Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса, цель и задачи исследований 11
1.1 Анализ технологических приёмов борьбы с сорной растительностью в рядах ягодных культур 11
1.2 Анализ технологий и технических средств внесения гербицидов в ряды культурных растений 16
1.3 Проблемы подбора распыливающих рабочих органов для качественного полосового внесения гербицидов в ряды малины 22
1.4 Обзор методологических подходов к исследованию процесса функционирования мобильных сельскохозяйственных агрегатов 26
1.5 Цель и задачи исследований 29
2 Аналитические исследования по повышению эффективности механизированного внесения гербицидов в ряды малины 31
2.1 Обоснование возможных путей оптимизации конструкционных параметров и режимов работы опрыскивающего агрегата методом разработки информативной модели взаимодействия с окружающей средой 31
2.2 Разработка критериев эффективности и технических требований к внесению гербицидов в ряды малины 39
2.3 Разработка теоретических основ оптимизации конструкционных параметров и режимов работы опрыскивающего агрегата методом математического и Simulink-моделирования 42
2.3.1 Структурная схема метода математического и Simulink-моделирования 42
2.3.2 Разработка схемы эквивалентной идеализированной динамической системы 44
2.3.3 Разработка схем новых моделей опрыскивающего агрегата для внесения гербицидов в ряды малины 46
2.3.4 Разработка математических моделей функционирования опрыски вающего агрегата как динамической системы 54
2.4 Разработка аналоговой Simulink-модели динамической системы, эквивалентной модернизированному опрыскивающему агрегату в поперечно-вертикальной плоскости 61
Выводы по второй главе 69
3 Программа и методика экспериментальных исследований 71
3.1 Программа исследований 71
3.2 Методика определения статических и динамических параметров экспериментального опрыскивающего агрегата 72
3.3 Методика подбора типа распылителя и определения его рациональных установочных параметров 77
3.4 Методика экспериментального определения внешних условий работы опрыскивающего агрегата 83
3.4.1 Профилирование поверхности междурядий и рядов плантации малины 83
3.4.2 Измерение длины растений малины и высоты расположения листьев 84
3.5 Методика компьютерного эксперимента по синтезу рациональных конструктивно-режимных параметров опрыскивающего агрегата 85
3.6 Определение качественных показателей осаждения жидкости по ширине ряда малины при различных режимных параметрах опрыскивания 89
3.7 Методика деляночных опытов и хозяйственных испытаний опытного образца опрыскивающего агрегата 96
4 Анализ результатов исследований 99
4.1 Статические и динамические параметры модернизированного опрыскивающего агрегата 99
4.2 Тип распыливающего рабочего органа и его рациональные установочные параметры 99
4.3 Характеристика внешних условий работы опрыскивающего агрегата при внесении гербицидов в ряды малины 104
4.4 Синтез рациональных конструктивно-режимных параметров опрыскивающего агрегата 115
4.5 Качественные показатели осаждения жидкости по ширине ряда малины при различных режимных параметрах опрыскивания 126
4.6 Анализ результатов деляночных опытов и хозяйственных испытаний опрыскивающего агрегата 129
Выводы по четвёртой главе 138
5 Экономическая оценка внедрения результатов исследований в производство 140
5.1 Расчет экономии эксплуатационных затрат 140
5.2 Определение показателей сравнительной экономической эффективности 145
Выводы по пятой главе 148
Общие выводы 149
Библиографический список 151
Приложения 166
- Анализ технологических приёмов борьбы с сорной растительностью в рядах ягодных культур
- Разработка критериев эффективности и технических требований к внесению гербицидов в ряды малины
- Методика определения статических и динамических параметров экспериментального опрыскивающего агрегата
- Тип распыливающего рабочего органа и его рациональные установочные параметры
Введение к работе
Актуальность темы. Ягоды малины являются уникальным видом сельскохозяйственной продукции, пользующимся устойчивым спросом на рынке России. Вопросам селекции малины, технологии её выращивания и переработки посвящены работы известнейших исследователей. Наиболее полно результаты таких исследований изложены в трудах академика ВАСХНИЛ Казакова И.В. [53, 54, 55, 56]. В данных работах, в частности, обоснована перспективность возделывания малины как полезной и эффективной сельскохозяйственной культуры.
Учёный-практик, доктор сельскохозяйственных наук Ожерельев В.Н. [85, 86, 87,] теоретически обосновал и разработал основные средства механизации для производства ягод малины. Все свои научные разработки Ожерельев В.Н. успешно внедрил и доказал их эффективность многолетним опытом использования в личном крестьянско-фермерском хозяйстве «Ягодное» Выгоничского района Брянской области.
В работах Ожерельевой М.Н. [88, 89,] глубоко изучен зарубежный опыт производства ягод малины, обоснованы экономически эффективные размеры товарных предприятий по производству малины применительно к различным климатическим зонам России, обоснована экономически эффективная технология и средства механизации для небольших товарных плантаций площадью 5-10 га
Существенным препятствием на пути дальнейшего повышения эффективности производства ягод малины учёные называют сезонные пики потребности в рабочей силе. Одним из факторов, создающим такие пики является необходимость ручной прополки рядов малины от сорняков.
Решить проблему снижения трудоемкости прополки можно путем замены ручного труда механизированным внесением гербицидов для уничтожения сорных растений в плодоносящих рядах. Такой опыт имеется в зарубежных хозяйствах. Однако использовать зарубежный опыт без адаптации его к природно
- климатическим и экономическим условиям России не представляется возможным.
Необходимость внесения гербицидов в ряды малины в России, в отличие от других стран, признаётся, но не практикуется. Основным сдерживающим фактором является отсутствие эффективных технических средств для выполнения данной операции и недостаточная исследованность рациональных и безопасных режимов их работы в условиях климатических зон России
Таким образом, разработка технических требований к операции и обоснование рациональных конструктивно-режимных параметров опрыскивателя, повышающих эффективность внесения гербицидов при возделывании малины, является актуальной задачей, подтверждающей актуальность темы настоящей диссертационной работы.
На основании изучения научной литературы, обобщения отечественного и зарубежного опыта, патентного поиска, автором принята рабочая гипотеза, заключающаяся в том, что повышение эффективности производства ягод малины возможно за счёт замены ручной прополки механизированным способом химической борьбы с сорняками в рядах товарной плантации.
В свою очередь, повышение эффективности механизированного способа внесения гербицидов при возделывании малины возможно путем разработки и обоснования рациональных конструктивно-режимных параметров опрыскивателя.
Таким образом, повышение эффективности механизированного способа внесения гербицидов в ряды малины является актуальной научной задачей.
Целью исследований в настоящей диссертационной работе является повышение эффективности внесения гербицидов в ряды малины за счёт обоснования рациональных конструктивно-режимных параметров опрыскивателя.
Для достижения цели подлежали решению следующие задачи:
- разработать принципиальную схему опрыскивающего агрегата для внесения гербицидов в ряды малины и математические модели его функционирования;
обосновать рациональный тип распылителя и получить экспериментальные зависимости влияния его установочных параметров на потери рабочей жидкости-и равномерность её осаждения по ширине рядов малины при двухстороннем проходе агрегата;
исследовать и формализовать внешние условия работы опрыскивающего агрегата при внесении гербицидов в ряды малины;
разработать методику компьютерного эксперимента по синтезу рациональных конструктивно-режимных параметров экспериментального опрыскивающего агрегата;
-обосновать рациональные значения конструктивно-режимных параметров экспериментального опрыскивающего агрегата в различных условиях функционирования методом компьютерного моделирования;
- изготовить опытный экземпляр модернизированного опрыскивающего
агрегата, осуществить его производственную проверку и дать экономическую
оценку.
Работа выполнена автором в 2005...2009 годах на базе кафедры «Сельскохозяйственные, мелиоративные и строительные машины» ФГОУ ВПО «Брянская государственная сельскохозяйственная академия», и крестьянско-фермерского хозяйства «Ягодное» Выгоничского района Брянской области.
Методологическую базу работы составили усовершенствованные автором методы исследования с использованием теории планирования эксперимента. Поставленные задачи решены путём проведения аналитических исследований, постановки натурных и компьютерного экспериментов с использованием приёмов детерминистской и статистической динамики сельскохозяйственных агрегатов, имитационного компьютерного моделирования.
Объектом исследования является процесс механизированного внесения гербицидов в ряды товарной плантации малины.
Предметом исследования являются характеристики внешних условий работы опрыскивающего агрегата, взаимосвязь значений конструктивно-режимных параметров модернизированного опрыскивателя, потерь рабочей
8 жидкости и закономерности распределения её по площади рядов малины.
Для решения поставленных задач автором выполнены теоретические исследования по обоснованию технических требований к операции механизированного внесения гербицидов в ряды малины, формализации внешних воздействий на агрегат, разработке математической и компьютерной имитационной модели опрыскивающего агрегата.
В процессе исследования проведены полевые и лабораторные натурные эксперименты по определению и формализации внешних условий работы опрыскивателя, обоснованию рационального типа распыливающего рабочего органа, оценке степени идентичности компьютерной имитационной модели реальному агрегату. Разработана аналоговая имитационная модель модернизированного опрыскивателя, с достаточной точностью отражающая исследуемые свойства реального объекта. На базе Simulink-модели синтезированы рациональные конструктивно-режимные параметры опрыскивающего агрегата, повышающие экономическую эффективность внесения гербицидов в ряды малины для различных внешних условий работы. Изготовлен и испытан в производственных условиях опытный образец модернизированного опрыскивателя для внесения гербицидов в ряды малины. Оценены качественные показатели и экономическая эффективность работы опытного образца опрыскивателя.
Научную новизну представляют:
- принципиальные схемы опрыскивающего агрегата для внесения герби
цидов в ряды малины и математические модели его функционирования;
- экспериментальные зависимости влияния установочных параметров
распылителей типа IDS на величину потерь рабочей жидкости и равномерность
её распределения по ширине рядов малины при двухстороннем проходе опры
скивающего агрегата;
статистические характеристики параметров растений малины сорта Гусар, профиля рядов и междурядий плантации, представляющие внешние условия работы опрыскивающего агрегата;
оптимальные значения конструктивных параметров и режимов работы
агрегата при внесении гербицидов в ряды различной ширины.
Новизна технических решений по конструкции опрыскивателя подтверждается патентами на полезную модель №69706, №70951 и №74763.
Практическая значимость:
конструкция усовершенствованного опрыскивателя позволяет качественно вносить гербициды на поверхность сорных растений в ряды малины с минимальным повреждением листовой поверхности культурных растений и адаптироваться к различным внешним условиям.
полученные, оптимальные для различных внешних условий, конструктивные параметры и режимы работы опрыскивающего агрегата обеспечивают в среднем повышение производительности до 44%, снижение затрат труда на 30,4%, потерь продукции — на 11,5%, экономию рабочей жидкости на 25,0%.
Реализация результатов исследований. Модернизированный опрыскивающий агрегат прошёл производственную проверку и внедрён в КФХ «Ягодное» Выгоничского района Брянской области. Результаты исследований используются в учебном процессе в ФГОУ ВПО «Брянская ГСХА»..
Апробация результатов исследований. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены:
на международных научно-технических конференциях в ВИЗР и ФГОУ ВПО «Челябинский ГАУ»;
на межрегиональных научно-практических конференциях в ФГОУ ВПО: «Воронежский ГАУ им. К.Д. Глинки», «СПБ ГАУ», «Брянская ГСХА».
На защиту выносятся:
- принципиальная схема опрыскивающего агрегата для внесения герби
цидов в ряды малины и математические модели его функционирования;
- рациональный тип распылителя и экспериментальные зависимости
влияния его установочных параметров на потери рабочей жидкости и равно
мерность её осаждения при двухстороннем проходе агрегата;
- экспериментальные характеристики внешних условий работы опрыски
вающего агрегата при внесении гербицидов в ряды малины;
методика компьютерного эксперимента по синтезу рациональных конструктивно-режимных параметров опрыскивающего агрегата;
рациональные значения конструктивно-режимных параметров экспериментального опрыскивающего агрегата;
результаты производственной проверки модернизированного опрыскивающего агрегата и его экономическая оценка.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работ, включая две публикации в журнале, рекомендованном ВАК и 4 патента на полезную модель.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов и библиографического списка. Работа изложена на 165 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц, 72 рисунка, 15 приложений. Библиографический список включает 147 наименования, в том числе 16 - на иностранных языках.
Анализ технологических приёмов борьбы с сорной растительностью в рядах ягодных культур
Выполненный анализ технологий возделывания малины в различных климатических условиях в России и за рубежом позволяет разделить их условно на традиционную (с её разновидностями для различных климатических условий) и альтернативные (адаптированные). Борьба с сорной растительностью в рядах при различных технологиях возделывания осуществляется ручным, механизированным, либо химическим способом.
Элементы традиционной технологии для различных климатических условий достаточно широко освещены в работах [53, 60, 78]. Основным отличием традиционной технологии является совместное выращивание плодоносящих стеблей и молодых побегов.
Основным недостатком разновидностей традиционной технологии возделывания малины в различных странах и климатических зонах является преобладание ручного труда при выполнении всего комплекса операций по уходу за растениями. Борьба с сорной растительностью при традиционной технологии проводится в форме высоко трудозатратной ручной прополки.
Пиковые нагрузки трудоемкости возделывания малины по традиционной технологии, по данным [87, 88] приходятся на конец апреля - начало мая и на июль -август. Пиковый период в апреле-мае по влиянию на эффективность производства ягод малины занимает первое место.
К наиболее трудоёмким операциям в апреле-мае относится ручная прополка рядов малины. Рассредоточенная на май и июнь, ручная прополка не создает пиковой потребности в рабочей силе, но по общему объему трудоемкости выходит на второе место после уборки. Для ее осуществления требуется 175 человеко-часа на 1 га [87]. По данным [83, 88], затраты труда на производство единицы продукции для малины в 2,5 раза больше чем для смородины и в 3,8 раза - чем для земляники.
Высокая сезонная трудоёмкость сказывается на себестоимости ягод, уровне рентабельности, объемах производства и обесценивает метод борьбы с сорной растительностью в виде ручной прополки.
В связи с этим многие ученые работают над созданием альтернативных технологий, позволяющих существенно снизить трудоемкость возделывания малины и повысить рентабельность производства.
Одной из альтернативных является технология цикличного плодоношения, при которой осуществляется раздельное выращивание плодоносящих стеблей и молодых побегов на отдельных полях. В работах [47, 103, ПО, 116, 119, 120, 122, 123, 124, 125, 126, 128] доказано, что в отсутствие молодых побегов существенно повышается продуктивность двулетних побегов. Урожай в расчёте на один погонный метр и на один плодоносящий побег увеличивается до 40% по сравнению с традиционной технологией. Авторы [72, 135, ] установили снижение поражения растений болезнями при такой технологии, а авторы [95, 137] - ускорение созревания ягод.
Одним из элементов технологии цикличного плодоношения является удаление молодых побегов механическим или химическим способом. В США и Шотландии для удаления молодых побегов применяют препараты диносей и грамоксон, а в Швеции — серную кислоту или глуфосинат [8, 132]. Полезным эффектом при этом является попутное уничтожение некоторых видов сорных растений в рядах.
Однако конструктивно- режимные параметры технических средств для внесения гербицидов в данных работах не исследуются.
Эффект борьбы с накоплением сорной растительности в рядах механизированным способом возникает при использовании «Харьковской» технологии возделывания малины, предложенной профессором А.А. Ильинским [47]. По этой технологии ежегодно запахивается половина ряда, состоящая из отплодо-носивших стеблей, а оставшаяся половина состоит из молодых побегов, дающих урожай в следующем году и выросших на свободной до этого полосе поч 13 вы, сорная растительность на которой подавлена предыдущими механизированными обработками. Подобный эффект механизированной борьбы с сорной растительностью присутствует при использовании «Алма-Атинской» технологии и технологии «кочующий ряд» (Болгария) [103].
Общим недостатком вышеназванных технологий при запахивании части ряда является частичное повреждение корневой системы остающихся растений, вследствие чего снижается урожайность среднеурожайных сортов. По этой причине данные технологии на территории России не нашли широкого применения.
Широкая возможность механизированной борьбы с сорной растительностью в рядах малины представляется при использовании альтернативной технологии выращивания малины «18 месячный цикл». Согласно этой технологии растения находятся в земле только 18 месяцев с посадки до уборки урожая. Затем все побеги удаляются и плантация ликвидируется. Предварительное уничтожение сорной растительность на участках разбивки новой плантации механизированным способом предотвращает её разрастание в рядах. Однако, данная технология не повышает рентабельность производства ягод малины в связи с большими затратами на дополнительные земельные работы и послеуборочное удаление шпалеры [8].
Другим способом борьбы с сорной растительностью в рядах является их мульчирование. Такой способ распространён в технологиях возделывания ремонтантных сортов малины. По данным американских исследователей [131, 127, 129] за последние 20 лет увеличение площадей под малиной происходит за счёт ремонтантных сортов. В России технологии выращивания ремонтантных сортов малины также находят всё большее распространение [55, 95]. Надземные части кустов ремонтантной малины срезаются после плодоношения. Это даёт возможность покрывать поверхность рядов мульчирующим материалом (светонепрозрачной плёнкой, гидрофобной бумагой, сыпучими материалами) и тем самым задерживать или предотвращать рост сорняков. Однако мульчирование приводит к повышению трудоёмкости и требует дополнительного обору 14 дования и материалов.
Применение гербицидов на плантациях ремонтантных сортов малины затруднено, так как полученные методом клонального микроразмножения саженцы малины более чувствительны к гербицидам, применяемым на обычных плантациях [10, 11]. Поэтому, наряду с многочисленными преимуществами возделывания ремонтантных сортов малины, дешёвый и эффективный способ борьбы с сорной растительностью в рядах не найден.
Таким образом, агротехнические приёмы борьбы с сорной растительностью в рядах малины, такие как соблюдение севооборотов, почвенные обработки [72, ПО], не эффективны и очень дороги. Многими учёными признана необходимость сочетания агротехнических методов борьбы с сорной растительностью с химическими методами.
За рубежом широко применяется предпосевное внесение гербицидов и почвенная фумигация [133, 134]. Дополнительно для борьбы с сорной растительностью на плантациях малины применяют гербициды, как контактного, так и системного типа. Например, в США рекомендованы к промышленному использованию такие химические препараты: дихлобенил (торговая марка Касо-ран), напропамид (т. м. Дервинол), симазин (т. м. Принсеп, Калибер или Симазин), глифосат (т. м. Раундап), тербацил (т. м. Синбар) и другие [133].
Разработка критериев эффективности и технических требований к внесению гербицидов в ряды малины
На выходе из воздушной среды рабочей зоны, капли рабочей жидкости могут попадать на детали опрыскивателя, почву, объект обработки, либо испаряться и сноситься в окружающую среду вне рабочей зоны (векторы у , у\, у ,...,у4х, соответственно). Размер, масса, скорость и направление движения капель на выходе из воздушной среды рабочей зоны составляют вектор Y4. Объект обработки имеет различные самостоятельные свойства, определяющие эффективность использования пестицидов и их экологические потери в окружающую среду. Например, меняющееся по пути движения опрыскивателя пространственное расположение сорной растительности, очаговое распределение возбудителей заболеваний, подавляемых контактными веществами, меняющаяся загущённость вегетативной массы растений, определяющая глубину проникновения факела, свойства стеблей и листьев дробить и удерживать капли на своей поверхности и т. д. Такие внутренние свойства объекта обработки следует формализовать в виде оператора W5. Вектор Y5, формируемых оператором W5 выходных процессов составляют процессы: у - стекания капель на почву, у\ - испарения пестицидов с растений в окружающую воздушную среду, ys3 - накопления пестицидов и продуктов их разложения в растениях и перенос с кормом и пищей в организм животных и человека и т. д. Отдельные узлы и детали опрыскивателя не только формируют оператор W2, но и оказывают самостоятельное непосредственное воздействие на пестициды в рабочей зоне факела. Это устройства ограничения факела распыла, «хосбоксы», экраны, козырьки, фартуки и т. д. Такие устройства оказывают существенное влияние на распределение капель по поверхности объекта обработки и их влияние следует отобразить самостоятельным оператором W6. Ввиду того, что часто вышеупомянутые устройства являются управляемыми, необходимо формализовать вектор управляющих воздействий U5. Вектор і формируемых оператором W6 выходных процессов включает в себя процесс уьх сепарации мелких капель, либо отсекания части факела и подачи улавливаемой жидкости в ёмкость опрыскивателя, процессы .у,6, ybv конденсации и стекания капель на почву, обрабатываемый объект, испарения с деталей и уноса паров в окружающую среду вне рабочей зоны факела. Для оценки степени накопления экологических проблем необходимо учи-тывать в виде отдельного оператора W такие свойства почвы, как связывание растворов пестицидов, предотвращение их дрейфа в водоносные горизонты и испарения, скорость и степень химического преобразования пестицидов в безопасные соединения и т. д. Вектор выходных процессов взаимодействия почвы с пестицидами составляют процессы дрейфа пестицидов в водоносные горизонты, накопления пестицидов и продуктов их разложения в почве, влияние накопленных соединений на последующие растения севооборота, испарение пестицидов и т. д. Оператор W8 должен учитывать характеристики окружающей среды вне рабочей зоны: уклон местности, расстояние до водоёмов, населённых пунктов, направление ветра, глубину залегания грунтовых вод и т.д.
Выходной вектор Y представляет совокупность таких процессов, как накопление пестицидов и продуктов их распада в атмосфере, воде, кормах, продуктах питания и организме человека.
Разработанная модель учитывает существующие и возможные в будущем пути совершенствования процесса опрыскивания и развития технических средств для его осуществления. Она позволяет реализовать системный подход при решении оптимизационных задач синтеза рациональных конструктивных и режимных параметров опрыскивающих агрегатов.
Применительно к цели наших исследований, на основе разработанной модели, следует выделить особенности функционирования опрыскивающего агрегата при внесении гербицидов в ряды малины. Это обусловлено тем, что при работе опрыскивателей в междурядьях ягодных культур, на наш взгляд, существует ряд особенностей, определяющих отличие концепций и методик расчёта рациональных параметров и режимов функционирования. Во-первых, высока вероятность контакта опрыскивающего рабочего органа с живыми растениями. При этом неизбежно возникает травмирование растений в той или иной степени тяжести (сдирание коры со стеблей, смятие, разрывы, изгибы, надломы, и т.д.). Такие воздействия растения малины, в силу своей многолетности, воспринимают неоднократно с различной периодичностью. Многими исследователями доказано, что периодичное травмирование плодово-ягодных растений машинами приводит к угнетению их роста, снижению стойкости к болезням и, как результат, к снижению урожайности и качества плодов и ягод. Отсюда вытекает важность роли оптимальной величины расстояния от рабочего органа до ряда растений при движении агрегата.
Во-вторых, сами отдельные растения малины и их совокупность в рядах представляют собой сложные пространственные структуры, в настоящее время мало изученные. Выше названные факторы вызывают необходимость обоснования рациональной траектории движения рабочего органа опрыскивателя и определения минимальной ширины защитной зоны.
В-третьих, распределение листьев малины по высоте растений имеет свои особенности, и для предотвращения попадания гербицидов на листья возникает необходимость боле глубокого изучения характера расположения листьев и обоснования максимально допустимой высоты расположения рабочего органа опрыскивателя.
Следующей важной особенностью является то, что при движении опрыскивающего агрегата на его колёса воздействует рельеф междурядья малины, вызывая колебания агрегата и связанного с ним рабочего органа. Частота и амплитуда изменения неровностей рельефа в междурядьях малины имеет случайный, в статистическом смысле, характер и требует дальнейшего изучения для более точной формализации.
Методика определения статических и динамических параметров экспериментального опрыскивающего агрегата
Во второй главе нами было обосновано, что исследуемый опрыскивающий агрегат имеет свои внутренние связи, характеризующиеся оператором Ws. Значения этих внутренних связей напрямую зависят от статических и динамических параметров опрыскивающего агрегата.
Для расчёта значений коэффициентов Simulink-модели и для оценки степени её идентичности реальному агрегату необходимо экспериментально определить фактические значения статических и динамических параметров конкретного изготовленного экземпляра идентифицируемого опрыскивающего агрегата. Необходимые для этой цели лабораторные эксперименты выполнены нами по следующей методике.
Для определения коэффициентов жёсткости С/ и неупругого сопротивления КІ колёс опрыскивающего агрегата разработан специальный стенд, представляющий собой модернизированный вариант стенда, описанного в работе [67]. Принципиальная схема стенда представлена на рисунке 23.
Стенд состоит из рамы, на которой установлен электродвигатель 2 с двухскоростным редуктором и пультом управления 1 и испытываемое колесо 7. Колесо крепится на универсальной тензометрической оси 6 с возможностью регулировки высоты установки. При этом колесо опирается на деформатор 3, ось которого является продолжением вала электродвигателя. Наружная поверхность съёмных деформаторов 3 выполнена различного профиля, с тем, чтобы при вращении обеспечивалась различная скорость деформации колеса.
В процессе работы величина деформации колеса регистрируется рехорд-ным датчиком обратной связи 4 с обкатывающим роликом 5, а возникающее при деформации усилие воспринимается тензометрической осью.
Получаемые от тензооси сигналы воспринимаются усилителем 9. Аналоговый сигнал от усилителя 9 подаётся на аналого-цифровой преобразователь 10 где преобразуются в цифровой сигнал и записываются в виде цифрового массива в соответствующий файл ноутбука 11. Для получения скорости процесса деформации использовался дифференцирующий блок пакета Simulink компьютерной программы MatLab 6.5. Синхронно с вышеуказанными сигналами, таким же образом преобразовывался и регистрировался сигнал от реохордного датчика 4. Для определения коэффициента жёсткости шины осуществлялась медленная деформация колеса с непрерывной записью процесса величины деформации tsZt{t) и процесса изменения возникающего при этом усилия P(t). Затем, путём обработки полученных цифровых массивов, получали зависимость Р от AZ( и определяли коэффициент жёсткости С,- = P/AZ,. Коэффициент неупругого сопротивления КІ колёс опрыскивающего агрегата определяли путём деформации шин с различной скоростью, используя сменные деформаторы и различную частоту вращения деформаторов. При этом, скорость деформации шины AZ,(» определяли дифференцируя сигнал ве 74 личины деформации AZ,(0 помощью дифференцирующего блока пакета Simu link компьютерной программы MatLab 6.5. Используя синхронные записи процессов скорости деформации AZ,(0 шин и возникающего при этом усилия P(t), а также полученные ранее записи процесса P(t) при статической деформации, получили зависимость P(t) от AZ, (t), а по ней рассчитали коэффициент неупругого сопротивления шин колёс Kj. Результаты исследований колёс опрыскивающего агрегата приведены в главе 4. Расстояние от продольной оси симметрии агрегата до середины опорной поверхности колёс Яд я? и до распылителя а3 определили путём измерений с помощью отвеса и измерительной рулетки с ценой деления 0,001 м. Для определения массы агрегата с заполненной ёмкостью, ординаты центра масс и момента инерции относительно продольной оси использовались изготовленный нами экспериментальный образец опрыскивающего агрегата, специальная опора, кран-балка, динамометр, специально изготовленный пружинный блок, измерительная рулетка с ценой деления 0,001 м, отвес и секундомер. Силовую тарировку пружинного блока с определением коэффициента жёсткости выполнили на разрывной машине кафедры технологии материалов, надёжности и ремонта машин Брянской ГСХА. Эксперимент проведен нами по методике, аналогичной изложенной в работе [65]. Массу агрегата М с заполненной ёмкостью определили путём трёхкратного взвешивания на кран-балке через динамометр с ценой деления 50 Н. Ординату центра масс агрегата b определили по следующей методике. Установив агрегат на твёрдую горизонтальную площадку под кран-балкой под задний поперечный брус рамы опрыскивателя в точке А, при горизонтальном положении АК (рис. 23) взвесили через динамометр за переднюю скобу трактора в точке К переднюю часть агрегата, определив значение силы Р. Затем приподняли агрегат за скобу на высоту h] = 1м и определили силу Р] и расстояние L].
Тип распыливающего рабочего органа и его рациональные установочные параметры
Модернизация опрыскивателя для внесения гербицидов в ряды малины путём разработки новой конструкции штанги и соблюдение полученных оптимальных значений его регулировочных и режимных параметров позволили: - снизить затраты труда на 30,4%; - снизить потери продукции на 11,5%; - получить годовую экономию прямых эксплуатационных затрат на площади в 5 га в размере 2765 руб; Суммарный годовой экономический эффект от внедрения разработки в производство в КФХ «Ягодное» на площади 5 га составил 112415 рублей. Срок окупаемости дополнительных капитальных вложений равен 14 рабочих дней. 1. В результате проведенного анализа литературных источников, научных исследований и производственного опыта установлено: - практикуемый в составе традиционных технологий возделывания малины метод борьбы с сорной растительностью в рядах культурных растений в форме ручной прополки имеет трудоёмкость до 175 человеко-часов на гектар, создаёт сезонный пик трудоёмкости и приводит к снижению рентабельности производства ягод; - практикуемый в зарубежных странах химический метод борьбы с сорняками в рядах малины решает вышеназванные проблемы, однако для условий России рациональные параметры опрыскивающих агрегатов и режимы их использования недостаточно обоснованы. 2. Разработаны новые принципиальные схемы опрыскивающего агрегата, способного вносить гербициды сбоку в ограниченное пространство рядов малины ниже границы листовой зоны культурных растений и математические модели его функционирования. 3. Лабораторными исследованиями на распределительном стенде подобран рациональный тип распылителя IDS германской фирмы Lechler, формализовано распределение по ширине захвата диспергируемой им жидкости при варьировании высоты установки Zp от 0,14 до 0,28 м, угла наклона в вертикальной плоскости ар от 12 до 36 градусов и в горизонтальной плоскости р от 20 до 30 градусов. 4. Изучение состояния опытной плантации малины позволило определить и формализовать внешние условия работы опрыскивающего агрегата: - макро и мезорельеф почвы в рядах и прилегающих к ним междурядьях близки по частоте и амплитуде и с высокой степенью достоверности на длине гона 60 м описываются подобранными линейными уравнениями и полиномами пятой степени; - микропрофиль междурядий в продольном направлении носит стохастический характер и имеет значение дисперсии D = 2 - 4 см , частоту среза шпс = 9,0 - 12,0 м"1, а для рядов D = 1,7 - 2,3 см2 , ш"с = 10,0 -11,7 м"1; - средняя ширина рядов малины различных возрастов, при различных технологиях возделывания находится в пределах 0,35 - 0,60 м; -нижняя граница расположения листьев плодоносящих растений малины составляет 0,13 м, а на высоте до 0,3 м находится не более 5,5% листьев; - средняя высота сорных растений в период обработки гербицидами со ставляет 0,10 - 0,13 м. 5. Разработан метод определения рациональных конструктивно - режимных параметров опрыскивающего агрегата при внесении гербицидов в ряды малины в реальных условиях функционирования с учётом стохастического характера внешних воздействий на основе компьютерного Simulink-моделирования. 6. Методом компьютерного моделирования определены: - оптимальные по минимуму дисперсии колебаний высоты установки распылителя коэффициент жёсткости С = 450кН/м и коэффициент неупругого сопротивления К =3270 Нс/м колёс опрыскивающего агрегата; - зависимости доли объёма рабочей жидкости, осаждаемой в пределах ря дов малины шириной 0,35; 0,40; 0,45; 0,50; 0,55 и 0,60 м от общего вылитого объёма и коэффициента вариации её по ширине ряда от установочных парамет ров распылителя Zp, оср, (3 и давления Р при скоростях движения опрыскиваю щего агрегата 1,38; 2,03 и 2,25 м/с, синтезированы их рациональные значения. 7. Разработан, изготовлен и испытан опытный экземпляр опрыскивателя для внесения гербицидов в ряды малины шириной 0,35...0,60 м, позволяющий, по сравнению с базовым, повысить производительность до 44%, снизить расход гербицидов на 25% и потери урожая до 11,5%. Суммарный годовой экономиче ский эффект от внедрения разработки в производство в КФХ «Ягодное» на площади 5 га составил 112415 рублей.
