани подкапывающей скобы и являются ее продолжением. Длина рычага составляет 450 мм при его ширине равной 40 мм и расстоянием между их центрами равном 240 мм. Частота колебаний рычагов и бил регулируется с помощью сменных звездочек в трансмиссии их привода и составляет 270, 415, 540 и 675 кол/мин.
Рисунок. Схема выкопочной машины МВ-1,3 (Казаков И.В. (2004))
Амплитуда колебаний рычагов и бил изменяется с помощью регулировочных отверстий на коромыслах и составляет 60, 100 и 140 мм. Эксцентриситет кривошипа принят равным 50 мм с учетом его назначения и конструктивного исполнения устройства. Опорные колеса 10 снабжены винтовым механизмом и предназначены для регулирования глубины выкопки растений от 15 до 30 см. Технологический процесс работы выкопочной машины МВ-1,3 заключается в следующем. При поступательном движении агрегата и включенном ВОМ, тракторист с помощью гидросистемы переводит машину в рабочее положение. При этом подкапывающая скоба заглубляется в почву на предварительно установленную с помощью опорных колес глубину выкопки растений и подрезанный пласт почвы надвигается на скобу.
Крутящий момент от ВОМ трактора посредством карданного вала передается на конический редуктор, на выходном валу которого установлена ведущая звездочка. Далее крутящий момент через цепную передачу передается на ведомую звездочку, закрепленную на промежуточном валу, и через кривошипно-шатунный механизм преобразуется в колебательное движение рычагов и бил. При этом рычаги и била рыхлят подрезанный пласт почвы с растениями и отделяют почву от их корневых систем.
Результаты и обсуждение
Исследования влияния режимов работы экспериментального образца выкопочной машины МВ-1,3, на качество уборки посадочного материала проводили в питомнике Сергиево-Посадского лесхоза на выкопке укрупненных сеянцев ели, средние показатели которых составили: высота - 31,8 см, ширина кроны - 22,8 см, длина корней - 18,0 см и диаметр корневой шейки - 7,0 мм. Опыты проводили при выкопке укрупненных сеянцев ели на глубине равной 20 см. Рабочая скорость выкопочной машины в агрегате с трактором МТЗ-82 составила 2,2 км/ч. Усилие на извлечение растений из разрыхленного слоя суглинистой почвы, измеряли динамометром, а массу почвы, оставшейся на корневых системах, после ее отделения от них, определяли с помощью лабораторных весов. Повторность опытов принималась пятикратной, с количеством замеров в каждом опыте не менее 30. Средняя влажность суглинистой почвы в период исследований в слое 0…10 см составила 23,0 % и в слое 10…20 см – 22,5 %. Подача на одно колебание рычага и била, при рабочей скорости агрегата равной 2,2 км/ч, изменялась от 5,4 до 13,5 см/кол.
В процессе проведения опытов было установлено, что при частоте колебаний рабочих органов (рычагов и бил) равной 540 кол/мин и амплитуде их колебаний равной 60 мм, подрезанный пласт почвы с укрупненными сеянцами ели практически был не разрыхлен и почва не отделена от их корневых систем. Это объясняется тем, что насыщенный корнями верхний слой почвы при глубине хода подкапывающей скобы равной 20 см, рабочие органы при амплитуде их колебаний 60 мм практически не обеспечивали рыхления подрезанного пласта почвы. С увеличением амплитуды колебаний рабочих органов до 100 мм, т. е. до половины глубины выкопки посадочного материала, наблюдалось более интенсивное рыхление почвенного пласта и лучшее отделение почвы от корневых систем растений. При амплитуде колебаний рабочих органов равной 140 мм, т. е. практически большей части (около 70%) подрезанного пласта почвы, наблюдались случаи повреждений (поломки) стволиков укрупненных сеянцев ели и их корней. В связи с этим дальнейшие исследования влияния частоты колебаний рычагов и бил на качественные показатели выкопки укрупненных сеянцев ели проводили с амплитудой их колебаний равной 100 мм.
Полученные результаты исследований приведены в таблице, анализ которых показывает, что при частоте колебаний рычагов и бил равной 270 кол/мин и подаче на одно их колебание 13,5 см/кол, подрезанный пласт почвы практически не был разрыхлен. Усилие на извлечение растений из почвы составило 165,7 Н и превышало предусмотренное агротехническими требованиями (не более 100 Н). Масса почвы, связанной с корневой системой укрупненных сеянцев ели, составила 374,5 г, что также не соответствует агротехническим требованиям, предусматривающим количество почвы на корневой системе посадочного материала в пределах 100…150г.
С увеличением частоты колебаний рабочих органов до 415 кол/мин и уменьшении подачи на одно колебание до 8,8 см/кол, масса почвы на корневой системе укрупненных сеянцев ели уменьшилась и составила 248,1г. Это также превышает допустимую величину массы почвы на корневой системе растений и не соответствует агротехническим требованиям. Усилие на извлечение растений из почвы уменьшилось до 96,2 Н и соответствует агротехническим требованиям. При увеличении частоты колебаний рабочих органов до 540 кол/мин и уменьшении подачи на одно их колебание до 6,8 см/кол, масса почвы на корневой системе укрупненных сеянцев ели снизилась до 177,4 г, и усилие на их извлечение из почвы уменьшилось до 58,6 Н. Такой режим работы не полностью соответствует агротехническим требованиям, так как количество почвы на корневой системе сеянцев превышает допустимый предел.
При дальнейшем увеличении частоты колебаний рабочих органов до 675 кол/мин и уменьшении подачи на одно колебание до 5,4 см/кол, масса почвы, остающейся на корневой системе укрупненных сеянцев ели, уменьшилась до 136,2 г и усилие на их извлечение снизилось до 36,4 Н. Эти режимы работы машины полностью соответствуют требованиям, предъявляемым к качеству выкопки посадочного материала и их целесообразно использовать при разработке выкопочных машин для лесных питомников.
Таким образом, эти режимы работы выкопочной машины обеспечивают требуемые показатели качества уборки укрупненных сеянцев ели и полностью соответствуют агротехническим требованиям на выкопку посадочного материала в лесных питомниках. Повреждений стволиков растений и их корневых систем не наблюдалось. Следует также отметить, что благодаря существенному снижению усилия на извлечение растений из почвы, производительность рабочих занятых на уборке посадочного материала повышается на 40-60 %.
Заключение. В результате проведенных исследований влияния режимов работы выкопочной машины на качество уборки укрупненных сеянцев ели установлено, что при рабочей скорости движения агрегата 2,2 км/ч, частота колебаний рычагов и бил должна быть в пределах 675 кол/мин и подача на одно колебание рабочего органа - 5,4 см/кол, при этом масса почвы на корневой системе укрупненных сеянцев ели и усилие на их извлечение из почвы соответствуют агротехническим требованиям и составляют, соответственно, 136,2 г и 36,4 Н.
Полученные результаты исследований использованы при модернизации и разработке усовершенствованной конструкции выкопочной машины МВ-1,3А, которая успешно прошла опытно-производственную проверку и приемочные испытания и была рекомендована на серийное производство.
Таблица
Влияние частоты колебаний рабочих органов и подачи на качественные показатели выкопки укрупненных сеянцев ели
|
Номер опыта |
Частота колебаний рычагов и бил, кол/мин |
Подача на одно колебание рычага и била, см/кол |
Средняя масса почвы на корневой системе укрупненных сеянцев ели, г |
Среднее усилие на извлечение укрупненных сеянцев ели из почвы, Н |
|
1 |
270 |
13,5 |
374,5±14,3 |
165,7±8,3 |
|
2 |
415 |
8,8 |
248,1±11,6 |
96,2±3,7 |
|
3 |
540 |
6,8 |
177,4±9,4 |
58,6±3,1 |
|
4 |
675 |
5,4 |
136,2±7,6 |
36,4±2,2 |
Источник: Собственные вычисления автора.
1. Bartenev, I. M. Sovershenstvovanie tehnologiy i sredstv mehanizacii lesovosstanovleniya: monogr. [Tekst]. / I. M. Bartenev, M. V. Drapalyuk, V. I. Kazakov; pod. red. I. M. Barteneva. - M.: FLINTA: Nauka, 2013, - 208 s. -Bibliogr.: s. 198-205. - ISBN 978-5-9765-1746-2.
2. Vyalkova P. F. Vybor tipa i obosnovanie osnovnyh parametrov rabochih organov dlya otdeleniya korney ot pochvy na vykopochno-vyborochnyh mashinah: special'nost' 05.06.02 «Mashiny i mehanizmy lesorazrabotok, lesozagotovok, lesnogo hozyaystva i derevoobrabatyvayuschih proizvodstv: avtoref. Dis. … kand. tehn. nauk [Tekst]./ Vyalkova Polina Fedorovna; Voronezhskiy lesotehn . institut.- Voronezh, 1975. - 25s.
3. Drapalyuk, M. V. Perspektivnye tehnologii vyraschivaniya posadochnogo materiala v lesnyh pitomnikah: monogr. [Tekst]. / M. V. Drapalyuk. - Voronezh: Voronezh gos. universitet, 2006.- 247 s. -Bibliogr.: s. 208-246. - ISBN 5-9273-0974-7.
4. Kazakov, V. I. Tehnologii i mehanizaciya vyraschivaniya posadochnogo materiala v pitomnikah lesnoy zony: monogr. [Tekst]. / V. I. Kazakov.- M.: VNIILM, 2001. -186 s. -Bibliogr.: s. 179-185.
5. Kazakov I. V. Mashiny i oborudovanie dlya lesnyh pitomnikov [Tekst] / I. V. Kazakov. - Pushkino, VNIILM, 2004. - 60 s. -Bibliogr.: s. 58-59.
6. Kazakov V. I. Analiticheskie issledovaniya processa razrusheniya pochvennogo plasta vykopochnoy mashinoy s aktivnymi rabochimi organami. [Tekst]. / V. I. Kazakov, I. V. Kazakov // Lesotehnicheskiy zhurnal. - 2015. VGLTA. - 2015. - № 3. - S. 220-228. -Bibliogr.: S. 226-227.
7. Klimov G. B. Vykopochnye orudiya i mashiny, ih konstrukciya, parametry rabochih organov i elementy rascheta. [Tekst]. / G. B. Klimov, E. I. Pozhilov // Issledovanie i obosnovanie parametrov novyh lesohozyaystvennyh mashin: sb. nauch. tr. M., VNIILM, 1976. - S. 83-104. -Bibliogr.: s. 104.
8. Nastavlenie po vyraschivaniyu posadochnogo materiala drevesnyh i kustarnikovyh porod v lesnyh pitomnikah RSFSR. [Tekst]. - M.: Lesn. prom-st', -1979. - 175s. -Bibliogr.: s.173- 174.
9. Posharnikov, F. V. Perspektivnye tehnologii vyraschivaniya lesoposadochnogo materiala: monogr. [Tekst]. / F. V. Posharnikov, I. V. Kazakov. Fed. agentstvo po obrazovaniyu, GOU VPO «VGLTA». - Voronezh, 2007. - 290 s. -Bibliogr.: s. 282- 286. -ISBN 978-5-7994-0259-4.
10. Duryea. Mary L., and Thomas D. Landis. 1984. Forest Nursery Manual: Production of Bareroot Seedlings. Martinus Nijhoff/Dr W. Junk Publishers. [Text]. The Hague/Boston/Lancaster, for Forest Research Laboratory, Oregon State University. Corvallis. 386 p.
11. Hallman R. G. 1984. Equipment for Forest Nurseries. Part of the Forestry Sciences book series (FOSC, volume 11) pp. 17-24.
12. Liegel L. H. 1987. A Technical Guide for Forest Nursery Management in the Caribbean and Latin America. [Text]. U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Southern Forest Experiment Station. 156 r.
13. Lopushinsky. W. 1976. Relationship of shoot-root ratio to survival and growth of outplanted Douglas-fir and ponderosa pine seedlings. U.S.D.A. Forest Serv., Pacific NW Forest and Range Exp. Sta., Portland, Oregon. Res. Note PNW-274. 7 p.
14. Mullin, R. E. 1966. Root pruning of nursery stock. Forestry Chronicle 42: pp.256-264.
