автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Технология и средства механизации трудоемких процессов в садоводстве

ВСЕРОСИЙСКИЙ СЕЛЕКЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ САДОВОДСТВА И ПИТОМНИКОВОДСТВА

встисп

ГОЛОВНОЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЕ КОНСТРУКТОРСКОЕ БЮРО ПО КОМПЛЕКСАМ МАШИН ДЛЯ МЕХАНИЗАЦИИ РАБОТ В САДАХ, ВИНОГРАДНИКАХ, ПИТОМНИКАХ И ЯГОДНИКАХ ПО«ПЛОДСЕЛЬХОЗМАШ»

На правах рукописи

БЫЧКОВ

Валерий Васильевич

ТЕХНОЛОГИЯ И СРЕДСТВА МЕХАНИЗАЦИИ ТРУДОЕМКИХ ПРОЦЕССОВ В САДОВОДСТВЕ

ъ

Специальность 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

Диссертация в виде научнйго доклада на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1998 г

Работа выполнена в Головном специализированном конструкторском бюро по комплексам машин для механизации работ в садах, виноградниках, питомниках и ягодниках ПО "Плодсельхозмаш" (АО "Агромашина") и Всероссийском селекционно-технологическом институте садоводства и питомниководства в 1966-1998 г.г.

Официальные оппоненты:

О

/з

"^Г 1 г [

О С

У / А, ?

:1л/ ^

академик РАСХН, доктор технических наук, профессор

Г.Е.ЛИСТОПАД

доктор технических наук

В.А.ШМОНИН

доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Р. П. КУДРЯВЕЦ

Ведущее предприятие - Ир- верный центр "Садпитомникмаш" ВНИИС им. """ ^ Мичурина

4 " <

и ' / ;

Защита состоите;? "17" шо« диссертационного совета Л машиностроения (ОАО Дмитровское шоссе, 107.

С диссертацией в виде . библиотеке ОАО "ВИСХОМ".

Диссертация в виде научного до:

:ов на заседании • ¡«хозяйственного ■'2-'7, Москва,

. ознакомиться в

■^¿¡Г' мая 1998 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Плоды и ягоды имеют исключительно важное значение в питании человека, так как снабжают организм витаминами, органическими кислотами, легко усваивающимися сахарами, минеральными веществами, которые отсутствуют в других продуктах. Однако объемы производства продукции садоводства не соответствуют уровню требуемого потребления, который в настоящее время в России составляет менее 30% от рекомендованного. Не обеспечивается в требуемом количестве плодовым сырьем перерабатывающая промышленность.

Одной из объективных причин недостаточного производства традиционных плодов и ягод в России является низкий уровень механизации в отрасли, который не достигает 40%. Затраты труда на их возделывание в десятки раз больше, чем на возделывание зерновых культур.

В связи с этим создание и внедрение в садоводство современных высокопроизводительных комплексов машин по уходу, уборке, транспортировке и товарной обработке продукции имеет большое народнохозяйственное значение. При этом перед сельскохозяйственным машиностроением стоят задачи по повышению технического уровня машин, в том числе по росту производительности, снижению трудозатрат, металлоемкости, потребления топлива, улучшению условий труда обслуживающего персонала, повышению качества работы, универсальности и унификации.

Работа проводилась в соответствии с планами НИР и ОКР ВСТИСП и ГСКБ по комплексам машин для механизации работ в садах, виноградниках, питомниках и ягодниках совместно с ВИСХОМом, ВНИИС им. Мичурина, Горским СХИ и другими организациями по решению программы "Фермер" (Постановление Правительства РФ от 16.11.92 №930), Федеральной Государственной программы машиностроения для АПК России постановление Правительства РФ от 19.06.94 г. № 738), межведомственной .ч. граммы "Плоды и ягоды" (номерагосрегистрации01.87.0 058649 и01.87. 1)58659), проблемы ОСХ-бО (номер госрегистрации 01.82. 9 052603) и раслевой темы Минсельхозмаша "Совершенствование системы машин для .фмплекеной механизации работ по уборке и товарной обработке плодов, гфнограда и ягод" (номер госрегистрации 74015399). ! Цель работы - обосновать перспективные направления повышения эффективности средств механизации наиболее трудоемких технологических .фоцессов в садоводстве, обеспечивающих по отношению к базовым

изделиям рост производительности в 1,5-2 раза, снижение металлоемкости на 7-12%, расхода горючего, сокращение трудоемкости технического обслуживания на 10-25%, повышение надежности, качества работы, универсальности, улучшение условий труда обслуживающего персонала.

Объекты исследования. Технологические процессы, основные рабочие органы и машины для ухода за садами, уборки плодов и ягод, транспортировки и товарной обработки плодов.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждена сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, положительными результатами государственных испытаний разработанных машин и работы их в хозяйственных условиях как на территории России, так и СНГ, решениями о постановке на производство и актами Государственных приемочных комиссий, а также результатами испытаний машин в Болгарии, Венгрии, Румынии, Чехословакии.

Методика исследований. При выполнении работы использованы методы теоретической механики и теории вероятностей. За основу методики экспериментальных исследований принимались ОСТы 70.8.8-82, 70.9.1-84, 70.10.7-84, 70.15.1-82, РД 10.4.4-89, 10.8.2-90, 10.8.8-89, 10.15.1-91 и др. испытаний сельскохозяйственной техники, которые дополнялись частными методиками для изучения функциональных особенностей разработанных рабочих органов и получения максимального объема информации. Методика исследований предполагала применение стандартной аппаратуры, а также специально изготовленных приборов и стендов. Опыты проводились как при одно факторном изменении параметров, так и методом математического планирования многофакторных экспериментов.

Исследуемые параметры и энергетические показатели регистрировались визуально, фотографированием, ускоренной киносъемкой и тензометрированием.

Обработка и анализ результатов опытных данных проводились методами математической статистики с использованием ЭВМ.

Научную новизну представляют:

- предложенная методика расчета параметров механизированного процесса контурной обрезки плодовых деревьев по кратчайшему пути движения вдоль насаждений;

- разработанные научные основы расчета параметров плодоуборочных машин в зависимости от свойств растений, плодов, схем посадок и форм крон деревьев. Обоснованные режимы вибрации уборочных машин и параметры улавливающих рабочих органов, обеспечивающие высокую полноту сбора и сохранность убранной продукции;

- новый способ съема ягод, реализующий направленный характер воздействия рабочим органом на крону кустарника, позволяющий повысить полноту сбора;

- разработанные аналитические зависимости, позволяющие установить оптимальные значения параметров активаторов и улавливающих устройств ягодоуборочных комбайнов;

- зависимость времени колебаний ветвей куста до полного отделения ягод от режима вибрации, позволяющая определить рабочую скорость комбайна при качественном выполнении технологического процесса уборки ягод различных культур;

- конструктивно-технологические схемы и параметры столбоставов универсальных (а.с. 933045, 1142056, 1630687), контурного обрезчика (а.с. 1063326), плодоуборочных машин (а.с, 536783, 581905, 627779. 1028273, 1192995, 1314976, 1335172, 1489632, 1507243, 1604226, 1687084, 1711711 и др.), ягодоуборочных комбайнов (а.с. 803893, 1335174, 1489627, 1709944, 1720547, 1729323, 1806532 и др.), пневмосекатора (патент 1715244), устройства для калибрования плодов (а.с. 249830), машины для калиброва ния плодов по весу (а.с. 290749), приспособления к сортировочно-к&ш-горовочкым машинам для равномерного заполнения тары плодами (а.с. 322177) и др.

Практическая ценность. Теоретические и экспериментальные исследования позволили обосновать перспективные направления развития машин для механизации трудоемких работ в садоводстве, которые легли в основу разработки принципиальных схем и модернизации их конструкций.

Результаты диссертационной работы реализованы в ГСКБ по комплексам машин для механизации работ в садах, виноградниках, питомниках и ягодниках ПО "Плодсельхозмаш" и ВСТИСП в следующих разработках:

- поставлены на производство и внедрены в садоводстве столбоставы м» универсальные СП-2 и СП-2А, пневмоагрегаты ПАВ-8А и АСВ-8, косилки ротационные садовые КИУ-2А, КРС-2,5А, машины универсальные для контурной обрезки деревьев МКО-3, МКО-ЗАиМК-1, сборщик ветвей СВ- ^ 1К, борона для обработки межствольных полос БПР-1, плодоуборочная ' машина ВУМ-15, комбайны плодоуборочные МПУ-1, МПУ-1А, ПСМ-55, ^ * КПУ-2, контейнеровоз ВУК-3, линии товарной обработки плодов ЛТО-3, ЛТО-ЗА, ЛТО-6, агрегат для товарной обработки плодов АСК-2, комбайны ягодоуборочныеМПЯ-1, МПЯ-1А, МПЯ-1Б, КПЯ-1, фронтальный погрузчик ФП-0,3 со сменными рабочими органами (5 наименований), агрегат для уборки смородины АСВ-8;

, , - рекомендованы в производство (оформлены решения о постановке

1 ; на производство) комбайны плодоуборочные МПУ-1А-01 и КПУ-2А, К-' ялсдоуборочная машина ВУМ-15А, платформа для уборки низкорастущих ^ культур УНК-1 (выт щены первые промышленные партии).

В большинстве этих машин реализованы принципы блочно-модульного проектирования высокоунифицированных семейств машин.

Многолетний опыт проектирования плодоуборочных машин нашел V отражение в методических указаниях "Научные основы и методы расчета параметров вибраторов плодоуборочных машин, МУ 23.2.41-87", которые прошли апробацию при расчетах и выборе параметров рабочих органов плодоуборочных машин и комбайнов ВУМ-15, ВУМ-15А, МПУ-1, МПУ-1А, МПУ-1 А-01, КПУ-2 и КПУ-2А.

В целом результаты исследований использованы при создании свыше V 30 наименований машин, защищенных 36 авторскими свидетельствами на изобретения, промышленные образцы, патентами.

Экономический эффект от использования новой техники для механизации перечисленных процессов составил более 250 млн. рублей. Кроме этого экономический эффект от внедрения ГОСТ 27969-88 "Комбайны для уборки смородины" составляет более 9 млн.рублей, ГОСТ 27970-88 "Комбайн для уборки плодов" - более 48 млн.рублей (в ценах 1991 г.).

Апробация работы. Основные положения и выводы работы доложены и обсуждены на НТС Кишиневского производственного объединения "Плодсельхозмаш" (1970-1990 г.г.), объединенных заседаниях НТС МСХ СССР, В/О "Союзсельхозтехника" и Минсельхозмаша (1970-1985 г.г.), заседаниях Межведомственного экспертного совета по реализации программ создания машин и оборудования для отрасли растениеводства (1993, 1994, 1995 г.г.).

результаты научно-конструкторской деятельности докладывались на симпозиуме "Механизация уборки плодов и ягод" (Москва, 1972 г.), на Республиканском семинаре "Новое в механизации трудоемких процессов в садах, на виноградниках и ягодниках" (УССР, Херсон, 1977 г.), на Всесоюзном научно-методическом совещании "Совершенствование научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию комплекса машин для уборки, транспортировки и товарной обработки плодов" (УССР, Киев, 1983 г.), на Республиканском семинаре "Проблемы использования ллодоуборочной техники на уборке косточковых культур" (МССР, Ниспоренский р-н, колхоз им. С.Лазо, 1984 г.), на Всесоюзном рабочем совещании "Совершенствование технологии и средств механизированной уборки урожая смородины" (Москва, 1989 г.), на семинаре "Научно-

технический прогресс в механизации садоводства в условиях новых методов хозяйствования, комплексы машин и технологии при возделывании плодовых и ягодных кулыур" (Москва, 1991 г.), на конференции "Теоретическое обеспечение практических проблем повышения уровня механизации садоводства" (Москва, 1993 г.), на Всероссийском научно-производственном совещании "Технический прогресс в садоводстве" (Москва, 1997 г.) и др.

Публикации. По механизации трудоемких работ в садоводстве опубликовано 165 .печатных трудов, в том числе статьи, брошюры, книги, 100 авторских свидетельств на изобретения, свидетельство на промышленный образец, ¿дщщгта. Основные из них приведены в списке опубликованных работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ состояния проблемы механизации трудоемких работ в садоводстве. В 60-е годы площади садов и ягодников значительно расширились. Однако в отличие от других отраслей сельскохозяйственного производства уровень механизации в садоводстве оставался низким. Механизированы были лишь обработка почвы и химическая защита. Трудозатраты на выполнение всего объема работ по возделыванию одного гектара плодоносящего сада были почти в 100 раз больше, чем на гектар зерновых кулыур.

Значительный вклад в механизацию работ по уходу за растениями, уборке плодов и ягод, а также в систематизацию машин для садоводства внесли Г.П.Варламов, Х.А.Хачатрян, Б.И.Турбин, А.Ф.Ульянов, И.А.Стоюшкин, В.Г.Трушечкин, Г.А.Хайлис, Ю.А.Утков, Б.Х.Кульчиев, И.М.Брутер, А.М.Кротов, Л.А.Шомахов, Р.П.Кудрявец, И.С.Кикабидзе, В.К.Кутейников, В.Д.Баргенев, И.М.Федотов, А.А.Цымбал, В.А.Черников, В.В.Ильин, В.А.Бондарев, Р.Н.Мамедов, Д.Т.Гонтар, С.И.Филимонов, В.КПолянин, А.М.Долгошеев, И.М.Тавасиев, И.С.Привалов, В.Г.Бросалин и др., по транспортировке и товарной обработке плодов И.Б.Беренштейн, М.Е.Демидко, А.П.Лукашевич, Н.Н.Колчин, В.Я.Зельцер, А.В.Четвертаков,

B.Т.Протасов, А.С.Гордеев, В.И.Горшенин, А.Ф.Сербулов, Д.Я.Мойсов,

C.Б.Бранд и др. Из зарубежных авторов заслуживают внимания исследования И.Бакоши, Л.Борсеки, ЩВелиха, Н.Мойзенина, Х.Кубица, В.Миллера, Р.Шурихта,, В.Белякова, П.Вавжиньчака, А.Фридриха, Р.Адриана, А.Келилайн, Р.Динера, Г.Дипаоли, Дж.Кука, С.Морроу, Р.Ранду, Дж.Стаффорда, Р.Фридли, С.Юнга и других авторов.

Однако некоторые проблемы механизации возделывания садов и ягодников не были решены. Были недостаточно эффективны средства механизации для установки шпалеры, обработки межствольных полос , обрезки кроны плодовых деревьев, выполнения уборочных, погрузочно-разгрузочных и послеуборочных операций, хотя на их долю приходится до 80% общих затрат труда при производстве плодов и более 80% при производстве ягод.

Анализу этих технологических процессов и обоснованию направлений их механизации посвящены более 50 наших публикаций [1 - 11, 12 - 21, 23 -33, 37 - 40, 42 - 48, 51, 53, 55, 56 и др.].

Исследования и конструкторские работы посвящены процессам, характеризующимся большой трудоемкостью выполнения, существенно влияющим на качество и количество урожая, а также его доставку потребителям. Для решения этих вопросов было предпринято проведение целого комплекса научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, позволяющих повысить производительность труда при выполнении основных технологических операций в садоводстве и обеспечить высокий технический уровень создаваемых и модернизируемых машин.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

1. Обосновать оптимальную конструкгорско-технологическуто схему и создать универсальный столбостав.

2. Обосновать и разработать механизированную ресурсосберегающую технологию обеспечивающую эффективное содержание почвы в садах.

3. Обосновать и разработать механизированный технологический процесс контурной и детальной обрезки плодовых деревьев при минимальных затратах труда.

4. Разработать методы расчета параметров различных типов вибраторов плодоуборочных машин.

5. Провести исследования улавливателей для механизированной уборки плодов с целью поиска оптимальных конструкций и технологических параметров.

6. Разработать комплексный технологический процесс уборки и вывозки плодов (сливы).

7. Рассмотреть технологические взаимосвязи и разработать механизированные технологические процессы товарной обработки плодов.

8. Провести исследования по совершенствованию процессов съема и улавливания ягод с целью повышения качественных показателей работы ягодоуборочных комбайнов.

9. Провести теоретическое и экспериментальное обоснование режимов вибрации для отделения ягод с кустов с целью универсализации уборочных комбайнов.

10. По результатам исследований совместно с коллективами конструкторского отдела по комплексам машин для механизации работ в садах ГСКБ ПО "Плодсельхозмаш" и отдела механизации ВСТИСП разработать конструкторскую документацию, организовать производство и внедрить вышеуказанные технологические процессы и технические средства в садоводстве.

11. Установить перспективные направления дальнейшего развития и совершенствования плодоуборочной и ягодоуборочной техники.

МЕХАНИЗАЦИЯ РАБОТ ПО УХОДУ ЗА САДАМИ

Установка шпалерных столбов в многолетних насаждениях.

Широкое внедрение интенсивных плодовых насаждений поставило задачу создания универсальных технических средств для устройства шпалеры, так как на эту операцию расходуется 19-23% от общих затрат труда на выращивание многолетних насаждений до плодоношения. Для механизации этого процесса применялись запрессовщик столбов виноградниковый ЗСВ-2 и столбоставы виноградниковые горные СВГ-1 А. СВГ-1Б, которые имели ограниченное применение.

Установка же столбов на почвах плотностью до 5,0 МПа и якорных столбов проводилась вручную в ямы, подготовленные ямокопателями типа КЯУ-