Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и программа исследований 7
1.1. Развитие технологических схем и пути повышения производительности рассадопосадочных машин . 7
1.2. Анализ исследований автоматических рассадопосадочных машин. 27
1.3. Цель и программа исследований. 37
2. Методика исследований. 38
2.1. Предлагаемый технологический процесс и схема рассадопосадочной машины. 38
2.2. Методика теоретических и экспериментальных исследований. 43
3. Исследование закономерностей технологического процесса по садки рассады . 47
3.1. Равномерность распределения растений вдоль ряда. 47
3.1.1. Процесс перематывания высаживающей ленты. 48
3.1.2. Процесс выпадения стебля из паза ленты. 59
3.2. Факторы, влияющие на глубину посадки. 63
3.3. Основные причины отклонения высаженных стеблей от вертикали и обоснование условий вертикальности посадки. 80
3.4. Определение оптимального сочетания основных параметров рабочих органов посадочной секции. 92
4. Обоснование оптимальных режимов, работы рассадопосадочной машины . 102
4.1. Факторы, влияющие на производительность. 102
4.2. Оптимизация основных режимов работы скоростной рассадопосадочной машины. 109
5. Технико-экономическая оценка предлагаемой схемы рассадо-посадочной машины и технологии посадки . 118
5.1. Лабораторно-полевые и хозяйственные испытания экспериментальных образцов скоростной рассадопосадочной машины . 118
5.2. Экономическая эффективность применения скоростной рассадопосадочной машины. 136
152 Выводы и предложения.
155 Библиографический список.
Приложение .
- Развитие технологических схем и пути повышения производительности рассадопосадочных машин
- Равномерность распределения растений вдоль ряда.
- Факторы, влияющие на производительность.
- Лабораторно-полевые и хозяйственные испытания экспериментальных образцов скоростной рассадопосадочной машины
Введение к работе
Главным направлением развития современного сельскохозяйственного производства является его интенсификация на базе комплексной механизации, химизации и широкой мелиорации земель. При этом особое внимание уделяется повышению эффективности сельскохозяйственного производства на основе научно-технического прогресса и дальнейшего укрепления его материально-технической базы.
В материалах ХХУІ съезда КПСС и постановлениях ЦК партии ставится задача увеличения производства основных продуктов сельскохозяйственного производства, в том числе овощей, до уровня, обеспечивающего потребление их населением по медицински обоснованным нормам.
В настоящее время в нашей стране производство овощей 'организовано на базе крупных специализированных совхозов, что открывает широкие возможности для перевода на промышленную основу процессов производства овощных культур.
В технологическом процессе производства овощей значительное место занимает операция посадки рассады. В настоящее время эта операция выполняется так называемыми полуавтоматическими рассадопосадочными машинами, на которых подача растений в посадочный аппарат осуществляется сажальщиком вручную. В связи с этим существующие рассадопосадочные машины работают на скоростях до I км/ч и имеют низкую производительность. Предусмотренные агротехникой сроки посадки в большинстве случаев не выдерживаются. Так, в специализированных хозяйствах Ставропольского края вместо двадцати дней посадка продолжается 2...2,5 месяца.
Повышение производительности посадочных агрегатов и снижение затрат труда на посадку может быть достигнуто путём создания рассадопосадочных машин, работающих без сажальщике^. Посадка, в этом случае, осуществляется из питателей, предварительно заряженных рассадой. В литературе такие рассадопосадочные машины принято называть автоматическими.
Начиная с 1929 года, в нашей стране и за рубежом предложено значительное количество конструкций автоматических рассадопосадочных машин, но применения в сельскохозяйственном произ -водстве они не нашли. Объясняется это, прежде всего, несовер -шенством предложенных технологических схем. Кроме того, автоматизация процесса посадки требует такого изменения технологии производства рассады, в результате которого могли бы быть механизированы и выборка рассады и её закладка в питающие устройства. В свою очередь механизация выборки и зарядки рассады предъявляет повышенные требования к операциям посева и ухода за посевами. Существующие средства механизации не обеспечивают выполнения этих требований, а некоторые операции /выборка/ выполняются вручную. Таким образом, вопрос стоит о переводе на индустриальную основу всего технологического процесса производства и посадки рассады.
В течение ряда лет на кафедре сельскохозяйственных машин Ставропольского ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственного института ведутся работы по разработке технологического процесса и исследованию рабочих органов комплекса машин для производства и посадки рассады овощных культур, в соответствии с постановлением Государственного Комитета СССР по науке и технике и Госплана СССР №9/10 за 1981 г.
Результаты научно-исследовательских работ переданы ГСКБ Москвы, Ленинграда, Бельцев и проектно-конструкторскому техно-
логическому бюро "Ставролольсельхозтехлроект". По проектно-кон-структорской документации перечисленных организаций изготовлены экспериментальные образцы основных машин комплекса: мостовое электрошасси, сеялка точного высево/', почвенная фреза, выборочная машина и автоматическая рассадопосадочная машина. В 1984 году в совхозе "Правокубанский" Кочубеевского района Ставропольского края проводится второй этап хозяйственных испытаний комплекса машин. Проведение государственных испытаний запланировано на период 1986 года.
Развитие технологических схем и пути повышения производительности рассадопосадочных машин
История механизации посадки рассады начинается с 1910 года, с момента появления в США первой рассадопосадочной машины /РПМ/ [32]. За семьдесят с лишним лет и у нас в стране,и за рубежом создано значительное количество разнообразных по конструкции сажалок [46, 31, 38, 70, 69, 65, 8б] . В зависимости от степени механизации их делят на две группы: простейшие /без посадочного аппарата/ и с посадочным аппаратом [81, 83].
На машинах первой группы сажальщик вручную вносит рассаду в посадочную борозду. Работа эта утомительна, малопроизводи -тельна и не отвечает правилам безопасности и гигиены [47]. Машины первой группы нигде в мире сейчас не выпускают, но в ряде случаев для высадки переросшей рассады их применяют, переделы -вая из машин второй группы [Зб].
В настоящее время для посадки рассады применяются повсе -местно РЇЇМ с посадочными аппаратами. Наибольшее распространение получили так называемые полуавтоматические машины /ПРПМ/, при работе на которых сажальщик вручную укладывает стебли рассады в захваты посадочного аппарата, а весь дальнейший процесс по -садки происходит без участия человека. ПРПМ имеют простую, на -дёжную, хорошо отработанную конструкцию, обеспечивающую удовлетворительное качество посадки. Однако существенным недостат -ком их является низкая производительность. У современных рассадопосадочных машин с дисковым посадочным аппаратом произво -цительность, в зависимости от схемы посадки, составляет всего 0,04...0,3 гектара в час. Объясняется это, прежде всего, тем, что физические возможности сажальщиков, вручную подающих рассаду в зажимы посадочного аппарата, ограничены. Даже опытные рабочие не могутзакладывать в зажимы больше чем 35...40 штук стеблей в минуту, что при среднем шаге посадки 0,3 метра соответ -ствует поступательной скорости машины всего 0,6...0,7 км/час. Но и при таком режиме работы сажальщики пропускают 10...15$ зажимов и значительную часть стеблей укладывают с большими отклонениями по глубине и неправильно ориентированными, поэтому после посадки необходимо производить оправку и подсадку рассады вручную [72, 84, 73, 75, 89].
В настоящее время наметилось два основных пути повышения производительности рассадопосадочных машин: увеличение ширины захвата /рядности/ и повышение поступательной скорости агрегата [54, 55, 78, 64].
Вопрос о количестве одновременно высеваемых рядов исследовался в работах М.Е.Демидко [52] и А.А.Черняка [81]. Авторы приходят к выводу, что рассадопосадочные машины должны иметь не менее 4...6 рядов. А.А.Черняк однако отмечает, что в ряде слу -чаев целесообразно использовать двухрядные машины. Авторы отмечают также, что увеличение ширины захвата не изменяет удельных показателей - выработки на одного рабочего или на одну посадочную секцию. Следовательно, более перспективным является повышение производительности за счёт увеличения рабочей скорости. На ПРПМ увеличение поступательной скорости может быть достигнуто только повышением частоты вкладывания рассады в зажимы посадочного аппарата. С этой целью М.И.Чубарин [83] предложил оборудовать посадочные аппараты специальными столиками /рис.1.1/.
Столик состоит из неподвижной площадки I для запаса рас -сады с осью 10, пружины II и ограничителя 8. Между подвижным клапаном 9 и неподвижной площадкой I образуется окно для прохода подвижного клапана захвата 6. Рассада подаётся на подвижный клапан 9 и удерживается ограничителем 8 и отогнутой подвиж \/еНофастью стола. При вращении захвата 5 клапан захвата 6 раскрывается, т.к. ролик 4 соприкасается с лекалом 2 и забирает рассаду с подвижного клапана 9.
Проведенные испытания показали, что применение столиков улучшает качество посадки и повышает производительность машин.
Повысить поступательную скорость, а, следовательно, и производительность ПРПМ можно увеличением числа сажальщиков до двух на каждом посадочном аппарате» Такой способ реализован на машинах СУП-4А и СКНБ-4А [вз] . Ожидалось, что увеличение числа сажальщиков повысит производительность в два раза, но этого не произошло. А.А.Черняк [81"] отмечает, что сменная производительность СУП-4А увеличилась всего на 25%, при некотором ухудшении качества посадки.
Анализируя процесс вкладывания рассады, И.А.Антонов fI2J приходит к выводу, что при повышении скорости посадки за счет увеличения числа сажальщиков уменьшается время, отведенное на вкладывание рассады. Это приводит к увеличению числа пропусков и неправильно вложенных растений. И.А.Антонов предложил схему посадочного аппарата /рис.1.2/, у которого, с целью обеспече ния достаточного времени на вкладывание растений, захваты 2 шар-нирно закреплены на диске Г и за счет неподвижной направляющей дорожки 3 занимают в зоне вкладывания растений удобное положение и скорость их снижается /положение захвата Ш-УЦ/.
Наблюдения за процессами вкладывания рассады в зажимы посадочного аппарата показывают [29], что основное количество про -пусков происходит при взятии пучка рассады из ящика и выделении запутавшихся стеблей из пучка. Возможная частота закладок в разные моменты времени различна. Когда рабочий имеет в руке запас рассады и стебли легко отделяются от пучка, сажальщик может закладывать 40...45 штук стеблей в минуту, а когда в руке остаётся 5...6 растений, то возможная частота составляет 55...60 стеблей в минуту.
Учитывая это, создатели машин "Робот" [83] и СРН-5-2 [8б} предусмотрели возможность закладки не в один зажим, а в несколько /рис.1.3/.
Равномерность распределения растений вдоль ряда.
При идеальном процессе посадки растения располагаются друг от друга на строго одинаковых расстояниях. I = X 1л , /3.1/ где А - кинематический режим работы высаживающего аппарата; tA шаг пазов ленты, м.
В реальных условиях посадки распределение растений в рядке отличается от идеального. Проведенные нами поисковые исследования [ЗО] и априорные сведения позволяют сделать вывод, что основными факторами, влияющими на равномерность распределения растений вдоль ряда являются непостоянство скорости перемотки ленты, колебания точки выпадения стеблей из пазов высаживающей ленты и различные по величине перемещения растений до фиксации почвой.
Рассмотрим, в связи с этим, процессы перематывания ленты, выпадения и фиксации стеблей с целью определения параметров рабочих органов, обеспечивающих требуемую точность посадки.
Процесс перематывания высаживающей ленты
В процессе посадки рассады высаживающая лента перематывается с рабочего питателя 9 на холостую кассету II ведущим роликом 7 /Рис.2.1/. Ведущий ролик может быть гладким /фрикционная передача/ или штифтовым /зубчатая передача/. Фрикционная передача предпочтительнее, так как значительно упрощается конструкция ленты и снижаются требования к точности её изготовления и прочности материала. Однако, ввиду того, что натяжение набегающей на ролик ветви ленты и сбегающей ветви меняются в процессе перемотки, возможности фрикционной передачи ограничены.
Наихудшие условия работы перематывающего механизма имеют место в начале и конце цикла перемотки, когда соотношение натяжений ветвей ленты наибольшие: - начало перемотки Рн/рс= Мл /Г1К Rn /RK І /3.2/ - конец перемотки рн/ре =Мп/Мк RK/RB уз.З/ где Рн - натяжение набегающей ветви, Н; Рс - натяжение сбегающей ветви, Н; Мл - тормозной момент фрикционной муфты рабочего питателя, Нм; Мк- тормозной момент фрикционной муфты кассеты, Нм; Rn - радиус полного рабочего питателя, М;
К к - начальный радиус кассеты, М. Очевидно, наилучшие условия перемотки будут в случае ра -венства по величине тормозных моментов фрикционных муфт /Мп=Мк/. В этом случае соотношение натяжений ветвей ленты в начале и конце цикла перемотки определится отношением размеров питателя и кассеты: - начало перемотки Рн/Ро = Рк/Rn ; /3.4/ - конец перемотки Рн / Рс = ftn/Ric. /3.5/ Радиус полного питателя можно представить следующим обра зом: Яп=}к+П"Ьл, /3.6/ где П - число витков ленты в питателе; LA- толщина ленты, м;
Число витков ленты в питателе можно определить, предста -вив длину ленты /LA/ как сумму арифметической прогрессии, у которой первый член равен 2іҐ[Як + Ьл/2), а последний член 2tf(pK + ntAA/2} : LA= h/2[2ir(RK + iA/2) + 2ir(RK+r\U-U/2)]. /3.7/ После раскрытия скобок и приведения подобных членов получим квадратное уравнение ІІ tAn2 + 21ЇRKY) -LA =0, /3.8/, имеющие два корня, один из которых отрицательный. Так как чис ло витков не может быть отрицательным, принимаем
Факторы, влияющие на производительность.
В общем случае производительность рассадопосадочной машины равна [27] : V/гм =1 Ь Ум Тсм Х-\0 , га/см, /4.1/, где В - ширина захвата машины, м; \/м- рабочая скорость агрегата, м/с; Тгм время смены, с; % - коэффициент использования времени смены. В свою очередь, время смены /Тсм/ можно представить так: том=Тр+ Тх Г То Tns + Тпп + Тпер.+Тф+Т+ о. .2/, где TD - время чистой работы, с; Тх - время холостых ходов, с; Т0 - время на технологическое обслуживание в загоне, с; Тпз- подготовительно-заключительное время, с; Тпп- время подготовки к переезду, с; пер-время на переезд к месту работы, с; Т - время на физиологические надобности, с; Тт - время на техническое обслуживание трактора, с; Т 0 - время на техническое обслуживание машины, с. Последние шесть членов формулы 4.2 составляют в сумме вне-цикловое время смены Тпз + Тпп + Тпер + Тф + Тто + о = т2 А.ЗУ, которое практически не зависит от типа рассадопосадочной машины и определяется по действующим нормам.
Первые три члена формулы 4.2 составляют в сумме цикловое время смены Тр + Тх + Т0 = Tj у4#4у и могут быть соответственно представлены следующим образом: Тр-І П , А.5/, где Lr- длина гона, м; П - число рабочих ходов за смену; Tx=tx-n, /4.6/, где "ty - время одного поворота, с. где Z3f - время на перезаправку рассадой, с; t3fi- время на заправку водой, с. Следовательно, 4.4 можно записать так:
В настоящее время у нас в стране наибольшее распространение получили шестирядные машины, в перспективе ожидается выпуск девятирядных сажалок.
Производительность рассадопосадочных машин с увеличением рядности растёт, но одновременно растёт и расход воды на полив. Это приводит к снижению длины безостановочного пути машины и увеличению числа остановок для заправки водой. Для автоматичес -ких рассадопосадочных машин этот вопрос осложняется тем, что длина безостановочного пути ограничивается также запасом рассады в питателях. С увеличением рядности возрастают также затраты труда на замену питателей и заправку высаживающих лент, увеличивается металлоёмкость посадочной машины и затрудняется транспортировка питателей, возрастает также потребность в зарядных устройствах. Поэтому выбор оптимальной рядности машины должен про водиться для принятой технологии с учётом не только производи -тельности, но и стоимостных показателей посадки:.
Дяина гона определяется схемой посадки, запасом рассады в питателях, ёмкостью баков и нормой полива. В том случае, если длина безостановочного пути ограничи -вается запасом рассады, длина гона определяется выражением: На рис.4.1 представлена зависимость сменной производительности WCM от ёмкости питателя Qp и шага [ посадки для шести-рядной машины при скорости 1,5 м/с.
Формулы 4.13, 4.14 и 4.15 позволяют построить график для определения длины гона и потребности в воде /или рассаде/ в зависимости от ёмкости питателя, шага посадки, рядности машины и нормы полива /рис.4.2/.
Как видно из графика, при самых благоприятных условиях посадки ёмкости баков в 1000 л хватает на полив рассады, высажен -ной из питателей ёмкостью не более 800 штук при шаге 0,2 м и норме полива I л/м / 200 мл на одно растение/.
После окончания запаса рассады и воды машина должна остановиться для замены отработанных питателей и заполнения баков водой. При соблюдении условия 4.15 эти операции выполняются одновременно. На рис.4.3 представлен график зависимости производительности рассадопосадочной машины от длительности остановки машины, приходящейся на одну секцию /график построен для шестирядной машины, работающей на длине гона 200 м и скорости - 1,5 м/с [18].
Анализ зависимости /рис.4.3/ показывает, что при времени технологического обслуживания более двух минут на одну секцию производительность автоматической посадочной машины не выше, чем у существующих полуавтоматических сажалок.
Лабораторно-полевые и хозяйственные испытания экспериментальных образцов скоростной рассадопосадочной машины
Лабораторно-полевые испытания экспериментального образца АРПМ с ленточным высаживающим аппаратом проводились дважды. Первоначально испытания проводились в 1971-72 годы на полях совхоза "Тищенский" Изобильненского района и совхозе "Пелагиадский" Шпа-ковского района Ставропольского края. Во время испытаний посадка производилась двухрядной машиной с наклонным расположением рабочих питателей /рис.2.6/. Результаты испытаний опубликованы в работе f 39]. Экспериментальная сажалка показала хорошие результаты, превышающие соответствующие показатели серийной машины. Однако, принципиальная схема машины имела тот же недостаток, что и большинство предложенных ранее решений / см.раздел I.I/ - установка питателей на наклонную ось затрудняла замену питателей и делала практически невозможным создание многорядной машины.
В результате дальнейшего совершенствования конструкции была спроектирована и изготовлена экспериментальная двухрядная рассадопосадочная машина с вертикальным расположением питателей /рис.2.8/, испытания которой проводились в 1979-81 годах на учебном полигоне Ставропольского сельскохозяйственного института. Во время испытаний изучалась работоспособность принятой схемы АРПМ и влияние на качество посадки поступательной скорости /Ум А
Опыты проводились на рассаде томатов сорта "Волгоградский" при скорости машины от 3 до 8 км/ч. Кинематический режим работы А принимался равным 5, что при шаге пазов ленты /Кл/ 6 см со ответствовало заданному шагу посадки 30 см. Зарядка рассады в питающую ленту осуществлялась вручную. Отклонение корневом системы от нижнего края ленты не превышало 0...2 см.
Качество посадки оценивалось вертикальностью высаженных стеблей, глубиной посадки, отклонением от заданного шага посадки и усилием на выдёргивание рассады [бО].
Как видно из приведенных рисунков, при скорости до 5 км-час вертикальность посадки недостаточна вследствие "вялого" отделения стебля от ленты и большого по величине промежутка времени свободного состояния. Глубина посадки при малых скоростях выше заданной у значительной части стеблей. Это вызвано тем, что все стебли успевают опуститься до дна борозды, а с уменьшением скорости глубина хода сошника нес -колько увеличиваеПри увеличении скорости до 7...8 км/ч вертикальность посадки резко ухудшается. Одновременно увеличивается число мелкозаде-ланных растений и определённая часть растений оказывается засыпанной или не посаженной. Причиной этого является несовершенство конструкции сошника и прикатывающего устройства, а также значи -тельное проявление при повышенных скоростях влияния неконтроли -руемых факторов - зацепов листьев и корней за сошник и ленту, переплетение крон и других. Средняя величина шага посадки практически не зависит от скорости движения, но при увеличении скорости до 8 км/ч коэффи циент вариации вдольрядного расположения растений значительно превышает допустимое по агротребованиям значение /V=30%/ /рис. 5.3./.
Плотность заделки рассады на всех режимах удовлетворяет требованиям /усилие на выдёргивание должно быть выше 2,5 Н/. Только при скорости 8 км/час вследствие уменьшения глубины посадки часть стеблей заделана недостаточно плотно /рис.5.4/.
Таким образом, проведенные лабораторно-полевне испытания показали, что экспериментальная рассадопосадочная машина работоспособна и может обеспечивать посадку с соблюдением действующих агротребований тся.
