Машины и механизмы для обработки почвы на вырубках при создании лесных культур
Обновлено: 19.09.2024
18.1 Цель и задачи обработки почвы. В большинстве случаев обработка почвы является решающим условием успешного выращивания лесных культур, особенно их приживаемости, сохранности и роста в первые годы жизни. В степных и лесостепных районах уровень механизации обработки почвы достиг 95-100 %, а в лесной – 60-75 %.
Общая цель обработки почвы сводится к улучшению их физических свойств, водного и теплового режима, водного и минерального питания культур, активизации деятельности микроорганизмов в почве, и устранению вредного влияния на культуры травянистой растительности.
Обработка почвы под лесные культуры должна быть строго зональной, обусловленной конкретными естественноисторическими условиями – типами условий местопроизрастания, состоянием и происхождением лесокультурных площадей, биоэкологическими свойствами выращиваемых древесных пород. Она должна обеспечивать выращивание устойчивых и высокопродуктивных насаждений с наименьшими затратами труда и средств.
Многочисленными исследованиями установлено¸ что в степной и частично лесостепной зонах на площадях¸ поступающих под лесные культуры¸ за исключением неудобных земель¸ свойства почв близки к свойствам почв на сельскохозяйственных землях или одинаковы с ними. Поэтому способы обработки почвы¸ особенно сплошной¸ под лесные питомники и лесные культуры успешно заимствованы от сельского хозяйства.
В зонах хвойных (тайга)¸ смешанных и лиственных лесов¸ где осуществляются основные объемы лесокультурных работ¸ климатические условия характеризуются превышением осадков над испарением и¸ особенно в таежных лесах¸ недостаточным количеством тепла. Здесь преобладает промывной или периодически промывной тип водного режима почв¸ наблюдается дефицит многих элементов минерального питания растений. На поверхности почвы в лесу накапливается большая масса мертвого органического вещества – лесной подстилки. Большинство типов условий местопроизрастания имеет постоянно избыточное или сезонное периодически избыточное увлажнение почв. В этих условиях преобладают подзолистые и дерново-подзолистые почвы.
Основная категория лесокультурных площадей – вырубки – характеризуется большим количеством пней¸ захламленностью¸ нарушенностью поверхностного слоя почвы¸ ясно выраженным микрорельефом в виде микроповышений и бессточных микрозападин. Вот почему традиционные способы подготовки почвы непригодны в лесной зоне при лесовосстановлении. Более того¸ отдельные элементы механической обработки почвы (рыхление и перемешивание на избыточно увлажненных маломощных подзолистых и дерново-подзолистых почвах) приводят к ухудшению физических свойств почв и вредны для выращивания молодых насаждений.
Вырубка леса в степных и лесостепных районах приводит к пересыханию и перегреву верхних слоев почвы летом. В таежных лесах¸ напротив¸ большинство невозобновившихся вырубок заболачивается или имеет сезонное избыточное увлажнение. В зоне избыточного увлажнения (таежные леса) при подготовке почвы под лесные культуры должны быть созданы микроповышения¸ окруженные бороздами¸ с целью отвода временного избытка влаги.
В зоне нормального увлажнения (зона лиственных лесов и северная лесостепь) обработка почвы должна проводиться вровень с поверхностью земли¸ возможно создание также микропонижений – плужных борозд как посевных или посадочных лесокультурных мест.
В зоне недостаточного увлажнения (южная лесостепь¸ степная¸ полупустынная и пустынная зоны) обработка почвы под лесные культуры должна быть направлена на накопление и сбережение влаги.
В принципе не только каждой лесорастительной зоне¸ но и каждому типу условий местопроизрастания в пределах лесорастительных зон теоретически должна соответствовать своя агротехника создания и выращивания лесных культур¸ в том числе и своя обработка почвы.
Обработка почвы под лесные культуры – это механическая, химическая или термическая обработка почвы на всей лесокультурной площади или ее части, обеспечивающая благоприятные условия для роста культивируемых растений.
Основной и наиболее распространенной сегодня является механическая обработка почвы путем воздействия на почву рабочими органами машин и орудий. Как правило, различным способам механической обработки почвы под лесные культуры в зависимости от конкретных естественноисторических условий должна предшествовать подготовка лесокультурной площади, т.е. создание необходимых условий для обработки почвы и последующих агротехнических уходов. Для этого производится расчистка лесокультурной площади - удаление порубочных остатков, мелких пней, валежа, нежелательной древесной растительности и камней, спиливание или корчевка пней и вычесывание корней. Иногда требуется планировка, заравнивание ям, предварительное сельскохозяйственное пользование, осушение или обводнение.
18.2 Способы механической обработки почвы. Различают следующие способы механической обработки почвы под лесные культуры: вспашку, глубокое рыхление, фрезерование, лущение, дискование, культивацию, боронование, прикатывание, поделку гряд, копку посадочных ям, поделку террас, напашку борозд и плужных пластов или гребней, образование лунок и щелевание. В зависимости от лесорастительных условий, категории лесокультурного фонда, их рельефа, количества пней на вырубках и засоренности почвы камнями, почву под лесные культуры обрабатывают по различным технологическим схемам, включающим те или иные способы обработки. При этом на предназначенной под лесные культуры площади почва подвергается сплошной или частичной обработке, в связи с чем различают два вида обработки почвы – сплошную и частичную.
Способы (или системы) сплошной обработки почвы под лесные культуры аналогичны способам, используемым в лесных питомниках. Все они заимствованы у сельского хозяйства. Это системы зяблевой вспашки, черного пара, занятого, сидерального. Сплошная обработка почвы под лесные культуры обычно практикуется в лесостепных и степных засушливых районах юга и юго-востока, особенно при защитном лесоразведении. Основная задача сплошной обработки почвы – сохранение и накопление влаги, борьба с сорняками.
В лесной зоне сплошная обработка почвы под лесные культуры может применяться только на открытых площадях, свободных от пней и зарослей молодняка, на пустырях, прогалинах, старых гарях и вырубках со сгнившими пнями, старопахотных землях. Глубина вспашки при сплошной обработке почвы в северных и северо-западных районах колеблется от 15-20 до 25-30 см, а на юго-востоке до 40-50 см, без выворачивания на поверхность оподзоленного горизонта с одновременным рыхлением почвы почвоуглубителями до заданной глубины.
На вырубках сплошная обработка почвы не получила широкого распространения, так как ей должна предшествовать дорогостоящая раскорчевка пней, вычесывание корней, резко снижающие плодородие дерново-подзолистых почв.
Для сплошной обработке почвы применяют плуги общего назначения. На крупных участках 4-5 корпусные плуги ПЛН-5-35, ПН-4-35, ПЛН-4-35, на малых и средних 1-3 корпусные ПЛН-3-35, ПН-30Р. Для дальнейшей обработки почвы можно использовать зубовые бороны ЗБЗС-1,0, ЗБП-0,6, паровые культиваторы КПН-4Г и КПГ-4, дисковые бороны БДТ-3,0 или БДНТ-2,2, а также машины фрезерного типа ФБН-1,5, ФБН-2. Не допускается дискование и фрезерование почвы на участках, задернелых корневищными и корнеотпрысковыми сорняками.
Наибольшее распространение получила частичная обработка почв под лесные культуры – полосная, в виде плужных гребней или валов, бороздами, площадками, ямками и террасами. Из всех способов частичной механической обработки почвы чаще других применяется полосная в виде следующих вариантов: а) вспашка полосами на уровне поверхности земли; б) вспашка микроповышений – пластов, гребней или гряд; в) полосная безотвальная вспашка песков на технически возможную глубину.
Обработка почвы полосами шириной 0,5-1 м в зоне хвойных лесов на сухих и свежих песчаных и супесчаных почвах (в сосняках лишайниковых, вересковых, каменистых, сосняках и ельниках брусничных) осуществляется путем удаления (сдирания) напочвенного покрова и подстилки с помощью орудий типа ПЛД-1,2, ПДН-1, ФЛУ-0,8.
В зонах смешанных и лиственных лесов на свежих вырубках рыхление почвы полосами с перемешиванием минерального слоя с подстилкой и напочвенным покровом производят на глубину 10-15 см осенью или весной непосредственно перед посадкой леса при условии отсутствия в напочвенном покрове злаковой корневищной и корнеотпрысковой растительности. Применяют рыхлители РН-60, РН-80, фреза – ФЛУ-0,8 и др.
При наличии в составе напочвенного покрова корневищных и корнеотпрысковых растений, а также задернелых старых вырубках, на целинных и старопахотных землях обработку почвы полосами осуществляют с помощью плугов лемешного типа. Вспашку нужно производить глубже расположения основной массы корней сорняков. Вынесение на поверхность оподзоленного горизонта должно быть возможно меньше и при посадке леса не превышать 4 см, а при посеве 2-3 см.
В горных условиях полосную обработку почвы следует проводить поперек склонов (с уклоном 6-12 °). Ширина полос 1,2-2 м на сильно задернелых и 0,7-1,5 м на слабо задернелых местах.
Полосным способам обработки на вырубках, как правило, должна предшествовать расчистка и частичная раскорчевка технологических полос для прохода почвообрабатывающих агрегатов. Для удовлетворения светового питания и успешного роста культур в первые годы ширина расчищаемых полос должна быть не менее 2,5-3 м. Кроме удаления оставленной древесины, порубочных остатков, при расчистке технологических проходов на них должны быть также убраны крупные валуны.
При количестве пней на дренированных почвах до 500 и на избыточно увлажненных до 600 шт/га для механизированной полосной обработки почвы корчевки пней не требуется. Для лучшего прохода агрегатов желательно лишь снижение высоты пней или спиливание их заподлицо с поверхностью почвы. При большем количестве пней требуется частичная их раскорчевка.
Вспашка или обработка почвы полосами на уровне поверхности земли или при незначительном их возвышении производится на дренированных почвах легкого механического состава с помощью фрез, дисковых борон или обычных сельскохозяйственных плугов. При обработке почвы этими орудиями происходит разрыхление и перемешивание верхних слоев почвы и лесной подстилки. Общими недостатками такой обработки почвы являются буйное зарастание полос травянистой растительностью и, следовательно, необходимость частых прополок и борьбы с сорняками.
При полосной обработке почвы лесными лемешными плугами (ПКЛ-70, ПЛН-135, ПЛО-400 и др.) в виде гребней, пластов и гряд крошение и перемешивание почвы не происходит. Лесные лемешные плуги отрезают пласт в вертикальной плоскости, подрезают его снизу, поднимают, переворачивают, укладывают их рядом с бороздой в опрокинутом виде, т.е. дерниной на дернину. Заделка произрастающей растительности происходит путем перевертывания ее вверх корнями и придавливания ее весом почвы.
При этом образуются два неравноценных лесокультурных места: обедненное микропонижение – дно борозды и обогащенное дренированное микроповышение – пласт в виде сдвоенной дернины и сдвоенного гумусового горизонта. На дренированных почвах для посева и посадки леса используются борозды, а на более влажных и богатых почвах – пласты.
В бороздах молодые растения в первые годы растут хуже, чем на пластах, однако они почти не зарастают сорняками, требуют меньше уходов. Борозды для посадки и посева леса используют преимущественно в зонах смешанных и лиственных лесов на песчаных и супесчаных хорошо дренированных почвах, где быстро высыхает верхний слой почвы.
На пластах культуры приживаются и растут лучше, но и сильнее зарастают травянистой растительностью, больше требуется уходов за ними. Перевернутые плужные пласты напахивают на влажных, сырых и избыточно увлажненных почвах в зонах хвойных, смешанных и лиственных лесов. При посадке культур по пластам желательно выворачивание вместе с пластом части подзолистого горизонта как защитной покрышки против зарастания пластов сорняками.
Расстояние между центрами обрабатываемых полос обычно устанавливается не менее 3 м, чаще от 3 до 6 м, в зависимости от наличного или ожидаемого естественного возобновления. Во всех случаях для перемещения транспортных агрегатов ширина междурядий должна быть не менее 2,5-3 м.
Обработка почвы площадками широко производилась в прошлом, в значительных объемах применяется и в настоящее время при групповом размещении возобновления или на участках, на которых невозможна обработка почвы полосами или бороздами (крутые склоны, валуны). При этом в зависимости от степени дренированности и плодородия лесных почв площадки могут быть пониженными, на уровне поверхности необработанной площади и повышенными – в виде холмиков.
Размер и количество площадок на единице площади определяются количеством и равномерностью размещения имеющегося или ожидаемого естественного возобновления главных и второстепенных древесных пород, количество пней, степенью пней, степенью захламленностью вырубок, методом создания культур и возрастом используемого лесокультурного посадочного материала. Чем больше количество площадок на единице площади, тем меньше они по размеру. При отсутствии естественного возобновления размеры площадок 0,2х0,2 м (количество от 5 до 8 тыс. шт/га), при обильном до 2х2 м (количество до 600-800 шт/га). Для приготовления площадок используют площадкоделатели или бульдозер.
На подверженных эрозии склонах с уклоном от 20 до 38 ° производят полосную вспашку почвы по террасам или путем приготовления ямок различных размеров. Террасы нарезают шириной 2,5-3 м для посадки одного ряда и 4-4,5 м для посадки двух рядов. Расстояние между террасами зависит от уклона и может быть равно от 3 до 6 м. Террасы, как правило, должны иметь обратный уклон 2-4 °. Для нарезки террас используют террасеры ТР-2А, ТР-3.
Обработка почвы в виде различного размера ямок (вручную и с помощью ямокопателя ЯК-1) широко используется при посадке саженцев в лесах зеленых зон, при озеленении городов и населенных мест, при создании защитных и декоративных посадок вдоль шоссейных дорог и пр.
Использование гербицидов и арборицидов для обработки почвы под лесные культуры (полосами, местами) перспективно на старых вейниковых, луговиковых и крупнотравных вырубках таежной зоны. Вырубки рекомендуется обрабатывать для осенней посадки весной, а для весенней – осенью предшествующего созданию культур года. Для предотвращения смены пород рекомендуется также использовать арборициды.
Использование гербицидов позволяет отказаться от последующих уходов за лесными культурами в первые 1-2 года и по сравнению с другими видами обработки почвы наиболее экономично.
На вейниковых вырубках рекомендуется использовать далапон (40-65 кг/га), ТХА (105-140 кг/га) и атразин (20-30 кг/га), а для крупнотравных вырубок – только атразин в количестве 25-30 кг/га (д.В.) в виде водных растворов или суспензий (800-1000 л/га).
Плуг лесной двухкорпусный ПЛ-2-50 предназначен для обработки почвы под посадку лесных культур на вырубках и может использоваться в двух- и однокорпусном вариантах. В двухкорпусном варианте плуг применяет на предварительно расчищенных от пней, валежника и порубочных остатков полосах шириной 3. 4 м, в однокорпусном - на нераскорчеванных вырубках с количеством пней до 800 шт./га. Агрегатируется с тракторами ЛХТ-55, ЛХТ-100. Состоит из рамы с навесным устройством, двух плужных корпусов (с право- и левооборачивающими отвалами) и двух черенковых ножей, установленных с тупым углом вхождения в почву. Масса плуга в двухкорпусном варианте - 950 кг. Производительность за 1 ч основного времени - до 3.5 км. Обслуживает тракторист.
Покровосдиратель дисковый ПДН-2 предназначен для двухбороздной обработки почвы с одновременным посевом семян хвойных пород (сосна, ель, лиственница) или для обработки почвы под посадку лесных культур, а также для содействия естественному лесовозобновлению и устройства противопожарных минерализованных полос. Может работать на нераскорчеванных вырубках с количеством пней до 1300 шт. на 1 га. Состоит из рамы, подпружиненных сошников, двух дисковых батарей, ограничителей глубины хода, двух сеялок, двух боронок. Производительность за 1 ч сменного времени - 2.26 км. Масса - 840 кг. Агрегатируется с тракторами ЛХТ-55 и ТДТ-55А. Обслуживает тракторист.
Орудие для подготовки микроповышений ОРМ-1.5 предназначено для создания на нераскорчеванных вырубках прерывистых микроповышений под посадку лесных культур и для содействия естественному лесовозобновлению. Состоит из рамы с навесным устройством, двух роторов с лопастями и двух тормозных устройств.
В момент внедрения режущей части лопасти в почву тормозное устройство препятствует свободному вращению ротора, способствуя дальнейшему заглублению лопасти в почву под действием силы тяги трактора. При этом лопасть захватывает подрезанный пласт, а после окончания действия тормозного усилия разворачивает его на 180°, укладывая рядом с образовавшейся выемкой. Масса - 1250 кг. Производительность за 1 ч сменного времени - 1.4. 1.7 км. Размеры микроповышений, мм: высота - 250, длина - 400. Расстояние между микроповышениями в ряду - 1.4. 1.8 м. Агрегатируется с тракторами ЛХТ-55, ЛХТ-100, ЛХТ-100Б. Обслуживает тракторист.
Исходя из принятой технологии лесовосстановления, подбираются машины и орудия для выполнения запланированных операций (для подготовки почвы, посева семян, посадки сеянцев или саженцев).
Расчистка вырубок не является обязательной операцией и проводится обычно на свежих вырубках, при использовании на обработке почвы двухотвальных плугов или когда на 1 га вырубки имеется более 500 пней. Она может быть сплошной и полосами (для целей лесовосстановления производится только полосная корчевка пней) и выполняется корчевальными машинами КМ-1, МРП-2А и др. и корневычесывателями, которыми производят уборку корней древесной растительности после корчевки пней. Наиболее трудоемкой является корчевка пней. Объем корчевки отдельных пней не должен превышать 10% от общего количества пней на 1 га.
Корчевальной машиной КМ-1 производится расчистка мест вырубок от пней, валежа, кусков стволовой древесины и камней полосами шириной 0,69 м. Машина агрегатируется с трактором класса тяги 30 кН (ЛХТ-100 и др.). Агрегат обслуживается одним рабочим. Часовая производительность агрегата 0,15–0,30 га (2–4 км полосы в час).
Корчевальная машина МРП-2А предназначена для расчистки полос на вырубках от пней диаметром до 30 см и отходов лесозаготовок. Ширина обрабатываемой полосы 2,2 м. Машина агрегатируется с трактором класса тяги 30 кН (ЛХТ-100 и др.). Агрегат обслуживается одним рабочим. Производительность агрегата 1,5 км полосы в час.
Обработка почвы может производиться плугами, дисковыми боронами и фрезами.
На свежих вырубках с дренированными почвами для обработки почвы рекомендуется применять плуги ПКЛ-70А и ПЛ-1.
Плуг ПКЛ-70А – комбинированный и предназначен для нарезки двухпластных борозд шириной 0,7 м на вырубленных лесосеках. Плуг агрегатируется с тракторами класса тяги 14–30 кН (МТЗ-82Л, ЛХТ-100 и др.). Агрегат обслуживается одним рабочим. Часовая производительность агрегата 1,2–1,5 км борозды.
Плуг ПЛ-1 – лесной, двухотвальный и предназначен для нарезки борозд и создания пластов на вырубленных лесосеках. Ширина борозды 1 м. Плуг агрегатируется с тракторами класса тяги 30 кН (ЛХТ-100 и др.). Агрегат обслуживается одним рабочим. Часовая производительность агрегата 1,0–1,5 км борозды.
На временно переувлажненных почвах нарезку борозд следует производить плугами ПЛП-135 и др. аналогичными.
Плуг ПЛП-135 – лесной, двухотвальный и предназначен для полосной обработки почвы под лесные культуры на задернелых вырубках с количеством пней до 500 шт. на 1 га. Ширина борозды, создаваемой плугом, 1,35 м, глубина до 0,3 м. Плуг агрегатируется с трактором Т-130Г-1. Агрегат обслуживается одним рабочим. Часовая производительность агрегата 1,6–2,2 км борозды в час. Этим плугом можно прокладывать и противопожарные полосы.
На влажных и сырых почвах для нарезки борозд целесообразно применять плуги-канавокопатели ПКЛН-500А, ПШ-1 и др.
Плуг-канавокопатель ПКЛН-500А – лесной, навесной и предназначен для полосной обработки почвы на избыточно увлажненных почвах с целью их осушения и создания лесных культур по пластам, а также для устройства противопожарных минерализованных полос. Плугом можно прокладывать канавы глубиной до 0,5 м и шириной по дну 0,3 м. В зависимости от глубины прокладываемых борозд (канав) плуг агрегатируется с тракторами класса тяги 40–60 кН (ЛХТ-100Б, Т-130БГ, ТТ-4М). Агрегат обслуживается одним рабочим. Производительность агрегата 1,5–2,0 км в час.
Плуг ПШ-1 – шнековый и предназначен для обработки почвы полосами с созданием микроповышений на временно сырых и влажных почвах. Расстояние между центрами микроповышений 3,0 ± 0,2 м. Плуг агрегатируется с тракторами класса тяги 30–40 кН с ходоуменьшителем и валом отбора мощности. Агрегат обслуживается одним рабочим. Производительность агрегата 1,4–1,5 км в час.
На слабозадернелых дренированных почвах для полосной обработки почвы можно применять фрезы ФЛШ-1,2, ФЛУ-0,8 и дисковые бороны БДК-2/2,5, БДН-3,0.
Фреза ФЛШ-1,2 – лесная, шнековая и предназначена для полосной обработки почвы на вырубках с образованием микроповышений для последующей посадки лесных культур. Ширина обрабатываемой полосы 1,2 м. Фреза агрегатируется с тракторами класса тяги 30 кН. Агрегат обслуживается одним рабочим. Производительность агрегата 2,1–3,0 км в час.
Фреза ФЛУ-08 – лесная унифицированная и предназначена для обработки почвы полосами шириной 0,8 м на вырубках под лесные культуры, а также с целью содействия естественному лесовозобновлению. Фреза агрегатируется с тракторами класса тяги 30 кН. Агрегат обслуживается одним рабочим. Производительность агрегата 2,5–3,0 км в час.
Борона БДК-2/2,5 – дисковая, клавишная и предназначена для полосной и сплошной обработки почвы на вырубках с пониженными пнями, а также для ухода за лесными культурами. Ширина обрабатываемой полосы за один проход 2,5 м. Борона агрегатируется с тракторами класса тяги 30 кН. Агрегат обслуживается одним рабочим. Производительность агрегата 2,3 км в час.
Для создания микроповышений на временно увлажненных почвах можно применять кроме фрезы ФЛШ-1,2 плуги ПЛ-1 и ПШ-1.
Основным методом создания лесных культур является посадка леса. Создание лесных культур сосны обыкновенной посевом семян производится только на слабозадернелых легких и влажных песчаных и супесчаных почвах.
Для посева семян сосны и других мелких семян хвойных пород в дно борозды применяется навесная сеялка СП-70 к плугу ПКЛ-70А. Ее можно навешивать также и на плуг ПЛ-1. Посев семян строчно-луночный и производится одновременно со вспашкой почвы.
Лесопосадочная машина МЛУ-1А – универсальная и предназначена для рядовой посадки сеянцев хвойных и лиственных пород на вырубках с дренированными почвами и количеством пней до 500 шт. на 1 га, с шагом посадки 50 см, 75, 100, 125 и 150 см, который регулируется количеством захватов на диске посадочного аппарата. Подача сеянцев и саженцев в захваты лесопосадочного аппарата производится вручную рабочим-сажальщиком. Машина агрегатируется с трактором класса тяги 14–30 кН. Агрегат обслуживается трактористом и сажальщиком. Производительность агрегата 1,45–1,50 км в час.
Лесопосадочная машина СЛ-2 предназначена для посадки леса сеянцами и саженцами на избыточно увлажненных дренированных почвах, а также почвах легкого механического состава, на осушенных болотах и выработанных торфяных месторождениях с шириной междурядий 1,9–3,1 м. Машина агрегатируется с трактором класса тяги 30 кН. Агрегат обслуживается 5 рабочими: тракторист, два сажальщика и два оправщика растений. Производительность агрегата 1,6–3,0 км в час.
Лесопосадочная машина ЛМД-81 предназначена для посадки саженцев хвойных пород на вырубках с количеством пней свыше 500 шт. на 1 га и почвами, подверженными временному избыточному увлажнению. Шаг посадки саженцев 1,0–2,5 м. Машина агрегатируется с тракторами класса тяги 30–40 кН. Агрегат обслуживается тремя рабочими: тракторист, сажальщик и подносчик саженцев. Производительность агрегата 2–3 км в час.
Уход за лесными культурами проводится с целью повышения приживаемости, сохранности и улучшения роста культивируемых растений путем рыхления почвы, уничтожения сорняков, окашивания лесных культур и уничтожения нежелательной древесной и кустарниковой растительности. Для рыхления почвы в междурядьях лесных культур обычно используются культиваторы КЛБ-1,7. Ими обрабатывают почву в первые 2–4 года после создания лесных культур и в проекте это не предусматривается.
Культиватор КЛБ-1,7 – бороздный и предназначен для ухода за лесными культурами на вырубках методом седлания рядов. Ширина захвата культиватора 1,7 м. Культиватор агрегатируется с тракторами класса тяги 14–30 кН. Агрегат обслуживается одним рабочим. Производительность агрегата 1 км в час.
После того как выбраны машины и орудия для лесовосстановительных работ, определяется объем работ по каждой операции, производительность машин и орудий на каждой операции. С учетом этих данных и продолжительности работы по операциям определяется потребность в машинах и орудиях для лесовосстановительных работ:
,
где Q – объем работ в га или км; Т – продолжительность работы на данной операции, дней; П – сменная производительность агрегата (тяговая машина в сочетании с орудием).
Производительность агрегата может быть определена по формулам:
или в единицах длины (м, км)
где Т – продолжительность работы агрегата, ч (7 или 8 ч); Вр – рабочая ширина захвата агрегата, м; vр – рабочая скорость движения агрегата, м/с; j1 – коэффициент использования рабочего времени, j1 = 0,8–0,85; j2 – коэффициент использования агрегата, j2 = 0,85–0,9.
Рабочая скорость движения агрегата зависит от марки тяговой машины и берется из технической характеристики машины для 2-й передачи. На нераскорчеванных вырубках при бороздной вспашке скорость движения агрегата обычно 2–3 км/ч, а при бороновании и культивации – 4–5 км/ч.
При определении количества тяговых машин необходимо иметь в виду, что одна машина может в течение года использоваться с несколькими орудиями. Потребность в рабочих определяется по каждому виду работ исходя из количества работающих в смену агрегатов и числа рабочих, обслуживающих один агрегат.
Современные машинизированные технологии заготовки леса существенно изменяют окружающую среду, что снижает возможности леса для естественного возобновления хозяйственно ценными породами деревьев. Особенно страдают от повреждения почвы площади с избыточным увлажнением, на которых требуется искусственное лесовосстановление. Перед посадкой или посевом леса на таких площадях необходимо создавать микроповышения в виде гряд, площадок или отдельных холмиков (кочек), в которых размещаются лесные культуры.
Для создания гряд под лесные культуры широко применялись разработанные в Ленинградском научно-исследовательском институте лесного хозяйства (ЛенНИИЛХ, ныне СПбНИИЛХ) мелиоративные канавокопатели плужного типа: ЛКН-600 и их аналоги.
Минусом работы канавокопателей типа ЛКН-600, ПКЛН-500А и других подобных агрегатов является необходимость корчевки пней на пути движения техники, а также неблагоприятные изменения площади, окружающей участок с лесными культурами, в результате ее избыточного осушения.
Для создания возвышенных площадок на избыточно увлажненных площадях и посадки сеянцев с закрытой корневой системой можно использовать промышленные экскаваторы на гусеничном ходу, оснащенные посадочными агрегатами типа Bracke P11.a (производства шведской фирмы Bracke Forest). Экскаваторы не требуют предварительной расчистки участка, а после окончания сезона посадки леса могут использоваться для строительства лесных дорог и других работ.
Общим недостатком экскаваторов является их низкая производительность по сравнению с плужными канавокопателями, поскольку в процессе работы необходимы частые остановки.
Для создания прерывистых микроповышений при непрерывном движении техники в ЛенНИИЛХе была разработана и доведена до серийного производства однорядная почвообрабатывающая машина ОРМ-1,5. Ее рабочим органом является четырехлопастной ротор, снабженный ленточным тормозом. При торможении ротора лопасть сгруживает почву в микроповышение, затем тормоз отключается, ротор поворачивается и в действие вступает следующая лопасть. За машиной остаются углубления в грунте и холмики почвы высотой до 0,25 м.
По задумке создателей ОРМ-1,5, тормоз должен был срабатывать под воздействием лопастей на почву. Испытания показали, что тормоз работает нестабильно, поэтому постоянный шаг между микроповышениями не выдерживается. Непостоянство характеристик почвы и наличие препятствий на лесных участках являются объективными причинами, по которым конструктивное решение ОРМ-1,5 не может обеспечить эффективную работу машины.
Шведской фирмой Bracke Forest разработаны и предлагаются к продаже двух- и трехрядные машины, рабочие органы которых подобны ротору ОРМ-1,5, - культиваторы дискретного микроповышения (моундеры) типа Bracke M25.a и Bracke M36.a.
Машина типа Bracke M26.a устанавливается на лесной трактор (или форвардер) с гидроманипулятором, в конструкцию входят: остов, два гидромотора, два лопастных колеса (ротора) и электронная система управления с центральным процессором. Управление гидравлическими тормозами роторов осуществляется с помощью специальной компьютерной программы, параметры которой задаются оператором вручную в зависимости от условий на лесокультурной площади. Контроль работы программы осуществляется с помощью фотоэлектрических датчиков.
Необходимо отметить, что в сравнении с ОРМ-1,5 конструкция этой машины значительно сложнее, а цена существенно выше при сходных функциональных возможностях.
Общим конструктивным недостатком машин типа Bracke M26.a является расположение датчиков системы торможения непосредственно на роторах, в области обработки почвы, где они подвергаются неблагоприятным воздействиям (загрязнению, увлажнению, механическим повреждениям и т. п.). Принципиальное устройство машины не позволяет установить упомянутые датчики в безопасном месте, что исключает возможность устранить этот недостаток машины.
Рис. 1. Общий вид кочкователя МК-2 (3D-модель)
С целью обеспечения лесного хозяйства недорогой и надежной отечественной техникой для механизации лесовосстановления в ПетрГУ была разработана конструкция новой, полностью механической двухрядной машины для создания прерывистых микроповышений.
В конструкции машины авторы постарались учесть недостатки моделей-предшественниц - машин типа ОРМ-1,5 и Bracke M26.a. На новую конструкцию получен патент на полезную модель РФ № 141061 от 06.08.2013 г. (авторы: Цыпук А. М., Чечков А. А., Соколов А. И.; заявитель и патентообладатель - ПетрГУ).
Перспективную разработку авторы назвали механическим кочкователем двухрядным - МК-2.
Конструкция кочкователя МК-2 включает: остов с центральным редуктором и самотормозящей червячной передачей, два бортовых одноступенчатых цилиндрических редуктора, навесное устройство и карданный вал для соединения с трактором, два лопастных колеса (ротора) и два лыжеобразных полоза (рис. 1).
Передаточное отношение редуктора выбрано таким образом, чтобы при постоянном вращении ротора концы лопастей описывали в пространстве математическую кривую, известную под названием трохоида (рис. 2).
Рис. 2. Кривая (трохоида) траектории поступательно-вращательного движения лопасти ротора кочкователя МК-2: А, В, С – крайние точки лопастей ротора; Аi – положения крайней точки лопасти ротора по траектории движения кочкователя; Оi – положения оси вращения ротора по траектории движения кочкователя; S – расстояние между микроповышениями почвы (шаг обработки), м; D – расстояние между углублениями в почве, м; H – высота микроповышений, м; N – глубина углублений в почве, м
На одном роторе три лопасти, что обеспечивает расстояние между микроповышениями около 1,2 м при стандартной частоте вращения вала отбора мощности трактора 540 об./мин.
При компоновке МК-2 за базовую машину был взят лункообразователь типа Л-2У (этот механизм также разработан в ПетрГУ), конструкция которого в ходе производственной эксплуатации показала надежность и приспособленность к условиям работы на каменистых нераскорчеванных вырубках.
В бортовые картеры базовой конструкции на место кулачковых механизмов устанавливаются одноступенчатые цилиндрические редукторы, обеспечивающие клиренс кочкователя МК-2, примерно равный дорожному просвету лесохозяйственного трактора. Это необходимо для того, чтобы оператор, пропуская препятствия (пни, камни и т. п.) под днищем трактора, был уверен, что следующий за его машиной кочкователь МК-2 тоже преодолеет эти препятствия без проблем. Бортовые редукторы кочкователя обеспечивают передаточное отношение, при котором достигается эффект необходимого притормаживания. На выходных валах бортовых редукторов устанавливаются рабочие органы машины: два ротора с тремя лопастями (см. рис. 1).
Кочкователь опирается на два лыжеобразных полоза, которые позволяют поддерживать его в плавающем положении гидронавесной системы трактора, копировать неровности микрорельефа, а также отодвигать в стороны от линии образования микроповышений порубочные остатки (сучья, вершины деревьев и пр.) с поверхности почвы вырубки.
Рис. 3. Схема обработки поверхности почвы кочкователем МК-2:
1 – посадка саженца на границу перехода углубления в микроповышение
при нормальной влажности почвы; 2 – посадка саженца в микроповышение
при избыточном увлажнении почвы; 3 – посадка саженца в углубление
при недостаточной влажности почвы; W – окружная скорость ротора
кочкователя, рад/с; V – поступательная скорость агрегата в составе
трактора и кочкователя, м/с
Кочкователь МК-2 работает следующим образом. При движении по вырубке трактора с навешенной на него машиной лопастные роторы вращаются с эффектом притормаживания, врезаясь рабочими лопастями в почву, за счет силы тяги трактора происходит вырезание микроповышения с заглублением лопасти. Ротор заглубляется до тех пор, пока не преодолеет нижнюю крайнюю точку, далее происходит подъем лопасти ротора. Одновременно поднимается и переворачивается пласт почвы, который ложится на край углубления по ходу движения и далее прижимается лопастью ротора (рис. 3).
На этом цикл формирования микроповышения заканчивается, затем в почву врезается следующая лопасть и процесс создания микроповышений с заданным шагом повторяется.
Для увеличения расстояния между микроповышениями оператор должен переключить коробку переключения передач трактора на высокую передачу и наоборот: для уменьшения расстояния - перейти на более низкую передачу. Изменение шага происходит за счет изменения скорости трактора при постоянной угловой скорости хвостовика заднего вала отбора мощности, а следовательно, при постоянной скорости вращения ротора.
После создания микроповышений и углублений в обработанную почву, в зависимости от ее увлажнения, высаживаются саженцы: в углубление - при недостаточной влажности почвы, в микроповышение - при избыточном увлажнении почвы, на границу перехода углубления в микроповышение - при нормальной влажности почвы (см. рис. 3).
К базовым технологическим параметрам нового кочкователя МК-2 относятся:
- параметры микроповышений и углублений (высота, глубина и длина), образуемых роторами кочкователя; эти параметры задаются размерами частей роторов, взаимодействующих с почвой;
- передаточное отношение между валом отбора мощности трактора и роторами кочкователя; она определяется кинематическим расчетом.
Передаточное отношение между валом отбора мощности трактора и роторами кочкователя МК-2 подбирается таким образом, чтобы окружная скорость роторов при вращении была меньше поступательной скорости трактора, вследствие чего достигается эффект притормаживания роторов для образования микроповышений.
Для защиты конструкции от перегрузок при встрече с крупными препятствиями на вырубке (пни, валуны) используется стандартная предохранительная муфта, ограничивающая крутящий момент на карданном валу и соединяющая редуктор кочкователя с валом отбора мощности трактора.
Заметим, что вероятность встречи роторов с препятствиями невелика, так как роторы установлены по колее движителя трактора, а оператор выбирает трассу движения таким образом, чтобы не наезжать на пни.
Главными достоинствами кочкователя МК-2 являются постоянство его работы независимо от почвенных условий и простая регулировка шага подготовки микроповышений за счет переключения передач трактора.
Будущих потребителей новой машины также наверняка привлечет цена МК-2, которая должна быть значительно ниже цены импортных аналогов Bracke M26.a, а также возможность агрегатирования машины с отечественными тракторами.
Словом, кочкователь МК-2 по технологическим возможностям не уступает современным образцам лесохозяйственных машин и может эффективно решить задачу обеспечения отечественного лесного хозяйства недорогой и надежной техникой для механизации лесовосстановления.
В настоящее время в ПетрГУ разработан комплект конструкторской документации, позволяющий изготовить опытный образец кочкователя МК-2 для проведения испытаний в полевых условиях, но вот производство перспективной отечественной разработки пока под вопросом. Что тому причиной? Сложившаяся в настоящее время система финансирования лесного хозяйства вообще и лесохозяйственного машиностроения в частности. МК-2 - полностью отечественная разработка, которая решает проблему импортозамещения в весьма важном аспекте лесовосстановления. К сожалению, разработчикам, если они не принадлежат к организациям системы Рослесхоза, рассчитывать на государственное финансирование не приходится.
Авторы надеются, что информация о новой перспективной разработке заинтересует отечественных лесопользователей, которые смогут финансировать изготовление и испытания опытного образца МК-2 и возродить былую славу Республики Карелия как флагмана в разработке и производстве новой отечественной техники для лесной промышленности и лесного хозяйства.
Александр ЦЫПУК,
д-р техн. наук, профессор кафедры технологии и организации лесного
комплекса Института лесных,
инженерных и строительных наук ПетрГУ
Андрей РОДИОНОВ,
канд. техн. наук, доцент кафедры
механизации сельскохозяйственного производства агротехнического
факультета ПетрГУ
Алексей ЧЕЧКОВ,
магистрант кафедры технологии
и организации лесного комплекса
Института лесных, инженерных
и строительных наук ПетрГУ
Читайте также: