Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГОУ ВПО «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт»

Создание лабораторной установки для исследования процессов формирования посадочных лунок и оптимизации геометрических параметров рабочего органа

Санкин А.С.

Черныш А.П.

Развитие городского и промышленного строительства, прокладка инженерных и транспортных коммуникаций и, особенно, расширение добычи полезных ископаемых привели к резкому возрастанию территорий с нарушенными почвами и рельефом. За вторую половину XX в. земная поверхность претерпела большие изменения, чем за всю предыдущую историю человечества. Масштабы этих изменений можно сопоставить лишь с последствиями катастрофических явлений природы.

Во многих странах большие площади земель разрушаются горнодобывающей промышленностью при открытом способе добычи полезных ископаемых. На месте плодородных земель возникают обширные пространства, лишенные растительного покрова и плодородного гумусового горизонта -- «техногенные пустыни». По современным оценкам, зона вредного воздействия горнопромышленных разработок с учетом загрязнения атмосферы, природных вод, почвенного покрова и растительности примерно на порядок больше территории горного отвода. Все нарушенные территории подразделяются на две группы: земли с насыпным грунтом (промышленные отходы, отвалы подземных горных разработок) и территории, поврежденные в результате выемки почвогрунта (карьеры, отвалы).

В горнодобывающей промышленности наиболее прогрессивным является открытый способ добычи полезных ископаемых, при котором производительность труда в 5 - 6 раз выше, а себестоимость продукции в 2 - 3 раза ниже, чем при подземных разработках. Но именно введение открытых горных работ является наиболее «землеемким» и сопровождается наиболее существенными изменениями ландшафта и гидрогеологических условий района разработок с нарушением почвенного покрова на значительных территориях. Таким образом, прогресс горного дела оборачивается резким уменьшением площади биологически продуктивных земель и опасными нарушениями экологического равновесия.

Биологическая рекультивация направлена на создание на рекультивируемом участке почвенного профиля и повышение его плодородия. В пределах искусственно насыпаемого потенциально плодородного слоя должен быть сформирован корнеобитаемый горизонт, мощность которого зависит от назначения участка: для зерновых культур и многолетних трав он должен быть не менее 0,8 м, для плодовых культур - 1,5-2 м [2].

Корнеобитаемый слой рекомендуется формировать из почвенной массы и лёссовидных карбонатных суглинков, причем мощность собственно гумусового слоя может колебаться от 0,3 до 0,8 м, что зависит главным образом от наличия плодородных почв. Нижняя часть корнеобитаемого слоя формируется из грунтов с благоприятными водно-физическими свойствами.

Восстановление нарушенных территорий проводят в различных целях: для дальнейшего сельскохозяйственного использования в земледелии, садоводстве; под лесные насаждения, под водоемы, жилищное и капитальное строительство. земля древесный плодородный грунт

Эффективным способом рекультивации является восстановление нарушенных земель путем посадки древесных пород или выращивания сельскохозяйственных культур на предварительно внесенном плодородном грунте, покрывающем отвалы. Гораздо меньших затрат требует лесная рекультивация. Она может осуществляться на токсичных грунтах и в неблагоприятных условиях рельефа и потому имеет гораздо большее распространение. Она имеет почво- и водоохранную, а также рекреационную направленность. На местах старых карьеров проводится водная рекультивация, т. е. создаются водоемы для образования резервов промышленной или питьевой воды и организации рекреационных центров и зон. В нашей стране считается оптимальным соотношение площадей, восстанавливаемых под лес и пашню, равное 3:2. Древесные породы подбирают в зависимости от кислотности и механического состава грунта. На отвалах фосфоритных разработок выращивают сосну и березу; на отвалах бурого угля - дуб, березу, сосну, белую акацию; при рекультивации гравийных и сланцевых карьеров - березу и сосну [2].

Основной проблемой при проведении посевных и посадочных работ является большая трудоемкость процесса и сложность использования средств механизации, так как площади, подлежащие восстановлению, имеют значительные уклоны (до 300). Для посадки деревьев необходимо формировать лунку достаточной глубины и диаметра. При использовании саженцев со стержневой корневой системой используется «меч Колесова», так как лунка должна иметь относительно малый диаметр (около 100 мм) при необходимой глубине 300 мм. При посадке саженцев с мочковатой корневой системой лунка должна иметь диаметр 250-300 мм при глубине 250-300 мм, для этого используют штыковую лопату. Но при формировании лунки лопатой возникают несколько проблем. Первое - сложность получения лунки округлой формы заданного диаметра, вследствие этого необходимо увеличивать площадь формирования. Второе - замятие внешнего края по всему периметру. Третье - осыпание грунта, так как стенки лунки недостаточно крепкие, вследствие этого грунт необходимо перемещать на значительное расстояние. Четвертое - невозможность формирование насыпного вала по периметру посадочной лунки, в связи с этим грунт укладывают в двух-трех точках, что усложняет процесс присыпания корневой системы. Данные недостатки представлены на рисунке 1.

Рис. 1 - Формирование посадочной лунки при помощи лопаты.

Сотрудниками кафедры технологии металлов и ремонта машин Кемеровского ГСХИ ведется разработка лабораторной установки для бурения лунок при посадке саженцев с мочковатой корневой системой. В процессе работы лабораторной установки предполагается оценить технологический процесс формирования посадочной лунки, установить возможные направления изменения геометрических форм рабочего органа, позволяющие повысить производительность процесса изготовления лунки.

На рисунке 2 представлена модель лабораторной установки.

Рис. 2 - Лабораторная установка для бурения лунок.

Изменения геометрических форм рабочего органа (бура), основанные на исследованиях, проведенных на данной установке, позволят исключить перечисленные выше недостатки, что, в свою очередь, уменьшит затраты времени на формирование посадочной лунки и увеличит производительность труда. За прототип данного бура взято сверло «Форстнера», отличительной особенностью которого является наличие боковой стенки. На рисунке 2 представлена модель разработанного бура.

Рис. 3 - Рабочий орган установки для бурения лунок.

Уплотнение грунта по периметру осуществляется за счет увеличения радиуса стенок бура. Также конусообразность бура, которая образует формовочный уклон, позволяет извлекать рабочий орган без повреждений стенок лунки. Грунт равномерно распределяется по периметру лунки на поверхности почвы. Оставшийся грунт используется для перемешивания с удобрениями.

Таким образом, применение малых средств механизации с использованием уникальных конструкций рабочих органов позволит с высоким качеством и производительностью выполнять технологическую операцию формирования, необходимых по форме и плотности, посадочных лунок.

Список использованной литературы

1. Голованов А.И. Рекультивация нарушенных земель / А.И. Голованов, Ф.М. Зимин, Б.И. Сметанин. - М. : КолосС, 2009. - 328 с.

2. Орлов Д.С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении / Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова, И.Н. Лозановская. - М. : Высшая школа, 2002. - 336 с.

3. Природообустройство / А.И. Голованов, Ф.М. Зимин, Д.В. Козлов [и др.]; под ред. А.И. Голованова. - М. : КолосС, 2008. - 552 с.

4. Техноземы: свойства, режимы, функционирование / В.А. Андроханов [и др.]. Новосибирск : Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 2000. - 200 с.

Размещено на Allbest.ru