Введение к работе
Актуальность исследований
Мировой и отечественной практикой земледелия доказано, что планировка или выравнивание поверхности земли является главным мелиоративным мероприятием, предназначенным для устранения имеющихся на поле неровностей в виде различных повышений и понижений. Наиболее ярко эффективность планировки проявляется на рисовых чеках, от микрорельефа которых в первую очередь зависит урожайность риса и других культур рисового севооборота. При строительстве, реконструкции и эксплуатации рисовых оросительных систем по действующим требованиям колебания отметок микрорельефа чеков не должны превышать ± 5см. Накопленный опыт выращивания риса в Краснодарском крае подтверждает, что неровности поверхности чеков, находящиеся в пределах +10... 13см, приводят к снижению урожайности риса в 1,5-2,7 раза и увеличению расхода поливной воды в 1,7-3,4 раза.
Необходимо отметить, что высокоточной планировке рисовых чеков отводится особая роль. Так, например, по данным Величко Е.Б. и Шумакова Б.Б. урожайность риса при колебаниях отметок чеков, спланированных с повышенной точностью равной ±3см, в 1,5 раза выше, а затраты поливной воды в 1,6 раза ниже, чем при отклонениях отметок чеков в пределах ±5см. Таким образом, повышение точности планировки на ±2см дает прибавку урожайности риса на 19,9 ц/га (47%) и экономию поливной воды 1621 м3 на тонну риса сырца (36%).
В современных условиях эксплуатационная (предпосевная) планировка выполняется длиннобазовыми планировщиками, что не всегда эффективно, т.к. при этом не достигается требуемая точность планировки из-за отсутствия автоматической системы управления рабочим органом по высоте.
При капитальной планировке рисовых чеков применяются различные технологии, где в качестве ведущих машин используют короткобазовые планировщики с бездонным ковшом и клин-планировщики. Применение на этих машинах лазерных систем автоматического регулирования (ЛСАР) позволяет достигать высокой точности планировки (±3см). Однако при этом появляется необходимость в использовании других машин и проведении дополнительных земляных работ.
При всем многообразии существующих технологий и машин сегодня отсутствует единый подход к определению оптимальных параметров землеройно-планировочных машин, остается неясным, какими критериями следует руководствоваться при выборе типа машин и совершенствовании комплексного технологического процесса планировки рисовых чеков.
Решение этой проблемы становится чрезвычайно своевременным, поскольку по оценке ВНИИриса около 70% существующих рисовых систем остро нуждаются в реконструкции. Учитывая, что в России к настоящему времени по данным НИИТЭИагро-пром площади посевов риса составляют 170 тыс. га, то проведение точной планировки дополнительно может дать примерно 217 тыс. тонн риса ежегодно.
Цель и задачи работы
Цель работы - совершенствование технологического процесса планировки рисовых чеков и разработка универсальной планировочной машины.
Методика исследований
Теоретические исследования базируются на широком использовании методов теории вероятности и математической статистики, теории случайных функций и методов статистической динамики.
Лабораторные исследования проводились на основе методов физического и физико-математического моделирования и применения цифровой фотосъемки.
При проведении нолевых исследований различных технологий планировки рисовых чеков применялся метод производственной апробации с применением автоматизированных землсройно-шшшровочных машин в рисосеящих хозяйствах Краснодарского края. Регистрация исследуемых параметров ЛСАР проводилась методами лабораторных и нолевых измерений с применением специальной электронной и лазерной аппаратуры.
Технологические параметры определялись инструментальными замерами и хрономегражными наблюдениями. Для обработки экспериментальных данных использовались методы корреляционного и спектрального анализа, реализованные в стандартных компьютерных программах.
Достоверность основных выводов подтверждается сходимостью результатов теоретических исследований с результатами полевых и лабораторных испытаний.
Научная новизна работы
В результате теоретических исследований разработана трехмерная модель поверхности рисового чека, получены обобщенные статистические характеристики микрорельефов рисовых чеков, предложена их классификация по объемам земляных работ и распределению их по поверхности, получены данные по амплитудам неровностей в зависимости от их длипгл, дан анализ технологических возможностей применяемых землсройно-планировочных машин.
Уточнены математические модели землеройно-планировочных машин и сформулирована концепция универсальной землеройно-планировочной машины - скрепера-планировщика. Па основе лабораторных исследований разработанных физических моделях и изготовленного опытного образца скрепера-планировщика обоснованы основные параметры машины.
Разработан комплексный технологический процесс съемки, проектирования и планировки рисовых чеков и контроля точности спланированной поверхности. Усовершенствована многофункциональная лазерно-программная система автоматического управления (ЛПСЛУ) высотным положением рабочего органа скрепера-планировщика. В результате проведенных лабораторных и полевых исследовательских испытаний экспериментальных и опытных образцов скрепера-планировщика с ЛПСАУ установлены их основные характеристики.
Апробация работы
Результаты исследований технологий использованы УГП «Инженерный центр «Луч» при внедрении научно-технической продукции по договору с Департаментом мелиорации земель и сельскохозяйственного водоснабжения Министерства сельского хозяйства Российской Федерации за № 20-01-ЗВ от 10.01.2001г.
Основные результаты исследований докладывались на заседаниях научно-технических конференций, проводимых ежегодно в Московском государственном университете природообустройства в период 1997-2008 гг, а также в 2007 г. на международных конференциях в Московском государственном горном университете (МГГУ).
Основные теоретические положения диссертации и разработанные элементы конструкции скрепера-планировщика (гидросистема и лазерно-программная система автоматического управления) прошли апробацию в рисосеящих хозяйствах РГПЗ «Красноармейский» и ЗЛО «Агрофирма «Полтавская» Краснодарского края. Практическая ценность исследований
На основе выдвинутой концепции универсальной землеройно-планировочной
машины автором разработана конструкторская документация на скрепер-планировщик СП - 4,0 и СП - 4,0А, по которой заводом Ставропольского края ФБУ ИК-2 изготовлены опытные образцы. Первый образец СП-4,0 успешно прошел заводские и приемосдаточные испытания и используется в настоящее время при планировке рисовых чеков в хозяйстве Краснодарского края.
Конструкция разработанного скрепера-планировщика защищена патентом на полезную модель, подготовлена заявка на полезную модель усовершенствованной конструкции машины.
По результатам рекомендаций диссертационной работы изготовлены и успешно прошли полевые испытания опытные образцы лазерно-программной системы автоматического управления с гидроблоком в хозяйствах Краснодарского края.
На защиту выносятся:
-
Методика статистической оценки неровностей поверхности рисовых чеков в трехмерном ее представлении,
-
Обобщенные статические характеристики микрорельефов рисовых чеков,
-
Результаты выбора вида планировочных работ и типа землеройно-планировочных машин,
-
Разработанные конструкции универсальной планировочной машины - скрепера-планировщика,
-
Разработанные физические модели скрепера-планировщика и результаты их лабораторных исследований,
-
Комплексный технологический процесс съемки, проектирования и планировки рисовых чеков и контроля точности спланированной поверхности.
-
Усовершенствованная многофункциональная лазерно-программная система автоматического управления (ЛПСАУ) высотным положением рабочего органа скрепера-планировщика и результаты ее лабораторных и полевых исследовательских испытаний.
8. Технико-экономические характеристики скрепера-планировщика с ЛПСАУ.
Объем работы. Диссертационная работа изложена на 150 страницах и содер
жит 32 таблицы, 56 рисунков, список используемой литературы из <J? наиме
нований и приложений на Cf страницах
