|
Курсовая: Система машин в лесном хозяйствеКурсовая: Система машин в лесном хозяйствеМинистерство общего образования Российской ФедерацииМосковский Государственный Университет леса Кафедра механизации лесохозяйственных работ КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Система машин в лесном хозяйстве» Выполнил: студент з. о. гр. ЛХ-51 Толкачев Д.И. Руководитель: ________________ ________________ Работа защищена с оценкой __________________ Дата защиты __________________ Подпись руководителя __________________ Москва – 2002 г. 1. Ведение Специальные тракторы для работ в лесном хозяйстве и лесной промышленности появились в послевоенные годы, и в настоящее время в России, странах СНГ и в других развитых странах они вытесняют в этой отрасли тракторы общего назначения. Потребность в создании специального лесного трактора возникла потому, что тракторы других типов по эксплуатационным качеством не удовлетворяли специфическим условиям работы в лесу. От них требовались значительно более высокие проходимость и маневренность, возможность преодолевать различные встречающиеся в лесу препятствия, способность работать круглый год. Широкая программа развития народного хозяйства России предусматривает в ряду других мероприятий и ускорение технического переоснащения лесного хозяйства. Технический прогресс в этой отрасли неразрывно связан с повышением уровня механизации лесохозяйственных работ и производительности труда. Перспективы развития механизации и автоматизации работ определены системой машин для комплексной механизации лесохозяйственного производства на 1986-1995 гг., а также в условиях рыночных отношений. 2. Характеристика района работ 2.1. Местоположение и климат Район создания лесных культур расположен в северо-западной части города Ивантеевки Московской области на расстоянии 35 км от Москвы. Климат района умеренно-континентальный. Среднегодовая температура воздуха +3,8 0С, средняя температура самого холодного месяца – января -10,5 0С (абсолютный минимум достигает -40 0С), самого теплого – июля +17,5 0С. Первые зимние заморозки появляются во второй половине августа, а весенние утренники бывают в мае, реже в июне месяцах с колебанием температуры от -1 0С до -4 0С. Среднегодовая температура почвы на поверхности +4,2 0С. Вегетационный период продолжается около 170 дней, начинается, в среднем, 18-20 апреля, и длится до 7-12 октября. Период активной вегетации с температурой выше +10 0С продолжается 120-130 дней. Максимальная годовая сумма осадков равна 630-640 мм. За теплый период выпадает 355-440 мм осадков, а за холодный 145-190 мм. Ежегодно бывает, в среднем, 171 день с осадками. Возможны засушливые периоды в апреле-мае. Наиболее часто осадки носят ливневый характер с грозами, когда за один раз выпадает 20-30 мм осадков и более. Снежный покров становится устойчивым в конце ноября. Сходит снег в середине апреля. Почва промерзает в среднем на 0,5-0,7 м. В отдельные годы при малом снеговом покрове промерзание достигает 2 м. Направление ветров меняется незначительно. Преобладающими с сентября по апрель являются южные и юго-западные ветра, а в теплое время года преобладают ветра северных направлений. 2.2. Рельеф, геология и гидрология Район создания лесных культур расположен на пологоволнистой слаборасчлененной равнине с высотой над уровнем моря 144 м, рельеф ровный. Почвообразующие породы района расположения создаваемых лесных культур относятся к четвертичным покровным отложениям Центрально-Русской минералогической провинции. Территория провинции представляет собой полого холмистую равнину, лежащую в краевой области Московского и Днепровского отделении, сложенную в большинстве случаев моренными отложениями. Глубина залегания грунтовых вод 6-8 м. 2.3. Почвы и растительность По почвенному районированию район расположения создаваемых культур относится к Среднерусской провинции, умеренно Промерзающей фракции, подзоны дерново-подзолистых почв южной Тайки, европейско-западно-сибирской таежно-лесной области, второго бореального пояса. Почва на участке создания культур легкоподзолистая, а по механическому составу – суглинистая. По лесорастительному районированию С.Ф. Курнаева (1973 г.) территория района входит в южную подзону смешанных лесов средней части Русской равнины. По лесорастительному районированию Московской области территория проектируемого питомника входит в район елово-широколиственных лесов Клинско-Дмитровской гряды. Состав насаждения на вырубке, которого создаются культуры, представляет собой 7Е2Б1Ос. 3. Проектируемая технология лесовосстановления и ее обоснование 3.1. Характеристика лесокультурного фонда Лесные культуры – искусственные лесные насаждения, созданные путем посадки или посева с целью лесовосстановления или лесоразведения. Площадь, занимаемая лесными культурами, называется лесокультурной. Общая площадь участка, предназначенная для создания лесных культур, называется лесокультурным фондом. В зависимости от способа обработки почвы категории площадей лесокультурного фонда объединяют в группы: а – пустыри, прогалины, земли вышедшие из-под сельскохозяйственного пользования, старые вырубки с прогнившими пнями и другие площади, которые позволяют проводить сплошную обработку почвы без дополнительных мероприятий; б – вырубки, редины, гари без естественного возобновления; вырубки с количеством пней менее 500 шт./га на почвах с постоянным или временным переувлажнением, и до 600 шт./га на сухих и свежих почвах, допускающие частичную обработку почвы без корчевки (полосами или бороздами); в – те же площади, что и в категории «б», но число пней в первом случае более 500 шт./га, а во втором более 600 шт./га, допускающие обработку почвы бороздами и площадками; г – вырубки и гари, неудовлетворительно возобновившиеся главной породой или возобновившиеся мягколиственными породами; изреженные насаждения, где необходимо ввести главную породу, требующие предварительную расчистку и раскорчевку. В данной работе лесокультурная площадь относится к категории «г». 3.2. Обоснование типов культур, методов и способов их производства Тип лесных культур включает: ассортимент пород, схемы смешения, размещения, густота, агротехнические решения. При проектировании лесных культур первостепенное место отводится выбору их типа. Определяется метод и вид культур, способ их создания, фаз их производства, разрабатывается технология выращивания культур. Метод лесных культур определяется по трем позициям: - по времени их производства относительно рубки спелого леса – культуры предварительные (за 1-3 года до рубки) или последующие (после рубки); - по принципам формирования будущего насаждения – культуры сплошные (насаждение формируется только из посаженных или посеянных растений) или частичные (из лесных культур и естественно возобновившихся древесных растений; - по составу насаждения – культуры чистые (однородные) и смешанные (состоящие из двух и более пород). Вид лесных культур является слагаемым позиций стратегии их метода. В данном случае это – культуры последующие, сплошные, чистые. Способов создания лесных культур два: посев и посадка, возможна их комбинация. Сеянцы и саженцы на лесокультурной площади в первые годы растут быстрее, чем всходы, т.к. стадию замедленного роста они прошли в питомнике. В связи с этим и ухаживать за культурами, созданными посадкой проще. Они меньше страдают от конкуренции сорняков. На создание культур посадкой требуется в среднем в 5-7 раз меньше семян. Высаженные растения меньше подвергаются выжиманию, повреждениям птицами и грызунами. В данной работе лесные культуры создаются посадкой. Густота культур – это количество деревьев, культивируемых на единице площади. Оптимальная густота культур зависит: от биологических и лесоводственных свойств лесных пород – более светолюбивые породы следует выращивать в менее густых древостоях, чем теневыносливые; от состава культур: чистые – гуще, смешанные реже с учетом последствий взаимовлияния древесных пород; от условий местопроизрастания: в более бедных и сухих – гуще, в более богатых и влажных – реже; от состояния и происхождения лесокультурной площади, также от метода производства культур. Культуры созданные посевом, обычно являются более густыми, чем созданные посадкой. Сплошные культуры гуще частичных. В данном случае создается еловое насаждение саженцами с густотой 2,2 тыс. шт./га. Существует ряд вариантов размещения культур на лесокультурной площади: равномерное (квадратное) размещение деревьев, рядовое (прямоугольное), кулисное (несколько сближенных рядов чередуются с более широкими межкулисным пространством), биогруппами (площадками) различных размеров. Параметрами рядового размещения являются ширина междурядий (расстояние между рядами) и расстояние между растениями в ряду (шаг посадки). В данной работе размещение культур рядовое с шириной междурядий 4,5 м и шагом посадки 1,0 м. 3.3. Технология лесокультурных работ Фазы производства и выращивания лесных культур являются своеобразными этапами реализации выбранного типа лесных культур. Они представлены: подготовительными работами, обработкой почвы, закладкой культур и уходами за ними. В данной случае подготовительные работы включают: - прокладку коридоров шириной 2,5 м при расстоянии между центрами коридоров 4,5 м (Д-514А, Т-130); - корчевку и расчистку в коридорах (Д-25, Т-130). Обработка почвы производится путем минерализации полос шириной 2,5 м на глубину 10-15 см при расстоянии между центрами полос 4,5 м (ФЛУ-0,8; ЛХТ-55). Закладка лесных культур осуществляется посадкой саженцев ели с размещением 4,5 х 1,0 м (МЛУ-1, ЛХТ-55). Уходы за лесными культурами обязательны для всех типов лесных культур. Различают агротехнические и лесоводственные уходы. Первые из них преследуют цель – обеспечить хорошие условия культурам в первые 3-5 лет до смыкания их в рядах. В данной работе агротехнический уход заключается в дисковании полос шириной 0,6 м с двух сторон рядов культур при оставлении защитной полосы 0,5 м (КЛБ-1,7; ЛХТ-55). Культивацию осуществляют по 1-му разу за сезон на 2-ой и 3-ий год после посадки. Лесоводственные уходы (ранние осветления до перевода лесных культур в покрытую лесом площадь) направлены на подавление конкуренции со стороны нежелательной древесной растительности. В данной работе лесоводственный уход (на 5-ый год после посадки) осуществляется прикатыванием в междурядьях (КОК-2, ЛХТ-55) и срезанием в рядах и в защитной зоне вдоль рядов (Секор-3). Технологическая карта создания лесных культур приведена в ведомости 1. Годовая потребность в посадочном материале составляет 486 тыс. шт. саженцев ели (ведомость 2). Сроки выполнения работ приведены в ведомости 3. 4. Комплектование машинно-тракторного парка Правильно составленный агрегат должен соответствовать требованиям агротехники, обеспечивать высокое качество работы и высокую производительность при наименьших затратах. Комплектование агрегатов производится в следующем порядке: а) уточняются условия работы и агротехнические требования; б) выбирается тип трактора и марка машины; в) устанавливается рабочая передача и скорость движения агрегата. 4.1. Выбор типа трактора и рабочей машины При подборе типа трактора учитываются: 1. Трудоемкость работ. Более мощные тракторы используются преимущественно на энергоемких операциях (расчистка участков от пней и порубочных остатков, основная обработка почвы). Тракторы средней и малой мощности используются на менее энергоемких работах – дополнительная обработка почвы, посадка, уход за культурами; 2. Условия проведения работ. Выбирается тип трактора, который для данных условий обладает лучшей проходимостью и устойчивостью хода. Так, на почвах с повышенной влажностью используются гусеничные тракторы, на участках, требующих мелиорации – тракторы с уширенными гусеницами, на склонах – крутосклонные тракторы. При работе на нераскорчеванных вырубках, даже на операциях малой энергоемкости (междурядная культивация, химическая борьба с сорняками и вредителями), используются гусеничные тракторы, имеющие высокую мощность, так как менее мощные колесные тракторы в этих условиях имеют неустойчивый ход и не обеспечивают нужного качества работы; 3. Характер выполнения технологического процесса. При междурядной обработке трактор должен иметь достаточный дорожный просвет, обеспечивающий свободный проход над обрабатываемыми растениями: ширина колеи трактора должна соответствовать ширине междурядий и ходовая часть должна быть достаточно узкой, чтобы не повреждать обрабатываемые растения; 4. Степень универсальности трактора. При подборе трактора необходимо предусмотреть их возможно более полное использование в течение всего сезона, поэтому следует принимать во внимание степень универсальности трактора, т.е. способность агрегатироваться с различными рабочими машинами. При подборе рабочей машины в первую очередь учитываются ее технологические показатели, т.е. машина должна обеспечивать выполнение заданного технологического процесса в указанных условиях в соответствии с агротехническими требованиями. Для условий лесного хозяйства, где лесокультурные площади невелики, часто неправильной конфигурации и сложны по условиям работы (наличие пней), важным показателе агрегата является его маневренность. Поэтому при составлении агрегатов предпочтение надо отдать навесным машинам. 4.2. Расчет тяговых сопротивлений лесохозяйственных машин 4.2.1. Усилие для выкорчевывания одного пня (Д-25): Rкор = Gкор * g * f + Kк * a * b * ln + Gn * fn , Н, где, Gкор = 1900 кг – масса корчевательной машины; g = 10 м/с2 – ускорение силы тяжести; f = 0,35 – коэффициент сопротивления перемещению корчевательной машины; Kк = 35 Н/см2 – коэффициент сопротивления корчеванию, учитывающий разрыв корней, трение их о почву при извлечении пня и рыхление почвы; a = 25 см – глубина погружения клыков в почву; b = 140 см – ширина захвата отвала корчевательной машины; ln = 0,60 – коэффициент плотности рыхления за счет расстояния между зубьями; Gn = 3500 Н – вес перемещаемого отвалом пня и грунта; fn = 0,5 – коэффициент сопротивления перемещению пня, грунта. Rкор = 1900 кг * 10 м/с2 * 0,35 + 35 Н/см2 * 25 см * 140 см * 0,60 + 3500 Н * 0,5 = = 6650 + 73500 + 1750 = 81900 Н 4.2.2. Сопротивление кустореза (пассивный рабочий орган) (Д-514А): Rк = Kp * dcp * ncp * s + Gк * g * fт.п , H, где, Kp = 1500 Н/см – коэффициент резания; dcp = 8 см – средний диаметр стволиков; ncp = 12 – число стволиков, совпадающих с режущей кромкой ножа; s = 0,5 – коэффициент, учитывающий неодновременность процесса перерезания стволиков; Gк = 2350 кг – масса кустореза, приходящаяся на опорные полозки; g = 10 м/с2 – ускорение силы тяжести; fт.п = 0,5 – коэффициент трения скольжения полозков о почву. Rк = 1500 Н/см * 8 см * 12 * 0,5 + 2350 кг * 10 м/с2 * 0,5 = 72000 + 11750 = = 83750 H 4.2.3. Сопротивление орудий для дополнительной обработки почвы (культиваторы, катки и др.): Rм = К * Вр , Н, где, К – коэффициент удельного сопротивления машины на один метр ширины захвата, Н/м; Вр – рабочая ширина захвата, м. Вр = mр * (bм - 2е), м, где, mр – число рядов, обрабатываемых за один проход; bм – ширина междурядья, м; при уходе одного ряда (mр = 1) bм – рабочая ширина захвата, м; е – величина защитной зоны, м. а) КЛБ-1,7 В данной работе производится частичная (полосная) раскорчевка и обработка почвы. Агротехнический уход – дискование осуществляется полосами шириной 0,6 м (Вр) с дух сторон от рядов культур при оставлении защитной зоны 0,5 м. К = 4000 Н/м Rкул = 4000 Н/м * 0,6 м = 2400 Н б) КОК-2 mр = 1 ; bм = 4,5 м ; е = 0,5 м Вр = 1 * (4,5 м – 2 * 0,5 м) = 3,5 м К = 1200 Н/м Rкат = 1200 Н/м * 3,5 м = 4200 Н 4.2.4. Сопротивление лесопосадочных машин (МЛУ-1): Rл.м = Gл.м * g * fт + Kn * a * b * n , Н, где, Gл.м = 945 кг – масса машины; fт = 0,35 – коэффициент трения металла машины о почву; Kn = 6,2 Н/см2 – коэффициент удельного сопротивления почвы; а = 35 см – глубина хода сошника; b = 35 см – ширина сошника; n = 1 – количество сошников. Rл.м = 945 кг * 10 м/с2 * 0,35 + 6,2 * 35 см * 35 см * 1 = 3308 + 7595 = 10903 Н 4.2.5. Сопротивление машин с активными рабочими органами (фрезерная машина) (ФЛУ-0,8): Для обеспечения работы фрезы необходимо выполнять условие: Nт > Nпотр , кВт где, Nт = 45,6 кВт – мощность трактора (в данном случае ЛХТ-55); Nпотр – потребная мощность для работы фрезы, кВт. Nпотр = Nдв + Nрез + Nотбр , кВт, где, Nдв – мощность, необходимая на продвижение фрезы в загубленном положении, кВт; Nрез – мощность необходимая для резания грунта, кВт; Nотбр – мощность, необходимая на отбрасывание почвенных частиц, кВт. Gф * f * Vт Nдв = 1000 , кВт, где, Gф = 7500 Н – сила тяжести фрезы; f = 0,35 – коэффициент трения металла о почву; Vт = 0,8 м/с (3 км/ч) – скорость движения трактора. 7500 Н * 0,35 * 0,8 м/с Nдв = 1000 = 2,1 кВт Кл * а * b * (Vокр - Vт) Nрез = 1000 , кВт, где, Кл = 3,5 * 104 Н/м2 – удельное сопротивление почвы резанию; а = 0,14 м – глубина фрезования; b = 0,8 м – ширина захвата фрезы; Vокр – окружная скорость фрезерного барабана, м/с. Vокр = ws * rб , м/с, где, rб = 0,32 м – радиус фрезерного барабана; ws – угловая скорость барабана. п * n ws = 30 , рад/с (с-1), где, п = 190 об/мин – частота вращения барабана фрезы. 3,14 * 190 об/мин ws = 30 = 19,9 рад/с (с-1) Vокр = 19,9 рад/с * 0,32 м = 6,4 м/с 3,5 * 104 Н/м2 * 0,14 м * 0,8 м * (6,4 м/с - 0,8 м/с) Nрез = 1000 = 22,0 кВт Котбр * Gотбр * (Vокр - Vт)2 Nотбр = 2 * 1000 * g * t , кВт, где, Котбр = 0,8 – коэффициент отбрасывания почвы рабочими органами; Gотбр – сила тяжести грунта, отбрасываемого рабочими органами за время t, Н; t – время прохода к почве очередного рабочего органа, с. Gотбр = y * a * b * (Vокр - Vт) * t , Н, где, y = 22 * 103 Н/м – удельный вес почвы. Котбр * y * a * b * (Vокр - Vт) * t * (Vокр - Vт)2 Nотбр = 2 * 1000 * g * t = Котбр * y * a * b * (Vокр - Vт)3 = 2 * 1000 * g , кВт 0,8 * 22 * 103 Н/м * 0,14 м * 0,8 м * (6,4 м/с – |
