Введение к работе
Актуальность темы. Важной целью приоритетного национального проекта «Развитие АПК» является обеспечение потребностей населения в качественных продуктах питания отечественного производства при одновременном снижении доли импортных. При этом следует отметить, что витаминные, питательные и вкусовые показатели завозимой продукции модифицированных сортов промышленного садоводства далеко не всегда соответствуют требованиям отечественного покупателя. Отдавая должное товарному виду и качеству упаковки зарубежной плодово-ягодной продукции, в большинстве случаев следует признать вкусовые преимущества отечественной, из которой более 85% плодовой и почти 100% ягодной выращивается в садоводческих кооперативах и товариществах, крестьянских (фермерских) и личных приусадебных хозяйствах.
Рост производства плодов и ягод отечественными товаропроизводителями, увеличение их потребления населением до обоснованных медицинских норм требует возрождения сети плодопитомников, создания системы поставки и реализации качественного посадочного материала районированных культур, устойчивых к вредителям и болезням, совершенствование системы закупки, переработки и хранения скоропортящейся плодово-ягодной продукции, а также механизации трудоемких процессов.
Уровень механизации промышленного садоводства в нашей стране колеблется по различным плодовым культурам от 30% до 60%, этот же показатель в категориях хозяйств названных выше не достигает и 10%. Все основные операции по уходу за плодовыми деревьями и кустарниками, как правило, выполняются вручную с использованием простейшего садового инвентаря.
Создание средств малой механизации для плодовых насаждений является важной народнохозяйственной проблемой требующей безотлагательного решения. Основное внимание в настоящей работе уделено исследованию и разработке технических средств малой механизации для неупорядоченных плодовых насаждений крестьянских (фермерских) хозяйств (КФХ), позволяющих механизировать наиболее затратные и травмоопасные работы. К ним, в первую очередь, относятся ранневесенняя и послеуборочная детальная обрезка плодовых деревьев и кустарников, выборочная и сплошная уборка плодов семечковых и косточковых культур, уход за подкроновой поверхностью насаждений. Установлено, что на долю названных работ приходится свыше 70% всех трудозатрат, от своевременности и качества, выполнения которых во многом зависят урожайность и качество плодовой продукции.
Известны требования, предъявляемые к средствам малой механизации – они должны быть универсальными, обладать минимальными массогабаритными характеристиками, быть экономичными и надежными в эксплуатации, травмобезопасными, привлекательными для потребителя вследствие их высокой эффективности и приемлемых затрат на приобретение и обслуживание.
Значимость средств малой механизации и садового механизированного инструмента возрастает при обслуживании плодовых насаждений, размещенных на участках со сложным рельефом, характерном для горной и предгорной зон Юга России, обладающих значительным потенциалом для производства плодово-ягодной продукции.
Работа выполнялась в ФГОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет» в течение 1989–2008 годов в соответствии с планом научно-исследовательских работ по теме: «Разработка средств малой механизации», а также согласно государственным контрактам с АККОР РФ (№ 417/92) «Разработка универсального агрегата для фермерских хозяйств»; с департаментом науки и технического прогресса МСХ РФ №47-13-ЗМ, 21-021-94, 13-13-1М, 361-13-6М «Разработка средств малой механизации», с ГНЦ РСО–Алания (№ Р4/00, Р11/03, Р17/04) «Разработка средств малой механизации»; с Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (№3222p/5663) «Разработка опытного образца плодоуборочной установки для крестьянских (фермерских) хозяйств», хозяйственных договоров с конкретными садоводческими хозяйствами.
Проведенные исследования явились частью республиканской программы «Горы Осетии» и Федеральной целевой программы «Социально-экономическое развитие Северной Осетии–Алании до 2000 года».
Целью исследований является повышение эффективности использования плодовых насаждений крестьянских (фермерских) хозяйств путем совершенствования технологий и средств малой механизации для ухода за посадками и уборки урожая.
Задачи исследований:
- выполнить анализ и классифицировать способы и средства механизации для ухода за плодовыми насаждениями и уборки плодов;
- обосновать рациональные конструктивно-технологические схемы обрезчика ветвей, плодоуборочной установки и садовой косилки;
- исследовать физико-механические и технологические показатели плодовых насаждений в крестьянских (фермерских) хозяйствах;
- разработать теоретические предпосылки и предложить математические модели по обоснованию и расчету основных параметров рабочих органов установок и машин для плодовых насаждений;
- провести экспериментальные исследования и оптимизировать параметры и режимы рабочих процессов разработанных средств малой механизации;
- провести производственную проверку разработанных средств малой механизации и дать экономическую оценку их эффективности.
Объекты исследований. Технологические процессы, конструктивные параметры и режимы работы средств малой механизации в плодовых насаждениях крестьянских (фермерских) хозяйствах.
Предмет исследования. Закономерности взаимодействия рабочих органов средств малой механизации с обрабатываемыми объектами - плодовой ветвью, плодами, сорной растительностью и технологические процессы их эффективного осуществления.
Методика исследований. Теоретические исследования выполнялись с использованием положений и законов классической механики, гидродинамики, математики и математического моделирования. Предложенные рабочие органы средств малой механизации испытывались в лабораторных и производственных условиях в соответствии с действующими ГОСТ, ОСТ и разработанными частными методиками. Результаты теоретических исследований подтверждены экспериментальной проверкой на физических моделях, лабораторных и опытно-производственных установках. Сходимость результатов теоретических и экспериментальных исследований составила не менее 95%, погрешность опытов – не более 5%. Обработка результатов экспериментальных исследований осуществлялась на ПЭВМ с использованием пакетов программ Matlab, Eхcel. Достоверность результатов работы подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.
Научная новизна:
- применительно к плодовым насаждениям КФХ даны классификации способов и средств механизации производственных процессов по уходу и уборке урожая и обоснованы их рациональные конструктивно-технологические схемы;
- установлены коэффициенты жесткости и частоты свободных колебаний плодовых ветвей деревьев различных культур (с плодами);
- установлена закономерность опадания плодов и коэффициенты отношения массы плодов к массе ветви для семечковых и косточковых культур;
- получены зависимости твердости плодовой древесины от ее влажности и температуры окружающей среды;
- разработана математическая модель динамического расчета гидравлической цепи обрезчика ветвей;
- с учетом переменности массы колебательной системы «стряхиватель – плодовая ветвь» разработана ее математическая модель;
- установлены оптимальные диапазоны технологических параметров косилки с гидравлическим приводом режущего аппарата на бесконечной цепи;
Новизна конструкторских решений подтверждается патентами РФ на изобретения: №№ 1724084, 2142221, 2263593, 2286044, 2311016, 2299549, 2322785, 1012832, 1294309 и положительным решением о выдаче патента на изобретение по заявке №2008141030 от 10.09.2008.
Практическую ценность имеют предложенные на основании теоретических разработок конструктивно-технологические схемы средств малой механизации для плодовых насаждений, рациональные режимы их использования в КФХ, а также обоснована возможность использования стекла в качестве рабочей поверхности гидроцилиндра секатора ветвей и составлены номограммы для определения потребного количества средств малой механизации в конкретных условиях эксплуатации.
Реализация результатов исследования. Разработанные средства малой механизации применяются в садоводческих обществах и товариществах, индивидуальных садовых участках, учхозе Горского ГАУ РСО–Алания. Они также приняты к серийному выпуску ассоциацией «Агротехмаш» (г. Москва); министерство сельского хозяйства РФ (департамент растениеводства и защиты растений) приняло результаты исследований к разработке практических рекомендаций для плодоводческих хозяйств страны; республиканская ассоциация крестьянских (фермерских) хозяйств Северной Осетии–Алания рекомендовала к использованию разработанные средства малой механизации; научно-производственное внедренческое предприятие «Наука» включило в план выпуска разработанные машины и установки; обрезчик ветвей на базе мотокультиватора МК-1А «Крот» выпускается ОАО Московским машиностроительным предприятием им. В.В. Чернышева.
Отдельные теоретические положения и практические результаты исследования используются в учебном процессе при изучении дисциплин: «Механизация сельского хозяйства», «Система машин в лесном хозяйстве», «Основы научных исследований». Предлагаемые средства малой механизации были отмечены медалями Всероссийского выставочного центра (г. Москва, 1998, 2002 г.г.), дипломом 9ой Российской агропромышленной выставки «Золотая осень» (г. Москва, 2007 г.).
Апробация работы. Основные положения, выводы, содержащиеся в диссертации, доложены на ежегодных научно-производственных конференциях Горского государственного аграрного университета (1989–2008 г.г.), Северо-Кавказского горно-металлургического института (г. Владикавказ, 1989–2007 г.г.), на научно-методических совещаниях Минсельхозпрода и Министерства экономики PCO–Алания (1997–2007 г.г.), на выездных семинарах специалистов сельского хозяйства (г.г. Владикавказ, Ардон, 1998, 2001, 2003, 2005 г.г.), на VI Международной конференции и выставке по проблеме «Устойчивое развитие горных территорий» (г. Владикавказ, май 2007 г.), на международном экономическом форуме «Кубань 2006» (г.Сочи, 2006 г.), на научно-техническом экспертном совете МСХ РФ г. Москва, (2007 г.). Разработанные средства малой механизации включены в каталоги техники: «Машины для механизации в садоводстве» (ГНУ ВСТИСП, МСХ РФ) и инновационных проектов РСО–Алания (2006 г.) и одобрены на расширенном заседании кафедры эксплуатации машинно-тракторного парка и безопасной жизнедеятельности Горского ГАУ (2009 г.).
Положения, выносимые на защиту:
- результаты анализа и классификации способов и средств механизации применительно к плодовым насаждениям в КФХ;
- результаты обоснования рациональных конструктивно-технологических схем средств малой механизации;
- показатели физико-механических и технологических характеристик плодовых насаждений в КФХ;
- методики инженерных расчетов рабочих органов средств малой механизации нового типа и их конструктивно-технологических параметров;
- результаты экспериментальных исследований по оптимизации параметров и режимов работы рабочих органов средств малой механизации;
- результаты производственной проверки разработанных средств малой механизации и экономической оценки их эффективности.
Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 65 научных работах, общим объемом 42 п.л., в том числе двух монографиях, 13 научных статьях, опубликованных в изданиях, рекомендованных ВАК. Новизна технических решений защищена 9 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Объем диссертации 277 страниц, в том числе 235 страниц основного текста, 79 рисунков, 22 таблицы, список литературы включает в себя 215 наименований, в том числе 12 на иностранных языках, 13 приложений.
