Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цели и задачи исследования . 10
1.1. Качественные показатели работы существующих рассадопосадочных машин 10
1.2. Анализ конструкций рассадопосадочных машин 12
1.3. Процесс подачи рассады в посадочный аппарат . 23
1.4. Перемещения растений при машинной посадке . 29
1.5. Выводы, цель и задачи исследования 36
2. Теоретические исследования 40
2.1. Обоснование конструктивной схемы посадочного аппарата 40
2.2. Обоснование рабочей скорости посадочного агрегата и емкости накопителя 43
2.3. Обоснование модели рассады 52
2.4. Теоретические описания возможных перемещений модели рассады после освобождения от захвата 55
2.5. Алгоритм и блок-схема определения параметров движения рассады при посадке 67
2.6. Обоснование конструктивных параметров и режимов работы посадочного аппарата «76
3. Программа и методика исследований 81
3.1. Программа экспериментальных исследований 81
3.2. Методика определения закона распределения темпа подачи рассады к накопителю 81
3.3. Методика обоснования оптшлальных режимов работы накопителя и посадочного агрегата 84
3.3.1. Определение области оптимума параметров оптимизации 86
3.4. Методика определения силы, необходимой для извлечения растения из накопителя 92
3.5. Методика определения момента инерции рассады 93
3.6. Методика определения сил, действующих на рассаду в почве при заделке . 96
3.7. Методика определения допустимого усилия, действую щего на растение со стороны посадочного аппарата 97
3.8. Методика определения качественных показателей посадки рассады 100
4. Результаты исследований 103
4.1. Распределение темпа подачи рассады в накопитель. 103
4.2. Оптимальные режимы работы посадочного агрегата и параметры накопителя 104
4.2.1. Область оптимальных значений параметров оптимизации 104
4.2.2. Оптимальные значения параметров оптимизации 105
4.2.3. Емкость накопителя ПО
4.2.4. Усилия извлечения рассады из лент III
4.3. Масса и моменты инерции рассады III
4.4. Усилия извлечения рассады из почвы ИЗ
4.5. Силы, действующие на рассаду в почве 115
4.6. Оптимальные начальные параметры движения рассады после освобождения от захватов .117
4.7. Конструктивные параметры и режимы работы посадочных аппаратов 123
4.8. Качественные показатели работы экспериментальной секции рассадопосадочной машины. 125
5. Экономическая эффективность посадки рассады томатов предлагаемой рассадопосадочной машиной .131
5.1. Методика определения экономической эффективности 131
5.2. Определение оптовой цены предлагаемой рассадопосадочной машины 133
5.3. Себестоимость годового объема посадки предлагаемой рассадопосадочной машиной. 135
5.4. Расчет приведенных затрат 140
Выводы 142
Список использованной литера1уры 145
Приложения
- Качественные показатели работы существующих рассадопосадочных машин
- Обоснование конструктивной схемы посадочного аппарата
- Определение области оптимума параметров оптимизации
- Определение оптовой цены предлагаемой рассадопосадочной машины
Введение к работе
Овощные культуры в нашей стране возделываются на площадях свыше 1,6 млн.га при валовом сборе 25 ... 27 млн,т. В Казахской ССР под овощами занято около 56 тыс.га, а валовой сбор превышает Імлн.т. Годовое потребление овощей на душу населения в 1980 году по СССР составило 97 кг, а в Казахстане - 84 кг /108/.
Несмотря на постоянный рост валового сбора овощей, июльский (1978г.) Пленум ЦК КПСС отметил, что общий уровень их производства все еще отстает от потребностей полного удовлетворения населения по медицински обоснованным нормам. Для удовлетворения растущих потребностей населения в овощах к 1990 году их необходимо производить в два раза больше, чем производится сейчас / 72 /.
Продовольственная программа СССР на период до 1990года утвержденная майским (1982г.) Пленумом ЦК КПСС поставила задачу довести производство овощей и бахчевых культур в одиннадцатой пятилетке до 33 ... 34 млн,т., а в двенадцатой до 37 ... ЗЭмлн.т. Обеспечить потребление овощей к 1990 году 126 ... 135 кг на душу населения в год /1,2,3 /.
Учитывая, что численность населения страны возрастает, причем численность городского населения увеличивается, а сельского уменьшается, особую остроту приобретает проблема механизации сельскохозяйственного производства и особенно овощеводства. Если в других отраслях сельскохозяйственного производства сейчас успешно решается задача перехода на повышение скорости машино-тракторного агрегата, то в овощеводстве пока еще в основном работы ведутся вручную / 123 /.
В рассадном методе возделывания овощей важную роль на величину и динамику поступления урожая оказывает качество и своевременность проведения посадочных работ, выполняемых в настоящее время в основном вручную.
Широкое применение рассадопосадочных машин сдерживается несовершенством конструкций и низким качеством посадки.
Низкое качество работы существующих машин определяет большие затраты труда и денежных средств, вследствие необходимости применения ручного труда при посадке и оправке -неправильно высаженных растений.
Так, применение рассадопосадочных машин СКН-6 в условиях Юга Казахстана сопровождается затратами труда 50 ... 70 чел,-час/га при прямых затратах до 300 руб. / 76 /. Кроме того, низкое качество посадки ведет к снижению урожайности и поступлению его в более поздние сроки вследствие отклонения условий жизнеобеспеченности растений от оптимальных / 44 /.
Разработка технологий и технических средств для возделывания овощей в открытом грунте включена в координальный план ВАСХНМ по научно - технической проблеме 0.51.18 (Приложение № 53 к постановлению Государственного Комитета СССР по науке и технике и Госплана СССР от 8 декабря 1981г. JM8I/244),
Разработка теоретических основ выбора технологии и технических средств для выращивания рассады и возделывания овощных культур включена в комплексную программу по ускорению научно-технического прогресса в сельском хозяйстве Алма-Атинской области Казахской ССР на 1982 ... 1985 годы и на период до 1990 года / 49 /.
В диссертационной работе разработана математическая модель процесса посадки рассады рассадопосадочными машинами. В результате исследования модели процесса посадки обоснованы оптимальные значения рабочих скоростей рассадопосадочных машин, обеспечивающие минимальное число пропусков растений в захватах определены значения углов наклона и угловых скоростей движения рассады, обеспечивающие выполнение агротехнических требований на угол посадки; обоснована конструктивная схема посадочного аппарата с накопителем и определены конструктивные параметры и режимы её работы.
Результаты исследований отражены в трех статьях и двух методических рекомендациях. Общий объем публикаций составляет 3,22 условных печатных листа.
На предлагаемую конструкцию поданы материалы во ВНИИГПЭ на предает изобретения и получена приорететная справка № 3556765 от 10 января 1983 года.
Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-производственных конференциях професорско- препо-довательского состава Казахского ОТКЗ СХИ ( Алма-Ата, 1979... 1981гг.) и Западно - Казахстанского СХИ ( Уральск, 1982 .... 1983гг.), на заседании НТО ВИСХОМа ( Москва, 1980г.), на расширенном заседании кафедр РЭМТП, СХМ и "Теоретической механики Западно- Казахстанского СХИ ( Уральск, 1980г.), на научно - практической конференции слушателей ФПК преподователей сельхоз ВУЗов в Белорусском ИМСХ ( РЛинск, 1983г.), на заседании кафедры ЭМТП Казахского ОТКЗ СХИ (Алма-Ата, 1984г.).
Результаты теоретических и экспериментальных исследований одобрены и рекомендованы для использования в научно-исследовательских работах ВИСХОМа и ГСКБ отрасли (приложение № I).
Годовой экономический эффект от внедрения экспериментальной секции рассадопосадочной машины при посадке рассады томатов в УОХ Казахского СХИ " Джанашарское " составил 153 рубля при снижении затрат труда на 43,7% в сравнении с применяемой секцией рассадопосадочной машины СКН-6 (приложение № 2). На защиту выносятся:
- математическая модель процесса посадки рассады рассадопосадочными машинами;
- оптимальные конструктивные параметры и режимы работы посадочного аппарата с накопителем.
Качественные показатели работы существующих рассадопосадочных машин
Целью посадки является размещение растений в поле по определенной схеме в заданные агротехнические сроки. Последние являются одним из основных факторов, влияющих на урожай и динамику его поступления. Они определяются биологическими особенностями сорта, агроклиматическими условиями и т.д.
Оптимальные сроки посадки рассады томатов на юге Казахстана приходятся на третью декаду апреля и первую декаду мая в зависимости от окончания весенних заморозков и устойчивого перехода температуры через 15 / 44, III /.
Согласно исследованиям Закояна P.O.,Бойко Н.Т.,Каплиной Г., Вильмса В.Я. и др. растягивание сроков посадки ведет к снижению урожая, поступающего в ранние сроки / 21,22,27,38,44 /. Так, например, по данным Каплинои Г.Т., задержка посадки на 10 дней ведет к потере урожая до 30 ц/га / 44 /.
Влияние схемы посадки рассады на урожай томатов и динамику его поступления показано в работах Эдельштейна В.И., Каплинои Г.Т., Утешкалиева А., Балашова Н. и др. / 13,15,44,45, 106,115 /. Установлена эффективность загущения посадки до необходимых пределов. По данным Утешкалиева А., для условий юга Казахстана схема посадки рассады томатов ( 0,9 + 0,5 ) 0,2 м является оптимальной / 115,116 /.
Исследованиями Бексеева III.Т., Эдельштейна В.И., Брежнева Д.Д. и др. установлено влияние высоты заделки рассады в поч ве на урожайность / 18,22,128 /. Указывается, что оптимальная высота заделки рассады находится выше семядольных листьев на 2...3 см / 18 /.
Для создания оптимальных условий жизнедеятельности растений рассадопосадочные машины должны отвечать следующим агротехническим требованиям / 47,76,123 /: 1. Отклонение расстояния между растениями в ряду не должно превышать 10$ от принятого шага посадки; 2. Отклонение растений от оси рядка не должно превышать ± 0,03 м ; 3. Глубина хода сошников должна находиться в пределах 0,5 ... 0,15 м с отклонением до і 0,02 м ; 4. Отклонение высаженных растений от вертикали не должно превышать 0,26 рад.
С целью изучения технических и экономических показателей работы рассадопосадочных машин в 1965 ... 1969 годах в Плов-дивской МИС были проведены сравнительные испытания. Исследовались наиболее известные рассадопосадочные машины мирового машиностроения с полуавтоматическими и автоматическими посадочными аппаратами. Из полуавтоматических машин исследовали: СКНБ-4 ( СССР ), А-82І ( ГДР ), Сюпер-Префер ( Франция ), МРР-5 ( СРР ), Аккорд ( ФРГ ), ТР-4 ( ВНР ) и РСМБ-8 ( НРБ ). Из автоматических рассадопосадочных машин исследовались Пикадор ( Франция ) и многосекционная машина ( НРБ ) /123,130,131, 132 /.
В результате испытаний установлено низкое качество работы приведенных машин, особенно по величине пропусков растений в захватах и углу наклона растений ( табл. І.І ) / 130 /. Пропуски растений в захватах находятся в прямой зависимости от рабочей скорости и достигают 20%. Это ведет к увеличению среднего шага посадки и, как следствие, - к снижению урожайности.
Выявлено, что дисковые посадочные аппараты обеспечивают менее точный шаг посадки, чем цепочные. Это объясняется тем, что цепочный посадочный аппарат за счет меньшего интервала регулирования шага посадки обеспечивает скорость захвата относительно почвы, близкую к нулю / 55,77,92 /.
Прямолинейность посадки испытываемыми рассадопосадочными машинами в целом удовлетворительна / 123 /. Процент растений, высаженных в зоне допустимого отклонения, соответствовал: РСМ-4 ( НРБ ) - 94,3%, A-82I ( ГДР ) - 97,8, СКН-6 ( СССР ) -- 99%.
Дисковые посадочные аппараты образуют более прямолинейный рядок, чем цепные. Возрастание отклонения от прямолинейности происходит при увеличении расстояния между конечной точкой захвата и поверхностью почвы при посадке рассады с мягким стеблем.
Исследование работы сошников на различных почвенных и скоростных режимах показало удовлетворительные результаты. Колебание глубины бороздки соответствовало агротехническим требованиям / 130,131 /.
Число растений, высаженных под углом более 60 от вертикальной оси, составляет 20 ... 50%. При этом количество растений, оставленных на поверхности, достигает 14%, а засыпанных землей - 6,6% ( табл. I.I ) / 41,56,130 /.
Низкое качество работы машин ведет к необходимости проведения дополнительных операций по оправке и подсадке рассады, которые в настоящее время выполняются вручную. Так, число растений, требующих оправки, достигает 7 ... 44% ( табл. I.I ).
Обоснование конструктивной схемы посадочного аппарата
Ручное вкладывание растений в посадочный аппарат обуславливает случайный характер интервала времени подачи растений ( рис. 2.1 ).
Для уменьшения пропусков растений в захватах рабочая скорость устанавливается такой, чтобы интервал времени прохождения захватов был больше математического ожидания времени вкладывания ( І J fв ) Причем, чем больше статистический разброс І в тем меньше должна быть скорость. Это ведет к тому, что большую часть растений сажалыцица подает к месту вкладывания раньше подхода захвата. Однако запас времени не используется для вкладывания очередного растения, а тратится на ожидание подхода захвата.
Частичное использование времени ожидания подхода захвата для вкладывания растений позволяют осуществить столики. Более полное использование Т0 сдерживается недостаточной емкостью столика.
Таким образом, возникает необходимость создания накопителя рассады, позволяющего вкладывать в него несколько растений одновременно. Растения в захваты должны подаваться автоматически.
На рисунке 2.2 изображена схема общего вида посадочного аппарата с накопителем.
Посадочный аппарат содержит диск I с захватами 2 и накопитель рассады, содержащий электродвигатель 3, который через зубчатые колеса 4 передает движение двум бесконечным лентам 5, уста новленных на роликах. Электродвигатель включается и отключается датчиком 7 под действием растения.
Технологический процесс посадки предлагаемым посадочным аппаратом осуществляется следующим образом. Растения непрерывно подаются между лентами 5 и повисают на них за передается лентам 5, которые перемещают вложение растения к / месту вкладывания их в захваты 2, где установлен датчик 7. Первое вложенное растение, переместившись за счет лент 5 к месту вкладывания в захваты 2, действуя на датчик 7, размыкает электрическую цепь и, тем самым, останавливает электродвигатель 3 и ленты 5. Растения ожидают подхода захвата 2 к месту вкладывания. После попадания первого растения в захват 2, под действием последнего, корневая система освобождается от лент 5 и датчик 7, замыкая электрическую цепь, включает электродвигатель 3 и ленты 5 быстро перемещают очередное растение к месту вкладывания. Таким образом, накопитель без участия человека подает все вложенные растения в захваты. Следовательно, при наличии запаса рассады между лентами равному Р штук, можно в течение времени P t$ не подавать растения. Запас рассады образуется в результате того, что в определенные периоды времени сажалыци-ца подает растений больше числа захватов, пройденных мимо накопителя за это же время, и излишек рассады скапливается между лентами.
Условием отсутствия пропусков растений при посадке посадочным аппаратом с накопителем является соблюдение неравенства. где 9 - число растений в накопителе.
Следовательно, накопитель позволяет снизить пропуски растений в захватах за счет запаса рассады между лентами.
Возможность нахождения между лентами нескольких растений одновременно практически исключает время ожидания подхода захвата. Это позволяет уменьшить интервал времени прохождения захватов до математического ожидания времени tB , то есть повысить рабочую скорость посадочного агрегата.
2.2. Обоснование рабочей скорости посадочного агрегата и емкости накопителя
Проведенные исследования позволяют сделать вывод о взаимосвязи емкости накопителя, рабочей скорости посадочного агрегата и величины пропусков растений в захватах. Для выявления указанной зависимости рассмотрим накопитель как систему массового обслуживания в которую подается случайный поток рассады, а выходит регулярный с интервалом времени между растениями равным / 50,82 /.
Анализ априорной информации позволяет сделать допущение, что поток растений, подаваемый в накопитель, обладает свойствами стационарности, отсутствия последствия и ординарности
Определение области оптимума параметров оптимизации
Экономическая эффективность устанавливалась сравнением затрат денежных средств при базовой и предлагаемой рассадопосадочных машинах.
За базовую принималась посадочная машина СКН - 6,работающая на посадке рассады томатов в ШХ Казахского СХИ "Джанашарс-кое". Годовой экономический эффект от применения предлагаемой сажалки, согласно существующей методики / 63 /, определяется по формуле: Эг = В Р,+Е„ (u{-ui)-EH(K.i-K.;) , 2; ( 5.1 ) где 5І и Зг - приведенные затраты на базовую и предлагаемую посадочную машину, руб; 3 = Cf+EHK.i, (5.2) 32 = С2 + Ен Л2, (5.3) где C-J и Сz - годовая себестоимость посадки при работе базовой и предлагаемой рассадопосадочных машин, руб;
К.-I и К. 2 " Удельные капитальные вложения в производственные фонды на годовой объем посадки при базовой и предлагаемой машинах, руб; н= 0,15 - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; 21 - коэффициент учета производительности пред-2 лагаемой сажалки по сравнению с базовой; В1 и В2 - годовые объемы посадки при использовании соответственно базовой и предлагаемой сажалки, га; - коэффициент учета изменения срока службы предлагаемой сажалки по сравнению с ба зовой; Р\ и Pz - Доли отчислений от балансовой стоимости на полное восстановление базовой и предлагаемой сажалки. Рассчитываются как величины, обратные срокам службы сажалок, определенные с учетом их морального изно шІ-иінХ-іф оа: р2 -1, к.1, и &; - экономия потребителя на текущих издержках эксплуатации и отчислениях от соответствующих капитальных вложений за весь срок службы предлагаемой сажалки по сравнению с базовой, руб; - соответствующие капитальные вложения потребителя ( без учета стоимости сажалок ) при использовании базовой и предлагаемой сажалки в расчете на площадь посадки, производимой с помощью предлагаемой рассадо посадочной машины, руб; 1 і U1 и U2 - годовые эксплуатационные издержки потребителя при использовании им базовой и предлагаемой сажалки в расчете на площадь посадки, производимой предлагаемой сажалкой, руб. В этих издержках учитывается только часто аммортизации, предназначенной на капитальный ремонт; Ад- необходимое количество предлагаемых сажалок в расчетном году, шт.
Проект оптовой цены, согласно методике / 62 /, рассчитывается по формуле: где Со отраслевая себестоимость производства машины, РУб; Пн —нормативная прибыль, руб; [Г, - дополнительная прибыль, руб. Отраслевая себестоимость производства машины определяется по зависимости: С0=(ЛСН Им+ М )+оп ( 5.5 ) где g. - чистый вес машины без покупных изделий других отраслей промышленности, кГ; J\.C - коэффициент конструктивной сложности;
Определение оптовой цены предлагаемой рассадопосадочной машины
Экономическая эффективность устанавливалась сравнением затрат денежных средств при базовой и предлагаемой рассадопосадочных машинах.
За базовую принималась посадочная машина СКН - 6,работающая на посадке рассады томатов в ШХ Казахского СХИ "Джанашарс-кое".
Годовой экономический эффект от применения предлагаемой сажалки, согласно существующей методики / 63 /, определяется по формуле: Эг = В Р,+Е„ (u{-ui)-EH(K.i-K.;) , 2; ( 5.1 ) где 5І и Зг - приведенные затраты на базовую и предлагаемую посадочную машину, руб; 3 = Cf+EHK.i, (5.2) 32 = С2 + Ен Л2, (5.3) где C-J и Сz - годовая себестоимость посадки при работе базовой и предлагаемой рассадопосадочных машин, руб; К.-I и К. 2 " Удельные капитальные вложения в производственные фонды на годовой объем посадки при базовой и предлагаемой машинах, руб; н= 0,15 - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; 21 - коэффициент учета производительности пред-2 лагаемой сажалки по сравнению с базовой; В1 и В2 - годовые объемы посадки при использовании соответственно базовой и предлагаемой сажалки, га; - коэффициент учета изменения срока службы предлагаемой сажалки по сравнению с ба зовой; Р\ и Pz - Доли отчислений от балансовой стоимости на полное восстановление базовой и предлагаемой сажалки. Рассчитываются как величины, обратные срокам службы сажалок, определенные с учетом их морального изно шІ-иінХ-іф оа: р2 -1, - к. сажалки по сравнению с базовой, руб; - соответствующие капитальные вложения потребителя ( без учета стоимости сажалок ) при использовании базовой и предлагаемой сажалки в расчете на площадь посадки, производимой с помощью предлагаемой рассадо посадочной машины, руб; 1 і U1 и U2 - годовые эксплуатационные издержки потребителя при использовании им базовой и предлагаемой сажалки в расчете на площадь посадки, производимой предлагаемой сажалкой, руб. В этих издержках учитывается только часто аммортизации, предназначенной на капитальный ремонт; Ад- необходимое количество предлагаемых сажалок в расчетном году, шт.
Проект оптовой цены, согласно методике / 62 /, рассчитывается по формуле: где Со отраслевая себестоимость производства машины, РУб; Пн —нормативная прибыль, руб; [Г, - дополнительная прибыль, руб. Отраслевая себестоимость производства машины определяется по зависимости: где g. - чистый вес машины без покупных изделий других отраслей промышленности, кГ; J\.C - коэффициент конструктивной сложности; Им- коэффициент изменения Н в зависимости от объема выпуска сажалок; Н - затраты на производство без стоимости покупных изделий, приходящихся на I кг чистой массы однотипных по технологии машин при годовом выпуске 10 тыс.шт, руб/кг; М - стоимость I кг чистой массы материалов, входящих в машину, руб/кг; о6п - стоимость покупных узлов и деталей в оптовых ценах с добавлением затрат на транспортные и заготовительные расходы, руб. Согласно существующих нормативов / 62 / и стоимости покупных изделий установлены значения приведенных показателей для предлагаемой машины: G- = 1526 кГ, Яс= I, Н = 0,3 руб/кг, К.м = 1,394. При выпуске 1000 шт. в год, М =0,18 руб/кг, oLn = 34,08 руб, Отраслевая себестоимость, рассчитанная по зависимости ( 5.5 ), составляет Со= 946 руб.
