автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Механизированные технологические комплексы для интегрированного садоводства

ВСЕРОССИЙСКИЙ СОЕКЦИОННаТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

САДОВОДСТВА И ПИТОМНИКОВОДСТВА __(ВСГИСП)_

На правах рукописи

Цымбал Александр Андреевич

УДК 631.358:634.1/7

МЕХАНИЗИРОВАННЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ ИНТЕГРИРОВАННОГО САДОВОДСТВА

Специальность: 05.20.01- механизация сельскохозяйственного производства

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Москва 1998

тие от" " , с- ш

■----- —--19_г., №

1Л З^еыую степень ДОКТОР.

АН

доктор техничёШйхн^к7профеееор Шомахов Л. А.

доктор технических наук Бондарев В.А.

РОсЖшпредприятие: ГОСУДАРСТВЕННАЯ Всероссийский научно-исследовательский

библиотека' институт сельскохозяйственного

\ > . ', > машиностроения (ВИСХОМ)

Защита состоится 28 января 1 °99 года в 13 часов на заседании диссертационно-го совета "0.20.01 во Всероссийском селекционно-технологи« ституте садо-водства и

питомниководства (ВСТ* ^есу: 115598, Москва,

Бирюлево-Загорье, ул. ? юнференц-зал.

С диссертацией в вид< познакомиться

в библиотеке ВСТИСЬ

Диссертация в виде нау" Э1 на 22 декабря

1998 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохозяйственных наук,

старший научный сотрудник /^Л.А.Принева

/

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

.1.1. Актуальность проблемы. Отрасль садоводства с ее специфическим конечным продуктом - плодами, обязательность и незаменимость которых в "продуктовой корзине" уже никем не опровергается, с потенциальными возможностями высокой экономической эффективности, с созидающей художественно-эстетической социальной направленностью можно достаточно уверенно отнести к национально значимым производствам страны.

Биологически и социально обязательный ежедневный минимум потребления в течение года плодов и фруктов составляет не менее 0,5...0,6 кг, а для формирования психологически устойчивого ритма жизни человека необходимо почти двукратное его увеличение.

Самыми трудоемкими вопросами в садоводстве остаются проблемы механизации технологических операций возделывания культур. Механизация имеет определяющее влияние на экономическую выгодность отрасли в целом, поскольку завершая технологии, позволяет как развить достижения, так и сгладить, компенсировать недоработки селекции, размножения, обоснованности выбора агроприемов. Таким образом реализуется объединяющий принцип агротехники: механизация во исполнение агроприемов, обеспечивающих максимальное использование биологически присущих и научно привнесенных, экономически выгодных параметров плодовых и ягодных растений районированных и перспективных сортов.

Исчисляемые в различное время и по различным методикам (соотношение числа операций, трудозатрат при полных или сокращенных технологиях), содержащиеся в "Системах машин" и рекомендациях, подготовленных в том числе и с участием автора, показатели отражали достигнутый, но не приемлемый для требований современного общества уровень степени механизации в отрасли. Практика реального возделывания садов, ягодников и питомников даже по рекомендуемым наиболее механизированным, интенсивным технологическим картам [1 ...4] показывает, что до настоящего времени большое число технологических операций выполняется либо вручную, либо с использованием средств малой механизации (табл.1).

Действовавшая до 1990 года система машин для механизации садов, ягодников и виноградников централизованно регламентировала вид, объем и порядок создания и ротации технических средств по единой взаимосвязанной схеме от научно-исследовательских разработок через обработку их результатов в конструкторских бюро сельскохозяй-* ственного машиностроения к серийному производству на заводах.

Переход к "Федеральной системе технологий и машин" являет собой качественно иной подход к проблеме дальнейшего развития сельхозмашиностроения. Он направлен на сокращение общего перечня технических средств и обеспечивает только их подбор для конкретных условий применения. Такой рекомендательный характер внедряемого нормативного документа приводит к тому, что техника создается сти-

Таблица 1

Операционная структура технологий возделывания плодовых садов, земляники и смородины (включая подготовку участков под посадку)

Количество операций

Технология выполняемых

возделывания общее, шт. вручную, СММ, механизиро-

% % ванно, %

товарных садов до 80- 31,3 - 68,7

земляники до 50 30,0 4,0 66,0

смородины до 80 21,5 2.5 не менее 76

хийно, случайным образом под потребность индивидуального, конкретного пользователя в ограниченном количестве. Качество изготовления и технологические возможности получаемых машин становятся зависимыми от финансовых возможностей заказчика.

Начавшееся с середины 80-х годов реформирование отрасли фактически завершилось в первой половине 90-ых годов реструктуризацией садоводческих хозяйств. Это во многом выровняло по валовому производству и себестоимости продукции крупные садоводческие хозяйства, ранее обеспечивавшие население всеми видами плодов и ягод, с появившимися небольшими крестьянскими и существовавшими многомиллионными приусадебными и любительскими садоводческими хозяйствами, поставив их на первое место по заинтересованности в обновлении технической оснащенности отрасли садоводства.

Переход к иным формам организации и хозяйствования на основе многообразия форм собственности и владения средствами производства привел к изменению инфраструктуры в отрасли, в частности сделал труднодоступным владение и пользование средствами механизации, обеспечивающими реализацию современных технологий с гарантированными объемами выращивания плодов и ягод.

В принципе новые хозяйственные образования в основном справляются со своими функциями. Однако им необходимы перспективные, интенсивные и высокоэффективные технологии возделывания садов,

ягодников и питомников и соответственно приемлемые для их осуществления технические средства.

Отсюда особая роль в современных условиях возделывания садов, ягодников и питомников отводится проблеме рационального использования богатого опыта эффективной реализации технологий, присущих крупным специализированным садоводческим производствам, а также проблеме универсализации и стандартизации технических средств с правомерным для настоящего этапа повышением роли средств малой механизации, механизированного ручного инструмента, которые раньше практически не включались в систему машин.

В связи с этим проблема целенаправленного анализа и обобщения имевшихся наработок, атаюке научного обоснования новых технологических и технических решений, снижающих затраты труда и повышающих сохранность насаждений (растений), плодов и ягод, является актуальной, а практическое использование результатов в виде внедрения более совершенных средств механизации, реализующих прогрессивные не только отдельные агроприемы, но и полные технологические циклы при минимуме затрат, имеет важное народнохозяйственное значение.

Работа выполнялась во Всероссийском селекционно-технологическом институте садоводства и питомниководства(до 1992 года Научно-исследовательском зональном институте садоводства Нечерноземной полосы) в течение 1978-1998 годов. Агротехнологии и вопросы механизации возделывания садов, ягодников и питомников, выносимые на публичную защиту, были составными частями государственных, ведомственных региональных и международных научно-исследовательских, научно-производственных, внедренческих программ: ОИ.07.02. (19761980 гг.), OCX 60, OCX 101 (1981-1986 гг.), "Плоды и ягоды" (1986-1995 гг.), 05.Р (1990-1992 гг.), А11, А15 и А22 (МО "Агромаш", 1976-1983 гг.). Кроме этого значительная часть внедренческой деятельности проводилась по прямым договорам с хозяйствами в системе "Росплодопром" (1978-1986 гг.), схозяйсгвами Минплодоовощхоза СССР и РСФСР (19831986 гг.), с другими хозяйствами системы АПК СССР и РСФСР (19871992 гг.), с ТОО, ЗАО, ОАО Российской Федерации (1992-1998 гг.) - всего около 120 договоров.

1.2. Целью работы является разработка теоретических и экспериментальных основ создания машин для садов, ягодников и питомников, повышение эффективности технологий возделывания товарных садов, смородины, земляники и их посадочного материала.

1.3. Задачи исследования. Для достижения поставленной цели были определены и решены задачи: •

- установить основные агрофизические показатели и свойства плодов, ягод, растений и посадочного материала, имеющие практическое значение при создании средств механизации и разработке технологических операций;

- разработать и обосновать новые и усовершенствованные отдельные агроприемы и технологии в целом для возделывания садов, ягодников и питомников;

- разработать теоретические основы рабочих процессов машин, предложить математические модели по обоснованию и расчету параметров исполнительных рабочих органов и механизмов машин для садов, ягодников и питомников;

- разработать технологические принципы создания сменно-модульных машин и их комплексов для ухода за растениями смородины и в плодовом питомнике;

- разработать регламентирующие и нормативные документы в виде технологических рекомендаций по выращиванию земляники, черной смородины и посадочного материала, каталогов и перечней машин для отрасли, ГОСТов на создание уборочных комбайнов;

- провести испытания созданных новых машин и приспособлений по уходу за плантациями и уборке урожая;

- дать экономическую оценку применения новых технологий и технических средств для их осуществления.

1.4. Объекты исследования. Растения, их элементы, включая плоды, ягоды и системы насаждений ягодников, плодовых растений, питомников в целом. Отдельные рабочие органы, лабораторные и лабо-раторно-полевые установки; макетные, функциональные и опытные образцы машин. Агроприемы, технологические комплексы машин; способы и технологии выращивания земляники, смородины и посадочного материала.

1.5. Достоверность содержащихся положений, выводов и рекомендаций подтверждена идентичностью данных теоретических и лабо-раторно-полевых экспериментальных исследований, положительными результатами производственных проверок, ведомственных и государственных испытаний разработанных и используемых в производстве машин.

1.6. Общая методика исследований включала выбор на каждом этапе проведения работы оптимального пути достижения цели. Для этого применялись методы инженерных расчетов, разработка теорий рабо-

чих процессов взаимодействия "машина- растение" на основе положений земледельческой механики, общематематических приемов постановки и решения задач, планирования и реализации многофакторных экспериментов, обработки результатов на основе математической статистики. В целом теоретические и экспериментальные исследования проведены с использованием основных положений системного анализа, математической статистики, моделирования, тензометрирования и ДР-

Применительно к специфическим условиям работы машин в садоводстве, ягодоводстве и питомниководстве реализованы общие принципы машиноиспользования и методы расчета механизированных процессов в сельскохозяйственном производстве.

Планирование и постановка экспериментальных исследований, обработка и анализ их данных проведены с использованием как общеизвестной методической и нормативной литературы, так и специального назначения, например: Ю.А.Утков, И.А.Пиковский и В.А.Вознесенский (1987 г.), Ю.А.Утков и П.И.Пиленко (1988 г.) - математическое планирование экспериментов в механизации уборочных работ в садоводстве; В.Г.Трушечкин, И.И.Чухпяев, Л.Н.Шахова и др. - изучение машинной уборки земляники [5].

При исследованиях применялись частные методики, а также как стандартная аппаратура, так и специально разработанные приборы (а.с. 1176216, [6...9]), стендовое оборудование (а.с. 1132171, 1363001, 1491381) и серийные машины, разработанные с нашим участием.

Оценка работы технических средств при их производственной проверке и государственных испытаниях проводилась по нормативным документам государственной системы машиноиспытательных станций ОСТам и ГОСТам, в частности ГОСТ 27969-88 "Комбайн для уборки смородины" [10] и ГОСТ 27670-88 "Комбайн для уборки плодов" [11], также разработанные при участии автора.

1.7. Научную новизну представляют: - методические разработки по определению и исследованию агрофизических свойств и параметров растений, ягод и плодов, по оценке рабочих органов машин

для уборки земляники, смородины, плодов, расстила мульчирующего покрытия [5,12,13];

- результаты исследования по физико-механическим свойствам ягод и растений земляники и смородины, плодов, кроны древесины плодовых растений, имеющие прикладное значение для разработки агротехнических требований и созданных на их основе рабочих органов и ма-

шин для возделывания и уборки урожая, а также производства посадочного материала;

- обоснование и разработка новых и усовершенствованныхтехно-логий возделывания земляники, смородины, садов и производства посадочного материала, реализующих новые агроприемы, а также технические средства для [4,14. ..16];

- рекомендации: по выращиванию саженцев яблони методом зимней прививки [17], по схемам размещения ягодных культур [18], по возделыванию земляники на промышленных плантациях [1] и с предпосадочным мульчированием почвы всходозащитной бумагой [2], по производству смородины с 10-польным культурооборотом [3]; производства плодов и ягод [15];

- технологические комплексы машин, формируемые из числа 9 созданных по программе "Фермер" (машина для контурной обрезки МК-1, платформа садовая универсальная ПУС-1, агрегат для ухода за садами АСВ-8, косилка-измельчитель универсальная КИУ-2А, сборщик срезанных ветвей СВ-1 К, борона для обработки приствольных полос БПР-1, косилка ротационная садовая КРС-2,5А, машина для выкопки рассады земляники МРВ-500, агрегат для уборки смородины АУС-8) [19];

- комплексы машин для ухода за растениями в плодовом питомнике и на плантациях ягодных кустарников с бесшпалерной технологией ведения, который включал монтируемые на самоходные шасси Т-16ММЧ или Т-16МВТ (СШ-28 ВТЯ) пять машин: культиватор пропашной, культиватор фрезерный, культиватор-плоскорез и универсальный контурный обрезчик (автор и соразработчик к.т.н. Г.И.Бокачев), опрыскиватель и обрезчик секаторный ;

- обоснование технологической схемы и принцип компоновки сменно-модульного ягодоуборочного комбайна КМЯ-3 для смородины, крыжовника и жимолости, включающего дополнительные модули для междурядной почвообработки,, обрезки кроны, измельчения срезанных ветвей, скашивания травы в междурядьях и опрыскивания растений;

- математические решения задач, описывающих взаимодействие с ягодами, плодами, ветвями и штамбами растений счесывающих гребенок, вибрационных стряхивателей, вибросчесывающих активаторов и режущих механизмов;

- математические модели процесса стряхивания трудноотделяемых плодов активатором прецессионного типа, процесса стряхивания ягод смородины с направленными колебаниями бичей (пальцев) активаторов, процесса подкапывания саженцев плодовых растений вибрационным лемехом;

- конструктивные и технологические схемы более 20 машин, орудий и агрегатов, минимизирующих количество и интенсивность приме-.нения в технологиях технических средств.

Научно-техническая новизна технологий и средств механизации по их осуществлению подтверждена 81 авторским свидетельством СССР и одним патентом РФ на изобретения.

1.8. Практическую ценность работы составляют:

- регламентирующие документы в виде 4-х методик и 5-и рекомендаций по возделыванию садов, ягодников и питомников;

- общие технические требования по комбайнам для уборки смородины (ГОСТ 27969-88) и плодов (ГОСТ 27970-88);

- разработка теории и математических моделей по обоснованию процессов съема, улавливания, подбора и затаривания плодов и ягод, обрезке деревьев и кустов, скашиванию сидератов и измельчению срезанной массы;

- новые агроприемы и технологические циклы при возделывании ягодных культур с предпосадочным мульчированием, 10-польным куль-турооборотом выращивания смородины, по выращиванию посадочного материала яблони;

- сведения об агрофизических свойствах и параметрах растений, ягод и плодов;

-технические разработки, реализованные в конструкциях 14 машин (МПЯ-1, МПЯ-1 А, МПЯ-1 Б, КПЯ-1, СВК-4С, МПП-1, ЛТОР, БПР-1, КРС-2,5А, МК-1, АСВ-8, АУС-8, СВ-1 К, КИУ-2А), поставленных на производство, 31 машины, изготавливаемых по прямым договорам в количестве от 1 до 10 штук в год заводом "Садмаш" (до 1988 года - ПКБ) и экспериментальным цехом института (марки условные - КС-2,7, КФС-2,7, ОН-400К, ПКВ-14, ПРЗ-4, МРМП-2, МОО-1, МУП-1, МПС-1, ВРЗ-84, ВРЗ-87, БПР-1,2, МЗН-84, "Тривел", ВУК-3, ПП-1, КФВ-2М, КФВ-0,8, КВ-3,6, КФВ-2,7, ОПВ-81, ОК-81, ИВ-2, ВКС-2, ПЗ-1, "Ароника", СО-1, УНК-1, МПМ-1, ОЯК-83, ПЗМ-7,2);

- методологическая концепция создания для садо