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].
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].
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].
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].
а
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.
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.