Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Комплекс механизированных работ по созданию лесных культур на вырубках, заросших лиственными породами

Министерство образования Российской Федерации

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Факультет лесохозяйственный

Кафедра “ Проектирование лесного оборудования”

Комплекс механизированных работ по созданию

лесных культур на вырубках, заросших лиственными

породами

Пояснительная записка

ПО.000000.095ПЗ

Руководитель:

_________

(подпись)

____________________

(оценка, дата)

Разработал: студент гр. 33-4

_________

(подпись)

____________________

(дата)

Красноярск 2002

Введение.

В данном курсовом проекте разрабатывается технология и система машин для восстановления леса на участке, вырубленном десять лет назад и заросшем лиственными породами. Ниже будут описаны: участок для производства работ; технологический процесс; расчёты сопротивления машин и орудий, режимов работы, производительности, необходимого количества топлива и смазочных материалов. Основной целью данного проекта является повышение эффективности использования лесных земель, получение качественной и более ценной древесины путём ускорения естественной сукцессии (смены пород) посадкой саженцев или сеянцев хвойных видов древесных растений. Основное требование - его технико-экономическая обоснованность (наличие у лесхозов орудий, машин, тракторов; оправданность расходов).

1. Краткое описание участка для производства работ.

Участок находится на территории Чингисского лесхоза Новосибирской области. Десять лет назад на нем провели сплошные рубки, вследствие чего он зарос лиственными породами. Почвы серые суглинистые, временно переувлажненные. Их влажность на период работ - 28%. Горизонт грунтовых вод залегает на глубине 2-2,5м. Поверхностные воды (талые, обильные осадки) застаиваются весной до 18-20 апреля, летом – не более 1-й недели. Уклон местности вдоль участка составляет 8 градусов, поперёк – отсутствует. Объём работ – 180 га. Возобновляемый состав – 5С2К3П.

2.Обоснование технологии работ и предварительный подбор машин и орудий необходимых для выполнения технологических операций.

Под выражением "технология создания лесных культур" понимается последовательность приемов и операций, обеспечивающих выращивание лесных культур заданного качества. Прежде чем приступить к выбору технологии создания лесных культур, необходимо определиться со способом их производства. Способ производства лесных культур — это совокупность приемов выполнения лесокультурных работ, которые могут выполняться как вручную, так и с помощью средств механизации. В данном случае подойдёт рядовая посадка сеянцами с открытой корневой системой. Выбор наиболее рациональных способов искусственного лесовосстановления зависит от зональных особенностей вырубаемых площадей, типов леса, состава насаждений, наличия и характера распределения порубочных остатков, валежника, а так же давности вырубок.

Выбор способов создания лесных культур определяется категорией лесокультурной площади. Этот участок подходит под категорию Г- -вырубки 5-6-летней давности .возобновившиеся лиственными породами, где отсутствует естественное возобновление главной породы или его количество недостаточно дня формирования высокопродуктивного древостоя. Создание лесных культур предусматривается здесь после сплошной или полосной уборки лиственных пород при захламленности более 20 м³/га. Так как тип почвы уже известен, то можно подобрать необходимые мероприятия.

Срезание поросли лиственных пород, для чего подойдёт кусторез ДП-4(ДП-514А), который агрегатируется с трактором Т-130.

Далее необходимо выкорчевать пни, в данном случае корчевательной машиной КМ-1А. Она служит для полосной расчистки вырубок при подготовке площадей под посадку лесных культур, а также сплошной корчевки пней при освоении лесных площадей под питомники, дороги, противопожарные разрывы и др.

Составные части: рама, рабочий орган, навесное устройство, съемные отвалы и гидроцилиндры подъема, корчевального оборудования и поворота корчевальных зубьев.

Рама сварной конструкции, состоит из двух балок коробчатого сечения и обшивки, на которой установлены подшипники оси рабочего органа, кронштейны для крепления отвалов, проушин, соединенных со штоками гидроцилиндров подъема корчевательного оборудования. Рабочий орган машины имеет форму двуплечего рычага. В нижней части к нему крепятся три корчующих клыка. Два съемных отвала установлены по бокам рамы под углом 90° друг к другу. С их помощью сдвигаются в стороны валежник, порубочные остатки и неликвидная древесина при полосной расчистке вырубок. При корчевке пней отвалы снимают.

Подъем и опускание корчевального оборудования осуществляются двумя гидроцилиндрами передней навески трактора, а поворот рабочего органа - двумя гидроцилиндрами корчующего устройства.

В зависимости от размера пней корчевку производят тремя способами.

1. Крупные пни корчуют поворотом рабочего органа с помощью гидроцилиндров корчевального оборудования. Для этого по мере приближения машины к пню тракторист на расстоянии.1... 1,5 м от него опускает корчевальное оборудование и, передвигая трактор вперед, заглубляет зубья под пень. Заглубление зубьев в грунт можно произвести и при остановленном тракторе при помощи гидроцилиндров. После заглубления рабочего органа поворачивают корчевальные зубья и выкорчевывают пень из грунта. При этом корчующее усилие может достичь 150...200 кН.

2. Мелкие и средние пни корчуют, используя толкающее усилие трактора с одновременным подъемом корчевального оборудования гидроцилиндрами подъема.

3. Мелкие пни можно корчевать, используя только толкающее усилие трактора, без подъема корчевального оборудования. Для этого предварительно заглубляют зубья под пень. Рама не должна опираться на грунт.

На расчистке вырубок машина сдвигает пни, крупные порубочные остатки и валежник на нераскорчеванные полосы. Корчевальная машина КМ-1А имеет усиленную конструкцию и более мощные боковые отвалы для раздвигания в стороны порубочных остатков и валежника. Производительность ее на 20. . .25 % выше, чем КМ-1. Масса корчевального оборудования 1500 кг.

Агрегатируют с тракторами ЛХТ-100/100Б.

Для обработки почвы используется плуг лесной ПЛМ-1,5, предназначеный для обработки почвы микропо-вышениями под посадку лесных культур на свежих временно переувлажняемых вырубках после предварительной расчистки полос.

Составные части: рама с навесным устройством, два корпуса право - и левооборачивающие.

Рама сварная, состоит из двух продольных брусьев, переднего поперечного бруса и заднего косого бруса-стяжки. К продольным брусьям рамы прикреплены корпуса плуга- право- и левооборачивающий. Во избежание забивания корпусов плуга растительными и древесными остатками они смещены относительно друг друга по брусьям рамы в продольном направлении. Необходимое качество работы плуга обеспечивается при расположении рабочих органов на расстоянии 700 мм друг от друга (в продольном направлении). В этом случае болты, с помощью которых крепятся корпуса плуга к раме, должны быть установлены в первом и третьем отверстиях бруса рамы.

После прохода плуга образуются микроповышения (гряды) высотой до 25 см, по которым в дальнейшем ведется посадка культур.

При работе плуга на песчаных и супесчаных почвах (без подстилки и дернового покрова) расстояние между корпусами в продольном направлении уменьшают до 600 мм. Для этого левый корпус закрепляют во втором и четвертом отверстиях продольного бруса рамы. На глинистых, задерне-лых и переувлажненных почвах рабочие органы устанавливают на расстоянии 800 мм друг от друга. Левый рабочий орган закрепляют в первом и третьем отверстиях бруса рамы, правый - во втором и четвертом.

Глубину хода плуга регулируют высотой опорных лыж и нижних тяг понизителях рамы плуга.

Формы откоса микроповышения и пластов на гряде изменяют перемещением подкрылок отвалов с помощью гайки, предварительно ослабив контргайку. Угол поворота подкрылков 0...60°.

Ширина захвата плуга 1,5м, глубина хода плужных корпусов до 30 см, высота микроповышений над уровнем необработанной почвы 25 см. Производительность за 1 ч сменного времени 2 км, масса плуга 700 кг. Агрегатируют с тракторами ЛХТ-100/55.

Посадка сеянцев ведётся лесопосадочной машиной СЛГ-1А, служащей для посадки сеянцев хвойных пород по микроповышениям в форме гряд на вырубках с временно переувлажняемыми почвами.

Подготовка гряд на нераскорчеванных или раскорчеванных вырубках производится в предшествующий посадке год плугом ПЛМ-1,3, шне-ковой фрезой ФЛШ-1,2, дисковым плугом ПДМ-1,7. Сажалка унифицирована с МЛУ-1А (кабина и высаживающий аппарат).

Составные части: подвижная рама, комбинированный сошник, стабилизирующие катки, посадочный аппарат с механизмом привода, уплотняющие катки, балластный ящик, ящик для посадочного материала, кабина, два сиденья для сажальщиков, сигнализация и опорные стойки.

Комбинированный сошник служит для образования посадочной щели и состоит из плоского дискового ножа с углом атаки 3° к горизонтальной плоскости и 5° к вертикальной плоскости диаметром 1000 мм и листа боковины.

Стабилизирующие катки обеспечивают движение машины посередине гряды и предотвращают ее разрушение. Катки регулируют по ширине гряды специальным устройством, имеющим винт с ползушками внутри переднего бруса рамы.

Плотность заделки корневой системы высаженных сеянцев зависит от давления прикатывающих катков на почву, которое регулируют с помощью балласта, загружаемого в балластные ящики.

Глубину хода сошника, а следовательно, необходимую глубину посадочной щели (25...30см) устанавливают, изменяя высоту стабилизирующих

катков.

Агрегатируют с трактором ЛХТ-55. Обслуживают машину четыре человека: тракторист, два сажальщика и оправщик.

Техническая характеристика СЛГ-1А

Производительность за 1ч основного времени, км 2,2...2,5

Габариты, мм:

в рабочем положении 2620x1860x2200

в транспортном положении 2605x1860x2840

Масса, кг 1185

Для дополнительной обработки почвы подойдёт культиватор лесной бороздной КЛБ-1,7, предназначеный для ухода за лесными культурами на раскорчеванных и нераскорчеванных вырубках с количеством пней до 600 шт/га, посаженными по дну борозды от плугов ПКЛ-70А, ПЛ-1, по полосам, подготовленным фрезерами ФЛУ-0,8 или ФБН-0,9, и по микроповышениям от плугов ПЛМ-1,3, ПЛМ-1,5. Является навесным дисковым орудием с симметричным расположением (относительно силы тяги) рабочих органов.

Составные части: рама, две неподвижные и две подвижные плиты, два поворотных кронштейна, дисковые батареи, балластные ящики.

Неподвижные плиты (правая и левая) крепятся к брусу рамы шпильками. С помощью поворотных кронштейнов плиты можно изменить угол наклона батареи от 0 до 20°.

Плиты дисковых батарей (правая и левая) позволяют менять угол атаки батарей от 0 до 30°. Батареи дисков (правая и левая) могут поворачиваться вокруг оси и удерживаться от поворота предохранительными пру жинами. При наезде на препятствия пружина растягивается, батареи поворачиваются на оси, предохраняя детали от поломки.

Батарея дисков состоит из четырех сферических дисков, надетых на квадратную ось. Диски разделены между собой шпульками и затянуты на оси шайбами, гайкой и замком, предохраняющим гайку от самоотвертыва-ния. Каждая батарея имеет три подшипника скольжения, смонтированных на шпульках.

Для работы культиватора всвал батареи устанавливают вогнутой частью дисков внутрь (к ряду культур), для работы вразвад правую батарею перемещают на место левой, а левую - на место правой.

Агрегируют с тракторами Т-40М, «Беларусь», ДТ-75М, ЛХТ-55.

Техническая характеристика КЛБ-1,7

Производительность за 1 ч основного времени, км ..........До 4

Ширина захвата, м........ 1,7

Глубина обработки, см........ 6-12

Угол, град:

атаки дисков .......0; 10; 20; 30

наклона батарей.........0; 5; 10; 15;20

Ширина защитной зоны, см ...... 20-40

Число дисков............................ 8

Расстояние между дисками, мм....... 175

Габариты (без амортизационного приспособлениях мм.

910 х 1710 х 1508

Масса (без амортизационного приспособления), - кг..... 509

3.Расчёт сопротивлений орудий и машин.

3.1 Корчевание кустарников и пней корчевателем КМ-1А.

Рабочее сопротивление R, кН, находится по формуле

R = G_m × (f_к + sina) + K_о × a × b× y + G₂ × f₂ ,

где G_m — вес корчующего оборудования, G_m=14,7 кН;

f_к — коэффициент сопротивления перемещению рабочих органов корчевателя, f_к=0,7;

a — угол наклона местности, a=8 град ;

K_о — коэффициент сопротивления рыхлению грунта и разрыву корней, K_о = 0,5 кН/м²;

y (пси)— коэффициент неполноты рыхления: y = 0.75

a — глубина рыхления грунта зубьями корчевателя, а =0,2м ;

b — ширина захвата зубьев корчевателя, b =2.5м ;

G₂ — вес материала перемещаемого корчевателем, G₂ =15 кН;

f₂ — коэффициент сопротивления перемещению материала, f₂ = 0,6.

Отсюда можно вычислить R: R=14.7*(0.7+0.139)+0.5*0.2*2.5*0.75+15*0.6=21.51кН

3.2 Расчет сопротивления кустореза ДП-514А.

Расчет сопротивления при работе кустореза R, кН, проводится по формуле

R = G_m × (f_т + sina) + m × n × d × K_р ,

где G_m — вес кустореза, G_m=23,03 кН ;

f_т — коэффициент трения стали о грунт, f_т=0,5 ;

a — угол наклона местности, a =8 град ;

m — коэффициент одновременного резания, m = 0,6;

n — число одновременно перерезаемых стволов, n = 3;

d — средний диаметр стволов, см, d = 5 см;

K_р — коэффициент сопротивления резанию K_р = 1.5 кН/см,

Отсюда, сопротивление кустореза равно: R=23.03*(0.5+0,139)+0.6*3*5*1.5=28.21кН.

3.3 Расчет лесного плуга ПЛМ-1,5.

Расчет сопротивления лесного плуга R, кН, производится по формуле

R = G_м×(f_t+ sina) + k_o×(1-D)×a×b + e×a×b×v²+ q×D×a×b,

где G_м — вес плуга, G_м=6,86 кН;

f_t— коэффициент трения почвы о сталь, f_t=0,5;

a — угол наклона местности, a=8 град;

k_o —коэффициент сопротивления деформации почвы, k_o=60 кН/м²;

a — глубина обработки почвы, а=0,2 м

b — ширина захвата плуга, b=1.5 м;

e — коэффициент динамичности, e = 2.0 кН/м⁴;

v — скорость движения агрегата, v=0.77 м/с;

где D — часть площади поперечного сечения, которая зависит от свойства древесной породы распространять корни в пахотном слое, D = 0.01;

q — удельное усилие для разрыва корней, q = 2000 кН/м².

Отсюда, сопротивление плуга равно:

R=6.86*(0.5+0.139)+60*(1-0.01)*0.2*1.5+2*0.2*1.5*0.59+

+2000*0.01*0.2*1.5=28,56кН

3.4 Расчет сопротивления лесопосадочной машины СЛГ-1А.

Тяговое сопротивление лесопосадочной машин R , кН, определяется по формуле R = G_m· f_t + k_o × a · b_б · n_с,

где G_m— вес лесопосадочной машины, G_m=11,61 кН;

f_t — коэффициент трения, f_t = 0.5;

k_o— удельное сопротивление почвы, k_o=35 кН/м²;

a — глубина хода сошника, а= 0,2 м;

b_б — ширина борозды, b_б = 0.06 м;

n_с — число сошников, n =1.

Отсюда, сопротивление сажалки равно:

R =11.610.5+350.20.061=6.23кН.

3.5 Расчет сопротивления культиватора КЛБ-1,7.

Тяговое сопротивление культиватора R, кН, равно произведению ширины захвата В на удельное сопротивление q, соответствующее заданной глубине и типу рабочих органов.

При междурядной обработке с подъёмами

R = (В - 2е × r) × q+ G_m × sin a =(1.7-0.8*1)*2.2+5,7*0,139=2,77кН,

где B — ширина захвата, B=1.7м;

q — удельное сопротивление,q =2.2 кН/м ;

G_m — вес культиватора, G_m=5.7 кН;

a — угол наклона местности, a =8 град;

2е — ширина необрабатываемой защитной полосы, 2е=0,8 м;

r — число одновременно обрабатываемых рядов за один проход, r =1.

4 Подбор базового трактора и определение коэффициента

использования его тягового усилия.

4.1 Для ДП-514А.

В данном случае подойдёт трактор Т-130.

Эффективная мощность двигателя трактора N_e, кВт, равна всем затратам энергии двигателя:

N_e= N_тр + N_п + N_v + N_i + N_к + N_о .

Для пассивных навесных орудий рассчитывается свободное тяговое усилие на крюке трактора P_к, кН, которое можно реализовать при работе. Принимая во внимание, что N_о =0, формула (1) принимает следующий вид:

P_к = (N_e –( N_тр + N_п + N_v + N_i)) / V_р=

=(94,4-(11,33+42,37+8,31+0,71))/0,9=35,2 кН .

где N_е — эффективная мощность двигателя трактора, кВт, находится по формуле N_e= 0.8 · N_пасп=0,8*118=94,4кВт,

где N_пасп — мощность двигателя по технической характеристике трактора, N_пасп=118 кВт ;

N_тр — потери мощности в трансмиссии, находятся по формуле

N_тр = N_е · (1 - h)=94,4*(1-0,88)=11,33кВт,

где: h- КПД трансмиссии, h= 0.88

N_v — потери мощности на буксование и извилистый ход, находятся по формуле N_v = (N_е - N_тр) · d /100= (94,4-11,33)*10/100=8,31 кВт,

где d - коэффициент буксования, принимаем d=10%;

N_п — потери мощности на передвижение, находятся по формуле

N_п=(G_т+G_м·l)×(f±sina)×V_р=

=(140,14+23,03*1)*(0,15+0,139)*0,9=42,37 кВт ,

где G_т - вес трактора, G_т =140,14 кН;

G_м - вес навесной машины, G_м =23,03 кН;

l - коэффициент догрузки, показывающий какая часть навесного орудия нагружает трактор, l=1;

f - коэффициент сопротивления качению тракторов, f =0.15;

a - угол наклона местности, причем

знак «+» - при движении вверх по склону;

знак «-» - при движении вниз по склону;

a = 8 град;

V_р - рабочая скорость агрегата, находится по формуле

V_р =V_т·(1 - d/100)=1*(1-10/100)=0,9 м/с

где V_т - теоретическая скорость агрегата на выбранной передаче трактора,V_т=1 м/с;

N_i — мощность, затрачиваемая на преодоление сил инерции, находится по формуле N_i=(M·e_u·V_т·i·V_р)/G_а=(16,63*7*1*1,1*0,9)/163,17=0,71 кВт,

где M - приведенная масса агрегата, т×с²/м, находится по формуле M = (G_т + G_м)/g=(140,14+23,03)/9,81=16,63 тс²/м ,

где G_т - вес трактора, G_т=140,14 кН;

G_м - вес навесной машины, G_м=23,03 кН;

g - ускорение свободного падения, g=9.81м/с²;

e_u - коэффициент, принимается в пределах, e_u= 7 кН/с;

i - коэффициент приведения масс, i = 1.1 м/с²;

G_а - полный вес агрегата, кН, находится по формуле

G_а = G_т + G_м=140,14+23,03=163,17кН .

В условиях нормальной эксплуатации для каждого агрегата всегда должно выполняться соотношение R_kас < R_сц,

где: P_кас — касательная сила тяги, кН, находится по формуле

P_kас=P_k+(G_т+G_мl)(f+ sina)=

=35,2+(140,14+23,03*1)*(0,15+0,139)=82,29кН

R_сц — сила сцепления трактора с почвой, кН, находится по формуле:

P_сц= l₁ × G_т · m=1*140,14*0,7=98,1 кН ,

где: l₁ — коэффициент, показывающий долю силы тяжести трактора, прихо-дящийся на ведущие колеса, принимаем l₁= 1 - для гусеничных и колесных со всеми ведущими мостами;

G_т— вес трактора, G_т=140,14 кН;

=0,7— коэффициент сцепления трактора с почвой .

Если R_kас ³ R_сц, то имеет место почти полное буксование движителей, что недопустимо в условиях эксплуатации.

Комплектование агрегата оценивается по степени загрузки h_{т .}.

Для агрегатов с пассивными навесными или прицепными орудиями

h_{т =} R / P_к =28.21/35,2=0.8 ,

где h_т – коэффициент использования тягового усилия трактора;

R – сопротивление орудия при работе, R=28.21 кН;

P_к – свободное тяговое усилие на крюке трактора, P_к=35,2 кН.

Оптимальными считаются значения близкие к единице т.е. загрузка составляет 100 %. Этих значений можно достичь для пахотного агрегата, бульдозера, террасера, грейдера, корчевателя, кустореза. Для посевных, посадочных, культивационных агрегатов достичь таких значений не представляется возможным по технологическим (шаг посева или посадки) и другим (малый вес, условия проходимости агрегатов, отсутствия необходимых тракторов) причинам. Загрузка таких агрегатов составляет примерно 20…25 %.

4.2 Для КМ-1А.

В данном случае подойдёт трактор ЛХТ-100.

Эффективная мощность двигателя трактора N_e, кВт, равна всем затратам энергии двигателя:

N_e= N_тр + N_п + N_v + N_i + N_к + N_о .

P_к = (N_e –( N_тр + N_п + N_v + N_i)) / V_р=

=(56-(7,84+24,42+4,82+0,43))/0,7=26,35 кН.

где N_е — эффективная мощность двигателя трактора, кВт, находится по формуле N_e= 0.8 · N_пасп=0,8*70=56кВт,

где N_пасп — мощность двигателя по технической характеристике трактора, N_пасп=70кВт ;

N_тр — потери мощности в трансмиссии, находятся по формуле

N_тр = N_е · (1 - h)=56*(1-0,86)=7,84кВт,

где: h- КПД трансмиссии, h= 0.86

N_v — потери мощности на буксование и извилистый ход, находятся по формуле N_v = (N_е - N_тр) · d /100= (56-7,84)*10/100=4,82кВт,

где d - коэффициент буксования, принимаем d=10%;

N_п — потери мощности на передвижение, находятся по формуле

N_п = (G_т + G_м · l) × (f ± sin a) × V_р=

=(105,84+14,7*1)*(0,15+0,139)*0,7=24,42 кВт ,

где G_т - вес трактора, G_т =105,84 кН;

G_м - вес навесной машины, G_м =14,7 кН;

l - коэффициент догрузки, показывающий какая часть навесного орудия нагружает трактор, l=1;

f - коэффициент сопротивления качению тракторов, f =0.15;

a - угол наклона местности, причем

знак «+» - при движении вверх по склону;

знак «-» - при движении вниз по склону;

a = 8 град;

V_р - рабочая скорость агрегата, находится по формуле

V_р =V_т·(1 - d/100)=0,78*(1-10/100)=0,7м/с

где V_т - теоретическая скорость агрегата на выбранной передаче трактора,V_т=0,78 м/с;

N_i — мощность, затрачиваемая на преодоление сил инерции, находится по формуле N_i = (M · e_u · V_т· i · V_р) / G_а=

=(12,29*7*0,78*1,1*0,7)/120,54=0,43 кВт ,

где M - приведенная масса агрегата, т×с²/м, находится по формуле M = (G_т + G_м)/g=(105,84+14,7)/9,81=12,29тс²/м ,

где G_т - вес трактора, G_т=105,84 кН;

G_м - вес навесной машины, G_м=14,7 кН;