Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования б
1.1. Краткий обзор развития средств механизации обработки почвы в садах 6
1.2. Обоснование механизации обработки почвы в рядах плодовых деревьев 11
1.3. Особенности агротехники и технологии обработки почвы в фундучных садах 22
1.4. Обоснование направления, цель и задачи исследований 27
2. Теоретические исследования 30
2.1. Изыскания способов фрезерования почвы в межкустовой полосе 30
2.2. Изыскание схемы сигнального устройства для автоматического обхода фундучного куста 38
2.3. Исследование кинематики рабочих органов выдвижной секции фрезы вертикального и горизонтального типа 48
2.4. Исследование динамической устойчивости выдвижной двухсекционной фрезы горизонтального типа 59
3. Программа и методика экспериментальных исследований 68
3.1. Программа исследований 68
3.2. Методика экспериментальных исследований 68
3.2.1. Варианты сигнальных устройств макетных образцов садовой фрезы вертикального типа с механическим и автоматическим обходом фундучных кустов 69
3.2.2. Варианты экспериментальных ножей фрезы вертикального типа и условия проведения опытов 74
3.2.3. Варианты разработок макетных образцов одно- и двух секционной фрезы горизонтального типа и условия проведения лабораторио-полевых исследований 82
3.2.4. Планирование экспериментов по определению площади необработанной защитной зоны кустов 95
4. Результаты экспериментальных исследований 97
4.1. Размерная характеристика куста и корневой системы фундучного дерева 97
4.2. Исследование качественных показателей работы поворотной секции вертикальной и горизонтальной фрезы с различными рабочими органами 105
4.3. Исследование быстродействия сигнальных устройств с механическим и автоматическим обходом кустов выдвижной секцией вертикальной и горизонтальной фрезы 119
4.4. Исследование качественных и энергетических показателей экспериментального секционного фрезерного культиватора в фундучных садах 130
5. Технико-эконсмическая эффективность внещрения секционного фрезерного культиватора в фундучных садах 139
5.1. Расчет лимитной цены двухсекционной фрезы 139
5.2. Расчет экономической эффективности двухсекционной фрезы 142
5.3. Расчет потребности и объема производства двухсек ционной фрезы 145
6. Общие выводы 147
Литература 151
Приложения 162
- Обоснование механизации обработки почвы в рядах плодовых деревьев
- Изыскания способов фрезерования почвы в межкустовой полосе
- Варианты экспериментальных ножей фрезы вертикального типа и условия проведения опытов
- Исследование быстродействия сигнальных устройств с механическим и автоматическим обходом кустов выдвижной секцией вертикальной и горизонтальной фрезы
Введение к работе
В принятых ХХУІ съездом КПСС основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года отмечена необходимость продолжить курс на всемерную интенсификацию и техническое перевооружение сельского хозяйства на базе новой техники и прогрессивной технологии с тем, чтобы резко поднять уровень механизации производства всех видов сельскохозяйственной продукции [і].
В плане решения выдвинутых партией и правительством задач по увеличению объема сельскохозяйственного производства и дальнейшего роста благосостояния советских людей одно из важных мест занимает интенсификация садоводства. Современное садоводство предусматривает комплексную механизацию всех производственных процессов на индустриальной основе с учетом возделывания интенсивных садов.
К 1990 году общую площадь плодовых насаждений в Азербайджанской ССР намечено довести до 200 тыс. га. При этом, предусмотрено заложить 25 тыс. га площади садов интенсивного типа и довести площадь промышленных насаждений фундука с 20 до 37 тыс. га [2, з].
Фундук, относящийся к наиболее высокоценным орехоплодным плодовым культурам, в производственных масштабах выращивается в Закавказье, на Северном Кавказе, в Краснодарском крае и на юге Украины. Однако, основная промышленная база фундучных плантаций сосредоточена в Азербайджане и, главным образом, в Шеки-Закатальской зоне республики.
В настоящее время силами научно-исследовательских институтов страны разрабатываются проблемы закладки новых фундучных садов в районах РСФСР, Украины, Молдавии и Средней Азии. Изучаются особенности биологии, вегетативного размножения и агротехнического ухода культуры фундука. В комплексе мероприятий агротехнического ухода
5 за насаждениями фундука весьма важное значение имеет внедрение в производство новых эффективных приемов ухода за почвой в междурядьях с целью повышения ее плодородия и урожайности кустов [4, 5, б, 7].
Широкое внедрение комплексной механизации производственных процессов в садоводстве хотя и позволяет снизить затраты труда на производство плодов с 900 - 1000 часа до 250 часа на I га, но тем не менее, требует своего дальнейшего совершенствования и завершения в части устранения пробелов по применению ручного труда, особенно на обработке приствольных кругов и прикустовых площадок.
Обработка вручную приствольных кругов в промышленных садах Куба-Хачмасской и Шеки-Закатальской зон Азербайджанской ССР пока что требует свыше 70 % от всех затрат труда, идущих на операции по обработке почвы. Поэтому, необходимо скорейшее внедрение в промышленных садах новых технических средств для межетвольной и межкустовой обработки как садов со штамбовой формировкой, так и в кустарниковых садах, включая фундучные насаждения.-
В свете стоящей проблемы интенсификации и комплексной механизации производства плодов выполненная диссертационная работа освещает результаты теоретических и экспериментальных исследований технологических и конструктивных особенностей фрезы для обработки почвы с обходом кустов в фундучных садах.
Работа выполнена в АзНИИМЭСХ и является составной частью научно-исследовательской работы по проблеме 16.03 и теме "Разработать поворотную секцию с активными рабочими органами для обработки почвы в рядах плантаций фундука, граната и штамбовых садов".
Обоснование механизации обработки почвы в рядах плодовых деревьев
Механизация обработки почвы в рядах плодовых деревьев является самой сложной технологической операцией, предъявляющей особые требования к конструкциям специальных садовых почвообрабатывающих машин. Сложность обусловлена спецификой сада и состоит, с одной стороны, в необходимости ассимметричного агрегатирования орудий с трактором при боковом смещении первых от продольной оси симметрии трактора и, с другой стороны, в необходимости обработки защитных зон вокруг штамбов плодовых деревьев с тем, чтобы сократить и по возможности исключить затраты ручного труда, идущие на перекопку и мотыжение кругов и ручную доработку после проходов выдвижных, автоматически отклоняющихся секций.
В настоящее время для обработки почвы в межствольной полосе сада в технологических комплексах и системе машин предусмотрены: культиватор КСГ-5, имеющий плоскорежущий поворотный нож с гидроприводом; приспособление ГОШ-0,5, навешиваемое справа на раме трактора и имеющее поворотный нож; выносная дисковая секция СДВ-І и садовая фреза ФА-0,76 производства НРБ, заменяющая фрезу ФС-0,9 [19, 20].
Для фрезерования почвы в приствольной полосе на протяжении ряда лет исследовалась работа, приведенной на рис. 1.3 садовой фрезы ФС-0,9 с автоматическим вводом ее в ряд плодовых деревьев. Величина необработанной зоны после двух проходов фрезы ФС-0,9 в ряду сос-тавляет 0,07...0,26 м вокруг штамба плодового дерева. При этом обеспечивалось хорошее рыхление почвы, уничтожение сорняков и сохранение влаги в обрабатываемом слое приствольной полосы сада [20 -2з]. Однако, конструктивные недостатки фрезы ФС-0,9 не позволили рекомендовать ее использование в широких производственных условиях. Поэтому, в систему машин была рекомендована и включена фреза ФА-0,76 болгарского производства, зарекомендовавшая себя с самой лучшей стороны при испытаниях в различных зонах садоводства страны.
Фреза ФА-0,76 приведена на рис. 1.4. Она может работать с тракторами класса 9 и 14 кН, марки "Беларусь", Т-54В и Т-7СВ. Имеет боковое отклонение при автоматическом отводе от ствола дерева, равное 0,5 м с усилием отклоняющегося устройства до 3 кг, вынос фрезбарабана от продольной оси трактора свыше 2 м. Выработка фрезы 1 - цилиндрический редуктор; 2 - вал; 3 - конический редуктор; 4 - карданный вал; 5 - прицеп; б - балка; 7 - шариковый предохранитель; 8 - золотник; 9 - гидроцилиндр отвода барабана; 10 - рама барабана; II - предохранительная муфта; 12 - копир; ІЗ - щуп; 14 - переднєє колесо; 15 - отводная тяга; 16 - фрезбарабан; 17 - механизм подъема; 18 - гидроцилиндр подъема; 19 - заднее колесо ФА-0,76 за смену достигает 1,1...1,2 га обработанной площади, что соответствует в переводе на гектар сада при 8-ми метровом междурядье 6,4 га, при 7-ми метровом - 5,6 га, при 6-ти метровом - 4,8 га, при 5-ти метровом - 4,0 га.
Средняя поступательная рабочая скорость фрезы ФА-0,76 равна 0,5...0,8 м/с. Затраты на гектар составляют 1,3...1,5 часа, расход горючего - 10...II кг/га 21 . Для выбора оптимальной модели в 1970...1971 гг. фреза ФА-0,76 испытывалась в сравнении с зарубежными моделями: марки „ Humus -KW" ФРГ,„Ferrl " и„Zig- Z-&PP" итальянских ж „Rota- fruit " и „Aboricull иг " французских марок [24 J . Все фрезы, за исключением марки,,Humus-Добыли оснащены копирующими гидромеханизмами управления, шарнирным параллелограммом для поперечного смещения. В отличии от них фреза „ Humus - KW"была оборудована зубчато-реечным механизмом для осуществления бокового смещения. В итальянской фрезе „Ferri " использован телескопический механизм отвода фрезбарабана.
Ширина захвата фрезбарабанов находилась в пределах 0,485... 0,888 м при продольной величине бокового смещения 0,3...0,6 м. Глубина обработки у фрез 0,08...0,13 и, усилие на вильчатом и колесном копире лежит в пределах 1,5...6 кг, оставляемая площадь необработанных защитных зон у оснований стволов деревьев равна 0,09... 0,15 мс и зависит от скорости агрегата - чем выше скорость поступательного движения, тем больше необработанная площадь участка защитной зоны. Верхнему пределу необработанной площади 0,15 м2 соответствует скорость 0,97 м/с, а нижнему 0,09 м2 - скорость 0,41 м/с. Результаты сравнительных испытаний садовых фрез показали лучшие агротехнические и эксплуатационные показатели фрезы ФА-0,76 [24] .
Среди конструкций фрез горизонтального типа представляет интерес показанная на рис. 1.5 фреза с телескопическим валом и кожухом фрезбарабана, разработанная НИЗЙНП[25І , фреза конструкции Чу 17 вашского СХИ, аналогичная конструкции ФС-0,9 (2б), а также приведенная на схеме рис. 1.6 почвообрабатывающая фреза конструкции Воронежского лесотехнического института [27], отличающаяся тем,что механизм привода барабана выполнен в виде гидромотора, а предохранительный механизм снабжен дополнительным гидроцилиндром, рабочая полость которого сообщается с гидромотором привода, что обеспечивает сравнительно высокую надежность в работе.
Среди зарубежных конструкций следует выделить также французскую модель универсальной садовой почвофрезы для обработки приствольных полос, снабженной сменными рабочими органами в виде ротационных ножей, дисковых батарей и цилиндрического шнека и имеющей привод от гидромотора или вала отбора мощности Г 28J и ротационную почвообрабатывающую машину, рабочим органом которой является ротор с вертикальной осью вращения от гидродвигателя, шарнирно закрепленный к стреле, которая поворачивается в горизонтальной плоскости [35] .
Положительной тенденцией в развитии конструкций зарубежных фрез, ротационных и фрезерных культиваторов в настоящее время наряду с совершенствованием рабочих органов [l04 - Юб] , также является многоступенчатость передачи на рабочие органы частоты вращения. Примером могут служить фрезерные и зубовые роторы с горизонтальной и вертикальной осью вращения итальянской фирмы „Ma fettl Yifcemac", канадской фирмы,,Zeiy и английской $щьш„ Ног yardRoto-vator [29], в моделях которых предусмотрено от 2-х, 3-х и 4-х до 12-ти ступеней изменения частоты вращения рабочих органов в приводе от вала отбора мощности трактора. Этот фактор позволяет значительно расширить эксплуатационные показатели машин, применяя их на почвах с различной тяжестью и влажностью, обеспечивая требуемое агротехническое качество обработки почвы без распыления.
Изыскания способов фрезерования почвы в межкустовой полосе
Изучению технологического процесса фрезерования почвы посвящено множество работ отечественных и зарубежных ученых. Среди них известны теоретические и прикладные работы Далина А.Д., Павлова П.В., Синеокова Г.Н., Панова И.М., Жука Я.М., Яцук Е.П., Зеленина А.Н., Докина Б.Д., Попова Г.Ф., Гринчука И.М., Андреева В.И., Ма-тяшина Ю.И., Шамота В.А., Дьяченко Г.Н., Борисова В Н., Гуреева И.И. и ряда других ученых-исследователей [43...58].
Из зарубежных исследователей известны работы Канева Н.Ф., Бер-нацкого Г., Зонне В., Ренард В., Берджера Е., Девиса П., Дауголла Б.М., Кепнера Р. и других в области изучения энергозатрат, способов и режимов фрезерования [51, 59...бі].
В настоящее время фрезерная обработка почвы широко применяется в странах Западной Европы, США, Японии и демократических странах, где фрезы применяют с целью обеспечения высокого качества рыхления почвы за один проход на основной и предпосевной обработке.
При этом все большее развитие принимает тенденция использования двухбарабанных фрез, как, например, применение конструкции отечественной двухбарабаннои фрезы для послойного фрезерования за-дернелых почв [б2] и фрезерного культиватора английской фирмы "Давид Гудж", состоящего из двух роторов горизонтального типа, вращающихся в обратном направлении по отношению друг к другу ГбЗ].
Среди разработок конструкций садовых фрез с горизонтальной, вертикальной и наклонной осью вращения рабочих органов известны труды Зельцера В.Я., Лукашевича П.А., Жилицкого Я.З., Герасимова Н.И., Кулиева Г.Ю., Зангладзе Т., Коберидзе Г.Т., Малютяка В.Т., ЗІ Любимова Ф.С. и других советских ученых [l8, 20, 30...34, 39, ЧО]. Выполненные ими теоретические и экспериментальные исследования по кинематике и динамике фрезерных рабочих органов, а также определению их конструктивных параметров применительно к садам и виноградникам подтверждают перспективность широкого применения фрез в междурядьях, межствольных и межустовых полосах многолетних насаждений.
Анализ развития средств механизации обработки почвы в садах, виноградниках и ягодниках показывает, что технология фрезерной обработки почвы в фундучных садах является наиболее целесообразной. Фрезерная обработка обеспечивает сравнительно лучшее качество рыхления почвы и уничтожение сорной растительности, более полно удовлетворяет требованию поверхностной обработки без повреждения корневой системы фундучных кустов, характеризующейся горизонтальным расположением в почвенном слое основной массы корневых отростков.
В фундучных садах наиболее рациональной схемой следует признать двухсекционную фрезерную машину с односторонним боковым выносом в прикустовую полосу в отличии от виноградников, где многие годы внедряются и усовершенствуются приспособления ПРВН-72000 и ПРВНЖІООО для межкустовой обработки с двусторонним боковым выносом ножевых поворотных секций [з8...40].
В двухсекционных садовых и виноградниковых агрегатах с двухсторонним выносом секций от продольной оси симметрии трактора [20, 38...40J, во-первых,используются пассивные рабочие органы, так как применение активных рабочих органов типа фрезерных ножей связано с усложнением привода и исполнительных механизмов обхода кустов. Во-вторых, эти агрегаты, как показывает практика их использования [20, 38...40J, имеют такие существенные недостатки,как перегрузку системы гидравлического сервопривода секций, отсутствия в них быстродействия исполнительных механизмов отвода и связанный с ним фактор повреждения культурных растений в процессе эксплуатации из-за отсутствия маневра по ширине междурядья.
Поэтому в фундучных садах, имеющих более сложные условия работы тракторных агрегатов, эти нежелательные факторы будут еще более усугубляться и приведут к невозможности практического осуществления схемы фрезерования с двухсторонним боковым выносом секций.
Технология обработки почвы с двухсторонним выносом боковых секций возможна только при непременном условии обработки межкустовой и прикустовой полосы с одной стороны и только прикустовой с другой, то есть симметричным агрегатом за один проход в одном меж-дур ядьи по схеме.
Как видно из схемы на рис. 2.1 способ движения симметричного фрезерного агрегата беспетлевой левоповоротный с заходом в междурядья только с одной стороны и выходом с другой, что обусловлено необходимостью последовательной обработки межкустовой и прикустовой полосы, каждого последующего смежного ряда. В любом другом случае движения агрегата будут иметь место пропуски в виде необработанных полос в рядах кустов фундука.
Однако при данной схеме движения очевидно большое количество холостых заездов агрегата (рис. 2.1), которые приведут к потере времени и производительности тракторного агрегата, излишнему расходу горючего и повторным проходам в междурядьях при холостых переездах. То есть, в конкретном случае плавное преимущество симметричного широкозахватного фрезерного агрегата, обрабатывающего одно междурядье за один проход, фактически сводится к его полной потере.
Варианты экспериментальных ножей фрезы вертикального типа и условия проведения опытов
Для исследования различных типов рабочих органов, применяемых на вертикальных фрезах, были выбраны наиболее распространенные L -образные с наружиозагнутыми ножами, а также разработанные два типа - тарельчатый и комбинированный, которые приведены на рис. 3.4.
Как видно из рис. 3.4 иап и 3.5 исследуемые варианты L - образных ножей выполнены наклонными к вертикали под углом 20, 30 и 40 , что позволяет исходя из требований обработки межкустовых полос в рядах фундучных садов, увеличить ширину захвата одного фрез-барабана.
Тарельчатый нож, как видно на рис. 3.4 "б" состоит из конусной стойки (или пальца) круглого сечения и закрепленной на ее нижнем конце круглого диска с заточенной режущей кромкой типа рабочего органа дисковой бороны.
Комбинированный нож отличается тем, как видно на рис. 3.4"в \ что представляет собой совокупность применения первого и второго типа в одном рабочем органе, что позволяет при увеличении общей ширины захвата фрезбарабана исключить огрехи в виде необрабатываемых зон, присущих технологическому процессу фрезерования почвы вертикальными фрезами.
Предварительная экспериментальная проверка поворотной секции фрезы с вертикальной осью вращения проводилась в смешанном абрикосовом саду опытного хозяйства Кировабадскои станции виноградарства и виноделия. Сад не подвергался какой-либо направленной обрезке, предшествующая обработка междурядий - вспашка плугом-рыхлителем ПРВН-2,5; схема посадки деревьев 10x10 м; средняя влажность почвы в слое 0,0...0,15 м колебалась в пределах 11,4...19,10 %; твердость почвы составляла 1,70...2,80 МПа.
На рис. ЗЛО и 3.II показаны варианты работы вертикальной фрезы с тарельчатым ножом и комбинированным рабочим органом в сочетании L -образных ножей с тарельчатым ножом. Экспериментальная проверка работы вертикальной фрезы с механическим на рис. 3.12 и гидравлическим на рис. 3.13 сигнальным устройствами проводилась в фундучных садах орехосовхоза Л I Зака-тальского района Азербайджанской ССР. Принятая формировка фундука - многоствольное кустовидное дерево со схемой размещения кустов 10х О, 10 5 и 8X8 м.
Предшествующая обработка - ручная перекопка межкустовых полос и кругов, проводимая вместо вспашки. Средняя влажность слоя почвы 0,0...0,15 м составляла 19,54...23,84 %. Твердость почвы составила 1,65...2,6 МПа.
Количество ножей на фрезбарабане вертикальной фрезы в опытах варьировали от 2-х до 4-х. Для изучения процесса профилирования кустов кольцевым щупом и определения площади необработанной защит ной зоны применена специальная методика, как видно на рис. 3.14, сущность которой заключается в разделении полуокружности куста на уровне земли в сторону обработки на 4 равные части. Затем условно проводили лучи, начиная от центра куста через полученные точки, а после прохода агрегата определяли точки встречи лучей с обработан ной площадью, то есть показанные на схеме рис. 3.14 точки I, 2, 3, 4 и 5. .......
Как видно, полученные отрезки лучей от окружности куста до точек I, 2, 3, 4 и 5 дают возможность с достаточной точностью определить ширину необработанной защитной зоны и характер кривой профилируемого механического и автоматического обхода поворотной секцией кустов фундука.
Исследование быстродействия сигнальных устройств с механическим и автоматическим обходом кустов выдвижной секцией вертикальной и горизонтальной фрезы
Исследования быстродействия обхода кустов фундука при межкустовой обработке проведены с помощью разработанных экспериментальных сигнальных устройств и используемых в производстве на садовых фрезах согласно методики планирования экспериментов по определению площади необработанной защитной зоны [76...87).
Критериями оценки площади необработанной защитной зоны, как видно из приведенных в таблице 4.3.1 данных, служили координаты траектории точек обхода кустов и площади отдельных участков вокруг куста - площадь кольцевой части необработанной защитной зоны SH и площади треугольников SAtl и SAK , образованных кривой траектории обхода с продольной осью ряда кустов, в начале и конце обхода их.
Данные опытов, сведенные в таблице 4.3.1 показывают, что площадь кольцевой части у механического щупа значительно превышает ее величину для гидравлического при значении 0,57 против 0,38 м2, в конце обхода площадь необработанной полосы также выше у кольцево-го щупа и равна 0,118 против 0,10 мс. Однако, в начале обхода кольцевой щуп имеет преимущество и его работу характеризует площадь необработанной полосы в защитной зоне, равная 0,116 против 0,12 м2.
Следовательно, можно сделать вывод о том, что при всех равных условиях работы выдвижной вертикальной фрезы применение обычного производственного щупа с золотниковым распределителем имеет преимущество перед механическим кольцевым щупом в промежуточной и конечной фазах обхода, выражающееся в уменьшении общей площади защитной зоны с одной стороны куста с 0,80 до 0,60 м2. Вместе с тем, механический кольцевой щуп имеет положительный фактор, позволяющий уменьшить необрабатываемую защитную зону куста в начале обхода за счет профилированного обхода при контактировании со стволами штамбовой части куста. Исследования процесса при работе горизонтальной фрезы, как видно из данных опытов таблицы 4.3.2 показывают, что она имеет значительное преимущество в сравнении с вертикальной по уменьшению общей площади необрабатываемой зоны до 0,46 и 0,51 м2.
Увеличение скорости поступательного движения агрегата и диаметра стволов штамбовой части куста в значительной степени влияют на изменение величины необрабатываемой горизонтальной секцией защитной зоны. 06 этом свидетельствуют построенные на схемах рис. 4.3Л и 4.3.2 графики зависимости зоны необработанной полосы от изменения диаметра штамба при скорости движения соответственно 0,38 к 0,67 м/с.
В обоих случаях (рис. 4.3.1 и 4.3.2) кривые зоны отвода и ввода секции в ряд имеют идентичную параболическую зависимость с интервалами варьирования весьма значительных расстояний от штамба, соответственно равных 0,2...0,51 м и 0,34...0,58 м, тогда как кривая зоны обхода находится в достаточно приемлемых колебаниях расстояний от штамба, равных соответственно 0,15...0,23 м и 0,19... 0,27 м. Полученные закономерности позволяют сделать вывод о несовершенстве сигнальных устройств именно в осуществлении фаз отвода секции от куста и ее обратного ввода в ряд. Поэтому, с целью изучения основных факторов, влияющих на протекание процесса обхода кустов было изучено время быстродействия включения и отключения сигнального устройства выдвижной секции горизонтальной фрезы при изменении скорости поступательного движения агрегата.
С увеличением скорости движения до 0,61 м/с эта разница во времени хотя и несколько уменьшается, составляя для обратного ввода величину в 1,5 раза превышающую время отвода, но тем не менее не меняет характера протекания процесса, как видно из построенных траекторий кривых обхода кустов на схеме рис. 4.3.3 и требуют совершенствования с точки зрения положительного эффекта по профилированному обходу куста, который был получен для фазы отвода секции с механическим сигнальным устройством типа кольцевого щупа.
Полученные результаты протекания процесса быстродействия сигнального устройства, основанные на принципе как автоматического, так и механического обхода стволов штамбов кустов фундучных деревьев явились основной к разработке на уровне изобретения принципиально новой конструкции сигнального устройства "Почвообрабатывающего орудия для обработки приствольной полосы в рядах плодовых деревьев" по авторскому свидетельству СССР Л 73I9I3 (б9, 87].
