Тема 3.3. Машины для посадки леса.

Лесотехнические требования к посадке. Общее устройство лесопосадочных машин. Рабочие органы лесопосадочных машин. Посадочные аппараты. Заделывающие рабочие органы. Конструкции лесопосадочных машин и сажалок.

Способы посадки.Посадка является основным технологическим приемом зак­ладки лесных культур при лесоразведении и лесовосстановлении и осуществляется в различных климатических и почвенных усло­виях.

В лесном хозяйстве в зависимости от вида лесокультурной пло­щади и почвенных условий посадку леса или отдельных деревьев ведут разными способами.

На вырубках с дренированными почвами культуры сажают на дно борозды, проделываемой двухотвальным плугом.

На избыточно увлаженных почвах посадку культур ведут по отваленным пластам или по микроповышениям.

В декоративных и плодово-ягодных отделениях питомников и отделениях цветоводства посадку растений ведут рядовым спосо­бом на разделанной почве.

В садово-парковом строительстве широко применяют посадку высокорослых деревьев с комом почвы в предварительно подго­товленные траншеи или ямы.

Площади, на которых производится посадка лесных культур, подразделяются на следующие категории:

• школьные отделения питомников — для выращивания круп­номерного посадочного материала;

• открытые площади — для создания полезащитных, придо­рожных, прибалочных и приовражных лесных полос;

• вырубки — для создания культур на лесокультурных площадях различных категорий и различной влажности, а также под пологом леса;

• овражно-балочные и горные склоны — для выращивания лесомелиоративных насаждений;

• площади с барханными и подвижными песками — для создания лесных культур в целях закрепления песков.

Лесотехнические требования к посадке.При создании лесных культур к механизированной посадке предъявляется ряд требований, от соблюдения которых зависит качество выполняемых работ.

Основными лесотехническими тре­бованиями являются следующие:

-при посадке лесных культур должны выдерживаться задан­ные междурядья, особенно на открытых площадях и на раскорче­ванных вырубках;

-должен выдерживаться заданный шаг посадки;Отклонение не должно превышать 10…20%

-при посадке не должна повреждаться надземная часть поса­дочного материала;

-заделка корневых систем культур должна быть плотной на всей глубине их расположения без значительных деформаций и повреждений;

-корневые шейки культур должны заделываться на заданную глубину относительно поверхности почвы;

-корневая система должна располагаться в почве без повреж­дений и загибаний;

-посадка должна производиться на одинаковую глубину;

-надземная часть культур после посадки должна располагаться вертикально как в продольном направлении, так и в поперечной плоскости. Отклонение не должно превышать 20... 30°.

Классификация лесопосадочных машин. В зависимости от способов посадки лесопосадочные машины классифицируются по следующим основным признакам:

• почвенным условиям и образованию посадочных мест:

-для школ питомников;

-посадки на вырубках с дренированными почвами в борозды или разрыхленные полосы;

-посадки на площадях и вырубках с дренированными почвами без предварительной обработки почвы;

-посадки по пластам и микроповышениям на площадях с вре­менно увлажненными, переувлажненными и сырыми почвами;

-посадки на горных и овражно-балочных склонах;

-посадки в поливных условиях;

-посадки на каменистых и песчаных почвах;

-посадки и пересадки крупномерного посадочного материала в зеленом строительстве;

• выполнению рабочего процесса (принципу действия машин)

-для непрерывной посадки, при которой посадочное место го­товят в виде непрерывной щели, а посадочный материал устанав­ливают в нее с определенным шагом посадки;

-точечной (дискретной) посадки, при которой посадочное ме­сто в виде лунки готовится отдельно для каждого растения;

• расположению посадочного материала:

-для вертикальной посадки, когда растения в посадочной щели или лунке располагаются вертикально;

-наклонной посадки, когда растения в посадочной щели распо­лагаются под наклоном к горизонту;

• способу соединения с трактором — навесные и прицепные;

числу одновременно высаживаемых рядов — однорядные и многорядные;

способу привода посадочных аппаратов:

-с пассивным приводом (от прикатывающих катков, опорно-ходовых колес);

-активным приводом (от вала отбора мощности трактора).

Общее устройство лесопосадочных машин.Рабочий процесс посадки, выполняемый лесопосадочными машинами, включает подготовку посадочного места, вкладыва­ние посадочного материала в захваты машины, перемещение его в посадочное место и заделку посадочного материала почвой с ее уплотнением. Для выполнения рабочего процесса любая лесопо­садочная машина имеет рабочие и вспомогательные органы.

-К рабочим органам относятся: сошники, посадочные аппара­ты, заделывающие механизмы.

-К вспомогательным органам относятся: рама, навесные или прицепные устройства, ящики для посадочного материала, сиде­нья для сажальщиков, механизмы регулировки, ограждения или тенты, сигнальные устройства.

Общее устройство лесопосадочной машины рассмотрим на при­мере машины, широко используемой в лесном хозяйстве, МЛУ-1 (рис. 8.1). Она предназначена для посадки сеянцев и 4...5-летних саженцев хвойных и лиственных пород на вырубках с дрениро­ванными почвами и других площадях с числом пней до 600 шт. на 1 га, по предварительно расчищенным полосам при большем числе пней, а также без предварительной подготовки почвы на чистых незадернелых вырубках. Основными частями машины являются: сошник 8 посадочный аппарат 5, уплотняющие катки 7, ящики для посадочного материала 4, балластный ящик 6, ограждение 2. Все части машины смонтированы на раме 1 с навесным устройством.

При движении агрегата сошник 8 образует посадочное место в виде непрерывной посадочной щели. Посадочный аппарат 5, приводимый во вращение от уплотняющего катка 7 через зубчатую передачу, захватывает поданный сажальщиком сеянец или саженец в захват посадочного аппарата 5, который и подает его в посадочную щель. В нижнем положении захват открывается, сеянец или саженец освобождается, одновременно с этим его корневая система заделывается почвой, осыпающейся с боковин сошника 8 в щель. Уплотняющие катки 7 уплотняют почву с обеих сторон растения. Степень уплотнения регулируется при помощи пружи­ны 9 и засыпкой балласта в балластный ящик 6. Для предупреждения сажальщиков от ударов ветвями растущих деревьев, ветвей кустарников на машине установлено ограждение 2.

Рабочие органы лесопосадочных машин. Основными рабочими органами лесопосадочных машин явля­ются сошники, посадочные аппараты и заделывающие рабочие органы сошники. Они предназначены для образования посадоч­ного места с целью размещения корневой системы сеянцев или саженцев при посадке.

К сошникам предъявляются следующие требования:

-стенки посадочного места должны быть без значи­тельного уплотнения и замазывания;

-должно быть обеспечено рыхление почвы в зоне расположения корневой системы;

-в нача­ле движения заглубление в почву сошника должно быть обеспече­но на расстоянии 1,0...1,2 м (±0,02 м);

-должны преодолеваться твердые включения, находящиеся в почве;

-сошники не должны забиваться растительными остатками;

-должны противостоять аб­разивному износу.

В связи с большим разнообразием почвенных условий создано немало типов сошников: коробчатые, дисковые, ножевидные ка­чающиеся, лункообразующие.

Коробчатый сошник с острым углом вхождения в почву (ан­керный) образует посадочное место в виде непрерывной щели и представляет собой коробку из листовой стали, установленную на стойке, заостренную в передней части и полую — в задней части (рис. 8.2, а). Такие сошники применяют на машинах, работающих на хорошо обработанных почвах без наличия в них твердых вклю­чений. Частицы почвы будут двигаться вверх при условии, когда угол вхождения сошника α < 90° - φ, где φ — угол трения почвы о материал сошника. Под действием вертикальной составляющей сил сопротивления почвы Rz направленной вниз, сошник быст­ро заглубляется. Для уравновешивания этой силы и обеспечения устойчивости сошника по глубине в конструкциях машин предус­матривается установка опорных элементов, обычно опорных ко­лес. Преимуществом такого сошника являются устойчивость глу­бины хода и быстрая заглубляемость; недостатками — забиваемость растительными остатками, уплотнение почвы на стенках посадочной щели, плохая преодолеваемость включений.

Коробчатый сошник с тупым углом вхождения в почву (рис. 8.2, б) также образует посадочное место в виде непрерывной щели. У такого сошника частицы почвы и растительные остатки пере­мещаются по груди сошника вниз, обеспечивая его самоочищаемость. Частицы почвы будут перемещаться вниз при соблюдении условия

а >90° + φ. Под действием вертикальной составляющей сил сопротивления почвы Rz, направленной вверх, сошник стремит­ся выглубиться. Сила Rz уравновешивается силой тяжести, прихо­дящейся на сошник. Такой сошник не забивается почвой и расти­тельными остатками, хорошо преодолевает включения, находя­щиеся в почве. Однако этот тип сошника плохо заглубляется в почву и имеет более высокое тяговое сопротивление R.

Коробчатый комбинированный сошник представляет собой сочетание сошников с острым и тупым углами вхождения в почву (рис. 8.2, в). Нож 1 с тупым углом вхождения в почву α1 имеет значительно меньшую толщину по сравнению с коробкой 2, по­этому создает и меньшее сопротивление. Коробчатая часть имеет острый угол вхождения α2, поэтому обладает преимуществами анкерного сошника. Для рыхления уплотненных стенок на щеках коробки установлены рыхлители 3 с острым углом вхождения в почву α3. За счет рыхлителей обеспечивается более устойчивый ход сошника.

Этот тип сошника нашел наибольшее распростране­ние на лесопосадочных машинах, работающих в тяжелых услови­ях (вырубках, горных склонах). Коробчатый асимметричный сошник (рис. 8.2, г) установлен с наклоном в правую сторону и образует непрерывную посадочную даль 2 с наклоном вправо левой стенки на 7°, правой — на 15°. В передней части сошника 1 установлен нож с переменным углом вхождения в почву, что уменьшает забиваемость растительными остатками.

Этот тип сошника обеспечивает заделку корневой сис­темы растения влажной почвой, поднятой из нижних горизонтов посадочной щели. Такие сошники применяются на машинах, пред­назначенных для создания защитных лесных насаждений на по­чвах низкой влажности.

Однодисковый сошник представляет собой сферический диск 1 (рис. 8.2, д), установленный под углом наклона к вертикали на угол β= 5...25°, с углом атаки, равным 4...20°. Сошник образует непрерывную посадочную щель, стенки которой имеют наклон на угол β. Такой тип сошника применяется для наклонной посад­ки сеянцев или саженцев по пластам.

Двухдисковый сошник (рис. 8.2, е) состоит из двух сферичес­ких или плоских дисков 1, установленных на полуосях или на одной изогнутой оси под углом друг к другу ψ = 12... 14° так, что­бы их режущие кромки смыкались в передней части на некоторой высоте в точке т. Высаживаемые растения подаются в простран­ство между вращающимися дисками. Для предохранения корней от повреждений сверху сошника между дисками установлен огра­дитель 2 (коробка) из листовой стали. Дисковые сошники хорошо работают на влажных и торфяных почвах, меньше забиваются растительными остатками, хорошо преодолевают препятствия. Однако они имеют большую массу и габаритные размеры, неустойчивы по глубине хода. Их применя­ют на посадочных машинах, предназначенных для посадки куль­тур по пластам, которые необходимо сохранить от разрушения.

Ножевидный качающийся сошник (рис. 8.2, ж) образует поса­дочное место в виде лунки. Сошник совершает качающиеся дви­жения вокруг оси 0 при помощи гидропривода. Место образова­ния лунки и шаг посадки выбираются сажальщиком, который уп­равляет гидроприводом. Этот тип сошника имеет меньшую энер­гоемкость, может работать на необработанной почве и нераскор­чеванной вырубке.

Лункообразующий сошник (рис. 8.2, з) представляет собой сошник 1, установленный жестко на качающемся рычаге 2, кото­рый поднимается вверх под действием кулачка 3, приводимого во вращение от вала отбора мощности трактора через редуктор. При повороте кулачка 3 рычаг 2 освобождается от его опоры, под дей­ствием силы тяжести падает, сошник 7 внедряется в почву. При движении агрегата силой тяги трактора сошник перемещается вперед по ходу движения машины, сдвигая почву и образуя при этом лунку. Достоинством такого сошника является его универсальность, так как он может работать на различных лесокультурных площадях. Недостатками являются сложность конструкции, привода, большие динамические нагрузки в нем, сложность из­менения шага посадки.

Посадочные аппараты.Посадочные аппараты предназначены для подачи посадочного материала в посадочное место и удержания его во время первоначальной заделки почвой. К посадочным аппаратам предъявляются следующие основные агролесотехнические требования: повреждение посадочного мате­риала должно быть в допустимых пределах; шаг и глубина посадки должны быть равномерными; скорость движения посадочного ма­териала относительно почвы в момент заделки корней должна быть равна нулю; в момент заделки корневой системы необходимо обес­печивать вертикальное положение посадочного материала.

Для выполнения этих требований на лесопосадочных машинах применяются несколько типов посадочных аппаратов, основными из которых являются: ротационные (лучевые и дисковые); рычаж­ные (с качающимся и перемещающимся по сложной кривой зах­ватами); конвейерные (ременные, цепные, гусеничные); гравита­ционные.

Ротационный лучевой посадочный аппарат (рис. 8.3, а) имеет наибольшее применение в лесопосадочных машинах. Он состоит из вала с жестко установленной ступицей и диском 4, на котором установлены держатели 3 с захватами 2. При вращении вала со ступицей ролики 1 набегают на верхний раскрыватель 5 и, взаи­модействуя с ним, раскрывают захват в верхней части для заклад­ки в него посадочного материала. После схода с раскрывателя зах­ват 2 при помощи пружины закрывается, удерживая растение и перенося его в посадочную щель. При нахождении захвата 2 с растением в нижнем положении ролик 1 наталкивается на ниж­ний раскрыватель 6 и открывает захват, освобождая растение. Ре­гулировка момента раскрытия и закрытия захватов осуществляет­ся перемещением раскрывателей, а шаг посадки — изменением числа держателей с захватами на диске.

Ротационный дисковый с эластичным кольцом (рис. 8.3, б) представляет собой жесткий диск 1, закрепленный на ступице 2, которая установлена на оси. Эластичное кольцо 4, являющееся захватом, прижимается к жесткому диску 1 пружинящими спица­ми 3, вставленными в углубления ступицы. На раме машины в верхней и нижней частях жесткого диска 1 установлены раскры­вающие и прижимные ролики. При движении машины вращение передается на жесткий диск 1 с эластичным кольцом 4. При вра­щении жесткого диска 7 раскрывающие ролики отделяют элас­тичное кольцо 4 от жесткого диска 1 в местах захвата и высадки посадочного материала. На остальных участках пути посадочный материал удерживается между жестким диском 7 и эластичным кольцом 4 спицами 3 и прижимными роликами. Момент отделения эластичного диска осуществляется изменением положения раскрывающих роликов, шаг посадки — произвольный.

Рычажный посадочный аппарат с качающимся захватом (рис. 8.3, в) представляет собой кривошипно-кулисный механизм с качающейся кулисой, преобразующей вращательное движение кривошипа 6 в качательное движение рычага-кулисы 3. При движении машины вращается кривошип 6, от которого через ползун 4 движение передается на рычаг-кулису 3 с захватом 2, который совершает качательное движение в продольно-вертикальной плос­кости. При подходе к верхнему положению одна из створок захва­та 2 набегает на верхний упор 1 и раскрывается. Направление дви­жения рычага меняется на обратное и при сходе с верхнего упора 7 захват 2 закрывается и зажимает поданное сажальщиком растение. При дальнейшем движении рычаг-кулиса 3 набегает на нижний упор 5, захват 2 раскрывается и растение падает в посадочную щель. Нижний упор 5 должен быть установлен в точке, где ско­рость захвата V3 равна скорости машины Vмаш т.е. V3 = Vмаш Преиму­щества такого механизма: удобство подачи посадочного материа­ла в захват; недостатки — непостоянное значение скорости дви­жения захвата, что усложняет место установки нижнего упора 5, где V3 = Vмаш; ограничение возможности изменения шага посадки; кулиса-ползун требует определенных условий для нормальной и надежной работы. Рычажной посадочный аппарат с захватом, перемещающимся по сложной кривой, имеет сложную конструкцию и низкую на­дежность, поэтому он не получил распространения.

Ременный посадочный аппарат (рис. 8.3, г) состоит из ведуще­го и направляющих шкивов 4 клиновидного ремня 3, ведущего и направляющих шкивов 5 плоского ремня 2 и эластичных подуше­чек 1, укрепленных на клиновидном ремне 3 на расстоянии друг от друга, равном шагу посадки. В передней части плоскости шки­вов и оба ремня почти подходят друг к другу, а в задней — расхо­дятся на некоторое расстояние. Поданный сажальщиком посадоч­ный материал в промежуток между движущимися ремнями удер­живается в них и в подушечке. Зажатый посадочный материал пе­ремещается до нижней горизонтальной ветви, где заделывается почвой. В этот момент ремни расходятся и посадочный материал освобождается.

Цепной посадочный аппарат (рис. 8.3, д) состоит из цепи 2, надетой на три звездочки. На цепи 2, имеющей контур треуголь­ника, с интервалом, равным шагу посадки, установлены держа­тели 1 с постоянно раскрытыми захватами. После укладки поса­дочного материала в захват держатель 1 попадает в зазор между направляющими планками 3, расположенными параллельно вер­тикальной и горизонтальной ветвями цепи 2, где захваты закрываются и удерживают посадочный материал. При нахождении захвата в посадочной щели на горизонтальном участке цепи 2 растение заделывается почвой прикатывающими катками. После заделки корней держатель 1 выходит из направляющих планок 3, захват раскрывается и освобождает посадочный материал.

Гусеничный посадочный аппарат (рис. 8.3, ё) состоит из бес­конечной гусеницы 2, натянутой на направляющих катках 1, по краям которого закреплены держатели 3 с постоянно закрытыми захватами на расстоянии, равному шагу посадки. Привод поса­дочного аппарата осуществляется за счет сцепления гусеницы 2 с почвой. При подходе держателя 3 к верхнему раскрывателю 4 зах­ват раскрывается и захватывает поданный сажальщиком посадоч­ный материал. После схода с раскрывателя захват закрывается, и держатель 3 перемещает растение в посадочную щель. На горизон­тальном участке гусеницы корневая система заделывается почвой и при подходе держателя 3 к нижнему раскрывателю 5 захват ос­вобождает посадочный материал.

Достоинством посадочных аппаратов конвейерного типа явля­ется наличие горизонтального участка, где скорость посадочного материала относительно движения машины равна нулю и время заделки больше. Недостатки — забивание нижней ветви почвой, растительными остатками из-за близкого расположения их к по­чве, а также сложность изменения шага посадки.

Гравитационный посадочный аппарат представляет собой зас­лонку, при открытии которой посадочный материал под собствен­ной силой тяжести, свободно или по направляющим падает в лунку и заделывается почвой. Он нашел применение при посадке куль­тур с закрытой корневой системой.

Заделывающие рабочие органы.Заделывающие рабочие органы лесопосадочных машин служат для заделки и уплотнения корне­вой системы, высаживаемых растений почвой.

Загортач представляет собой изогнутую в вертикальной плоско­сти пластину, поставленную под углом к направлению движения. При работе машины загортачи, двигаясь рядом с посадочной ще­лью, перемещают поднятую сошником почву и сдвигают ее в поса­дочную щель, фиксируя корневую систему в момент раскрытия захватов. Кроме того, загортачи могут устанавливаться за уплотня­ющими катками для разравнивания колеи, образованной катками.

Каток перемещает почву в посадочную щель или лунку и уп­лотняет ее с целью обжатия корневой системы растений почвой. Существует несколько видов уплотняющих катков лесопоса­дочных машин: конические с горизонтальной осью (рис. 8.4, а), цилиндрические с наклонной осью (рис. 8.4, б), конические с наклонной осью (рис. 8.4, в), комбинированные с наклонной осью (рис. 8.4, г), а также пневматические.

Во всех случаях оси враще­ния катков расположены перпендикулярно к направлению движения машины, а сами катки устанавливаются по обе стороны посадочной щели на некотором расстоянии 0,5l min от ее оси. Необходимая величина заглубления катка зависит от твердо­сти, влажности почвы в момент посадки, формы и размеров кат­ка и других факторов. Катки с большим диаметром обеспечивают лучшее уплотнение почвы. Меньший радиус конического катка Rmin определяется углом конусности β и шириной рабочей повер­хности bk, измеряемой по образующей конуса: R min = Rmax - bkcos β

Ширина рабочей поверхности Ьк определяет возможное погру­жение катков в почву при данной нагрузке и интенсивности уп­лотнения.

В современных лесопосадочных машинах, в основном, приме­няются конические катки с большей или меньшей степенью ко­нусности, обеспечивающие зажатие корневой системы с боков и уплотнение почвы вокруг них в вертикальном направлении. Угол конусности в некоторых лесопосадочных машинах можно изме­нять на некоторую величину, изменяя положение оси вращения катка в поперечно-вертикальной плоскости.

Почва считается нормально уплотненной катками при усло­вии, если на выдергивание посаженого растения требуется уси­лие не менее 20...50 Н.

Вспомогательные органы лесопосадочных машин. Все рабочие органы машин установлены и закреплены на ра­мах. Прицепные машины имеют двухколесный ход. Рамы навес­ных машин во время посадки также опираются на опорные колеса или ограничительные полозья. Опорные колеса служат для ре­гулировки глубины посадочной щели и приведения в движение посадочного аппарата. Ограничительные полозья служат для опоры машины о почву во время работы и ограничения глубины по­садочной щели.

Прицепные и навесные устройства устанавливаются на рамах и служат для соединения лесопосадочных машин с трактором. Пе­ревод из рабочего положения в транспортное прицепных машин осуществляется при помощи автоматов или выносных гидроци­линдров, а навесных — при помощи навесной системы трактора.

Передаточные механизмы устанавливаются на машинах, име­ющих посадочные аппараты. По конструкции они могут быть зуб­чатыми, цепными и комбинированными.

Привод на передаточные механизмы может осуществляться от колес, уплотняющих катков или от вала отбора мощности трактора.

Для создания запаса посадочного материала на специальных кронштейнах устанавливаются ящики или бункеры различной емкости и такого размера, чтобы человек мог свободно подни­мать и устанавливать наполненный бункер.

В целях обеспечения нормальной и безопасной работы сажаль­щиков на лесопосадочных машинах устанавливаются сиденья, ог­раждения, тенты, ремни безопасности и т.п. Для связи сажаль­щиков с трактористом машины снабжаются электросветовой или звуковой сигнализацией. Механизмы регулировки обеспечивают регулирование лесопо­садочных машин на глубину, шаг посадки, моменты раскрытия захватов, степени уплотнения и т. п. Для предотвращения рабочих органов от поломок применяются различные предохранительные муфты.