автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Создание конструкций и обоснование параметров рабочих органов кассетной рассадопосадочной машины

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследования.7

1. 1. Агротехника рассадного способа возделывания овощных культур и перспективы ее развития.

1.2. Основные направления развития конструкций кассет для выращивания и посадки рассады.

1.3. Физико-механические и технологические свойства рассады.

Выводы.

1.4. Цель и задачи исследований.

Глава 2. Теоретическое обоснование рабочих органов кассетной рассадопосадочной машины.26

2.1. Расчет спирально-ленточной ячеистой кассеты.

2.2. Расчет допустимого натяжения ленты кассеты.

2.3. Выбор диаметра ролика для раскрытия ячеек кассеты.

2.4. Анализ гравитационного способа посадки рассады.

2.5. Кинематика лентопротяжного механизма.

2.6. Выбор оптимальных режимов работы двухдискового посадочного аппарата.

Выводы.

Глава 3. Программа и методика экспериментальных исследований.

Оборудование и приборы.64

3.1. Программа экспериментальных исследований.

3.2. Разработка конструкции экспериментального стенда и общая методика исследований.

3.3. Методика определения физико-механических и технологических свойств рассады, приборы и оборудование.

3.4. Экспериментальная модель рассады.

3.5. Методика исследования гравитационного способа посадки рассады.

3.6 Методика исследования процесса посадки рассады двухдисковым посадочным аппаратом.

3.7. Методика и стенд для оценки равномерности размещения рассады в кассете.

3.8. Методика полевых опытов.

Глава 4. Анализ результатов экспериментальных исследований. 85

4.1. Физико-механические и технологические свойства рассады.

4.2. Результаты лабораторно-полевых исследований гравитационного способа посадки рассады.

4.3. Результаты лабораторно-полевых исследований двухдискового посадочного аппарата.

Выводы.

Глава 5. Оценка экономической эффективности кассетной рассадопосадочной машины и внедрение результатов исследований. 115

5.1. Описание конструкции кассетной рассадопосадочной машины АРМ-4.

5.2. Результаты производственных испытаний кассетной рассадопосадочной машины.

5.3. Расчет экономической эффективности.

5.4. Реализация результатов исследований.

Выводы.

Овощеводство в нашей стране - наиболее интенсивно развивающаяся отрасль сельского хозяйства. За последние три десятилетия валовой сбор овощей вырос в три раза и достиг уровня 28 млн. т. при расширении посевных площадей за этот же период лишь на 20%. Однако спрос населения на продукты овощеводства непрерывно растет. На ближайшую перспективу ежегодное потребление овощей планируется довести до 126-135 кг на душу населения. Для достижения этой цели среднегодовой сбор овощей должен быть увеличен до 37-39 млн. т. /18/.

Решающую роль в выполнении поставленной задачи, наряду с другими факторами, оказывает специализация и концентрация овощеводческих хозяйств на базе комплексной механизации и автоматизации технологического процесса возделывания овощных культур. Ускорение процесса специализации и концентрации овощеводства сдерживается крайне высокой трудоемкостью возделывания овощных культур: в 80 раз выше, чем зерновых, и в 6-7 раз выше, чем картофеля и сахарной свеклы /2/. Следует отметить, что особо трудоемкими в овощеводстве являются культуры, возделываемые рассадным способом. Затраты труда на выращивание и посадку рассады составляют 36% от общей трудоемкости возделывания и уборки овощных культур. А к 1990 г. они увеличатся до 50%, вследствие внедрения в производство высокопроизводительных комплексов машин для ухода и уборки овощных культур, снижающих затраты труда на этих операциях на 40% /5/. В связи с этим, проблема комплексной механизации процессов выращивания и посадки рассады приобретает актуальное значение в современном овощеводстве. Решение этой проблемы требует коренных изменений как в организации всего процесса производства рассады для открытого грунта, так и в технологии ее выращивания и посадки.

Научно обоснованной организацией рассадного хозяйства является специализированный рассадно-овощной комплекс на базе пленочных теплиц с годовым объемом производства рассады 20-40 млн. шт. /34/. Такой уровень концентрации производства рассады для открытого грунта при средней трудоемкости, равной 5-6 чел.-ч на 1000 шт. /29/, практически неосуществим из-за недостатка квалифицированных рабочих в зонах интенсивного овощеводства. Производство рассады в специализированных рассадно-овощных комплексах возможно лишь на промышленной основе по единой технологии с высоким уровнем механизации.

Разработка и внедрение технических средств для комплексной механизации процессов выращивания, выборки и посадки рассады обеспечат технологическую взаимосвязь между выращиванием рассады в пленочных теплицах и ее посадкой в открытый грунт, повысят производительность и эффективность труда на этих операциях.

На основании анализа отечественных и зарубежных научно-технических достижений в овощеводстве выбран кассетный способ производства и посадки рассады, удовлетворяющий требованиям технологической взаимосвязи между процессами выращивания, выборки и посадки рассады в открытый грунт. Поэтому настоящая работа посвящена созданию конструкции и обоснованию параметров рабочих органов кассетной рассадопосадочной машины.

Разработка и внедрение комплекса машин для кассетного способа производства и посадки рассады обеспечат снижение затрат труда в 7-10 раз, повышение производительности рассадопосадочных машин в 2-3 раза.

На защиту выносятся следующие основные положения.

1. Результаты исследований по выбору принципиальной схемы и обоснованию параметров рабочих органов кассетной рассадопосадочной машины.

2. Результаты исследований и лабораторно-полевых испытаний кассетной рассадопосадочной машины в условиях открытого и защищенного грунта.

3. Результаты агротехнической и эксплуатационно-технологической оценки макетных образцов кассетной рассадопосадочной машины.

4. Данные по технико-экономической эффективности кассетной рассадопосадочной машины в производстве.

Результаты настоящей работы использованы: Научно-исследовательским институтом овощного хозяйства - НИИОХ при разработке агротехнических требований на комплекс машин для кассетного способа производства и автоматической посадки рассады (Система машин 1981-1990 г.г., поз.: Р66.69, Р66.70, Р66.110), ГСКБ по машинам для овощеводства при разработке конструкции макета кассетной рассадопосадочной машины.

Результаты настоящей работы были использованы в смежных отраслях: Институтом картофельного хозяйства - ИКХ при разработке средств механизации выращивания и посадки сеянцев картофеля /11,12/, Институтом садоводства (НИЗИСНП) при разработке средств механизации посадки земляники /36/, КубНИИТИМом при разработке ОСТ 70.5.3-82 /60/.

Работа выполнена во Всесоюзном ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте сельскохозяйственного машиностроения им. В.П. Горячкина в соответствии с темой 06.706-76 «Изыскание технических средств для кассетного способа производства рассады и автоматической посадки» ( 1976-1984 г.г.). Лабораторно-полевые исследования и производственная проверка проводилась в Опытном хозяйстве Научно-исследовательского института овощного хозяйства (ОПХ НИИОХ), г. Мытищи.

Разработаны, изготовлены и испытаны макетные образцы пластмассовых ячеистых кассет и кассетная рассадопосадочная машина. Конструкции кассеты и рассадопосадочной машины выполнены на уровне изобретений, запатентованных в ГДР, Голландии, США, Финляндии, Японии /38, 39, 55-59/.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Проведенный анализ принципиальных схем и конструкций кассет для выращивания рассады и рассадопосадочных машин позволил установить, что наиболее перспективным и экономически выгодным является использование спирально-ленточных кассет и машин, обеспечивающих механизированную выборку и посадку рассады.

2. На основании данных исследований выбран минимально допустимый объем ячейки кассеты, равный 85-95 см , и определены основные параметры кассеты: наружный диаметр 1050 мм, диаметр отверстия под катушку 190 мм, размеры ячейки 50 х 31,8 х 60 мм, количество ячеек 500-550 шт.

3. В результате исследования динамики взаимодействия рассады с рабочими органами для ее посадки из кассет выявлены показатели размерно-весовой характеристики, физико-механических и технологических свойств рассады, влияющие на выбор параметров и режимов работы этих рабочих органов, и определены их предельные значения:

- напряжение разрыва стебля рассады в зоне штамба не менее 0,9 МПа;

- напряжение сжатия стебля рассады в зоне штамба не менее 0,5 МПа;

- отношение массы комлевой части рассады ко всей ее массе не более

0,8;

- радиус инерции рассады относительно центра ее тяжести 7-8 см;

- радиус изгиба стебля рассады в зоне штамба не менее 50 мм при влажности стебля 87%;

- высота стебля рассады не менее 15 см.

4. Теоретическими и экспериментальными исследованиями гравитационного способа посадки рассады из кассет установлено, что в условиях защищенного грунта качественная посадка рассады достигается при высоте свободного падения на дно борозды не менее 530 мм, при этом, отклонение стебля высаженной рассады от вертикали в пределе ±300 обеспечивается ориентирующей поверхностью сошника, расположенной наклонно относительно горизонтальной плоскости на угол меньший, а относительно вертикальной плоскости на угол больший угла трения листьев кроны рассады по материалу поверхности. Размеры ориентирующей поверхности должны соответствовать средней высоте стебля рассады. Частота посадки рассады, обеспечивающая минимальную дисперсию среднего значения шага посадки, должна находиться в пределе 3-4 с-1.

5. Для обеспечения качественной посадки рассады из кассет в условиях открытого грунта рекомендуется использовать рассадопосадочную машину с двухдисковым посадочным аппаратом, армированным по периферии дисков пористой резиной, жесткостью не более 2000 Н/м и сечением 2 х 2 см. Диаметр посадочных дисков должен быть не менее 700 мм, а для предохранения короны листьев рассады от повреждения внутренний зазор между дисками - не менее 40 мм, угол схода дисков в зоне захвата рассады и в зоне ее посадки - не более 250, диаметр ролика, раскрывающего ячейки кассеты, должен равняться 3,6 высоты перегородки ленты кассеты и равен 115 мм.

6. Найдена закономерность захвата рассады из ленты кассеты двухдисковым посадочным аппаратом, на основании которой определена и экспериментально подтверждена максимально допустимая разница между окружной скоростью дисков и скоростью ленты кассеты, равная 2,4 м/с и ограничивающая верхний предел частоты посадки рассады, равной 5 с-1 при шаге посадки свыше 35 см, и равной 10 с-1 при посадке с шагом менее 20 см, при этих условиях исключается повреждаемость стебля рассады.

7. Лабораторно-полевыми опытами установлено, что отклонение стебля высаженной рассады от вертикали в пределах, допускаемых агротехническими требованиями ±300, обеспечивается превышением окружной скорости посадочных дисков над скоростью поступательного движения агрегата в 1,3-1,5 раза.

8. Хозяйственная проверка показала, что применение спирально-ленточных кассет и машины для посадки рассады из кассет повышает производительность на выборке рассады в 9-10 раз, а на посадке - в 6-7 раз. Годовой экономический эффект от использования рассадопосадочной машины со спирально-ленточными кассетами составляет 225 руб./га. Ожидаемый народнохозяйственный эффект от использования комплекса машин для кассетного способа выращивания м посадки рассады га площади 36000 га составляет 15,83 млн. руб.

9. Результаты исследований были использованы в ГСКБ по машинам для овощеводства при разработке конструкторской документации на автоматическую рассадопосадочную машину и пластмассовую спирально-ленточную кассету (С.М. поз. Р66.70; Р66.110).

1. Абашкин А.С. Технологические свойства рассады как посадочного материала. Сб. трудов МолдНИИОЗиО, вып. 2, т. 10, 1972, с.30-141.

2. Бакулев Л.С., Сивашинский И.И. Разработка технологий промышленного производства овощей. Научно-технический прогресс в овощеводстве. Тр. НИИОХ, т. 12 и 13. М.,1980, с.49-58.

3. Бать М.И., Джанелидзе Г.Ю., Кельзон А.С. Теоретическая механика в примерах и задачах, изд. «Наука», М., 1973 т. 3, с.355-356.

4. Беляев Е.А., Шульженко Б. А., Параева Т. А. Основные направления механизации выращивания и посадки рассады. Картофель и овощи, № 11, 1972, с.25.

5. Беляев Е.А., Шульженко Б.А. Исследование процесса автоматической подачи рассады в посадочный аппарат рассадопосадочной машины. Тр. ВИСХОМ, вып. 93, М., 1978, с. 25-27.

6. Беляев И.М. Сопротивление материалов, изд. «Наука», М., 1976, с.278.

7. Галушко Э.Д., Емельянов А.А. Система машин для овощеводства открытого грунта и перспективы ее развития. Научно-технический прогресс в овощеводстве. Тр. НИИОХ, т. 12 и 13, М., 1980, 1980, с. 63.

8. Грановский Ю.В. Основы планирования экстремального эксперимента для оптимизации многофакторных технологических процессов. М., 1971, с. 13.

9. Добронравов В.В. и др. Курс теоретической механики, Изд. 3-е, М., 1974, с.197, 282, 297, 430, 482, 483, 495.

10. Дудоров И.Т. Актуальные вопросы экономики овощеводства.-Научно-технический прогресс в овощеводстве. Тр. НИИОХ, т. 12 и 13, М., 1980, с. 34.

11. Колчин Н.И. Механика машин. Изд. Машиностроение, М., 1972, т. 2. С. 322.

12. Липов Ю.Н. Состояние и перспективы комплексной механизации работ в защищенном грунте. Кн. Перспективы развития машин и оборудования для защищенного грунта. М., 1975, с. 6-19.

13. Логинов И.Я. и др. Сеянцы картофеля в кассетах.- Картофель и овощи, №5, 1978.

14. Матвеев В.П., Рубцов М.И. Овощеводство. М., Колос, 1978, с. 125127.

15. Мельков В.Д. Экономическая эффективность интенсивного овощеводства. М., Колос, 1980.

16. Микаелян Г.А. Основные исследования по технологии производства рассады в пленочных теплицах для открытого грунта. -Научно-технический прогресс в овощеводстве. Тр. НИИОХ, т. 12 и 13, М., 1980, с. 219-227.

17. Митков А.Л., Кардашевский С.В. Статистические методы в сельхозмашиностроении. М., Машиностроение,1978, с. 161

18. Модестова Н.А. Выращивание рассады овощных культур под пленкой. Л., Колос, Ленинградское отделение, 1978.

19. Никонов А.А. Продовольственная программа СССР. = Кн. Всенародное дело. М. ,Молодая гвардия, 1983, с.5-33, 139-163.

20. Нурметов Р.Дж. Исследование и обоснование технологии и рабочих органов для механизированной выборки безгоршечной рассады овощных культур. Автореф. дисс. на соискание ученой степени к.т.н. М., 1978.

21. Полянский В.Г. и др. Основные положения методики определения экономической эффективности новой техники, изобретений и рационализаторских предложений в тракторном и сельскохозяйственном машиностроении. М., 1978.

22. Попов Е.А. Перспективы механизации и автоматизации процессов производства и посадки горшечной рассады. Кн. Перспективы развития машин и оборудования для защищенного грунта. Изд. ОНТИ ВИСХОМ, М., 1975, с. 196-202.

23. Разалиев А.С. Исследование условий машинной зарядки кассет при выборке рассады томатов. Автореф. дисс. на соискание ученой степени к.т.н., Алма-Ата, 1980.

24. Семенов В. Ф, и др. Рассадопосадочная машина. Авт. св. № 973057, Бюлл. № 42, 15.11.82.

25. Скидан Ю.Ф., Акчурин А.Г. Основы выбора технологических систем возделывания овощных культур (рекомендации), КазСХИ, Алма-Ата, 1983, с. 26.

26. Справочник машиностроителя. Изд. Машгиз, М., 1961, т. 3, с. 166, 316, 324, 325.

27. Справочник машиностроителя. Изд. Машгиз, М., 1961, т. 4, с. 734,735.

28. Справочник конструктора сельскохозяйственных машин. Изд. Машиностроение, М., 1969, т. 4, с.30, 34.

29. Тараканов Г.И. Новое в овощеводстве. М., Знание, 1975.

30. Технология производства и посадки рассады в открытый грунт в условиях Нечерноземной зоны РСФСР (рекомендации), М., 1985.

31. Черняк А.А. Исследование и обоснование основных параметров рабочих органов рассадопосадочных машин. Дисс. на соискание ученой степени к.т.н., Ростов-на-Дону, 1964, с. 222.

32. Чубарин М.И. Рассадопосадочные машины. Кн., Машгиз, Л., 1973.

33. Чубарин М.И. Исследование качества посадки рассады. -Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства. 1970, № 5.

34. Шуин К.А. Овощные культуры. Минск, Ураджай, 1974, с.34, 126.

35. Шульгина Л.М. Научные основы промышленного производства рассады овощных культур в пленочных теплицах на Украине. Автореф. дисс. на соискание ученой степени д. с.-х. наук, Ленинград-Пушкино, 1978, с. 20.

36. Шульженко Б. А. Выбор оптимальных режимов работы двухдискового посадочного аппарата автоматической рассадопосадочной машины. Тракторы и сельхозмашины, 1978, № 12, с. 25.

37. Шульженко Б.А., Брик В.С., Церцвадзе Э.И. К исследованию гравитационного способа посадки брикетированной рассады. Сб. научн. работ НИЗИСНП - Ягодоводство в Нечерноземье, М., 1980, с. 62-73.

38. Шульженко Б.А. и др. Кассета для выращивания и пересадки рассады. Авт. свид. № 895312, Бюлл. №1, 1982.42. . Шульженко Б.А. и др. Рассадопосадочная машина. Авт. свид. № 843815, Бюлл. №25, 1981.

39. Carlson W. Bedding plants. American vegetable Grow., vol. 29, № 2, 1981, p. 30-32.

40. Lawson G. A self-propelled semi-automatic planter. American vegetable Grower and Greenhouse Grower, vol. 30, № 2, 1982, p. 8-10.

41. Rogers H. Plugging away at labor-less transplanting. American vegetable Grower and Greenhouse Grower, vol. 30, № 5, 1982, p. 8-14.

42. Swain S. Field evolution of "Annapurna Transplanter". -Agricultural mechanization in Asia, Africa, and Latin America, vol. 12, № 14, 1981, p. 16-18.

43. Splinter W. at all. Simulation studies of human errors in multiple loading transplanting. Trans. ASAE, vol. 11, № 6, 1969, p. 844-847.

44. Werken J. Automatishe plantmashine voor plantmaterial in blokjes grond. Landboumechanicatie, jg. № 9, 1980, p. 839-894.

45. Cutting O. Bandolier block planter could be aviable next year. Arable Farming, vol. 7, № 9, 1980, p. 57-59.

46. Pinkepank at all. An automatic vegetable seedling soil block transfer sistem. American sos. of agr. engineers. nr. 80-1054, 1980.

47. Зайков А.И. Установявне на физико-механическите показатели на зеленчуковия и тютюковия разсад въ връзка с определене основате изыскивания кем работните органи на разсадосадичните машини. -Селскостопанска техника, 1975, т. 12, № 3,с. 40-49.

48. Зайков А.И. Биологични, технологични и технико-икономически основи на механизираното расжасжане при зеленчуковите култури и тютюна. Автореф. на дисс. присъждане на научна степен доктор на селскостопанските науки. Пловдив, 1976.

49. Траянов Р., Георгиев М. Изследване с оглед създаване на автоматичен садачен аппарат. Селскостопанска техника, 1971, т. 8, № 4.

50. Blackbeard J. Transplanted beet could become practical proposition. -Arable Farming, vol. 7, № 8, 1981, p. 22-27.

51. Boa W. Automatic transplanting. Agricultural Engineering. vol. 34, nr. 2, p. 35-37.

52. Jensen E. Vorrichtung zum Setzen von Pflansen mit der die Wurzel umgebenden Erde. -Patent № 581912, 1933.

53. Shulzhenko B.A. at all. Maschine zum Auspflanzen von Setzlingen aus spiralförmigen Kassetten. DDR-Patent, № 144346, 1980.

54. Shulzhenko B.A. at all. Machine for transplanting seedlings from coiled cassettes. USA-Patent. № 4.253.411, 1981.

55. Shulzhenko B.A. at all. Maskin for plantering av planter ur rullkassetter. Suomi-Fanland - Patent, № 62926, 1983.

56. Shulzhenko B.A. at all. Vtrplaatsbare inrichting voor het overbrengen van zaailingen vanaf een cassette naar een planteenheid. Nederlanden-Patent, № 174121,1984.

57. Shulzhenko B.A. at all. Machine for transplanting seedlings from coiled cassettes. Japan-Patent. № 1140947, 1983.

58. Walter E., Weber W., Henkel Chr., Baumann F. Industriemassige Produktion von Gemusejungpflansen. Erfurt, 1977, s. 15-26.

59. ОСТ 70.5.3.82. Испытание сельскохозяйственной техники. Рассадопосадочные машины. Программа и методы испытания.

60. Система «Паперпот», рекламный материал и проспекты фирмы Lannen Textaat, Финляндия.

61. Система «Бокс-о-Матик», рекламный материал и проспекты фирмы VISSER, Нидерланды.

62. Автоматические измерители площадей модели ААМ-5, ААС-100, ААС-400. Рекламный материал и проспекты фирмы «Хаяси Денко», Япония.