Комплексная механизация лесокультурных работ

Министерство  сельского хозяйства Российской Федерации

ФГОУ  ВПО  «Приморская государственная  сельскохозяйственная академия»

Институт  лесного хозяйства 
 
 
 
 
 

Кафедра лесных культур 
 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

по системам машин в лесном хозяйстве

на тему: «Комплексная механизация лесокультурных работ» 

Специальность 250201 «Лесное хозяйство» 
 
 

Выполнил - ст-т (-ка) з/о 4 курса    ФИО

Проверил  – Гриднев А.Н. 
 
 
 
 
 
 

Уссурийск - 2010 

Содержание  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

      Началом механизации в лесном хозяйстве  принято считать 1930 – е гг., когда  Всесоюзный и Ленинградский научно – исследовательские институты  лесного хозяйства приступили к  созданию машин и орудий лесокультурного  назначения.

      До 1930 г. немалая роль в изобретении специальных простейших технических средств, приспособлений и инструментов, зачастую оригинальных, облегчающий труд лесоводов,  принадлежит пытливым умельцам, индивидуальная творческая  деятельность которых не всегда сопровождалась повсеместным внедрением их изобретений.

      Органы  лесного хозяйства осуществляют работы по повышению лесистости степных и лесостепных районов страны путем облесения земель, не используемых в сельском хозяйстве, работы по защите почвы от эрозии, по созданию защитных лесонасаждений на берегах крупных водохранилищ, вокруг городов и населенных мест. В комплексе мероприятий, обеспечивающих получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур, большое место занимает защитное лесоразведение.

      В лесу в больших объемах ведется  дорожное строительство, осушительные работы, создаются пруды и водоемы.

      Эффективное выполнение возрастающих из года в  год огромных по масштабу и разнообразных  по характеру лесохозяйственных  и лесомелиоративных работ возможно только при всесторонней комплексной механизации процессов производства.

      Под всесторонний механизацией понимается наиболее высокий этап развития механизации, при которой комплексная механизация  охватывает все отрасли рассматриваемого лесохозяйственного производства.

      Оптимальная структура  машинно–тракторного  парка должна устранить несоответствия между уровнем механизации производственных процессов и уровнем механизации  труда при работе машинных агрегатов.

      На  данный момент была создана единая механизированная  автоматизированная система управления по охране лесов от пожаров.

      Созданная и внедряемая в лесное хозяйство  система машин предусматривает  комплексную механизацию основных видов работ: заготовка семян  и выращивания посадочного материала; создания лесных культур; содействия естественного возобновлению леса; создания защитных лесных насаждений; защиту леса от вредителей и болезней;  охрана леса от пожаров; осушение лесных заболоченных площадей; механизация рубок ухода за лесом;  строительство в лесу новых и ремонт существующих дорог; расчистку площадей от древесной растительности и ее остатков.

      Решающею  роль на уровень и эффективность  использования техники оказывает  обеспеченность лесного хозяйства  кадрами механизаторов.

      В лесном хозяйстве основным ведущим специалистом, осуществляющий весь технологический процесс комплексного лесохозяйственного производства, начиная от рубки леса и кончая лесовосстановлением на вырубленной площади, является инженер лесного хозяйства. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Характеристика лесорастительных условий объекта проектирования 

    Будем исходить из того, что объект проектирования находится на Дальнем Востоке  и располагается в Южной части  Приморья.

    Климат  района расположения объекта определяется близостью Японского моря и носит резко выраженный муссонный характер. Муссоны, дующие летом с моря, понижают температуру воздуха и приносят обильные осадки, вызывая туманы, повышая влажность воздуха и большое количество пасмурных дней.

    Зимой воздушные массы движутся с материка, обуславливая холодную ясную погоду, сухость воздуха, малое количество осадков. Незначительная высота снежного покрова (в среднем 15 см) и низкая температура зимы (средняя температура января -16,2 ⁰С, минимальная - 37,0 ⁰С) способствует промерзанию почвы более чем на 1 м. Зима длится 5 месяцев, с начала ноября до середины апреля.

    Весна наступает рано, но бывает часто  затяжной (до июня), с возвратами холодов, носит ярко выраженный засушливый характер. В первой половине апреля суточные температуры проходят через 0 ⁰С, а через месяц они уже превышают +10 ⁰С.  Сухость воздуха и медленное оттаивание почвы надолго задерживают распускание листвы.

    Летний  период с суточными температурами  воздуха выше +15 ⁰ С продолжается 3 месяца: июнь, июль, август. Лето теплое, в первой половине с частыми и стойкими туманами. Во второй половине лета начинаются дожди, идущие иногда без перерыва 2-3 суток и больше. В августе летние муссоны ослабевают и, как правило, устанавливается ясная погода.

    Осень солнечная, теплая, сухая, в отдельные  годы продолжается до конца ноября. Вначале сентября суточные температуры переходят через +15 ⁰ С, а в конце месяца становятся ниже +10 ⁰С. В конце сентября иногда появляются утренние заморозки, а вначале октября они становятся ежедневными.  Сухость осеннего периода создает высокую степень пожарной опасности в лесу, которая сохраняется иногда до глубокой зимы в связи с поздним выпадением снега. Второй пик пожарной опасности наблюдается весной в апреле-мае. . В первой половине октября прекращается вегетация, во второй половине месяца суточные температуры воздуха становятся отрицательными. В начале ноября устанавливается снежный покров.

    В районе расположения объекта в среднем выпадает за год 700-750 мм осадков. В теплый период (май-сентябрь) выпадает 75-78 % годового количества осадков, причем наибольшее их количество (55 %) приходится на июль-сентябрь, наименьшее на январь, февраль, март (4,1 %). В летний период осадки носят ливневый характер, поэтому возникают разливы рек.

    Горный  рельеф занимает большую часть территории лесхоза и характеризуется сильной расчлененностью. Средняя крутизна склонов составляет 15  ⁰ с колебаниями от 5 ⁰ до 45 ⁰ . Горные хребты из конусообразных и остроконечных сопок, покрытых низкорослым древостоем или лугами типа альпийских с высотой над уровнем моря 300-350 метров. Склоны крутые выпуклые.

    Элювий  плотных пород характерен для  горных склонов и отдельных сопок  и возвышенностей, встречающихся  на равнинах, состоит из мелкозема (пылеватый  суглинок) и скелета. Имеет рыхлое строение, не испытывает чрезмерного переувлажнения.

    Делювий встречается в нижних частях горных склонов и имеет по сравнению  с элювием более тяжелый механический состав – тяжелосуглинистый, затруднено просачивание влаги в глубокие слои. Слабая водопроницаемость и сравнительно небольшие уклоны местности вызывают сильное переувлажнение почв.

    Озерно-речные отложения свойственны для равнинных  районов, имеют плотное сложение и тяжелый механический состав –  тяжелые суглинки и глины с  высоким содержанием ила. Из-за плотного сложения и тяжелого механического состава практически водонепроницаемы, поэтому претерпевают сильное переувлажнение, особенно в низинах.

    Аллювиальные  речные отложения залегают повсеместно  в долинах рек. Механический состав разнообразен: пески, супеси, легкие суглинки, суглинки. Подстилаются песчано-галечными отложениями. Мало страдают от переувлажнения, развиты в долинах рек.

    Почвы на Юге Приморья делятся:

1. Почвы горных склонов:
1. бурые горно-лесные сильногумусированные;
2. бурые горно-лесные среднегумусированные;
3. бурые горно-лесные слабогумусированные;
4. бурые горно-лесные слабоподзолистые.
2. Почвы увалов и морских террас:         

7. бурые лесные оподзолистые;

8. бурые лесные сильнооподзолистые.

3. Почвы по долинам рек:

7. пойменные почвы (свежие песчанно-галечные отложения слабозадернованные  слоистые и дерново-аллювиальные);

8. бурые лесные почвы на речном аллювии;
9. заболоченные и болотные почвы;
10. прочие почвы (луговые глеевые, почвы оврагов и пребрежно-песчано-галечные отложения).

    Наибольшее  распространение в районе расположения объекта проектирования имеют широколиственные насаждения с разнообразным по видовому составу подлеском, травянистым напочвенным покровом. В образовании основного полога насаждений участвуют до 22 древесных пород. В целом по району преобладают дубовые типы леса 48,8 % лесопокрытой площади, хвойные типы леса составляют 11,8 %. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.Механизация работ по выращиванию посадочного материала в питомнике 
 

2.1 Проект технологии работ при выращивании посадочного материала в питомнике 

      Необходимо  вырастить крупномерные саженцы лиственницы школьном отделении питомника. Площадь питомника будет составлять 18 га. Почвы свежие суглинистые. Будем исходить из того, что обеспеченность минеральными веществами средняя. Уклон по горизонтали  0,01.

      Для выращивания сеянцев будут проводится следующие виды работ:

- паровое поле:

1. Перепашка  после выкопки сеянцев плугом общего назначения ПЛН-3-35, агрегатируется   трактором МТЗ-80, ориентировочные сроки проведения работ – май.

2. Двукратное  боронование БДН-3, агрегатируется с трактором МТЗ-80. В течении летнего периода.

3. Внесение торфяных удобрений:

  Используем  полуприцеп 1-ПТУ-4  с трактором   МТЗ-80, ориентировочные       сроки проведения работ – осень.

4. Подготовка почвы:

зяблевая  вспашка плугом общего назначения ПЛН-3-35, агрегатируется   трактором МТЗ-80, ориентировочные сроки проведения работ – осень.

- 1-й  год:

5. Боронование БДН-3, агрегатируется с трактором МТЗ-80. Ранняя весна.

6. Посадка лиственницы:

 Лесопосадочная  машина СШП-3/5, агрегатируется с  трактором МТЗ-80, ориентировочные сроки проведения работ – май.  

7. Культивация культиватором КНО-2,8, агрегатируется с трактором Т-16М. В течении летнего периода.

-2-й  год:

8. Культивация культиватором КНО-2,8, агрегатируется с трактором Т-16 М. В течении летнего периода.

9. Выкопка посадочного материала выкопной скобой ВПН – 2 агрегатируется с трактором ДТ - 75, апрель –май. 

      Все основные технологические показатели сведены в таблицу 4.1. 
 

2.2. Комплектование машинно-тракторных  агрегатов 
 

Вспашка почвы 

      Вспашку мы производим  при  помощи плуга  общего назначения      ПЛН-3-35, агрегатируем его с трактором  МТЗ-80.

      Тяговое сопротивление плуга при работе на открытых площадях определяется по формуле:

R_пл= К₀аb , H , где:

      М – масса плуга (475 кг);

     f – коэффициент трения почвы о металл (0,3);

      К₀ – удельное сопротивление лемешных плугов (3,5 Н/см²);

      а – глубина вспашки (25 см);

      b – ширина захвата плуга (105 см).

R= 3,5*25*105= 9187,5 Н

      Тяговое сопротивление агрегата определяется по формуле:

R_агр.= R_пл. + (М_тр. + М_пл.)gΐ , где:

      М_тр – масса трактора;

      М_пл – масса плуга.

R_агр = 9187,5+(3160+475)= 12823 Н.

     Коэффициент тягового усилия находится по формуле:

ή =  R_агр. / Р_т^х

где:

        Р_т^х – тяговое усилии трактора на передачи х (14000 Н)

ή = 12823/14000= 0,92

     Сменная  производительность пахотного агрегата находим по формуле:

W_см.=0,1ВύТК_вК_VК_тК_α , где:

      В – расстояние между центрами  полос;

      ύ – расчетная скорость;

      Т – продолжительность смены  (8 ч);

      К_в – коэффициент   использования   конструктивной   ширины  захвата (1,1);

      К_v – коэффициент использования скорости;

      К_т – коэффициент использования времени смены (0,8);

      К_α – коэффициент учитывающий влияния рельефа (0,96).

     Коэффициент использования скорости можно определить по выражению

К_v = (1-δ)(1-λ), где:

       δ – коэффициент буксования;

       λ – коэффициент криволинейности  хода агрегата.

К_v = (1 – 0,14)(1 – 0,05) = 0,817.

W_см= 0,1*1,05*7,8*8*0,817*1,1*0,8*0,96= 4,53га.

Дневная производительность определяется по формуле:

W_дн= W_см*К_см..

W_дн= 4,53*1=4,53 га.

     Количество  машинно - смен находим по формуле:

m_см. = S/W_см., где:

    S – объем работ (площадь), га.

m_см. = 4,5/4,53= 0,99 .

      Определяем  количество рабочих и календарных  дней при работе одного агрегата на данном виде работ:

t_р.= m_см./А, где:

      А – количество агрегатов.

t_р. = 0,99/1=0,99=1 день.

t_к. = t_р./К_и, где:

       К_и – коэффициент использования периода (0,6)

t_к. = 0,99/0,6 = 1,65=2 дня. 

Внесение  торфяных удобрений 

      Торфяные  удобрения будем вносить в  почву при помощи полуприцепа  РОУ-6А, агрегатируя его  с трактором  МТЗ-80.

      Тяговое сопротивление агрегата для разбрасывания органических удобрений определяется по формуле:

R_агр=М_рg(μ+i)+М_трgi, H , где:

    М_р, М_тр- массы разбрасывателя и трактора, кг;

    μ- коэффициент сопротивления качению навозоразбрасывателя.

R_агр=1400*10*(0,2+0,02)+2800*10*0,02=3640.

      Сменная производительность:

W_см.=0,1ВύТК_VК_т, где:

       В – технологическая   ширина   захвата   агрегата;

      ύ – расчетная скорость;

      Т – продолжительность смены;

      К_v – коэффициент использования скорости;

      К_т – коэффициент использования времени смены (0,7).

      Коэффициент использования скорости можно определить по выражению

К_v = (1-δ)(1-λ), где:

       δ – коэффициент буксования;

       λ – коэффициент криволинейности  хода агрегата.

К_v = (1 – 0,14)(1 – 0,05) = 0,817.

W_см = 0,1*5*10*8*0,817*0,7= 22,87 га.

Дневная производительность определяется по формуле:

W_дн= W_см*К_см, где:

    К_см- коэффициэнт сменности.

W_дн= 22,87*1=22,87.

     Количество  машинно - смен находим по формуле:

m_см. = S/W_см., где:

      S – объем работ (площадь), га.

m_см. = 4,5/22,87= 0,20

      Определяем количество рабочих и календарных дней при работе одного агрегата на данном виде работ:

t_р.= m_см./А, где:

       А – количество агрегатов.

t_р. = 0,20/1=0,20.

t_к. = t_р./К_и, где:

    К_и – коэффициент использования периода (0,6)

t_к. = 0,20/0,6 = 0,33=1 день. 

  Дискование пара, предпосевное боронование 

      Для разделки пластов после вспашки  с целью рыхления и дробления  почвы, выравнивания поверхности почвы, разрушения почвенной корки и  сохранения почвенной влаги применяется  как зубовые так и дисковые бороны. В данном питомнике будем производить боронование при помощи дисковой бороны БДН-3, агрегатируя ее с трактором МТЗ-80.

      Тяговое сопротивление дисковых орудий определяем по формуле:

R_б. = Мf+К₀*В_р , Н , где:

       М- масса бороны,  кг;

       К₀ – удельное сопротивление орудия;

       В_р. – рабочая ширина захвата (3 м).

R_б.=698*10*(0,3+0,02)+2000*3= 8233,6 Н.

     Тяговое сопротивление  агрегата определяется по формуле:

R_агр.= R_б + (М_тр. + М_.)gΐ , где:

      М_тр – масса трактора,

   R_агр = 8233,6  + (3160 + 698)*10*0,02 = 9005,2 Н.

     Коэффициент тягового усилия находится по формуле:

ή =  R_агр. / Р_т^х

где:

        Р_т^х – тяговое усилии трактора на передачи х (11500 Н)

ή = 9005,2/11500= 0,78

     Сменная  производительность пахотного агрегата находим по формуле:

W_см.=0,1ВύТК_вК_VК_тК_α,где:

      В – расстояние между центрами  полосами (3 м);

      ύ – расчетная скорость;

      Т – продолжительность смены  (8 ч);

      К_в – коэффициент   использования   конструктивной   ширины  захвата;

      К_v – коэффициент использования скорости;

      К_т – коэффициент использования времени смены;

      К_α – коэффициент учитывающий влияния рельефа;

     Коэффициент использования скорости можно определить по выражению:

К_v = (1-δ)(1-λ), где:

       δ – коэффициент буксования;

       λ – коэффициент криволинейности хода агрегата.

К_v = (1 – 0,14)(1 – 0,05) = 0,817.

W_см= 0,1*3*9,9,3*8*0,98*0,817*0,8*0,96= 13,68 га.

     Количество  машино - смен находим по формуле:

m_см. = S/W_см., где:

      S – объем работ (площадь), га.

m_см. = 4,5/13,68= 0,33.

  Определяем количество рабочих и календарных дней при работе одного агрегата на данном виде работ:

      t_р.= m_см./А, где:

       А – количество агрегатов. 

t_р. = 0,33/1=0,33.

t_к. = t_р./К_и, где:

       К_и – коэффициент использования периода (0,6).

t_к. = 0,33/0,6 =0,55=1 день. 
 
 
 

Посадка лиственницы 

Посадку будем производить лесопосадочной машиной СШП-3/5, агрегатируя ее с  трактором МТЗ-80.

      Тяговое сопротивление лесопосадочной машины определяется по формуле:

R= Mg(f+μ) + К₀аbm, Н , где:

      М – масса посадочного устройства  (900 кг);

      f – коэффициент сопротивления сошника о почву (0,15);

      μ– коэффициент сопротивления  сошника на вспаханном поле;

      К₀ – удельное сопротивления почвы при вспашки плугом;

      а – глубина погружения сошника  в почву(15 см);

      b – ширина посадочной борозды (12 см);

      m – количество сошников (3).

R_с.= 650*10*(0,15+0,20) + 3*15*12*3= 3895 Н.

     Тяговое сопротивление тягового агрегата определяется по формуле:

R_агр.= R_пл. + (М_тр. + М_пл.)gΐ , где:

      М_тр – масса трактора;

      М_пл – масса лесопосадочной машины .

R_агр = 3895 + (3160 + 650)*10*0,02 = 4657 Н.

     Коэффициент тягового усилия находится по формуле:

ή =  R_агр. / Р_т^х

где:

        Р_т^х – тяговое усилии трактора на передачи х (14000 Н)

ή = 4657/14000= 0,33.

     Сменная  производительность пахотного агрегата находим по формуле:

W_см.=0,1ВύТК_вК_VК_тК_α , где:

      В – расстояние между центрами  полосами (1,5 м);

      ύ – расчетная скорость (3,5 км/ч);

      Т – продолжительность смены  (8 ч);

      К_в – коэффициент   использования   конструктивной   ширины  захвата;

      К_v – коэффициент использования скорости;

      К_т – коэффициент использования времени смены;

      К_α – коэффициент учитывающий влияния рельефа (1,0).

     Коэффициент использования скорости можно определить по выражению

К_v = (1-δ)(1-λ), где:

       δ – коэффициент буксования;