автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Совершенствование агрегата для машинной контурной обрезки плодовых деревьев

На правах рукописи

005018205

ПАНКОВА ЕЛЕНА АНАТОЛЬЕВНА

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АГРЕГАТА ДЛЯ МАШИННОЙ КОНТУРНОЙ ОБРЕЗКИ ПЛОДОВЫХ ДЕРЕВЬЕВ

Специальность 05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 9 ДПР 2012

005018205

На правах рукописи

/ г- /

......'

Панкова Елена Анатольевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АГРЕГАТА ДЛЯ МАШИННОЙ КОНТУРНОЙ ОБРЕЗКИ ПЛОДОВЫХ ДЕРЕВЬЕВ

Специальность

05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедрах «Эксплуатация машинно-тракторного парка» и «Техническая эксплуатация транспорта» ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А.Костычева» (ФГБОУ ВПО РГАТУ)

Защита состоится 27 апреля 2012 г. в 9— на заседании диссертационного совета Д 220.057.02 при ФГБОУ ВПО РГАТУ по адресу: 390044, г. Рязань, ул. Костычева, д.1, конференц-зал.

Объявление о защите и автореферат размещены на сайте ФГБОУ ВПО РГАТУ - www.reatu.ru - 26 марта 2012 г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО РГАТУ.

Автореферат разослан 26 марта 2012 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, просим направлять по адресу: 390044, г. Рязань, ул. Костычева, д. 1, ученому секретарю диссертационного совета Д 220.057.02.

Научный руководитель: Бышов Николай Владимирович

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Угланов Михаил Борисович

доктор технических наук, профессор

Ещин Александр Вадимович кандидат технических наук, доцент

Ведущая организация:

ГНУ «Всероссийский селекционно-технологический институт садоводства и питомниководства Российской академии сельскохозяйственных наук» (ГНУ ВСТИСП Россельхозакадемии), г. Москва

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

/А.В. Шемякин/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В комплексе агротехнических мероприятий обрезка деревьев занимает важное место. Механизированная контурная обрезка способствует улучшению физиологического состояния деревьев, активизации их роста и уменьшению параметров кроны. Все это благоприятствует плодоношению, и создаются удобства для ухода за насаждениями и сбора урожая.

Сложность механизации обрезки объясняется несовершенством конструкции машин, их режущих аппаратов, разнообразием ветвей по толщине, бессистемным расположением их в кроне и другими факторами. Все это обусловливает индивидуальный подход к каждой ветви.

Важным недостатком существующих машин для контурной обрезки плодовых деревьев является отсутствие устройства стабилизации рабочих органов, что значительно снижает качество проводимой обрезки и приводит к недолговечности работы дисковых пил. Поэтому разработка машины по уходу за плодовыми насаждениями, которая была бы снабжена устройством стабилизации рабочих органов, является актуальной задачей.

Работа выполнена по плану НИР ФГОУ ВПО РГАТУ на 2011...2015гг. по теме №73.31.41 гос. per. 01201174433 в рамках раздела 5.4 «Повышение эффективности использования транспортных и технологических машин путем совершенствования технологии и технических средств производства, транспортировки, погрузки и разгрузки плодоовощной продукции».

Цель исследований

Повышение качества выполнения механизированной обрезки в садах путем разработки устройства стабилизации рабочих органов машины для контурной обрезки плодовых деревьев.

Задачи исследований

1. Провести анализ существующих машин для механизированной контурной обрезки плодовых деревьев и существующих устройств гашения колебаний рабочих органов машин для обрезки плодовых деревьев.

2. Исследовать математическую модель процесса колебаний режущих аппаратов машины для контурной обрезки, оснащенной устройством стабилизации рабочих органов, с целью определения основных параметров устройства.

3. Экспериментально определить степень влияния устройства для стабилизации рабочих органов контурного обрезчика на выполнение технологической операции по обрезке деревьев.

4. Определить экономическую эффективность применения разработанного устройства стабилизации рабочих органов машины для контурной обрезки плодовых деревьев.

Объект исследований

Лабораторный образец устройства стабилизации рабочих органов машины для контурной обрезки плодовых насаждений.

Предмет исследований

Технологический процесс обрезки плодовых насаждений. Методика исследований

Теоретические исследования выполнены на основе положений, законов и методов теоретической механики, статистической механики и математического анализа с использованием ПК, в том числе с использованием программ Microsoft Excel 2003, MathCAD 14.0. Экспериментальные исследования эксплуатационных показателей устройства гашения колебаний режущих аппаратов машины для контурной обрезки плодовых насаждений выполнены с использованием теории планирования полнофакторного эксперимента методом двухфакторного дисперсионного анализа. Для определения экономической эффективности полученных результатов применены стандартные методики оценки технологических и технических разработок.

Научная новизна

1. Разработана методика, позволяющая получить статистическую модель, описывающую поперечный микропрофиль междурядий плодового сада, с целью определения основных его вероятностных и статистических характеристик.

2. Разработана математическая модель, описывающая смещение режущего аппарата машины для контурной обрезки плодовых деревьев, оснащенной устройством стабилизации рабочих органов, относительно трактора в случае случайной вынуждающей силы, позволяющая определить основные параметры устройства.

Практическая ценность работы

Разработано устройство стабилизации рабочих органов машины для контурной обрезки плодовых насаждений, обеспечивающее повышение качества среза путем снижения уровня поперечных колебаний режущих аппаратов относительно энергетического средства. Экспериментально доказана целесооб-

разность наличия устройства стабилизации рабочих органов в конструкции машины для контурной обрезки плодовых деревьев.

Реализация результатов исследований

Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены в Акционерном обществе "Головное специализированное конструкторское бюро по комплексам машин для механизации работ в садах, виноградниках, питомниках и ягодниках" (г. Кишинев, Республика Молдова) и в ТНВ (товарищество на вере) «Десна» Брянской области.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Конструктивная схема устройства стабилизации рабочих органов машины для контурной обрезки плодовых насаждений.

2. Математическая модель, описывающая смещение режущего бруса машины для контурной обрезки плодовых деревьев, оснащенной устройством стабилизации рабочих органов, относительно трактора с течением времени.

3. Результаты экспериментальных исследований технологического процесса обрезки плодовых деревьев с использованием устройства стабилизации рабочих органов контурного обрезчика.

4. Результаты экономической оценки применения машины для контурной обрезки плодовых насаждений, оснащенной устройством стабилизации рабочих органов.

Апробация работы

Основные положения и результаты исследований доложены и обсуждены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов Брянской ГСХА (2010, 2011 гг.) и Рязанского ГАТУ (2010,2011 гг.), в отделе механизации ГНУ ВСТИСП (2011 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 4 работы, из них 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 125 наименований, в том числе 12 на иностранных языках и 9 приложений. Работа изложена на 193 страницах текста, содержит 18 таблиц и 41 рисунок.

2. Зак. 1523.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы и сформулированы основные положения работы, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследования» проведен анализ состояния вопроса и определены задачи исследования.

Один из прогрессивных элементов индустриальной технологии ухода за плодовым садом - это механизированная контурная обрезка деревьев.

Изучению технологического процесса обрезки посвящены работы Г.П. Варламова, В.В. Бычкова, Л.А. Шомахова, A.A. Цымбала, В.А. Павленко, В.К. Кутейникова, Б.И. Пименова, Г.И. Кадыкало, А.П. Драганцева, Н.П. Донских, А.Н. Фисенко, Н.М. Куренного, Р.П. Кудрявца, П.Г. Шита, М.Д. Мокана, П.С. Гельдфандбейна, В.М. Васюты и др.

Результатом проведенного анализа конструкций отечественных и зарубежных машин для контурной обрезки деревьев, способов навешивания и видов режущих аппаратов для обрезки кроны стала классификация машин для контурной обрезки плодовых деревьев (Рис. 1), отражающая все существующие тенденции развития средств для механизированной контурной обрезки садов.

Анализируя классификацию, можно сформулировать основные требования, которым должна удовлетворять современная машина для контурной обрезки плодовых деревьев, чтобы обеспечивать качественное выполнение операции по обрезке: она должна иметь фронтальное расположение, симметрично расположенные рабочие органы, оборудованные дисковыми пилами, иметь гидравлический привод рабочих органов и устройство стабилизации рабочих органов.

В настоящее время ни одна из существующих отечественных машин не оснащена устройством стабилизации рабочих органов, которое несет значительную функциональную нагрузку: повышает качество срезов и обеспечивает долговечность работы дисковых пил.

На данный момент существуют несколько запатентованных отечественных устройств стабилизации рабочих органов машины для контурной обрезки плодовых деревьев, среди которых следует отметить машину с механизмом стабилизации рабочего органа, предложенную Грузинским научно-исследовательским институтом механизации и электрификации сельского хозяйства им. K.M. Амираджиби (1974), и устройство стабилизации рабочего органа машины для контурной обрезки плодовых деревьев, предложенное научно-исследовательским институтом сельскохозяйственного машиностроения имени В.П. Горячкина (1979).

Однако, предложенные устройства не получили широкого применения, поскольку они сложны в изготовлении и эксплуатации. Поэтому необходимо создать устройство, отличающееся простотой, но качественно выполняющее заданную функцию при обрезке деревьев.

Рисунок 1 - Классификация машин для контурной обрезки плодовых деревьев

Во второй главе «Теоретические исследования процесса стабилизации режущих аппаратов при механизированной контурной обрезке плодовых деревьев» предложена принципиальная схема устройства стабилизации рабочих органов машины для контурной обрезки плодовых деревьев; исследованы спектральные и корреляционные характеристики поперечного микропрофиля междурядий; найдены спектральные характеристики колебаний рабочих органов машины для контурной обрезки плодовых деревьев; установлены параметры устройства стабилизации рабочих органов контурного обрезчика.

С целью повышения качества технологической операции по обрезке плодовых насаждений путем снижения уровня поперечных колебаний рабочих органов машины для контурной обрезки нами разработано устройство стабилизации рабочих органов. Устройство состоит из упора 2, закрепленного с рабочим органом 1, проушины 3, прикрепленной к упору осью, двух опорных стаканов 4, шпильки 5, пружины 6, пластины 7, гайки 8 и гидроцилиндра 9 (Рис. 2). Рабочие органы 1 выставляются по ширине захвата и по наклону с помощью гидроцилиндров 9. Рабочие органы представляют собой набор дисковых пил 12 в количестве пяти штук на каждом органе.

9 Г" К

■ои

I / о] втаоетйл

гУл/.А: 5 6 ,,7 \ 8

6)

1 - рабочие органы; 2 - упор; 3 - проушина; 4 - опорный стакан; 5 - шпилька; 6 -пружина; 7 - пластина; 8 - гайка; 9 - гидроцилиндр; 10 - агрегат; 11 - устройство гашения колебаний; 12-дисковые пилы.

Рисунок 2 - Принципиальная схема машины для контурной обрезки плодовых насаждений с устройством стабилизации рабочего органа

Устройство гашения колебаний 11 рабочего органа работает следующим образом. Из-за неровностей междурядья при движении происходит смещение режущего аппарата 1, которое посредством упора 2, через проушины 3, соединенные осью, передается опорному стакану 4, который в свою очередь производит давление на пружину 6. Пружина 6, испытывая оказанную нагрузку, упирается в опорный стакан 4, который прикреплен к пластине 7 с помощью гайки 8, разжимается, и через вышеприведенную связь, возвращает режущий аппарат в исходное положение (Рис. 2). Регулировка пружины производится с помощью гайки 8, затяжкой или ослаблением по резьбе на шпильке 5.

Для качественной и количественной оценки колебательных процессов машины по уходу за многолетними насаждениями необходимо знать не только ее характеристики, но и характеристики источника возмущений, вызывающего эти колебания. На контурную обрезку, проводимую в вертикальной плоскости, значительное влияние оказывает поперечный микропрофиль междурядий, что требует более детального изучения.

В рамках экспериментального исследования поперечного микропрофиля междурядий было получено около 950 замеров по десяти междурядьям. По полученным данным был построен график поперечного микропрофиля междурядья (Рис. 3). Анализируя график, можно видеть, что правое и левое колеса одновременно редко находятся в одной горизонтальной плоскости и- при движении машины их взаимное расположение постоянно изменяется. Следовательно, на машину в поперечной плоскости действует случайное возмущение, и функция воздействия (возмущающая функция) носит случайный характер, а амплитуды колебаний будут случайными величинами.

Ширина мокдурима 5. ей

Рисунок 3 - Микропрофиль междурядья плодового сада

Результаты обработки десяти междурядий представлены в таблице 1. Обобщенная высота неровностей междурядий по этим результатам имеет следующие числовые характеристики: математическое ожидание М(н)= 7,01 см; дисперсия И(н)= 5,23 см2; среднее квадратическое отклонение сг = 2,29 см

Кривую, которой описывается микропрофиль междурядья, следует рассматривать как одну, конкретную реализацию случайной функции Я (г); она построена по экспериментальным данным, поэтому ее можно рассматривать как дискретную. Для дискретной случайной функции, пользуясь стандартной методикой, определяем корреляционную функцию по формуле

= Нт —£я(/,)я(г, +г), (I)

л'-»» 2 N +1,

3. Зак. 1523.

где #(г,)- экспериментальная кривая микропрофиля междурядья.

Таблица 1 - Основные вероятностные характеристики высоты неровностей междурядий плодового сада

На ипецху- Чнхло хгЁлкдомос члост* СОСЫТММ Огтжкеюгагмп »апрсфетхЯЮЮТяЭТШ вт V

1 2 3 4 6 7 8 9 10 11 1а 13 14 15 М(Щ «00.

I N1=42 VI ' ■ ж ! ■

МНИ щя Ж» в(П1 Ори

П ю=а? в >„ ... РК 33 РМ и .' -- : -

10И) ояв ЫИ Г " щш 0/ЙЗ "Тл;

ш т*?; •6 13 ■ «В ШШ - : з^г

РОВ) и» ■т о.-.« »1 И 0»1 ■ ---

N N4=100 « ЭВ - . < - ■ 5.43

РСН*) 0*1 в'К: о,в . к ед

V N5=93 •6 11 п 1/ 1 1

9<НЯ <ир№ ЯЛ» 0,118 1)118 11,181 •ж ЩШ<

Ж»» - 1« £ : .и ■ :• зрн «а .3 . 7.11

роад Л.Ш *» им ода яда ЙЗВ4

та т-99 т) « И п :, 8.«

РСН7) Ш 0111 ов( 0.1.1 ма гШ оде 0,0! ОМ

'ЛИ КЗ =95 16 '.;:.2 11. ■и::: ае;:; 17 й. а

ели ЖВв: «г щ&. '

к 115=100 * 11 1; ц у - ?.88

РСНР1 - | 011 -ода ■ :. 0 &

к ШО=5"5 «с 5 < ■ * ■ }

р<ню> • >• 0.151 шр •

ИТОГО * ■ ■ « Ы ' 21

Р(Н) ь одк» 0.Ш 0.1М от .>№ < от*

9умкин* рмпредисвос* жмхв ты н<£> ото < т в"« дур «дкй Р(Н) с ОД'в ОЛОО С',1:-; о.«15 олз 0,855 0$ № 0^5? 0.Ж9 0.»6 0^3 1

График нормированной корреляционной функции представлен на рисунке 4. График получен для скорости движения у и = 1 м/с; кривая имеет убы-

I - нормированная корреляционная функция р(т), 2 - аппроксимирующая кривая р(т)

Рисунок 4 - Нормированная корреляционная функция микропрофиля междурядья и аппроксимирующая ее кривая

Поскольку корреляционная функция случайного процесса является функцией неслучайной, то она с большой степенью точности может быть аппроксимирована некоторой функциональной зависимостью. В частности, корреляционную функцию воздействия микропрофиля на машину можно аппроксимировать функцией вида (Рис. 4)

р(т) = е a|r| cos/?r, (2)

где a, ß- параметры корреляционной функции, имеющие различные значения при каждой реализации случайного процесса, 1/с.

Ограничимся рассмотрением корреляционной функции при значениях г > 0, так как это четная функция. Коэффициенты а, ß определяем методом наименьших квадратов с помощью табличного процессора Microsoft Excel. В результате были получены следующие значения параметров: а « 0,162 1/с, 0,126 1/с.

При статистическом подходе к исследованию динамических систем часто требуются статистические характеристики в частотной области, а не во временной. В качестве такой частотной характеристики стационарного случайного процесса используют обычно спектральную плотность, которая является изображением Фурье корреляционной функции.

Если известна корреляционная функция R(t), то спектральную плотность можно определить с помощью прямого функционального преобразования Фурье по формуле

S(a>)=± (3)

—00

Подставляя в (3) аналитическое выражение R(t) по формуле (2) и вычисляя несобственный интеграл, получим выражение для спектральной плотности междурядья в виде

_-_+_!_1. (4)

Итак, было установлено, что неровности междурядий носят случайный характер и не имеют точных геометрических форм; движение агрегата по микропрофилю - стационарный случайный процесс, который не зависит от начала отсчета времени.

Устранить влияние неровностей почвы на качество выполнения технологической операции по обрезке плодовых насаждений можно путем уменьшения колебаний режущего бруса при движении машины по междурядью, например, используя виброизоляцию (Рис. 5). В нашем случае изолируемым объектом будет режущий брус, а источником возмущения - случайные колебания трактора.

Для определения основных характеристик предложенного устройства стабилизации рассмотрим дифференциальное уравнение вынужденных колебаний режущего бруса машины для контурной обрезки. При этом сделаем следующие допущения:

- при прохождении машины по микропрофилю междурядий, он (микропрофиль) не подвергается дополнительному сминанию;

- демпфирующие свойства колес трактора учитываться не будут;

- угловые колебания режущего бруса считаем незначительными; з*

sw-fâ.

¿71

- колебания ветвей под воздействием на них потоков воздушных масс отсутствуют;

- масса режущего бруса является постоянной величиной (равной 200 кг).

Используя уравнение Лагранжа, было получено следующее уравнение перемещения режущего бруса

тх + ух + сх = P{t),

где т - масса режущего бруса, кг;

с - коэффициент жесткости пружины, Н/м; у - коэффициент вязкого трения, Па-с; P(t)~ случайная вынуждающая сила.

(5)

ции

1 - режущий брус; 2 - трактор; 3 - пружина; 4 - гидроцилиндр Рисунок 5 - Условная схема гашения колебаний с помощью виброизоля-

Вводим комплексные величины Р = Р{)е , л _ л уравнения (5) частотную характеристику смещения режущего бруса

i cot - icol

х = х„е и находим из

Fx (ico) = -

1

(6)

с , со1 .2 п( со Р Р \Р

с помощью которой определяем спектральные характеристики и дисперсии смещения я, скорости v режущего бруса и силы воздействия R со стороны трактора на режущий брус. Было установлено, что дисперсия DR задается формулой

_ R(0)-а 1

Dt

4 р

1 + ^ + V

(7)

II

где Р = — ■ Дисперсия Ок неограниченно возрастает при // -> 0 и при /л -» + с»

(Рис. 6), однако, имеет минимум — = 0,5 м"1.

Р

С помощью интегрированного математического пакета MathCAD 14.0 методом компьютерного моделирования было получено значение коэффициента жесткости, соответствующее минимуму дисперсии DR силы давления со стороны трактора на режущий брус, равное с = 45 Н/м. Получены следующие геометрические параметры пружины: класс 1, разряд 3, максимальное касательное напряжение 560 МПа, число рабочих витков равно 6, индекс пружины равен 7, средний диаметр 70 мм, диаметр проволоки 10 мм, длина пружины в свободном состоянии 120 мм, шаг в свободном состоянии 19,1 мм, угол подъема винтовой линии 5°. Проверочный расчет пружины был произведен в среде программы АРМ Win Machine с помощью модуля АРМ Spring. При данной жесткости пружины расчетное значение динамической вязкости гидроцилиндра составило у = 0,0796 Г1а-с. Приняв плотность гидравлического масла р = 890 кг/м 3, рассчитываем кинематическую вязкость гидроцилиндра, которая равна 7 = 89,4 мм2/с. В соответствии с ГОСТ 126514-87, ГОСТ 17411-91, расчетными данными и размерами установки выбран гидроцилиндр МЦ 100/50x500-4.11.

Рисунок 6 - График дисперсии Вк силы воздействия со стороны трактора на режущий брус

В третьей главе «Экспериментальные исследования процесса обрезки плодовых деревьев с использованием устройства стабилизации рабочих органов машины для контурной обрезки плодовых деревьев» изложены программа и методики экспериментальных исследований. Программа экспериментальных исследований предусматривала: проведение исследования поперечного микропрофиля междурядий плодового сада для выявления его основных вероятностных характеристик; выявление факторов, оказывающих наибольшее влияние на чистоту среза ветвей плодовых деревьев; снятие характеристик участка испытаний; проведение полевых исследований образца устройства стабилизации режущих аппаратов машины для контурной обрезки плодовых деревьев.

Объектом экспериментальных исследований являлась модернизированная машина для контурной обрезки плодовых деревьев на базе МКО-3, оснащенная

устройством стабилизации рабочего органа (Рис. 7). Машина позволяет выполнять сплошную горизонтальную, вертикальную и наклонную обрезку крон плодовых деревьев, агрегатируется с трактором МТЗ-80/82.

Для сравнения при проведении полевых исследований процесса контурной обрезки плодовых деревьев применялась серийная машина для контурной обрезки МКО-3.

Основными узлами модернизированной машины (Рис. 7) являются рама подъема 1, опорная рама 2, передний брус 3, левый и правый режущие аппараты 4, укомплектованные пятью дисковыми пилами 5 диаметром 630 мм, ограждение кабины трактора 6, гидроцилиндр раздвижения 7, гидроцилиндр поворота 8, гидроцилиндр подъема 9 и устройство стабилизации рабочего органа 10.

1 - рама подъема; 2 - опорная рама; 3 - передний брус; 4 - режущий аппарат; 5 - дисковые пилы; 6 - ограждение кабины трактора; 7 - гидроцилиндр раздвижения; 8 - гидроцилиндр поворота; 9 - гидроцилиндр подъема; 10 - устройство стабилизации рабочего органа

Рисунок 7 - Машина для контурной обрезки плодовых деревьев, оборудованная устройством стабилизации рабочего органа

Конструктивное отличие модернизированной машины для контурной обрезки плодовых деревьев от серийной машины МКО-3 заключается в том, что первая машина дополнительно снабжена устройством стабилизации рабочих органов (Рис. 8).

1 - режущий аппарат; 2 - упор; 3 - проушина; 4 - опорный стакан; 5 - шпилька; 6 - пружина; 7 - пластина; 8 - гайка; 9 - гидроцилиндр

Рисунок 8 - Устройство стабилизации рабочего органа машины для контурной обрезки плодовых деревьев

Устройство предназначено для гашения колебаний режущих аппаратов при вертикальной обрезке крон плодовых деревьев, возникающих вследствие воздействия на машину неровностей поперечного микропрофиля междурядья. Устройство стабилизации рабочего органа (Рис. 8) состоит из упора 2, закрепленного с режущим аппаратом 1, проушины 3, прикрепленной к упору осью, двух опорных стаканов 4, шпильки 5, пружины 6, пластины 7, гайки 8 и гидроцилиндра 9. Устройство изготовлено по расчетным данным, полученным в ходе исследования воздействия поперечного микропрофиля междурядий плодового сада на контурный обрезчик.

Для построения микропрофиля были проведены замеры превышения одной точки над другой через каждые 10 см междурядья при помощи нивелира. Для измерений использовался нивелир марки БОККЛЛ С410, рейки длиной 3 м. Расстояние а от поверхности земли до оси нивелира замерялось по рейке (Рис. 9).

Рисунок 9 - Схема проведения замеров поперечного микропрофиля междурядий

С помощью нивелира были сняты показания Ь, которые соответствуют расстоянию от низа рейки до горизонтального луча, задаваемого нивелиром. Тогда превышение по высоте между точками А и В может быть определено по формуле:

h = a-b. (8)

Для определения степени влияния устройства стабилизации рабочих органов на показатели качества выполнения технологического процесса обрезки был спланирован эксперимент для проведения двухфакторного дисперсионного анализа. В качестве факторов рассматривались среднеквадратическое отклонение высоты микропрофиля междурядья (фактор А) и наличие устройства стабилизации рабочих органов (фактор В). Высота неровности микропрофиля междурядья - величина случайная, поэтому влияние уровней фактора А на изучаемую величину также является случайным. Обозначим эти уровни Л,, А2,...,А10 (по числу обследованных междурядий). Уровни фактора В являются фиксированными, обозначим их Вх и В2 соответственно. На уровне Л, рассматривается отсутствие устройства стабилизации на машине, на уровне В2 - наличие предлагаемого устройства стабилизации рабочих органов. Таким образом, получили смешанную модель для проведения дисперсионного анализа.

Поскольку выходной параметр - качество срезов ветвей - зависит не только от факторов А и В, но и от других факторов (различный механический состав почвы на опытном участке, климатические условия и т.п.), многие из которых невозможно учесть и которые могут по-разному сказаться на результате эксперимента, проводим рандомизацию опытов. Чтобы исключить влияние нежелательных факторов, устанавливаем случайный порядок постановки опытов по времени, для этого воспользовались случайным распределением порядка проведения опытов. Минимальное число наблюдений на каждом уровне приняли равным трем.

На начальном этапе выдвигались следующие основные (нулевые) гипотезы:

1. Фактор А не существенно влияет на качество среза ветвей ( Hл ).

2. Фактор В не существенно влияет на качество среза ветвей ( Hв ).

3. Взаимодействие факторов А и В не существенно влияет на исследуемую величину - качество среза ветвей ( HАВ ).

Проверка условий применимости дисперсионного анализа сделала обоснованным его использование в нашем случае для оценки влияния факторов А и В на исследуемую величину - качество срезов ветвей.

По стандартной методике рассчитывались основные параметры модели двухфакторного дисперсионного анализа: межгрупповые дисперсии, дисперсии взаимодействия факторов, остаточная и общая дисперсии. Расчет межгрупповых дисперсий проводился с помощью стандартных функций табличного процессора Microsoft Excel. Результаты расчета представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты расчета межгрупповых дисперсий

Компонента дисперсии Суммы квадратов Число степеней свободы Средние квадраты

Межгрупповая дисперсия (фактор А) 0,08221 9 0,00913

Межгрупповая дисперсия (фактор В) 0,12513 1 0,12513

Взаимодействие 0,01444 9 0,00160

Остаточная 0,02340 40 0,00059

Общая 0,24517 59

Определив экспериментальные значения критерия Фишера-Снедекора /А =15,61, /в =77,99, /АВ =2,74, и сравнив их с табличными значениями критерия /Акр =2,12, /Вкр =5,12, /ЛВкр =2,12, делаем выводы:

- по фактору А: для уровня значимости а = 0,05 нулевую гипотезу НА отвергаем, то есть, считаем, что среднеквадратическое отклонение высоты неровностей микропрофиля междурядья существенно влияет на качество среза ветвей;

- по фактору В\ для уровня значимости а = 0,05 нулевую гипотезу Нв отвергаем, то есть, считаем, что наличие устройства стабилизации рабочих органов существенно влияет на качество среза ветвей;

- по взаимодействию факторов А и В: для уровня значимости а = 0,05 нулевую гипотезу НАВ отвергаем, то есть, считаем, что взаимодействие сред-неквадратического отклонения высоты неровностей микропрофиля междурядья и факта наличия устройства стабилизации рабочих органов существенно влияет на качество среза ветвей.

Кроме того, в результате эксперимента установлено, что около 33,5% общей выборочной вариации показателя качества среза ветвей связано с влиянием высоты неровностей микропрофиля междурядий плодового сада и около 51%-с влиянием факта наличия у контурного обрезчика устройства стабилизации рабочих органов. Таким образом, анализируя данные эксперимента, можно утверждать, что применение устройства стабилизации рабочих органов в машине для контурной обрезки плодовых деревьев в значительной степени компенсирует негативное влияние неровностей микропрофиля междурядья на качество среза ветвей.

Анализом существенности различий между средними значениями показателя качества срезов, выполненных серийной и модернизированной машинами, установлено, что при уровне значимости а = 0,05 количество качественных срезов, выполненных серийной машиной МКО-3, меньше в среднем на 11,3%. Таким образом, различие средних значений показателя качества срезов при применении этих двух машин не случайно и связано именно с наличием устройства стабилизации рабочих органов.

Установлено также, что при уровне значимости а = 0,05 среднее значение показателя качества среза ветвей во всей генеральной совокупности содержится в доверительном интервале 83,1 % < хг < 86,3%.

Испытания модернизированной машины проводились в апреле 2011 года в сельскохозяйственном предприятии ТНВ (товарищество на вере) «Десна» Брянской области. Во время испытаний была проведена агротехническая и эксплуатационная оценка работы машины для контурной обрезки. Результаты оценки приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Показатели качества работы модернизированной машины для контурной обрезки плодовых деревьев в сравнении с серийной машиной для контурной обрезки МКО-3___

Наименование показателей Серийная машина МКО-3 Модернизированная машина

Дата экспериментальных исследований апрель 2011 г.

Культура / Сорт Яблоня / Зимнее полосатое, Спартан

Схема посадки 7x4

Возраст деревьев, лет 10

Средняя влажность плодовой древесины, % 69

Трактор МТЗ-80

Скорость агрегата, км/ч 2,5

Среднеквадратическое отклонение высоты неровности поперечного микропрофиля междурядья, см 1,34... 3,32

Наличие устройства стабилизации рабочих органов нет есть

Качественные показатели среза, % Хороший Удовлетворительный С задиром Расщепленный Смятый со сломом 63 17 12 4,5 3,5 71 20 5,5 2,5 1

Коэффициент использования времени смены 0,6 0,67

Сменная производительность, га 8,0 8,74

Анализируя данные таблицы 3, можно утверждать, что и модернизированная машина для контурной обрезки плодовых деревьев, оснащенная устройством стабилизации рабочих органов, и серийная машина МКО-3 удовлетворяют агротехническим требованиям - количество некачественных срезов не превышает 20%. У модернизированной машины общее количество некачественных срезов — с задиром, расщепленных и смятых со сломом — уменьшилось на 35% по сравнению с серийной машиной МКО-3. Количество хороших и удовлетворительных срезов возросло на 12, 7% и 17,6% соответственно.

Сменная производительность модернизированной машины, оснащенной устройством стабилизации рабочих органов, возросла вследствие сокращения времени на простои по причине технических неисправностей, возникающих в процессе работы (застревание ветвей в пилах, поломка пил, регулировка режущих аппаратов) на 9,3% по сравнению с серийной машиной.

В четвертой главе «Экономическая эффективность применения механизированной контурной обрезки кроны плодовых деревьев» представлены результаты оценки экономической целесообразности практического использования машины для контурной обрезки плодовых деревьев.

Для сравнения экономической эффективности выполнения контурной обрезки плодовых деревьев различными машинами - базовой МКО-3, и предлагаемой машиной, снабженной устройством стабилизации рабочих органов, был произведен расчет технико-экономических показателей (Табл. 4) операции обрезки. В качестве системы показателей экономической эффективности применения механизированной контурной обрезки кроны плодовых деревьев выбраны удельные показатели годовой экономии и годового экономического эффекта.

Таблица 4 - Технико-экономические показатели механизированной контурной обрезки кроны плодовых деревьев__

Показатели Технологическая операция контурной обрезки плодовых деревьев Отличие показателей по отношению к базовой машине, %

Энергетическое средство МТЗ-80

Сельскохозяйственная машина (СХМ) Базовая машина МКО-3 Модернизированная машина

Производительность МТА, га/смену 8,0 8,74 9,3%

Цена трактора, руб. 485000,0 485000,0 -

Цена сельскохозяйственной машины, руб. 446610,00 449091,2 0,6%

Цена машинно-тракторного агрегата (МТА), руб. 1266989,6 1270364,0 0,3%

Удельные затраты на амортизацию МТА, руб./га 577,33 467,36 -19,0%

Удельные затраты на ремонт, техническое обслуживание и хранение МТА, руб./га 593,65 518,95 -12,6%

Удельные затраты на топливо и смазочные материалы, руб./га 363,43 353,25 -2,8%

Затраты на оплату труда рабочих на единицу работы, руб./га 492,07 450,26 -8,5%

Прямые удельные денежные затраты на единицу работы МТА, руб./га 2026,47 1789,82 -11,7%

Годовая экономия, руб./га 236,65 -

Годовой экономический эффект, руб./га 327,05 -

Прямые удельные денежные затраты на единицу работы машинно-тракторного агрегата при контурной обрезке предлагаемой машиной меньше на 11,7%, чем при выполнении того же технологического процесса базовой машиной.

Годовая экономия денежных средств при применении предлагаемой машины составит 236,65 руб./га, а годовой экономический эффект 327,05 руб./га, что говорит о целесообразности изготовления и практическом применении машины для контурной обрезки плодовых насаждений, оснащенной устройством стабилизации рабочих органов.

Для экономического анализа производства плодов яблони, нами было проведено исследование на уровне сельскохозяйственного предприятия ТНВ «Десна» Брянской области. В хозяйстве 757 га земельных угодий, в том числе 170 га многолетних насаждений.

Сравнительная экономическая оценка производства плодов яблони в 2009-2011 годах показывает, что с. применением модернизированной машины для контурной обрезки урожайность плодов яблони в 2011 г. возросла более, чем на 10% по сравнению с 2010 г. Производственные затраты возросли на 2,72%, что почти в 2 раза меньше аналогичного показателя за 2010 г. Полная себестоимость продукции снизилась на 6,86%, аналогичный показатель за 2010 г. составляет только 0,6%. Отмечается рост прибыли и уровня рентабельности более, чем на 20%, почти в 2 раза вырос годовой экономический эффект от производства плодов.

Таблица 5 - Показатели экономической эффективности выращивания яб-

Годы Показатели — 20р9 2010 Отличие показателей 2010 г. по отношению к 2009 г., % 2011 Отличие показателей 2011 г. по отношению к 2010 г., %

Цена реализации продукции, тыс. руб./т 17,8 18,5 3,93 19,1 3,24

Урожайность, т/га 2,96 3,11 5,07 3,43 10,29

Валовой сбор, т 503,2 528,7 5,07 583,1 10,29

Производственные затраты, тыс.руб./га 25,71 26,85 4,43 27,58 2,72

Стоимость продукции, тыс.руб./га 52,688 57,535 9,20 65,513 13,87

Полная себестоимость, тыс.руб./т 8,69 8,63 -0,60 8,04 -6,86

Прибыль, тыс.руб./га 26,978 30,685 13,74 37,933 23,62

Уровень рентабельности, % 104,93 114,28 8,91 137,54 20,35

Годовой экономический эффект, тыс.руб./га - 3,707 7,248 95,52

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ существующих технических средств для обрезки кроны плодовых деревьев показал, что наиболее производительным является механизированный способ с использованием машин для контурной обрезки плодовых деревьев. В результате исследований конструкций существующих отечественных и зарубежных машин для контурной обрезки сформулированы основные требования, которым должна удовлетворять современная машина для контурной обрезки плодовых деревьев, обеспечивающая качественное выполнение операции по обрезке: фронтальное расположение, симметричное расположение рабочих органов, оборудованных дисковыми пилами, гидравлический привод рабочих органов и устройство стабилизации рабочих органов.

2. При наличии неровностей междурядья колебания машины передаются на режущий аппарат, что снижает в конечном итоге качество поверхности срезаемых ветвей и может привести к поломке самих режущих аппаратов. Известные устройства стабилизации рабочих органов сложны в изготовлении и ненадежны в эксплуатации. В связи с этим, возникла необходимость в создании устройства стабилизации рабочих органов машины для контурной обрезки плодовых деревьев, отличающегося простотой, но качественно и надежно выполняющего заданную функцию.

3. В ходе теоретических и экспериментальных исследований поперечного микропрофиля междурядий плодового сада выявлены его основные вероятностные характеристики: математическое ожидание м(н) = 7,01 см; дисперсия £>(#)= 5,23 см2; среднее квадратическое отклонение а = 2,29 см; и в результате разработано устройство стабилизации рабочих органов машины для контурной обрезки плодовых деревьев с параметрами: жесткость пружины с = 45 Н/м, динамическая вязкость гидроцилиндра у = 0,0796 Пас и соответствующая ей кинематическая вязкость Г] = 89,4 мм2/с.

4. Установлено, что основными факторами, влияющими на качественные показатели процесса обрезки, являются среднеквадратическое отклонение высоты неровности междурядий плодового сада а и факт наличия устройства стабилизации на машине для контурной обрезки.

5. Выявлено в результате полевого эксперимента при доверительной вероятности 0,95 методом дисперсионного анализа, что среднеквадратическое отклонение высоты неровностей микропрофиля междурядья и факт наличия демпферного устройства на контурном обрезчике оказывают существенное (значимое) влияние на исследуемую величину - показатель качества срезов ветвей. Различие значений показателя качества срезов на 11,3% при применении серийной машины для контурной обрезки и модернизированной машины, оснащенной устройством стабилизации рабочих органов, не является случайным и связано именно с наличием этого устройства. Доверительный интервал, в котором с надежностью у = 0,95 содержится среднее значение показателя качества среза ветвей имеет вид: 83,1% < х г < 86,3%.

Применение машины, оснащенной устройством стабилизации рабочих органов, для контурной обрезки плодовых деревьев позволяет повысить производительность машины при обрезке на 9,3% и снизить прямые удельные денежные затраты на 11,7%. Годовая экономия при применении машины, оснащенной устройством стабилизации рабочих органов, составляет 236 руб./га, годовой экономический эффект - 327,05 руб./га, что говорит о целесообразности ее применения для контурной обрезки промышленных садов. Дополнительный годовой эффект выращивания плодов яблони при качественной обрезке ее предлагаемой машиной составляет 7,25 тыс. руб./га.

Публикации по теме диссертации

— в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации результатов диссертаций:

1. Панкова, Е.А. Модернизация машины для контурной обрезки садов / И.А. Успенский, P.A. Панков, Е.А. Панкова, Е.А. Карцев // Тракторы и сельскохозяйственные машины. — 2011. - №5. С. 16-17.

2. Панкова, Е.А. Экспериментальные исследования смещения режущего бруса контурного обрезчика / И.А. Успенский, P.A. Панков, Г.И. Кадыкало, Е.А. Панкова // Сельскохозяйственные машины и технологии. - 2012. — №1. С. 12-13

3. Панкова, Е.А. Характеристики микропрофилей междурядий в садах / И.А. Успенский, Е.А. Панкова, И.А. Юхин, А.Б. Пименов // Нива Поволжья. -2012.-№ 1(22). С. 96-99

— во всероссийских научных изданиях:

4. Панкова Е.А. Машина для контурной обрезки плодовых насаждений с устройством стабилизации рабочего органа / Н.В. Бышов, Е.А. Панкова, И.А. Успенский, И.А. Юхин // Вестник РГАТУ - 2011. - №4(12). С. 29-32

Подписано в печать 26.03.2012. Формат 60x84 у/\ь- Бумага офсетная. Печать на ризографе. Усл. печ. л. 1,4. Тираж 100 экз. Заказ № 1523.

Отпечатано

в ГУЛ «Брянское областное полиграфическое объединение» 241019, г. Брянск, пр-т Ст. Димитрова, 40

61 12-5/2356

ФГБОУ ВПО «РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. П.А. КОСТЫЧЕВА»

На правах рукописи

Панкова Елена Анатольевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АГРЕГАТА ДЛЯ МАШИННОЙ КОНТУРНОЙ ОБРЕЗКИ ПЛОДОВЫХ ДЕРЕВЬЕВ

Специальность

05.20.01 - технологии и средства механизации сельского хозяйства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор БышовН.В.

Рязань 2012

СОДЕРЖАНИЕ

РЕФЕРАТ................................................................................... 5

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................. 6

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ........................................................................................ 9

1.1 Технологии возделывания плодового сада................................... 9

1.2 Анализ способов обрезки плодовых деревьев................................ 15

1.3 Основные размерные характеристики кроны и физико-механические свойства ветвей.......................................................................... 20

1.4 Анализ технических средств механизированной обрезки плодовых деревьев....................................................................................................... 24

1.4.1 Виды машин для механизированной обрезки плодовых деревьев............................................................................................................ 24

1.4.2 Схемы навешивания режущих аппаратов машин для контурной обрезки плодовых деревьев........................................................... 36

1.4.3 Виды режущих аппаратов машин для механизированной обрезки плодовых деревьев..................................................................... 39

1.5 Анализ устройств стабилизации рабочих органов машин для обрезки плодовых деревьев...................................................................... 41

1.6 Классификация машин для контурной обрезки плодовых деревьев..... 45

1.7 Обоснование цели и задач исследований...................................... 47

ГЛАВА 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА СТАБИЛИЗАЦИИ РЕЖУЩИХ АППАРАТОВ ПРИ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КОНТУРНОЙ ОБРЕЗКЕ ПЛОДОВЫХ ДЕРЕВЬЕВ.............. 49

2.1 Устройство стабилизации режущих аппаратов машины для контурной обрезки плодовых деревьев...................................................... 49

2.2 Исследование неровностей междурядий плодового сада................ 51

2.2.1 Вероятностные характеристики распределения неровностей междурядий плодового сада.................................................................. 51

2.2.2 Исследование корреляционной функции междурядья.................... 55

2.2.3 Спектральная плотность воздействия неровностей междурядий плодового сада на машину для контурной обрезки и анализ ее характеристик. 64

2.3 Исследование спектральных характеристик колебаний режущего бруса машины для контурной обрезки плодовых насаждений................ 70

2.4 Расчет геометрических параметров демпферного устройства (пружины сжатия)..................................................................................................... 83

2.5 Модернизированная машина для контурной обрезки плодовых

деревьев................................................................................... 88

Выводы.................................................................................... 92

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОБРЕЗКИ ПЛОДОВЫХ ДЕРЕВЬЕВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УСТРОЙСТВА СТАБИЛИЗАЦИИ РАБОЧИХ ОРГАНОВ МАШИНЫ ДЛЯ КОНТУРНОЙ ОБРЕЗКИ ПЛОДОВЫХ ДЕРЕВЬЕВ..................... 94

3.1 Программа экспериментальных исследований.............................. 94

3.2 Методика проведения экспериментальных исследований............... 94

3.2.1 Методика экспериментальных исследований поперечного микропрофиля междурядий плодового сада............................................. 94

3.2.2 Методика экспериментальных исследований процесса обрезки кроны плодовых деревьев............................................................ 99

3.2.3 Методика планирования эксперимента................................... 100

3.3 Экспериментальные исследования процесса обрезки модернизированной машиной для контурной обрезки плодовых деревьев, оснащенной устройством стабилизации рабочих органов..................................... 105

3.3.1 Объект исследований............................................................ 105

3.3.2 Результаты экспериментального исследования качества среза ветвей плодовых деревьев................................................................ 109

3.3.2.1 Проверка условий применимости двухфакторного дисперсионного анализа................................................................................. 110

3.3.2.2 Расчет основных параметров модели двухфакторного дисперси-

онного анализа.......................................................................... 112

3.3.2.3 Проверка существенности различий между средними значениями показателя качества срезов при механизированной обрезке плодовых деревьев................................................................................... 114

3.3.3 Доверительный интервал для оценки среднего значения показателя качества среза ветвей.................................................................. 117

3.3.4 Результаты полевых исследований.......................................... 118

Выводы................................................................................. 120

ГЛАВА 4 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕХАНИЗИРОВАННОЙ КОНТУРНОЙ ОБРЕЗКИ КРОНЫ ПЛОДОВЫХ ДЕРЕВЬЕВ............................................................ 122

4.1 Цель и объект экономического обоснования ................................ 122

4.2 Сравнительная экономическая оценка механизированной контурной обрезки кроны плодовых насаждений............................................. 123

4.3 Расчет экономической эффективности выращивания яблони при

обрезке ее различными агрегатами.................................................. 130

Выводы.................................................................................... 133

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ..................................................................... 134

ЛИТЕРАТУРА........................................................................... 136

ПРИЛОЖЕНИЯ......................................................................... 148

РЕФЕРАТ

Механизированная обрезка — один из основных агротехнических приемов по уходу за плодовыми деревьями, при помощи которого регулируются их рост и плодоношение. На ее долю приходится 24,4% всех трудовых затрат. Основные задачи обрезки: создание прочного и долговечного дерева, способного давать и выдерживать обильные урожаи; получение плодов высокого качества; продление периода плодоношения дерева.

Существующие машины для контурной обрезки плодовых насаждений не используются масштабно, так как качество проводимой ими обрезки не соответствует предъявляемым к ним требованиям. Одна из причин некачественной обрезки - отсутствие устройства гашения колебаний режущих аппаратов.

Целью настоящей диссертационной работы является повышение качества выполнения механизированной обрезки в садах путем разработки устройства стабилизации рабочих органов машины для контурной обрезки плодовых деревьев.

В процессе работы проводились экспериментальные исследования микропрофиля междурядий сада с целью получения статистических характеристик вынуждающей силы, вызывающей перемещение режущего аппарата машины для контурной обрезки относительно агрегата.

Для проведения лабораторно-полевых исследований был создан лабораторный образец устройства гашения колебаний режущего бруса. В процессе исследований определены основные характеристики устройства. Производственные испытания показали работоспособность и эффективность использования предлагаемого технического решения по гашению колебаний режущих аппаратов контурного обрезчика. При сравнительном анализе экономических показателей был получен экономический эффект от применения устройства для гашения колебаний режущего бруса.

ВВЕДЕНИЕ

Обрезка - одна из трудоемких процессов в садоводстве, поэтому облегчение этой операции имеет большое значение. При механизированной обрезке проводят прорезку коридоров между рядами (боковая обрезка) и снижение крон высоких деревьев в полновозрастных насаждениях. Однако, при этом отмечается сильный восстановительный рост и загущение кроны, что снижает эффективность данной операции. Применение контурной обрезки, начиная с молодого возраста насаждений, сглаживает этот недостаток [1].

В комплексе агротехнических мероприятий обрезка деревьев занимает важное место. Для растений требуются, прежде всего, минеральные элементы питания, свет, воздух, вода, необходимые для их нормального роста и развития. Чтобы питание дало максимальный экономический эффект, плодовым деревьям необходима обрезка. Уменьшение габаритов крон сокращает затраты ручного труда и повышает производительность труда при съеме плодов [2].

Обрезка является одной из важнейших операций по уходу за садом, регулирующей рост и плодоношение деревьев. Эффективная механизация работ в садах невозможна без контурной обрезки (ограничения кроны деревьев по ширине и по высоте), так как разрастающаяся крона препятствует перемещению машинно-тракторных агрегатов.

Под механизированной контурной обрезкой следует понимать обрезку периферийной части кроны - всех ветвей и побегов в верхней части и с боковых сторон плодового дерева, проведенную машинами с различными режущими аппаратами по заранее определенному контуру [3].

Механизированная контурная обрезка проводится с учетом состояния плодовых деревьев, конструкций насаждений, габитуса кроны, наличия годичного прироста и схемы размещения растений [4].

Затраты труда на обрезку кроны деревьев составляют 22 - 25 % всех затрат на возделывание плодовых насаждений на 1 гектар [5].

Изучению технологического процесса обрезки посвящены работы Г.П. Варламова, В.В. Бычкова, JI.A. Шомахова, A.A. Цымбала, В.А. Павленко, В.К. Кутейникова, Б.И. Пименова, Г.И. Кадыкало, А.П. Драганцева, Н.П. Донских, А.Н. Фисенко, Н.М. Куренного, Р.П. Кудрявца, П.Г. Шита, М.Д. Мокана, П.С. Гельдфандбейна, В.М. Васюты и др.

Сложность механизации обрезки объясняется несовершенством конструкции машин, их режущих аппаратов, разнообразием ветвей по толщине, бессистемным расположением их в кроне и другими факторами. Все это обуславливает индивидуальный подход к каждой ветви [6]. Важным недостатком существующих машин для контурной обрезки плодовых деревьев является отсутствие устройства гашения колебаний режущих аппаратов, что значительно снижает качество проводимой обрезки и приводит к недолговечности работы дисковых пил.

Поэтому разработка машины по уходу за плодовыми насаждениями, которая была бы снабжена устройством гашения колебаний режущих аппаратов, является актуальной задачей.

На современном уровне развития компьютерной техники существуют высокоэффективные программные продукты для статистического и математического анализа данных. Поэтому применение подобных программных комплексов при решении проблем механизации садоводства также является современным инструментом научных исследований.

Научная новизна диссертационной работы состоит в:

- разработке методики, позволяющей получить статистическую модель, описывающую поперечный микропрофиль междурядий плодового сада, с целью определения основных его вероятностных и статистических характеристик.

- разработке математической модели, описывающей смещение режущего аппарата машины для контурной обрезки плодовых деревьев, оснащенной устройством стабилизации рабочих органов, относительно трактора

в случае случайной вынуждающей силы, позволяющая определить основные параметры устройства. Практическую значимость составляет разработка устройства стабилизации рабочих органов машины для контурной обрезки плодовых насаждений, обеспечивающее повышение качества среза путем снижения уровня поперечных колебаний режущих аппаратов относительно энергетического средства. Экспериментально доказана целесообразность наличия устройства стабилизации рабочих органов в конструкции машины для контурной обрезки плодовых деревьев. Применение полученных результатов исследований диссертационной работы обеспечит повышение качества обрезки плодовых деревьев, значительно расширит технологические возможности машины, позволит увеличить сезонную загрузку агрегата по уходу за садами.

Работа выполнена по плану НИР ФГБОУ ВПО РГАТУ на 2011...2015гг. по теме №73.31.41 гос. per. 01201174433 в рамках раздела 5.4 «Повышение эффективности использования транспортных и технологических машин путем совершенствования технологии и технических средств производства, транспортировки, погрузки и разгрузки плодоовощной продукции». На защиту выносятся следующие положения:

1. Конструктивная схема устройства стабилизации рабочих органов машины для контурной обрезки плодовых насаждений.

2. Математическая модель, описывающая смещение режущего бруса машины для контурной обрезки плодовых деревьев, оснащенной устройством стабилизации рабочих органов, относительно трактора с течением времени.

3. Результаты экспериментальных исследований технологического процесса обрезки плодовых деревьев с использованием устройства стабилизации рабочих органов контурного обрезчика.

4. Результаты экономической оценки применения машины для контурной обрезки плодовых насаждений, оснащенной устройством стабилизации рабочих органов.

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Технологии возделывания плодового сада

Технологию возделывания плодового сада составляет обширный комплекс мероприятий, начиная с анализа климатических условий и рельефа местности и заканчивая уборкой урожая.

Особое внимание заслуживает закладка сада по той причине, что ошибки, допущенные при этом, в дальнейшем трудно исправить, так как плодовые деревья высаживаются один раз на много лет. Начинать закладку сада, считают многие ученые-садоводы [7], необходимо с тщательного анализа климатических факторов в зоне закладки: высоты снежного покрова в зимний период, запаса воды в снеге, глубины промерзания почвы, средние значения минимальных температур в период зимовки и многих других. Лучшим рельефом для закладки сада считают широковолнистый рельеф с пологими склонами, направление склона можно не принимать во внимание. Участок должен иметь хороший воздушный дренаж (свободный отток холодного воздуха) и быть выровненным.

При предпосадочной обработке почвы проводят вспашку на глубину гумусового горизонта (20-25 см) плугами общего назначения ППН-50, ППУ-50А. Пашню выравнивают тяжелой дисковой бороной БДСТ-2,5 в два следа или культиватором КСГ-5.

Земельная территория, выбранная под сад, при помощи теодолита сначала разбивается на кварталы с размещением магистральных и межквартальных дорог, садозащитных насаждений, оросительной сети, хозяйственно-бытовых построек. В условиях средней полосы площадь квартала в зависимости от зоны может быть 3-8 га.

Перед посадкой проводят внутриквартальную разбивку с определением центров посадочных мест согласно принятым схемам. Разбивку проводят с

высокой точностью, обеспечивающей в дальнейшем высокопроизводительную работу агрегатов и сохранность посадок от повреждений машинами и сельскохозяйственными орудиями. Широко используется механизированная разбивка при помощи агрегата КРН-4,2. Сроки посадки определяются с учетом климатических условий и биологических особенностей плодовой породы. Саженцы плодовых культур высаживают весной и осенью. При механизированной посадке используют машины для посадки саженцев плодовых культур МПС-1 и МПС-2М. Посадочные ямы для ручной посадки диаметром 50-60 см и глубиной 60-70 см копают с помощью бура садового БС-500 или ямокопателя ЯК-0,7.

По различиям в технологии возделывания в мировой практике выделяют экстенсивные и интенсивные сады. Различия в этих технологиях обусловлены в основном разной плотностью посадки деревьев, использованием разных видов подвоев и применением различных подходов к обрезке.

При экстенсивной технологии возделывания садов плотность посадки не превышает 1000 дер./га. В основном используется посадочный материал на семенных и среднерослых подвоях. Целью формирующей обрезки в существующих экстенсивных садах является завершение формирования крон в течение 6-7 лет, создание мощной плодовой стены с большим потенциалом продуктивности, а уж затем, при контроле над параметрами крон, обеспечение всех необходимых условий для обильного плодоношения с постоянным или периодическим обновлением плодовых ветвей во всех зонах кроны. Для этого необходимо поддерживать у растений высокую ростовую активность, иначе насаждения вступают в периодическое плодоношение с резким снижением качества плодов. В таких садах основные ветви кроны должны иметь

о о

углы отклонения от ствола в 45 -50, чтобы впоследствии после вступления дерева в плодоношение эти ветви, имея нормальный угол деформации, не теряли бы сильно ростовую активность, обеспечивающую товарное качество плодов.

Применяя интенсивную технологию, обрезкой преследуют часто совершенно противоположные цели. При плотности более 2-3 тысяч растений на гектаре, а тем более при плотности 4-5 тысяч, плодовую стену создавать нет необходимости - она создается в момент закладки сада. Здесь главная задача обрезки состоит в ограничении ростовой активности деревьев и переводе всех ветвей на плодоношение. Второй задачей обрезки является создание в кроне светового режима, обеспечивающего хорошую окраску плодов, что повышает их товарные качества.

В �