Отраслевая сеть инноваций в АПК

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ​

Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Титульный лист и исполнители

РЕФЕРАТ

Отчет 254 с., 1 кн., 135 рис., 42 табл., 315 источн., 12 прил.

ИНТЕНСИВНОЕ САДОВОДСТВО, СКЛОНЫ, ПОЧВА, ПЛОДОРОДИЕ, ОБРЕЗКА, ЭКОЛОГИЯ, БИООРГАНИЧЕСКИЕ УДОБРЕНИЯ, ЭРОЗИЯ, ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА

Объектом исследования технологические процессы и технические средства по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве.

Цель работы – разработка новых технологических решений и технических средств по уходу за плодовыми насаждениями на склоновых землях Юга России, позволяющих повысить плодородие почвы и получить экологически чистую продукцию.

В процессе работы проводились экспериментальные исследования предложенных технических средств.

В результате исследования впервые были разработаны новые технологические решения (создание гумусового слоя в приствольных полосах плодовых насаждений; мульчирование растительности в приштамбовой зоне; плющение растительности на полотне террасы; внесение гербицида и удобрений в приствольные полосы плодовых насаждений; уход за кроной плодовых деревьев; защита плодовых насаждений на склоновых землях от болезней и вредителей) и новые технические средства (агрегат для ухода за междурядьями и приствольными полосами плодовыми насаждениями; косилка для скашивания растительности в приштамбовой зоне плодовых насаждений; арегат для плющения растительности на корню; установка для внесения гербицида и удобрений в приствольные полосы плодовых насаждений; блочно-модульный агрегат; подборщик-измельчитель срезанных ветвей плодовых деревьев).

Степень внедрения – результаты исследований приняты к использованию в ФГБНУ СЕВКАВНИИГПС и ООО «Племсовхоз Кенже» (Кабардино-Балкарская Республика) и используются в учебном процессе ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ.

Эффективность предложенных технологических и технических решений состоит в повышении плодородия почвы и получении экологически чистой продукции в интенсивном садоводстве Юга России.

ВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Садоводство является важнейшей отраслью сельского хозяйства, которая обеспечивает население плодами и ягодами – одним из основных источников витаминов, минеральных веществ и биологически активных соединений, крайне необходимых для нормального функционирования человеческого организма.

Тенденция развития садоводства показывает, что в настоящее время осуществляется переход от экстенсивных сильнорослых насаждений к интенсивным насаждениям на слаборослых клоновых подвоях. Они раньше вступают в плодоношение, имеют малогабаритную крону, удобную для ухода и сбора урожая, формируют высококачественные плоды и в 1,5…2 раза повышают эффективность производства. В зарубежной практике садоводство полностью переведено на слаборослые насаждения. В России они занимают менее 20% площади садов.

В целях дальнейшего увеличения производства плодовой продукции перспективными планами развития сельского хозяйства Российской Федерации предусматривается закладка новых садов интенсивного и суперинтенсивного типов.

В настоящее время в Кабардино-Балкарской Республике заложены   19 тыс. 118 га, в том числе садов интенсивного типа – 10 тыс. 839 га. Валовой сбор плодов и ягод в 2018 году составил 257,2 тыс. т, что почти на 20% больше к уровню 2017 года.

Однако в связи с ограниченностью земельных ресурсов республики освоение склоновых земель и их использование под сады является актуальной социально-экономической проблемой.

Развитие садоводческой отрасли в Кабардино-Балкарии, независимо от форм хозяйствования сельскохозяйственных предприятий, осуществляется путем научно-обоснованного подбора подвоев, сортов, подвойных комбинаций, адаптированных к реальным условиям произрастания плодовых насаждений в каждой конкретной плодовой зоне. Учеными республики разработана адаптивно-ландшафтная почвозащитная интенсивная технология выращивания промышленных садов на склоновых землях в условиях Центральной части Северного Кавказа.

В настоящее время производством плодов на склоновых землях занимаются как крупные корпорации, так средний и малый бизнес. Одна из проблем, с которыми сталкиваются производители плодов – это нехватка техники по уходу за плодовыми насаждениями. Механизация работ в садоводстве находится на уровне 10…15%.

Техника, имеющаяся в хозяйствах республики, не отвечает современным требованиям производства конкурентоспособной продукции с минимальными энергозатратами, не учитывает в полной мере вопросы экологии. При этом многие вопросы механизации трудоемких процессов в горном и предгорном садоводстве разработаны недостаточно: уход за междурядьями и приствольными полосами, обрезка плодовых насаждений, измельчение обрезанных веток плодовых насаждений, внесение водных растворов (гербицида и удобрений) в приствольные полосы плодовых насаждений, защита склонов от эрозии и воспроизводства почвенного плодородия.

Комплексная механизация горного садоводства является трудной и сложной задачей. Производство плодов на склонах должно основываться на тщательно продуманной почвозащитной технологии, отвечающей специфическим требованиям горного земледелия и оптимальной для механизации.

Правильный выбор технологий и технических средств по уходу за плодовыми насаждениями на склоновых землях горных и предгорных территории может обеспечить нормальное течение естественных биохимических процессов, что даст возможность полностью реализовать генетический потенциал возделываемых плодовых культур.

Решению этой проблемы и посвящены научные исследования по данной работе, выполнявшиеся в соответствии с Государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынка сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 гг. согласно заказа МСХ РФ по теме «Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции» (государственная регистрация ФГАНУ ЦИТиС № AAAA-A19-119071290029-9 от 12.07.2019 г.) и тематического плана научных исследований ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ.

Цель исследования – разработка новых технологических решений и технических средств по уходу за плодовыми насаждениями на склоновых землях Юга России, позволяющих повысить плодородие почвы и получить экологически чистую продукцию.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

– проанализировать современное состояние вопроса по уходу за плодовыми насаждениями на склоновых землях;

– разработать технологические решения по повышению плодородия почвы в садах на склоновых землях и получению экологически чистой продукции;

– разработать новые конструктивно-технологические схемы технических средств по уходу за плодовыми насаждениями на склоновых землях: агрегатов для ухода за междурядьями и приствольными полосами плодовых насаждений, технических средств для внесения водных растворов (гербицида и удобрений) в приствольные полосы, блочно-модульного агрегата для детальной обрезки плодовых деревьев и измельчителя срезанных ветвей;

– провести теоретические исследования по обоснованию параметров и режимов работы предлагаемых технических средств;

– оптимизировать параметры и режимы работы предлагаемых технических средств механизации;

– провести производственные испытания предлагаемых средств механизации;

– определить экономический эффект от использования предлагаемых технологических решений и технических средств по уходу за плодовыми насаждениями на склоновых землях.

Объекты исследований – технологические процессы, технические средства по уходу за плодовыми насаждениями на склоновых землях и их рабочие органы.

Предмет исследований – закономерности функционирования рабочих органов технических средств по уходу за плодовыми насаждениями в садах на склоновых землях.

Методы исследования. Теоретические исследования проводились с использованием методов теоретической механики, дифференциального и интегрального исчисления и численного моделирования процессов работы машин. В экспериментальных исследованиях нашли применение дисперсионный анализ и теория планирования эксперимента. Обработка результатов осуществлялась методами регрессионного анализа. Использовались серийные и специально изготовленные приборы, аппаратура и стенды. Эффективность разработок оценивалась методом энергетического анализа технологических процессов.

Научная новизна работы:

– разработаны новые технологические решения по: созданию гумусового слоя в приствольных полосах плодовых насаждений; мульчированию травяной растительности в приштамбовой зоне и в ряду плодовых насаждений; плющению травяной растительности на полотне террасы; внесению гербицида и удобрений в приствольные полосы плодовых насаждений; обрезке ветвей плодовых насаждений с использованием блочно-модульного электроветкорезного агрегата; уходу за кроной плодовых деревьев; защите плодовых насаждений на склоновых землях от болезней и вредителей;

– разработана математическая модель процесса взаимодействия рабочих органов агрегата для ухода за междурядьями и приствольными полосами плодовых насаждений и установлена взаимосвязь между конструктивными параметрами и показателями работы агрегата, а также пределы изменения этих параметров, оказывающие наибольшее влияние на качество работы агрегата. Разработана конструктивно-технологическая схема агрегата, позволяющая выполнять несколько взаимосвязанных технологических операций: мульчирование травяной растительности в междурядьях, подачу и смешивание мульчи травяной растительности с почвой в приствольной полосе плодовых насаждений;

– разработана математическая модель и методика расчета параметров и режимов работы косилки для окашивания штамбов плодовых насаждений. Разработана конструктивно-технологическая схема косилки для окашивания штамбов плодовых насаждений;

– разработана математическая модель и методика расчета параметров и режима работы плющилки травяной растительности;

– предложены математическая модель и методика расчета параметров и режимов работы электроинструментов для детальной обрезки плодовых насаждений. Разработана конструктивно-технологическая схема блочно-модульного агрегата с набором режущих инструментов;

– предложена математическая модель процесса взаимодействия ножей двухвалкового роторного измельчителя со срезанными ветвями плодовых деревьев и установлена взаимосвязь между конструктивными и технологическими параметрами с одной стороны и показателями работы измельчителя (энергоемкость, производительность и степень измельчения). Разработана конструктивно-технологическая схема роторного измельчителя срезанных ветвей плодовых деревьев;

– предложены атематические модели в виде уравнений регрессии, позволяющие установить оптимальные параметры и режимы работы предлагаемых технических средств.

Практическую значимость имеют:

– технологические приемы, обеспечивающие повышение плодородия почвы в садах на склоновых землях и получение экологически чистой продукции;

– комплекс технических средств по уходу за плодовыми насаждениями на склоновых землях, позволяющие снизить энергозатраты по уходу за междурядьями и приствольными полосами плодовых насаждений и повысить эффективность обрезки и утилизации срезанных ветвей плодовых насаждений;

Реализация результатов исследований. Предлагаемые технологические решения и технические средства прошли производственные испытания в ФГБНУ «Северо-Кавказский научно-исследовательский институт горного и предгорного садоводства» (ФГБНУ СевКавНИИГиПС) (г. Нальчик, Кабардино-Балкарская Республика). Результаты исследований приняты к использованию в ФГБНУ СевКавНИИГиПС и ООО «Племсовхоз Кенже» (Кабардино-Балкарская Республика). Результаты исследований используются в учебном процессе ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ.

Апробация результатов исследований. Основные положения данной работы доложены, обсуждены и получили положительную оценку на международных, всероссийских и региональных научно-практических конференциях: XIII Всероссийской конференции обучающихся «Национальное достояние России» и VI Всероссийского молодежного форума «АПК – молодежь, наука, инновации» (г. Москва, 2019г.); Международной (заочной) научно-практической конференции «Проблемы и перспективы современной науки» (г. Кишинев, Молдавия, 15 апреля 2019 г.);

Международной (заочной) научно-практической конференции «Современная наука: тенденции развития» (г. Душанбе, Таджикистан, 15 апреля 2019 г.);

Международной (заочной) научно-практической конференции «Стратегии развития современной науки» (г. Минск, Беларусь, 17 апреля 2019 г.); Международной (заочной) научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития научной мысли» (г. Нур-Султан, Казахстан, 17 апреля 2019 г.); Международной (заочной) научно-практической конференции «Инновационные процессы в современной науке» (г. Прага, Чехия, 19 апреля 2019 г.); Всероссийской (национальной) конференции «Актуальные проблемы природообустройства, водопользования, агрохимии, почвоведения и экологии», посвященной 90-летию гидромелиоративного факультета ОмСХИ (факультета водохозяйственного строительства ОмГАУ), 55-летию факультета агрохимии и почвоведения, 105-летию проф., д-ра геогр. наук, заслуженного деятеля науки РСФСР Мезенцева В.С.(г. ОМСК, 2019г.); Всероссийской научно-практической конференции «Инженерное обеспечение инновационного развития АПК России», посвященной памяти д.т.н., проф. Хаширова Ю.М (г. Нальчик, 25-26 апреля 2019 г.); Международной научной конференции: «Современные проблемы прикладной математики, информатики и механики» (г. Нальчик, 2019г.); X Международного форума «Охрана и рациональное использование лесных ресурсов» (г. Благовещенск, 5-6 июня 2019 г.).

Разработанные технические средства механизации по уходу за плодовыми насаждениями на террасированных склонах отмечены бронзовой медалью и дипломом Российской агропромышленной выставки «Золотая Осень, 2019» (г. Москва, 2019г.) дипломами Международной агропромышленной выставки «Агроуниверсал» (г. Ставрополь, 2019 г.).

Публикации. По теме данной работы опубликованы 48 научных работ, в том числе 2 – в изданиях, входящих в Международную базу данных Scopus, Web of Since, 8 – в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, монография и учебное пособие. Получено 5 Патентов РФ на изобретения и полезные модели.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 12 приложений, содержит 254 страницы машинописного текста, в том числе 135 рисунков и 42 таблицы. Список использованных источников включает 315 наименований, в т.ч. 23 на иностранных языках.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА УХОДА ЗА ПЛОДОВЫМИ НАСАЖДЕНИЯМИ НА СКЛОНОВЫХ ЗЕМЛЯХ

1.1 Основные направления интенсификации садоводства на склоновых землях Кабардино-Балкарской Республики

Ввиду ограниченности резервов расширения площадей для возделывания плодовых культур в Северо-Кавказском регионе, довольно перспективным направлением следует признать освоение склоновых земель, характеризующихся наиболее благоприятными почвенно-климатическими условиями. Кроме того, плоды, выращенные на горных землях, отличаются морозоустойчивостью и они значительно лучше хранятся в зимний период в сравнении с сортами, выращенными на равнине [16].

Благодаря размещению плодовых насаждений на склоновых землях появляется возможность увеличения производства необходимого количества плодовой продукции и высвобождения равнинных земель для возделывания сельскохозяйственных культур [18].

В последние годы в Северо-Кавказском регионе накоплен большой опыт использования склоновых земель для возделывания плодовых культур. Так, в соответствии с федеральной государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы, к 2020 году планируется довести площадь интенсивных насаждений в Кабардино-Балкарской республике до 10 тыс. га [45].

Северно-Кавказский регион располагает свыше 450 тыс. га склоновых земель, потенциально пригодных для возделывания плодовых культур [132, 133].

Практика освоения склоновых земель под плодовые культуры показывает, что наиболее эффективный метод – террасирование [134]. Террасы обеспечивают предотвращение процессов эрозии и накопление влаги. Кроме того, создаются необходимые условия для высокоэффективной работы технических средств.

Террасирование при освоении склоновых земель для возделывания плодовых культур способствует улучшению рельефа склонов. Важно, что при этом практически прекращается поверхностный сток, который имеет в горной местности большую разрушительную силу. Террасирование также способствует эффективному использованию атмосферных осадков.

Пионерами технологии освоения склоновых земель Северо-Кавказского региона, включая и метод террасирования, для возделывания плодовых культур являются ученые Кабардино-Балкарской республики. Накопленный опыт нашел широкое применение в сельскохозяйственных предприятиях региона, располагающих склоновыми землями [31, 32, 33, 37, 44, 45, 46, 132, 133, 134, 135, 136, 138, 139, 140, 141, 142, 143, 278, 280, 281, 287].

Сущность данной технологии состоит в том, что на склоновых землях, имеющих крутизну до 10°, плодовые культуры высаживают контурно по плантажной или обычной вспашке (рис. 1.1, а), при большей крутизне – на террасах (рис. 1.1, б).

word image 1684 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции word image 1685 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции
а) б)
Рисунок 1.1 – Сад с контурным размещением плодовых деревьев (а) и сад на террасированных склонах (б) ООО «Племсовхоз «Кенже»

Метод террасирования, который имеет многовековую историю применения при освоении склоновых земель стран, располагающих горными склонами, подтверждает его ценность и роль в улучшении рельефа склонов. Изучению метода террасирования при освоении склоновых земель посвятили свои исследования многие ученые: А.П. Драгавцев, П.Г. Лучков, Х.Ж. Балкаров, Е.Г. Раузин, М.М. Мирзоев и др. [37, 87, 132, 133, 168, 205].

Заметный вклад в развитие садоводства на склоновых землях в условиях центральной части Северного Кавказа внес проф. П.Г. Лучков [132, 133, 134, 135, 136, 138, 139, 140, 141, 142, 143].

На современном этапе развития садоводства изучены и разработаны многие вопросы, связанные с агротехникой освоения склоновых земель для возделывания плодовых культур.

В практике освоения склоновых земель применяются множество типов террас. Тем не менее, наибольшее распространение в горном садоводстве получили ступенчатые (скамьевидные) террасы. Подробным описанием типов террас, схем размещения плодовых насаждений на террасах занимались П.Г. Лучков, В.Н. Бербеков, Х. Ж. Балкаров, Л.А. Шомахов, Ю.А. Шекихачев, Ж.Х. Бакуев, Р.А. Балкаров, Л.М Хажметов и др. [31, 32, 33, 35, 36, 37, 44, 46, 132, 133, 229, 230, 232, 249, 256, 263, 269, 280, 281].

В современной практике террасирования можно отметить, что наибольшее предпочтение отдается выемочно-насыпному и плантажному способам устройства террас. Плантажное террасирование в центральной части Северного Кавказа проводится на склонах, имеющих крутизну от 8º до 16…17º , а выемочно-насыпное – от 16…17º до 25º.

Все способы устройства террас характеризуются смещением в откос значительной части верхнего плодородного слоя почвы. В этом случае в выемочной части полотна на склоновых землях, имеющих повышенную крутизну, происходит обнажение подстилающей породы, обедненной элементами минерального питания.

Проблема сохранения плодородного верхнего слоя почвы на полотне террас до настоящего времени еще глубоко не исследована. Тем не менее, в ФГБНУ СевКавНИИГиПС разработан метод под названием «постепенное террасирование», который вобрал в себя основные элементы как плантажного, так и выемочно-насыпного террасирования (рис. 1.2).

word image 109 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 1.2 – Метод террасирования склона с сохранением верхнего гумусового слоя

Применение указанного метода террасирования обеспечивает сохранение гумусового слоя на склоновых землях крутизной до 20… 25° за 3… 5 лет. Затраты на устройство террас окупаются возделыванием на них овощных, полевых и других сельскохозяйственных культур в промежутках между технологическими операциями [31, 33, 37, 44].

В прошлом горное садоводство было гордостью и одной из самых доходных и рентабельных отраслей в республиках центральной части Северного Кавказа. В настоящее время горное садоводство требует восстановления.

В настоящее время процесс восстановления горного садоводства осуществляется в два этапа.

Первый этап восстановления горного садоводства предусматривает раскорчевку старых нерентабельных насаждений. На их месте с учетом достижений науки и накопленного производственного опыта закладываются новые плодовые насаждения интенсивного типа на клоновых подвоях, скороплодные высокоурожайные породы и сорта, которые адаптивны к условиям склоновых земель [45].

Второй этап восстановления горного садоводства состоит в расширении площадей под плодовыми культурами на новых землях.

К настоящему моменту для предгорных и горных районов Северного Кавказа разработаны научно-обоснованные технологии возделывания плодовых культур на склоновых землях применительно к конкретным зонам. Так, в ученые ФГБНУ СевКавНИИГиПС и ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ разработали адаптивно-ландшафтную почвозащитную интенсивную технологию выращивания промышленных садов на склоновых землях в условиях Центральной части Северного Кавказа. В результате внедрения указанной технологии гарантируется эффективное возделывание на склоновых землях высокоурожайных, эффективных плодовых насаждений с учетом условий рельефа местности [18, 31, 32, 33, 37, 44, 45, 46, 132, 133, 134, 135, 136, 138, 139, 140, 141, 142, 143, 278, 280, 281, 287].

Таким образом, развитие садоводческой отрасли в Центральной части Северного Кавказа, независимо от форм хозяйствования сельскохозяйственных предприятий, осуществляется путем научно-обоснованного подбора подвоев, сортов, подвойных комбинаций, адаптированных к реальным условиям произрастания плодовых насаждений в каждой конкретной плодовой зоне.

1.2 Основные типы садов и их технологические особенности

В мировой практике плодоводства широко внедряются интенсивные плодовые насаждения с размещением на единице площади максимального количества деревьев.

Высокоинтенсивные сады, закладываемые по европейской технологии в Кабардино-Балкарской Республике, вступают в плодоношение уже на 2-й год и способны обеспечить быстрый возврат вложенных средств.

Выбор той или иной конструкции насаждений определяется конкретными, прежде всего экологическими факторами каждого участка, а также экономическими условиями хозяйств.

В нашей стране наибольшее распространение имеют три типа интенсивных садов [33, 46, 142, 231, 244]:

  • на сильнорослых и среднерослых подвоях со строчно-уплотненным размещением растений, формированием сферических (округлых) крон и плодовой стеной шириной 4…4,5 м;
  • плоские и полуплоские насаждения на средне- и слаборослых подвоях с плодовой стеной до 2,5 м;
  • шпалерно-карликовые на слаборослых подвоях с плодовой стеной до 1 м.

Наиболее простым в конструктивном отношении и наиболее продуктивным типом сада является непрерывная плодовая стена. Такие сады закладываются на слаборослых подвоях, которые обеспечивают получение ранних урожаев. В уплотненно-строчных насаждениях формируют кроны-ряды, параметры которых обуславливаются природно-климатическими условиями той или иной зоны, биологическими особенностями используемых сортов, схемами посадки растений и другими факторами, включая уборку и применяемую технику.

В начальный период освоения склоновых земель основные площади садовых ландшафтов в стране составляли сады на сильнорослых и среднерослых подвоях с оптимально плотным размещением деревьев, то есть сады первого типа. Они хорошо себя зарекомендовали, особенно в условиях склонового рельефа с более жесткими экологическими, чем на равнинных землях, условиями. Однако данная конструкция уже не отвечает требованиям современного развития садоводства. Такие сады поздно вступают в плодоношение и медленно наращивают урожаи.

В современных условиях экономически оправдывают себя сады второго и особенно третьего типа. Сады на средне- и слаборослых подвоях вступают в товарное плодоношение на 2…3 год после посадки, обеспечивая получение урожаев порядка 30…50 т/га. Вместе с тем, данные конструкции насаждений предъявляют повышенные требования в первую очередь к плодородию почв, что в условиях склонового рельефа не всегда выполнимо.

Закладывая интенсивные сады (рис. 1.3) на слаборослых подвоях необходимо учитывать весь комплекс условий, складывающихся на каждом участке, в том числе и почвенные условия [33, 46].

Составляющие элементы: клоновые подвои (М4, ММ-106, СК2, М-7), высота окулировки 5…15 см,, веретеновидная модифицированная система формирования кроны (высота дерева – 3,5…4 м, количество скелетных ветвей – 5…7 шт., количество плодовых ветвей от 10 до 15, тип плодоношения сортов – на кольчатках, прутиках, копьецах), схемы размещения 5 х 2…2,4 м. (рис. 1.4).

C:\Documents and Settings\Admin\Рабочий стол\Профессор Руди\giorno 2\ITA-GERMAN\Spindel normale.jpg

Рисунок 1.3 – Интенсивные шпалерно-карликовые сады яблони на подвое М9: в период плодоношения

Интенс сад груши сорт Конференция Диколор

а. б.

Рисунок 1.4 – Интенсивные сады груши на клоновых айвовых подвоях: шпалерно-карликовый на 3-й год посадки на гребне (а); безшпалерный (безопорный) сад-плодоношение (б)

Наиболее оправдано размещение высокоинтенсивных насаждений на слаборослых подвоях на участках с оптимальными экологическими условиями и прежде всего на пологих (до 5…60) и равнинных участках, примыкаемых к склонам, на которых можно с меньшими затратами использовать факторы интенсификации садоводства, в том числе орошение.

В настоящее время широкую проверку проходят яблоневые сады на слаборослых и полукарликовых подвоях (М9, М26, СК2, ММ106) со сферическими малообъемными кронами, образующими в насаждениях сплошную плодовую стену. Это свободно растущий веретеновидный куст с размещением растений 3,5…41…1,5 м и диаметром кроны 2…2,5 м, стройное веретено и колоновидная формировка (пиллар) с размещением 30,7…1,2 м и шириной кроны около 1 м [33, 46].

Применяемые схемы посадки плодовых деревьев яблони приведены в табюлице 1.1.

Таблица 1.1 – Схемы посадки плодовых деревьев яблони

Типы подвоя по силе роста Ширина междурядий, м Расстояние в ряду, м
Сильнорослые 7…8 4…6
Среднерослые, полукарликовые 5…6 3…4
Слаборослые, карликовые 3…5 1…2
Суперкарликовые 3 0,5…1

На склонах, крутизной 8…120 с несмытыми полнопрофильными влагообеспеченными почвами перспективны насаждения на средне- и полукарликовых подвоях с округлой или полуплоской формировкой кронами и размещением на единице площади 600…1000 деревьев в зависимости от силы роста сорта.

На склонах повышенной крутизны, подлежащих террасированию, основной конструкцией насаждений является полусферическая и уплощенная формы кроны на среднерослых и сильнорослых подвоях в зависимости от окультуривания почвы.

Закономерности роста, развития и плодоношения яблони в условиях горной местности свидетельствуют о том, что необходим дифференцированный подход к размещению на склоновых землях пород и сортов, учитывающий их биологические особенности, а также дифференцированный уход за плодовыми культурами.

Подвои и подвойные комбинации в зависимости от расположения плодовых культур на склонах различной экспозиции следует подбирать пределах одной экспозиции.

Состав культур для закладки плодовых насаждений определяют в соответствии с породно-сортовым районированием. При этом учитывают почвенные и микроклиматические условия местности, увязывая их с биологическими особенностями плодовых пород и сортов [31, 46].

В промышленных садах в настоящее время в зависимости от рельефа участка преимущественное применение нашли две системы размещения рядов плодовых насаждений: прямоугольная и контурная (рельефная) [31, 46, 135].

На малорасчлененных склонах с однородным уклоном, где горизонтали почти прямолинейны и параллельны друг другу, применяют прямоугольную систему посадки. Такая система размещения пригодна преимущественно на склонах крутизной до 6…80. Склоны с прямыми и параллельными горизонтами встречаются довольно редко. В большинстве случаев они имеют криволинейные изгибы, прямолинейная посадка на которых недопустима.

На более крутых склонах, а нередко и на склонах в 3…40, но с неоднородным рельефом, рекомендуется контурная система размещения рядов плодовых деревьев [132, 135, 139, 140].

Преимущество ее перед прямолинейной состоит в ослаблении смыва почвы, улучшении условий применения технических средств для ухода за плодовыми культурами и почвой. В контурных садах возрастает эффективность применения противоэрозионных мероприятий – глубокого рыхления, бороздования, междурядного или полосного задернения.

Существуют три способа контурного размещения деревьев на склонах [139, 140]. При первом способе ряды плодовых деревьев располагают строго в направлении горизонталей местности, деревья в рядах размещают на равные расстояния.

Второй способ предусматривает соблюдение прямолинейности рядов деревьев вдоль склона, а междурядья копируют рельеф участка, и при третьем способе сохраняется одинаковая ширина между контурными рядами. В практике эти способы нередко применяют в сочетании.

Встречаются посадки, в которых междурядья имеют одинаковую ширину, а деревья прямыми линиями высажены вдоль склона. В таких насаждениях лучше обеспечивается освещение крон деревьев и воздушный дренаж. Указанным способом размещают деревья на склонах, где можно использовать технику, при условии дерново-перегнойной системы содержания почвы в саду.

В практике чаще применяют второй и третий способы размещения рядов деревьев без их прямолинейности вдоль склона. В пределах одного квартала возможно сочетание прямоугольного и контурного размещения рядов деревьев при условии, когда прямолинейные и другие горизонтали на определенном отрезке участка принимают изогнутые формы (рис. 1.5).

word image 1686 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 1.5 – Схема комбинированного размещения рядов деревьев на склоне

Схема размещения деревьев на насыпной части полотна представлена на рисунке 1.6.

word image 1687 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 1.6 – Молодой яблоневый сад на террасах с размещением деревьев на насыпной части полотна

Продуктивной влаги больше в выемочной части и середине полотна террасы и она меньше подвержено колебаниям в зависимости от погодных условий.

Ускоренное развитие горного садоводства в предгорных, горных и горно-долинных районах Северо-Кавказского региона невозможно без повышения эффективности и уровня механизации.

Комплексная механизация садоводства на склонах – трудная и многогранная задача. Горное садоводство на склонах в настоящий момент все еще трудоемкая отрасль сельского хозяйства.

Технические средства, используемые в горной местности, имеют специфические особенности, определяемые такими факторами, как: пересеченность рельефа, крутизна склонов, мелкоконтурность, малоземелье и др. К средствам механизации в этих условиях предъявляются такие требования, как: большие маневренность и проходимость, выполнение одновременно нескольких технологических операций, малый вес и высокие эксплуатационные показатели. Они должны гарантированно соблюдать агротехнические требования [11, 12, 13, 14, 20, 36, 254, 257, 258, 259, 265, 272, 279, 287]. Указанные специфические требования и особенности функционирования сельскохозяйственной техники в условиях склоновых земель ограничивают, а зачастую и вообще исключают возможность использования универсальных средств механизации общего назначения.

Таким образом, процесс освоения склоновых земель и производства плодовой продукции в горном садоводстве должен базироваться на научно-обоснованной почвозащитной технологии, которая бы учитывала специфические требования горного земледелия и была бы оптимальной для механизации. С учетом этого система машин для механизации горного садоводства должна обладать такими качествами, как гибкость и адаптивность к специфическим условиям горной местности.

1.3 Система почвозащитного горного садоводства

Агропроизводственные характеристики склоновых земель существенно отличаются от равнинных главным образом тем, что склоновые земли являются эрозионноопасными и поэтому вся система земледелия на этих землях обязательно должна быть почвозащитной. Таким образом, совершенствование системы почвозащитного горного садоводства становится актуальной проблемой.

Многообразие рельефа в садах способствует развитию и протеканию процессов стока талых и ливневых вод, смыву и размыву почвенной поверх-ности. В горном плодовые насаждения размещаются на очень крутых склонах – от 10…15° до 20…25°.

Основные факторы повышенной вредоносности водной эрозии в горном сакдовдстве в сравнении с полевыми условиями определяются [38]: повышенным снегонакоплением и формированием более мощного весеннего стока; промерзанием почвы и снижением водопоглотительной способности почвенной поверхности; полной и постоянной распаханностью почв; экологической обособленностью территории; прямоугольным размещением насаждений.

Форма склона определяет распределение зон эрозии и аккумуляции, степень концентрации и рассеивания стока. Классификация склонов по крутизне следующая: пологие (менее 50); покатые, слабо покатые (5…100); среднепокатые (10…150); сильно покатые (15…200); крутые (20…300); сильно крутые (30…450); обрывистые (более 450).

Заметно микрорельеф влияет на процесс впитывания при крутизне склона больше 5°.

Условия работы средств механизации в горной местности характеризуются большим количеством холостых ходов и огрехов, повышенным расходом ГСМ.

Следует отметить, что устойчивые к эрозии почвы содержат больше глинистых и коллоидных частиц. При этом для них характерны более высокие величины нижней границы текучести и эквивалентной влажности [56, 67].

Анализ годового хода осадков позволяет получить исходные материалы для прогнозирования величины осадков при разработке почвозащитных мероприятий в горном террасном садоводстве.

В горах и предгорных районах твердые осадки в основном преобладают в зимнее время. Следует отметить, что снежный покров оказывает большое влияние на формирование климата, и под его влиянием и воздействием развивается и формируется ряд взаимосвязанных факторов. В частности, между поверхностью полотна террасы и атмосферным воздухом из-за наличия снежного покрова формируются особые формы обмена энергии, оказывающие значительное влияние на поверхностный слой почвы.

Однако снежный покров в период весеннего снеготаяния вызывает на террасах эрозионные процессы. Исходя из этого, изучение характера снежного покрова имеет важное значение.

Снежный покров в Центральной части Северного Кавказа появляется в начале декабря. В течении зимы снежный покров сохраняется в среднем до 60 дней. Длительность зимы – около 100 дней.

Почвозащитная роль растительного покрова определяется рядом параметров: степень проективного покрытия; истинное задернение; мощность дернины и корневой системы; насыщенность корнями почвы и др. Растительность предохраняет почву от ударов дождевых капель, увеличивает шероховатость поверхности земли, способствующее снижению скорости склонового стока. Корневая система растений скрепляет почвенные агрегаты, повышает водопрочность, т.е. система создает своего рода «биологический барьер», который снижает эрозионные процессы.

Почвозащитную роль культурных растений определют проективное покрытие и состояние корневой системы. К примеру, в условиях Центральной части Северного Кавказа наибольшой противоэрозионной эффективностью обладают многолетние травы и озимые культуры сплошного посева.

В Центральной части Северного Кавказа большой процент пашни расположен на склонах крутизной 3…80 и более. Здесь необходимо стремиться к полному задержанию стока талых вод. Резко понижена водопроницаемость междурядий из-за борозд, образующихся в результате прохода сельскохозяйственных машин. Именно в этих бороздах, прежде всего, и концентрируется сток, приводя к образованию рытвин.

Один из эффективных способов борьбы с эрозией на склонах – террасирование склонов.

Исходя из изложенного выше, система почвозащитного горного садоводства должна быть, в первую очередь, почво- и водоохраной.

1.4 Особенности содержания почвы в междурядьях садов в системе адаптивно-ландшафтного земледелия

Одним из путей повышения эффективности использования земли в плодовых насаждениях является рациональные системы содержания почвы в садах [87, 207, 208, 277]. Содержание почвы в горном садоводстве должно быть направлено на повышение и сохранение ее плодородия, защиту от эрозии.

Система содержания почвы в садах на склонах предполагает правильный подбор междурядных культур, почвозащитную систему обработки почвы и удобрения, мульчирование и другие приемы, направленные на улучшение свойств почвы, и в первую очередь, ее водно-воздушного и пищевого режима [207, 208].

В горном садовдстве обязательно сочетать систему содержания почвы со специальными противоэрозионными мероприятиями.

Основные принципы построения рациональных систем содержания почвы в садах на горных склонах, по мнению Драгавцева А.П. [87], состоят в: улучшении рельефа путем террасирования; проведении всех работ по уходу в направлении горизонталей; дифференцировании систем содержания междурядий для склонов различных профилей, крутизны и экспозиции, разной степени эродированности почв.

В настоящее время применяют, в основном, три способа содержания почвы в саду: черный пар, паросидеральный и залужение.

Черный пар способствует изменению структуры верхнего слоя почвы и усилению водной эрозии. Кроме того, нарушается сбалансированность элементов питания и снижается содержания гумуса [177].

Для повышения почвенного плодородия необходимо рационально примененять минеральные и органические удобрения. В условиях горного садовдства это позволяет эффективно использовать почвенно-климатические ресурсы, запасы продуктивной влаги, воспроизводить почвенное плодородие и снизить эрозионные процессы [277, 284].

Основная причина кризисного состояния садоводства – некачественное выполнение агроприемов по содержанию почвы и уходу за плодовыми насаждениями, что приводит к сильной засоренности их, появлению в больших количествах вредителей и болезней [47, 211].

Изложенное выше свидетельствует о том, что: существующие агротехнологии требуют совершенствования; необходимо оптимизировать существующщие и разработать новые технические средства с целью минимизации их негатвного воздействия на почву [109, 110, 118, 125, 179].

Альтернативой традиционным органическим удобрениям могут быть сидераты, способствующие также снижению потребности в минеральных удобрениях. Так, например, введение сидератов в севооборот позволяет вносить туки, в частности фосфорные, в зависимости от обеспеченности почвы, один раз в 2…6 лет [75, 82, 87, 162].

Основной системой содержания почвы в садах, применяемой в странах Европы, является газонно-гербицидная, при которой в приствольные полосы вносятся гербициды, а междурядья находятся под залужением злаковыми травами, с многократным скашиванием за сезон [74, 130].

Учитывая преимущества задернения в сравнении с черным паром, в частности, обогащение почвы органическим веществом, улучшение ее физических свойств, облегчение ухода за насаждениями, повышение качества плодов можно сделать вывод, что на северо-восточных склонах гор Центральной части Северного Кавказа почву в молодых садах через междурядья следует задернять злаковыми многолетними травами. Положительный эффект может быть получен и от сплошного задернения почвы, если приствольные полосы содержать под черным паром. На склонах крутизной свыше 100 для предотвращения эрозии рекомендуется через междурядья в молодых садах задернять многолетними травами [48]. Через 3…4 года травы распахать. А в соседних междурядьях, которые до этого были под черным паром, высевать многолетние травы. В процессе обработки почва смещается по склону, а поверхность выравнивается, что улучшает условия применения колесной техники. Травы скашивать, создавая мульчирующий слой. На 8…10 год следует задернять всю почву в саду. Следует отметить, что в молодых садах сплошное залужение сдерживает рост деревьев, затягивает сроки вступления их в плодоношение и снижает урожай плодов [144, 284].

Положительное воздействие задернения на улучшение почвы особенно заметно проявляется при многократном скашивании травянистой растительности на мульчу, когда вся выращенная зеленая масса остается на участке и минерализируется [51, 109, 133, 151, 169].

Эффективным методом поддержания и улучшения почвенного плодородия, а также повышения продуктивности плодовых культур может служить промежуточный подзимний посев зимующего гороха в междурядьях сада [97]. В этом случае запашка 200…220 ц/га зеленой массы сидерата равноценна внесению 40…45 т. навоза.

Одним из важнейших факторов повышения продуктивности горного и предгорного садоводства является квалифицированное применение удобрений и системы содержания почвы, которая призвана повысить плодородие почвы и качество производимой сельскохозяйственной продукции. В последние годы в стране наблюдается снижение уровня применения органических и минеральных удобрений, что является неприемлемым по отношению к проблеме сохранения и воспроизводства плодородия почвы [8, 147, 174, 207, 208, 212, 311].

Таким образом, важнейшим условием прогрессивного земледелия является недопущение снижения плодородия почв. Восстановление почвенного плодородия невозможно без рационального применения минеральных и органических удобрений и усиления биологических факторов, то есть активное использование растительной биомассы, местных сырьевых ресурсов, улучшающих свойства почвы. Эти приемы в горном садовдстве позволят эффективно использовать почвенно-климатические ресурсы и запасы продуктивной влаги, повысить почвенное плодородие и снизить эрозионные процессы.

1.5 Анализ основных способов мульчирования почвы и их влияние на плодовые культуры

Мульчирование предполагает покрытие поверхности почвы различными материалами для защиты ее от вредного воздействия засухи, холода, излишнего увлажнения, прямых ударов дождевых капель.

В ФГБНУ СКНИИГПСХ изучено послепосадочное мульчирование приствольных кругов различными материалами [176, 177]. Установлено, что мульчирование приствольных кругов усиливает рост и развитие молодых деревьев в первые годы после посадки.

Температура почвы под мульчой ниже, чем на открытой поверхности [17]. Под мульчой, особенно органической, уменьшаются колебания температуры почвы.

Положительное влияние мульчирования почвы на водный режим отмечено в [10, 39, 78, 112, 120, 121, 122, 127, 128, 196, 250, 277, 292].

Мульчирование почвы способствует улучшению питательного режима плодовых деревьев [43, 74, 62, 121, 123, 124, 148, 149, 150, 163, 172, 199, 200, 201, 211, 219, 222, 284, 285, 286, 292].

Важно, что растительность произрастает непосредственно в саду, благодаря чему ее использование не требует дополнительных транспортных затрат [102, 196, 124, 206].

В качестве мульчматериала используются опилки хвойных пород, кора хвойных пород, сено, травяная резка [52, 89, 289, 301, 312].

Мульчироваие почвы раздробленной древесиной обеспечивает усиление ее влияния на почву, рост, урожайность и качество плодов яблони с минимальным использованием минеральных удобрений [122, 123, 131, 284].

В интенсивных уплотненных садах перспективно мульчирование черной пленкой. Наряду с улучшением почвенных условий и усилением ростовых процессов у плодовых деревьев мульчирование имеет и еще одно преимущество – под мульчей из пленки не растут сорняки [137].

В связи с ухудшением в последние годы экологической обстановки, с целью уменьшения использования ядохимикатов, рекомендуют использовать мульчирующую пленку или спонбоуд. Срок использования этих материалов 3…4 года. Недостаток – возможность их повреждения при скашивании травы в междурядьях [117].

Применение светопрозрачной пленки возможно с предварительным внесением гербицидов или укрытием ее почвой. В результате увеличивается энергоемкость конечной продукции [126].

Мульчирование почвы черной пленкой хорошо подавляет сорную растительность, температура почвы под пленкой и влажность всегда выше. Благодаря этому микробиологические и другие процессы в почве проходят интенсивнее [106, 123].

Не всегда сплошное мульчирование поверхности почвы сразу после посадки сада способствует лучшему росту молодых деревьев и более раннему вступлению в плодоношение. К примеру, деревья сорта Голден делишес при сплошном мульчировании плодоносят на четвертый год, в остальных вариантах опыта – на третий [291].

Мульчирование приствольных кругов в саду обеспечивает обильное выпадание надпочвенной и почвенной росы, увлажняющих почву, стимулирует увеличение у деревьев прироста годичных ветвей почти в полтора раза, улучшает качество плодов [112].

Мульчматериалы, внесенные в приствольную полосу, значительно снижают засоренность почвы около штамбов деревьев. Следовательно, мульчирование приствольной полосы – эффективная альтернатива химическому методу борьбы с сорной растительностью [149].

При использовании мульчирования по сравнению с гербицидным паром корневая система яблони охватывает больший объем в поверхностных горизонтах почвы [150].

Основной положительный эффект мульчирования – стабильность макроструктуры почвы и лучшая воздухопроницаемость, снижение потерь воды при испарении с поверхности почвы в засушливый период [8, 9, 233, 268].

1.6 Анализ технических средств по уходу за междурядьями и приствольными полосами плодовых насаждений

1.6.1 Анализ технических средств для скашивания и измельчения травяной растительности в междурядьях плодовых насаждений

При правильном содержании почвы в садах плодовые деревья обеспечиваются в достаточном количестве влагой и питательными веществами.

К системе содержания почвы в горном садоводстве предъявляются следующие требования: обеспечение обогащения почвы органическими веществами и повышения ее плодородия, активного роста плодовых насаждений, получения устойчиво высоких урожаев плодов; обеспечение максимального использования технических средств для ухода за плодовыми культурами; обеспечение снижения эрозионных процессов (особо важно в условиях садоводства на склонах).

Анализ показал, что наиболее рациональной и доступной системой содержания почвы в садах на склонах является задернение со скашиванием растительности на мульчу (дерново-перегнойная) [2, 3, 4, 5, 19, 47, 48, 52, 71, 76, 81, 82, 85, 107, 130, 137, 172, 214, 235, 260, 262, 266, 282, 283, 286].

Скашивают растительность обычными косилками или косилками-измельчителями. При использовании обычных косилок скошенную массу удаляют из сада, так как травостой под оставленными травами выпревает. При использовании косилок-измельчителей скошенную растительность оставляют на поверхности почвы в междурядьях.

При скашивании травы почва не должна быть влажной и рыхлой, что является одним из агротехнических требований. Другим требованием является обеспечение качественного и ровного среза травы на необходимой высоте рабочими органами косилок [180].

Использование косилочных технических средств при мульчировании растительности имеет такие преимущества, как: исключение гибели почвенных микроорганизмов, что характерно при использовании почвообрабатывающей техники; наиболее полная реализация дерново-перегнойной системы содержания почвы [2, 3, 7, 58, 59, 77, 88, 90, 91, 92, 129, 159, 175, 178, 182, 185, 202, 203, 293, 295, 296].

В настоящее время в садоводстве для скашивания травы в междурядьях наибольшее распространение получили ротационные косилки-измельчители с вертикальной осью вращения, предназначенные для скашивания и измельчения травы в садах: КИУ-2А; КРС-2,5А; КРС-1,2; КРС-1,5-3; КС-3М; ИКС-1,5А; ИКС-3; КИС-1,5 (рис. 1.7) [159].

Косилки-измельчители КИУ-2А, ИКС-1,5А, КСУ-3/4 и КС-3М (рис. 1.7) предназначены для скашивания и измельчения травы и сидератов в междурядьях сада и виноградников в условиях равнины и склонов до 50.

word image 1688 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 1.7 – Косилки-измельчители

Основными рабочими органами, которых являются роторы с горизонтально вращающимися ножами. Привод рабочих органов осуществляется от ВОМ трактора. Частота вращения рабочих органов составляет 540 мин-1. Агрегатируются с тракторами класса 0,6…1,4.

Основными отличиями косилок-измельчителей являются ширина захвата и рабочая скорость передвижения: КИУ-2А – ширина захвата – 2,0 м, рабочая скорость 2,5…4,0 км/ч; ИКС-1,5А – ширина захвата – 1,5 м, рабочая скорость – 2,5 км/ч; КСУ-3/4 – ширина захвата – 3 м, рабочая скорость – 3,0 км/ч; КС-3М – ширина захвата – 3 м, рабочая скорость до 6 км/ч [159].

Косилка-измельчитель КРС-2,5А конструкции ВСТИСП (рис. 1.7) одновременно со скашиванием и измельчением трав и сидератов в междурядьях сада обрабатывает и межствольные полосы плодовых деревьев.

Справа по ходу движения косилки имеется выдвижная секция на двуплечем рычаге и ротор для скашивания и измельчения травяной растительности. Другой конец рычага содержит пружину, закрепленную на основной раме. Ротор снабжен обрезиненным защитным кожухом, позволяющим обходить штамб плодового насаждения без повреждения. В качестве привода используется гидромотор.

Косилка КРС-1,5-3 конструкции ООО «Стимул-Брест» (рис. 1.7) предназначена для скашивания грубостебельной растительности в междурядьях и приствольных полосах плодовых деревьев. Для обработки приствольных полос плодовых деревьев косилка оснащена выдвижной секцией.

Во ВНИИ садоводства им. И.В. Мичурина разработана косилка ИКС-3, предназначенная для скашивания травы в полностью залуженных междурядьях и приствольных полосах плодовых насаждений [149] (рис. 1.8).

word image 1689 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 1.8 – Измельчитель – косилка садовая ИКС-3

Косилка Van Wamel серии RF (Нидерланды) (рис. 1.9) содержит выдвижную секцию для скашивания травы в междурядье [149].

Отличительной особенностью всех конструкций косилок измельчителей, используемых в садах экстенсивного и полуинтенсивного типов является возможность бокового смещения рабочего органа от продольной оси агрегата для скашивания растительности под кроной плодового дерева.

http://yar-step.com.ua/wp-content/uploads/2017/04/articlese6b4c56ac5c9bc73.jpg

Рисунок 1.9 – Косилка-измельчитель с выдвижной секцией для ухода за приствольными полосами плодовых насаждений

Для интенсивных насаждений используются косилки с симметричным расположением относительно продольной оси трактора.

Косилка садовая двухрядная КДС-1,2 (рис. 1.10) используется для скашивания и измельчения травы и сидератов в межствольных полосах плодовых деревьев [159].

word image 1690 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 1.10 – Косилка садовая двухрядная КДС-1,2

К недостаткам известных косилок-измельчителей следует отнести относительно низкую частота вращения ротационного рабочего органа (540…840 мин-1), недостаточное измельчение травяной растительности, невозможность окашивания подкроновых зон и транспортирования измельченной травяной массы в приствольные полосы плодовых деревьев.

При возделывании садов на склоновых землях влажность почвы является одним из основных показателей. Исходя из этого основная задача почвообработки в зонах недостаточного и неустойчивого увлажнения – создать оптимальные условия для наибольшего накопления запасов влаги и предотвратить непродуктивный ее расход [17, 38, 103, 104, 260, 290, 293]. Для этого необходимо применение влагосберегающих и почвозащитных агротехнических приемов и технологий. Эта проблема решается при капельном орошении приствольных полос или мульчировании их поверхности.

Исследования, проведенные Камбуловым С.И., показали, что регулировать влажность обрабатываемого почвенного слоя можно использованием почвообрабатывающих агрегатов [103, 104, 105]. При этом автор отмечает, что единственным способом управления влажностью почвы является создание на поверхности почвы мульчирующего слоя.

При доведении травы до определенной фазы роста имеет место высокий выход зеленой массы. При скашивании последней и перемещении ее в приствольные полосы можно до 5…7 раз за сезон прикрыть почву в рядах составом из стеблей и листьев травы [198].

Под научным руководством академика РАН, профессора А.И. Завражнова проводились исследования и разработка технических средств по скашиванию травяной растительности в междурядьях, ее перемещению и созданию мульчирующего слоя в приствольной полосе плодовых насаждений [93, 94, 95, 96, 149, 150, 151, 152, 153, 154, 245].

Перемещение скошенной массы в конструкциях косилок обеспечивается применением дополнительного оборудования: вентиляторов, транспортеров или специальных направляющих [115, 116].

Модель косилки SA-330D (Нидерланды) [303, 306] имеет кожухи со специальными окнами для выброса скошенной травы.

Конструкция косилки «By2g» (Нидерланды) содержит специальные направляющие, обеспечивающие изменение направления отброса срезанной травы [294, 295, 296, 304, 314].

Недостаток – повышенная энергоемкость технологического процесса.

Наибольшее влияние на снижение энергозатрат косилки, имеющей кожух, оказывает способность системы «кожух-нож» выбрасывать всю срезанную зеленую массу из полости кожуха в возможно более короткий промежуток времени после срезания [83, 101, 149]. В результате предотвращается забивание кожуха срезанной массой и уменьшается число стеблей, перерезанных более двух раз.

Для перемещения скошенной массы можно использовать ножи особой

конструкции. К примуре, на лопасти плоского прямоугольного ножа газонокосилок «Сейведж» и «Пинкор» (США) [149, 307, 309] оборудуется лепесток, который при вращении ножа создает воздушный поток, подхватывающий и транспортирующий срезаемые частички зеленой массы в сторону выбросного патрубка.

В газонокосилке «Лон-Бой» (США) каждая лопасть прямоугольного ножа изготовлена со специальным желобом выпуклой стороной в сторону от поверхности газона (рис. 1.11) [101, 149].

word image 1691 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 1.11 – Нож газонокосилки «Лон-Бой»

Для скашивания травы в междурядьях сада известна косилка «Perfekt-Super» (Нидерланды) [297, 298, 307], у которой режущий элемент имеет на задней стороне верхнего края полоску длиной 50 мм и высотой 15 мм, обеспечивающую отбрасывание скошенной массы.

Анализ показал, что применение в конструкциях косилок для перемещения скошенной травы дополнительного оборудования, кожухов различной конструкции увеличивает потребляемую мощность [149].

Манаенковым К.А., Хатунцевым В.В. и Ланцевым В.Ю. предложена роторная косилка для слаборослого садоводства (рис. 1.12, 1.13, 1.14) [149, 184, 245].

Косилка включает в себя: навесное устройство 1, раму 2, имеющую возможность бокового смещения от продольной оси энергосредства, самоустанавливающиеся колеса 3, на которых установлен корпус 4 с возможностью изменения угла атаки, блок роторов 5 с ножами 6, имеющими одностороннее вращение. Привод роторов осуществляется от гидромотора 7. Ножи 6 расположены на выходных валах 8 и имеют лопасти 9.

При движении роторной косилки между рядами плодовых насаждений растительность, которая скошена вращающимися в одну сторону ножами роторов, за счет удара лопастей отбрасывается в ряд насаждений. Другая же часть срезанной массы попадает в зону действия ножей, и процесс повторяется.

word image 1692 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции word image 1693 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

word image 1694 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

1 – навесное устройство; 2 – рама; 3 – самоустанавливающиеся колеса; 4 – корпус 4; 5 –блок роторов; 6 – ножи; 7 – гидромотор; 8 – выходные валы; 9 – лопасти

Рисунок 1.12 – Роторная косилка для слаборослого садоводства

Процесс работы роторной косилки следующий (рис. 1.13). Пропорционально уменьшающиеся диаметры роторов обеспечивают различную дальность отбрасывания срезанной растительности и формирование равномерного мульчирующего слоя в ряду плодовых насаждений.

Однако для управления влажностью почвы и создания гумусового слоя в приствольной полосе молодых плодовых насаждений на террасированных склонах необходимо рыхление околоприствольной полосы и смешивание с почвой мульчи травяной растительности, транспортируемой из полотна террасы.

word image 1695 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 1.13 – Технологический процесс работы роторной косилки

word image 1696 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 1.14 – Роторная косилка для мульчирования травяной растительности в междурядьях и ее перемещения в приствольные полосы плодовых насаждений

В связи с этим возникает необходимость усовершенствования технологии и разработки новой конструкции агрегата, обеспечивающего выполнение нескольких взаимосвязанных технологических операций по уходу за междурядьями и приствольными полосами плодовых насаждений, при этом сохранение и повышение плодородия почв на склоновых землях, что актуально в условиях интенсивного горного и предгорного садоводства Центральной части Северного Кавказа.

1.6.2 Анализ способов и технических средств для рыхления и нарезания щелей в приствольных полосах плодовых насаждений

В производственных условиях наибольшее применение для рыхления приствольных полос плодовых насаждений получили устройства с активными рабочими органами – фрезами. Они обладают рядом преимуществ, чем и обусловлено их более широкое (особенно за рубежом) применение.

Фрезерование обеспечивает высокое качество рыхления, лучшее сохранение почвенной влаги, повышение полноты срезания сорной растительности, увеличение микробиологической активности почв [72, 80, 86, 218, 221, 248]. Кроме того, фрезы меньше повреждают корни [299].

Фреза садовая ФА-0,76 (рис. 1.15) содержит фрезерный барабан с горизонтальной осью вращения, шириной захвата 0,76 м.

Фреза для приствольной обработки в саду ФА-076, фото 2

Рисунок 1. 15 – Фреза садовая ФА-0,76

В процессе работы фрезерный барабан, который вращается с частотой 300 мин-1, располагается в междурядье. При подходе к штамбу щуп воздействует на гидрораспределитель, и фрезерный барабан выдвигается из ряда деревьев. После схода щупа со штамба барабан вдвигается в ряд.

Установка защитного кожуха способствует увеличению мощности на привод фрезерного барабана на 31% [86]. В процессе отвода выдвижной секции расходуемая на привод мощность возрастает на 25…30% [86].

Фрезы с вертикальным валом могут совершать полезную работу на протяжении всей траектории движения ножей в зависимости от величины подачи на нож. При этом нижние слои почвы не выносятся на поверхность, что способствует лучшему сохранению почвенной влаги [99]. Фрезы с вертикальным валом вращения не заделывают в почву растительные остатки, а, наоборот, извлекают их на поверхность [301]. Именно это качество является важным преимуществом при обработке почвы в рядах деревьев, очень часто засоренных многолетними корневищными сорняками.

К недостаткам вертикальных фрез следует отнести возможность разброса почвы по сторонам обрабатываемой полосы. Однако этого можно избежать путем правильного выбора режимов работы и геометрических параметров ножей [247].

Учитывая, что основным содержанием почвы в садах на склоновых землях является дерново-перегнойная система, то во избежание смыва почвы с приствольных полос плодовых насаждений, рыхление не целесообразно.

Наиболее приемлемой является агротехнический прием – щелевание, который обеспечивает перевод поверхностного стока в продуктивную влагу [40, 282]. Для нарезания щелей, например, возможно использование навесного щелереза-кротователя ЩН-2-140, используемого для глубокого рыхления склонов крутизной до 10°.

Также эффективен роторный щелеватель с комбинированными активно-пассивными рабочими органами (ВНИИЗиЗПЭ). При его использовании активная фреза нарезает щель на уровне гумусового горизонта, а пассивный рабочий орган производит ее углубление.

Данный агротехнический прием эффективен и безопасен только в молодых садах, когда корневая система плодовых насаждений не полностью освоила полотно террасы. С учетом этого разработан способ нарезки щелей в садах на террасированных склоновых землях (рис. 1.16) [282], заключающийся в следующем.

Поперек террас с плодовыми насаждениями 1 нарезают щели 2, 3, заполняемые впоследствии мульчматериалом 4. Щели нарезается в шахматном порядке. Извлеченная из щелей почва образует валки 5. Такое размещение щелей обеспечивает существенно меньшее травмирование корневой системы плодовых насаждений, задержку поверхностного стока благодаря заполнению их мульчматериалом и наличию валков. Уменьшение травмирования корневой системы плодовых насаждений и сокращение эрозионных процессов повышает урожайность садового участка.

word image 110 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 1.16 – Способ нарезки щелей в садах на террасированных склонах

Известна машина для щелевания междурядий многолетних насаждений при залужении, состоящая из рамы, рабочих секций, редуктора конического, блока сменных шестерен, дисковых щелерезов, карданной и цепной передач, направляющего кожуха, опорных колес, навесного устройства и привода от ВОМ трактора (рис. 1.17, 1.18) [183].

word image 1697 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 1.17 – Машина для щелевания междурядий многолетних насаждений при залужении

word image 1698 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 1.18 – Расположение щелей относительно приствольных полос плодовых насаждений

К недостаткам известной машины для щелевания междурядий многолетних насаждений при залужении следует отнести нарезание узких щелей с укладкой почвы в щели и над ней, невозможность измельчения и транспортирования мульматериала в приствольные полосы деревьев.

Анализ показл, что с целью ускоренного создания гумусового слоя в приствольных полосах молодых плодовых деревьев в садах на террасах и склоновых землях необходимо разработать комбинированный агрегат, состоящий из косилки-измельчителя и фрезерного рабочего органа, а также окашивающей косилки для скашивания травяной растительности в приствольной полосе и вокруг штаба плодовых деревьев.

1.6.3 Анализ технических средств для окашивания подкроновой зоны и химической обработки приствольных полос плодовых насаждений

Вследствие специфических условий работы в садах на террасах, где движение тракторного агрегата со стороны откоса террасы невозможно, межствольные полосы и зона вокруг штамба дерева являются наиболее труднообрабатываемыми элементами междурядий. Поэтому отличительной особенностью машин для обработки межствольных полос и приствольных кругов является наличие выдвижной секции с размещенными на ней рабочими органами, проникающей при поступательном движении агрегата в пространство между деревьями, механизма ввода и вывода выдвижной секции в линию ряда и из него, а также механизма обхода штамба дерева рабочим органом.

Для ввода в ряд и вывода выдвижной секции из ряда используются следующие кинематические схемы.

Схема линейного отвода, при котором ввод и вывод рабочего органа осуществляется в направлении, прямо перпендикулярном движению агрегата. При такой схеме подвижная часть рамы с рабочим органом перемещается с помощью силового цилиндра перпендикулярно оси ряда по неподвижной части рамы сельхозмашины.

Для ввода и вывода рабочего органа используются следующие механизмы (рис. 1.19): на штанге с раздвижным параллелограммом; на телескопической штанге.

C:\Users\Пользователь\Desktop\Чертеж5555 - копия.bmp

а. б.

Рисунок 1.19 – Линейная схема отвода

а – на штанге с раздвижным параллелограммом; б – на телескопической штанге.

Параллелограмная схема (рис. 1.20) отвода представляет шарнирный параллелограмм, у которого передняя балка является неподвижной частью рамы сельхозмашины, а остальные три стороны параллелограмма, шарнирно соединенные с передней балкой, перемещаются в горизонтальной плоскости под действием силового цилиндра. Рабочий орган устанавливается на задней балке параллелограммной рамы. Рабочий орган, при отводе и вводе в ряд, описывает траекторию по дуге окружности.

C:\Users\Пользователь\Desktop\Чертеж5555 - копия (2).bmp

Рисунок 1.20 – Параллелограммная схема отвода.

Недостатками данных схем является наличие больших инерциальных нагрузок, воздействующих на неподвижные элементы рамы сельхозмашины и на навеску трактора, а также значительные затраты энергии при быстрых перемещениях значительных масс.

Радиальная схема (рис. 1.21) осуществляется за счет поворота рабочего органа вокруг вертикальной оси, при этом траекторией движения рабочего органа является дуга окружности.

C:\Users\Пользователь\Desktop\Чертеж5555 - копия (3).bmp

Рисунок 1.21 – Радиальная схема отвода

При такой схеме, направление движения рабочего органа относительно направления движения агрегата происходит назад и в сторону. Это соответствует направлению вектора силы, создаваемого силами сопротивления, что способствует ускоренному отводу рабочего органа от штамба. Ускоренный отвод рабочего органа позволяет увеличить рабочую скорость агрегата и соответственно производительность.

По принципу обхода штамба дерева, приспособления для скашивания растительности в межствольных полосах можно подразделить на две группы: с принудительным выводом рабочего органа из межствольной полосы при контакте со штамбом дерева; без принудительного вывода рабочего органа из межствольной полосы.

В качестве датчика импульса на отвод, здесь используется штамб дерева, взаимодействующий с сигнальным элементом щупом.

Существенными недостатками указанной системы является наличие сложных кинематических связей меду щупом и гидрораспределителем, наличие инерционных сил, вследствие того, что вывод и ввод осуществляется в короткий промежуток времени, что приводит к мгновенному изменению скоростей, а также вероятность повреждения штамба дерева.

К первой группе можно отнести измельчитель – косилку садовую ИКС-3, где устройства для скашивания травы в приствольных полосах могут быть в виде выдвижных секций к косилкам для междурядий, в виде самостоятельных приспособлений (рис. 1. 22).

word image 1699 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции word image 1700 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

а. б.

Рисунок 1.22 – Косилка-измельчитель КДС-1,2 (а), схема работы косилки-измельчителя с боковым выносом (б)

Ко второй группе относится аналогичная ИКС-3 и разработанная ВСТИСА и спроектированная в АО «ГСКБ» косилка садовая КРС-2,5А [183] (рис. 1.23), предназначеная для скашивания и измельчения травы и сидератов в междурядьях и межствольных полосах садов с шириной междурядья 2,5-8 м, шагом посадки не менее 1 м, в условиях равнины и склонов до 5°.

word image 1701 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 1.23 – Косилка-измельчитель КРС-2,5А

К достоинствам таких конструкций относится простота конструкции.

К недостаткам следует отнести: значительная величина усилия, передаваемого рычагом на штамб дерева; некачественная обработка межствольных полос, вследствие отвода выдвижной секции вокруг штамба дерева остается необработанная площадь; ввод и вывод выдвижной секции осуществляется в короткий промежуток времени, что приводит к мгновенному изменению скоростей и как следствие возникновению инерционных сил, которые приводят к снижению эксплуатационной надежности; частое включение и выключение гидравлического привода способствует перегреву жидкости гидросистемы, что приводит к нарушению работы и снижению производительности агрегата.

Использование известных косилок с выдвижными секциями для скашивания травяной растительности в ряду плодовых насаждений, размещенных на насыпной части террасы невозможно, так как остается не обработанной другая часть линии ряда со стороны откоса террасы, шириной 0,5м.

Для решения данной проблемы учеными ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ и ФГБНУ СКНИИГПС была предложена новая конструктивно-технологическая схема косилки (рис. 1.24), предназначенной для скашивания растительности в пространстве вокруг штамбов плодовых насаждений.

При движении транспортного средства между рядами деревьев штамб плодового насаждения входит в пространство между двумя соседними роторами 3, в результате чего крестообразная рама начинает проворачиваться под давлением штамба на защитное ограждение. При этом режущий аппарат скашивает растительность с пространства вокруг штамба плодового насаждения. Проворачивание несущей рамы продолжается до тех пор, пока штамб дерева не выйдет из зацепления с крестообразной рамой косилки.

Окашивающая косилка C:\Users\Hajmetov\Pictures\К Ю.tif

а. б.

1 – выносной рукав; 2 – крестообразная рама; 3 – ротор с режущими ножами

Рисунок 1.24 – Конструктивно-технологическая схема косилки для окашивания штамбов плодовых деревьев (а), опытный образец косилки (б)

Испытание опытного образца этой конструкции косилки показали её эффективность. Однако при этом были выявлены существенные недостатки механизма навески режущего аппарата и неустойчивость хода. В процессе работы машины происходит сгруживание почвы режущим аппаратом, что значительно влияет как на качественные показатели работы косилки, так и на работоспособность агрегата в целом. Оператору необходимо корректировать положение режущего аппарата гидравлической системой трактора, что значительно повышает его утомляемость [249].

Анализ разработок И.Н. Велецкого [64, 65, 66], К.А Манаенкова [149, 150, 151, 152, 153] и других авторов показывает, что для обработки приствольных полос в садах гербицидами используются штанги, которые приспособлены к серийным опрыскивателям.

Штанга может быть снабжена с одной (рис. 1.25) или с двух сторон (рис. 1.26) отклоняющимися секциями, обеспечивающими обработку приствольных полос и обход штамба при встрече с ним [14, 98, 100]. В ряде конструкций отклоняющаяся секция заходит за ось ряда [7, 8, 98, 100] или же между краем секции и штамбом есть зазор 15…30 см [66].

Другая схема предполагает, что длина штанги несколько меньше ширины междурядий, а крайние распылители располагаются с наклоном в сторону ряда (рис. 1.27) [66, 288].

Недостаток гербицидной штанги с отклоняющимися секциями –огрехи при обходе штамба. В целях их уменьшения предложено крайние секции снабдить кранами-дозаторами, регулирующими подачу гербицида при обходе штамба [224].

word image 1702 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 1.25 – Навесной штанговый опрыскиватель серии ЗУБР НШ

«ГЕРБИ» (Разработчик и изготовитель – ООО «СелАгро»)

C:\Users\Hajmetov\Pictures\Гер 2.tif

Рисунок 1.26 – Навесной штанговый опрыскиватель серии ЗУБР НШ

«ГЕРБИ 2» (Разработчик и изготовитель – ООО «СелАгро»)

C:\Users\Hajmetov\Pictures\Гер 2.tif

Рисунок 1.27 – Гербицидная штанга садовая

(Разработчик и изготовитель – СП «СадМашСервис»)

Для повышения качества внесения гербицидов около штамба отклоняющиеся секции оборудуют механизмами, которые обеспечивают вылив дополнительных порций ядохимикатов [225] или поочередную обработку почвы перед штамбом и за ним второй секцией [228].

Разработаны и другие конструкции для сокращения огреха [226] и повышения полноты внесения гербицидов [227].

Гербицидные штанги для обработки приствольных полос в садах обладают простотой устройства и эксплуатации, однако требуют тщательного научного обоснованая параметров и режимов работы [7, 8, 64, 111].

Таким образом, требования по снижению удельного расхода жидкости и распространение интенсивных садов предопределяют актуальность данной проблемы. Исходя из этого, возникает необходимость детального изучения процесса работы существующих устройств с различными схемами компоновки гербицидных штанг и совершенствования технологии внесения гербицидов в приствольную полосу сада.

1.7 Анализ технических средств для обрезки и утилизации срезанных ветвей плодовых насаждений

1.7.1 Обрезка как способ регулирования роста и плодоношения плодовых деревьев

Регулирование благоприятного соотношения между ростом, обильным и ежегодным плодоношением плодовых насаждений обеспечивается обрезкой [125, 170]. Частая обрезка молодых насаждений способствует сильному росту надземной части и значительному отдалению наступления плодоноше­ния. Чем меньше обрезаются молодые насаждения, тем они раньше начинают плодоносить. Тем не менее, без обрезки урожай­ность насаждений остается низкой.

В современных системах формирования крон плодовых деревьев стараются возможно реже применять укорачивание, заменяя его други­ми приемами. Укорачивание однолетних приростов молодых деревьев должно быть не правилом, а скорее исключением.

Обрезка – самое сильное и быстродействующее средство, влияющее на перераспределение усваиваемых и синтезируемых деревом веществ, направляемых к нужным точкам роста и плодоношения. Исходя из этого, обрез­ка более эффективна в комплексе с другими агроприемами: системой содержания почвы, орошением, удобрением, защитой от вредителей и болезней.

Если плодовым насаждениям не оказывать помощь в распределении питательных веществ, то они не всегда используются деревом [125].

Как и другие аг­роприемы, обрезка плодовых растений должна быть направлена не столько на устранение вредных или нежелательных последствий, сколько на заблаговременное их предупреждение.

Таким образом, цель обрезки: с минимальной степенью ее применения сформировать прочную, хорошо освещенную, скороплодную и высокопродуктивную крону ограни­ченных размеров, соответствующую системе размещения растений в на­саждениях; после завершения формирования кроны и в начале плодоношения поддерживать благоприятное, производственно выгодное соотношение между ростом и плодоношением, целесообразный размер дерева и структуру кроны, обеспечивающую хорошее освещение всех ее частей, получение регулярных оптимальных урожаев плодов высокого качества с минимальными затратами труда и средств на единицу произведенной продукции.

1.7.2 Анализ способов и технических средств для детальной обрезки плодовых деревьев и утилизации срезанных ветвей

Обрезка плодовых насаждений остается одним из самых трудоемких приемов в технологии ухода за плодовыми насаждениями (рис. 1.28) [73, 146, 275].

word image 1703 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

1 – обрезка насаждений; 2 – внесение удобрений; 3 – обработка почвы; 4 – борьба с вредителями и болезнями; 5 – уборка урожая; 6 – товарная обработка плодов

Рисунок 1.28 – Удельный вес механизированного труда в общих затратах, %

Удельный вес механизированного труда при обрезке составляет 4,1%[155]. Для обрезки сада площадью 400 …500 га, при норме обрезки 7 недель, требуется не менее 165…200 человек при условии, что она проводится в 1 раз 2…3 года [173]. Если на один гектар сада требуется более 800 чел. /час, то только для обрезки сада на площади 1 га требуется 120…220 чел. /ч (20…22% всех затрат) [53].

Физиологическое состояние и продуктивность плодовых насаждений в основном определяется правильной формой и структурой кроны, зависящие от квалификации обрезчиков и качества инструмента [35, 71].

Обрезка выполняется в основном вручную с применением секаторов, садовых ножниц, ножей и ножовок, что увеличивает затраты на содержание сада. Также обрезка ручными инструментами вредна для здоровья человека. При обрезке мышечное усиление составляет 37 кг, что за рабочий день составляет 150000 кг, и способствует развитию мышечных заболеваний.

Разработка технических средств для обрезки ведутся в направлении создания приспособлений и машин для детальной и контурной обрезки [30, 50]. Важно при этом обеспечить: работу нескольких инструментов от одного источника энергии; универсальность; комбинированность.

Известны такие способы обрезки ветвей плодо­вых насаждений, как детальная (вручную) и сплошная (с использованием контурных обрезчиков) (рис. 1.29) [108, 223].

Устройства для детальной обрезки плодовых деревьев делятся на три группы: простые секаторы, использующие мышечную силу (механические, гидравлические); инструменты с полумеханизированным приводом; инс­трументы, использующие в качестве источника энергии электричество, сжатый воз­дух и жидкость [29, 49, 274, 276].

Механизированный инструмент выпускается многими предприятиями и фирмами, как отечественными, так и зарубежными.

Комплект отечественного ручного инструмента садовода включает: секатор одностороннего резания СО; садовый средний нож НС; садовый малый нож НМ; прививочный нож НП; окули­ровочный нож НО; ножовку садовую складную НСС; сталик; брусок-микрокорунд; ремень для правки лезвий ножей и сека­торов; тюбик пасты ГОИ.

Наряду с комплектами и наборами выпускаются инструменты: секаторы двухстороннего резания СД, секаторы од­ностороннего резания усиленные СОУ, секаторы кустарниковые СОК; сучкорезы СШ-1; штанговые сучкорезы СШ2-1, СШ2-2; садовые ножи НБ, НС, НМ, НП, НО, НК и НКО; ножовки НС-1, НС-2, НСС, НСШ, НП.

Отечественная промышленность выпускает несколько ви­дов секаторов и сучкорезов. Секатор пневматический СП-15 для срезания ветвей плодовых деревьев диаметром до 25 мм включает: кор­пус рукоятки, пневмоцилиндр с поршнем, режущий и противорежущий ножи, возвратную пружину и штуцер. Максимальное количество рабочих ходов поршня 45…55 в минуту, ход поршня 35 мм. Усилие среза при давлении воздуха 0,7 МПа составляет 1500 Н.

word image 1704 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 1.29 – Классификация способов и средств обрезки ветвей плодовых деревьев

Секатор пневматический СП-25 отлича­ется от СП-15 тем, что в рукоятке проходят два канала для подачи воздуха под давлением и для выхода отработанного воздуха. В средней части рукоятки установлено распределительное устройство для управления процессом обрезки.

Сучкорез пневматический СПГ-25, предназначенный для обрезки высо­корасположенных ветвей диаметром до 25 мм, включает: режущий аппарат односто­роннего резания гильотинного типа; трубчатую штангу; тягу; диафрагменный привод; рукоятку; золотниковое устройство; штуцер. Производительность 40…60 срезов в минуту, масса 2,9 кг.

Сучкорез пневматический СПГ-40 способен срезать ветки диаметром 40 мм. Производительность до 13 срезов в минуту.

Фирма «Millir Robinson» (США) производит секаторы, сучкорезы и другой ручной инструмент, фирма «Quick Cut» (США) – дисковые ручные пилы с пневмо- и электроприводом.

Фирма «Power Plant» вы­пускает электрические секаторы и портативные ручные ножи.

Наиболее удобны для всех видов обрезки плодовых насаждений пневматические дисковые пилы, позволяющие срезать ветви диаметром до 150 мм [303].

Фирма «Campagnola» (Франция) выпускает широкий ассор­тимент инструментов для детальной обрезки плодовых насаждений: се­каторы, пневмопилы, сучкорезоки и пр. [313].

Фирма «Cobra» (Италия) выпускает секатор для обрезки ветвей диаметром до 35 мм. Масса 550 г, расход воздуха 80 л/мин и давление сжатого воздуха 0,1 МПа.

Фирма «Super Star» (Италия) выпускает секаторы для об­резки ветвей диаметром 22…32 мм. Масса 600 г., длина штанги 0,5…3,0 м [313].

В ручном секаторе SPN-2 (Германия) рабочий цилиндр жестко соединен с нижним противорежущим ножом, а подвижный нижний нож присоединен к поршневому ходу. Масса 715 гр., длина присоединительного шланга 450 мм, длина основного шланга 25 мм, диаметр срезаемых веток до 25 мм. Недостатки: низкая надежность эксплуатации клапана; недостаточный период эксплуатации; существенная вибрация деталей.

Также в Гер­мании нашли применение пневмосекаторы Р-800 и Р-800В [276, 308, 310] повышенной производительности.

В Болгарии налажен выпуск агрегата для обрезки деревьев в сочетании с платформой ПБРН-3, основные узла которого: компрессор, рама, пневмоножницы, воздухопривод, платформа. Производительность в сравнении ручной обрезкой повысилась на 34%.

Известна гидравлическая садовая вышка ВГС-3,5, агрегатируемая с самоходным шасси Т-16 [50, 271, 272, 273]. Выдвижная платформа предназначена для размещения на ней 3 человек при обрезке. Производительность труда повышается в сравнении с ручной обрезкой в 1,6 раза (табл. 1.2) [50, 53].

Уборочная платформа ПОС-0,5 предназначена для детальной обрезки и формирования кроны плодовых деревьев, имеет компрессор и комплектуется пневматические секаторы СП-16 и СП-25, пневмогидравлические секаторы СПС-40 и СПЦ-150 (табл. 1.3) [70].

Кроме компрессоров, нашли применение резервуары, заправленные сжатым воздухом или инертным газом [274, 275].

Таблица 1.2 – Характеристика пневматического режущего инструмента вышки ВГС-3,5

Инструменты Выполняемые

операции

Количество

инструментов

Габариты
длина, мм вес, кг
Гильотинный

сучкорез

Для обрезки веток до 25мм 2 2415 3, 4
Крючковый

сучкорез СПК – 25

Для обрезки удаленных ветвей 1 2470 3, 5
Малый гильотинный сучкорез СПГМ-25 Для срезания близко расположенных ветвей 2 1420 2, 5
Малый крючковый сучкорез

КПКМ-25

Для срезания близкорасположенных ветвей 2 2470 3, 5
Дистанционная ножовка НIII-2, 5 Для срезания веток более 25 мм 2 2575 1, 8

Таблица 1.3 – Характеристика инструментов уборочной платформы ПОС-0,5 и ПКО-0, 7

Марка Масса, кг Производительность в срезах в минуту Диаметр срезаемых ветвей, мм
СП-16 0, 6 70-80 до 16
СП-25 1, 1 45-50 до 25
СПШ-1 2, 8 20-40 до 25
СПГ-40 6 до 13 до 40
СПГ-150 4 до 20 до 60

Агрегат ППБ-1 включает 10 пневмосекаторов, 20 переносных баллонов для сжатого воздуха, 10 салазок для баллонов зарядной станции.

Секатор фирмы «SOCOP» работает при давлении 4…6 бар. Масса 840 гр. Бутылка с 300 гр. СО2 подвешена на поясе. Автономность системы мала из-за небольшого объема газа в бутылке [160].

Основной недостаток пневматических машин – диаметр срезаемых ими ветвей очень мал (до 27 мм), в то время, как большое количество ветвей, подлежащих обрезке на 10…15 летних деревьях, имеет диаметр более 30 мм [58].

В ручных инструментах с гидравличес­ким приводом [57, 61] в основном используется объем­ный гидропривод [41, 42, 55]: гидромоторы, использующие энергию пото­ка жидкости и сообщающие выходному валу неограниченное поступа­тельное движение; гидроцилиндры, сообщающие выходному звену посту­пательное движение; поворотные гидродвигатели, сообщающие выходно­му валу ограниченное вращательное движение.

Наибольшее распространение в ручных инструментах получили гидроприводы поступательного движения – с возвратно-поступательным движением выходного звена и с гидродвигателями в виде гидроцилинд­ров.

Из ручных инструментов с гидравлическим приводом большой интерес представляет секатор СПГ-40.

В Горском ГАУ разработан секатор с гид­равлическим приводом [220] (рис. 1.30), включающий масляный насос 1, подающий под давлением жидкость в электрогидрозолотник 2, из которого масло поступает в первый гидроцилиндр (ГЦ1) 3, механически связанный с поршнем тормозного гидроцилиндра (ГЦ2) 4. Последний через рукав высокого давления подает жидкость под давлением в рабочий орган (секатор) 5.

word image 1705 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

1 – насос; 2 – электрозолотник; 3 – гидоцилиндр; 4 – тормозной гидроцилиндр; 5 – рабочий орган (секатор)

Рисунок 1.30 – Блок-схема гидропровода секатора

Недостатки: сложный многозвенный привод, требующий электронной системы управления; в случае использования в агрегате более одного инструмента для каждого из них необходимо иметь свою цепочку звеньев 2, 3, 4 (рис. 1.30).

Указанные недостатки устранены в техническом решении, при котором к исполнительным органам подводится только один рукав [220] (рис. 1.31). Поршни гидроцилиндров 6 вместе со штоками перемещаются вправо, поворачивают подвижные ножи 16 и перемещают пилы 8, тем самым осуществляется процесс резания до достижения поршнем гидроцилиндра 4 крайней правой точки. По мере дальнейшего вращения кривошипа 2 поршень гидроцилиндра 4 начинает перемещаться влево от крайней правой точки. Начинается отток жидкости из полостей гидроцилиндров привода рабочего органа, причем, пружины гидроцилиндров 6 подпирают жидкость в гидромагистраль 5, не позволяя поршню гидроцилиндра 4 отрываться от жидкости. При достижении им крайней левой точки, жидкость вытесняется из полостей гидроцилиндров 6. Далее по мере поворота кривошипа поршень начинает двигаться от левой крайней точки, и процесс повторяется.

Описание: Рисунок 1
а.
Описание: рис Описание: рис
б. в.

 

а – без бачка; б – с бачком; в – гидропила

1 – рама; 2, – кривошип; 3,15, 36- штоки; 4,6,34 – гидроцилиндры; 5,30 –гидромагистрали; 7 –секатор; 8,37 – пилы; 9 –пробка; 10 – гидрораспределитель; 11 – золотник; 12 – рычаг; 13,21,22,23,42 – пружины; 14, 40 – фиксаторы; 16,17 – ножи; 17-нож; 18 –гидрокомпенсатор; 19 – регулировочное отверстие; 20,24, 28,35 – поршени; 25 – тарелка; 26 – винт; 27 – контргайка; 29 – бачок; 31,33 – клапаны; 32 – магистраль; 39 – кронштейн; 41 – вырез

Рисунок 1.31 – Устройство для обрезки ветвей деревьев и кустарников

По выводе рычага 12, соединенного шарнирно с корпусом гидроцилиндра 6 и золотником 11, из зацепления с фиксатором 14 пружина 13 перемещает золотник 11 вверх и перекрывает поток жидкости в гидромагистраль. Подвижный нож 16 останавливается, а лишняя жидкость отводится в гидрокомпенсатор. При вводе рычага 12 в зацепление с фиксатором 14 гидрораспределитель открывается, а жидкость может поступать в полость гидроцилиндра б. При этом отведенная в гидрокомпенсатор жидкость возвращается в гидромагистраль.

Преимущества гидравлического объемного привода [41]: возможность компоновки независимо от расположения валов и узлов; малая инерционность; бесступенчатое регулирование скорости движения рабочих органов.

Недостатки: невозможность ремонта в полевых условиях; сложность и громоздкость оборудования; ограниченная длина кабеля; большая масса.

Кроме того, классические схемы объемного гидропривода предус­матривают наличие двух рукавов (высокого и низкого давления) для передачи движения к каждому исполнительному органу с помощью рабо­чей жидкости, что значительно снижает эффективность использования таких приводов в ручном садовом инструменте, так как невозможно обеспечить высокую маневренность инструмента. Следствием этого яв­ляется снижение производительности.

Разработка таких инструментов с приводом от ДВС в садоводстве ведется как в нашей стране, так и зарубежом.

В НПО «Силва» разработан секатор с дисковой пилой диаметром 250…300 мм. Привод – посредством гибкого вала.

Фирма «Наkвоу» (Германия) выпускает садовый инструмент с приводом от ДВС мощностью 0, 9 л. с. и весом 4,5 кг [160].

Мотокусторезы выпускают такжефирмы «Campagnola», «Efko» (Италия), «Husqvarna», «Partners» (Швеция), «Chindaiva», «Comotzu Zenoa» (Япония) и др.

Фирма «Husqvarna» (Швеция) выпускает инструмент, включающий телескопическую штангу длиной 2, 3, 4 и 6 м. Привод от ДВС мощностью 1,3…2,1 кВт, масса 7,5…7,8 кг, диаметр срезаемых ветвей 40 мм [160].

Все инструменты с приводом от ДВС имеют идентичную конструкцию. Различия – в типе двигателяй, карбюра­тора, системы зажигания, муфты сцепления [272].

В последние годы в качестве привода садового инструмента стала применяться электрическая энергия (табл. 1.4) ввиду того, что при использовании электрических инструментов в садоводстве затраты ручного труда сокращаются на 90% [114, 181, 193, 194, 271, 273, 275].

Таблица 1.4 – Характеристика дисковых электропил (U=220/127 В)

Технические

показатели

Тип пилы
И-20 И-78 ДПА-27 ТК-3
Диаметр диска, мм 250 180 250 200
Скорость вращения, об/мин 2800 2700 1140 3500
Наибольшая глубина пропила, мм 60 60 90 45
Вес пилы, кг 14 10,9 16 5,5
Мощность, Вт 800 800 800 400

Известны отечественные конструкции садового инструмента с электрическим приводом: Н-20, И-78, «Се­вер-3», ЛЭП-1, ЛЭП-2 и др.

Фирма «Paner Plant» производит электросекаторы и электропилы для срезания ветвей диаметром до 40 мм. Рабочее напряжение 115…230 В.

Фирма «Nowutil» выпускает секаторы, способные действовать со скоростью 130 ударов в минуту и весом 900 гр. Напряжение в 24 В.

Недостатки электроинструмента: большой вес; малая производительность; использование опасного для жизни обрезчика напряжения; затрудненность использования в полевых условиях; дороговизна источников электрической энергии.

Анализ показал, что перспективным является схема утилизации срезанных ветвей, предполагающая измельчение срезанных ветвей плодовых насаждлений. Основные требования к измельчению: [54, 107, 145, 197]. древесные частицы должны быть достаточно повреждены, для того, что бы обеспечить проникновение в древесину влаги и дереворазлагающих микроорганизмов, способных разрушить структуру древесины за период до следующей обрезки плодовых деревьев, обычно проводимую один раз в два-три года.

Измельчители класси­фицируются на: стационарные, позиционные и передвиж­ные (рис. 1.32).

Стационарные измельчители работают сле­дующим образом. Собранные ветви вручную подаются в приемную камеру измельчителя. Затем масса поступает к рабочему органу и измельчается, по­сле чего полученная щепа отправляется на дальнейшую переработку.

Наиболее распространенными рабочими органом таких машин являются дисковые или барабанные измельчители. Данные машины называют рубительными, так как основаны на принципе инерционного действия рабочих органов.

word image 1706 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 1.32 – Классификация машин для измельчения древесины

Из отечественных конструкций можно отметить машины МРР 5-30 (рис.1.33), МРР 8-50, МРР 12-70, ТРМБ-5 и др. [60, 210]. Основной узел – механизм рубки, со­стоящий из ротора, диск которого установлен под углом к горизонтальной плоскости или вертикально, кожуха и загрузочного патрона.

Описание: МРР-300

Рисунок 1.33 – Рубительная машина марки МРР 5-30

Аналогичные машины выпускаются и за рубежом (рис. 1.34).

Описание: Измельчитель Type M Bruks (Швеция)

Рисунок 1.34 – Рубительная машина Type M фирмы Bruks (Швеция).

Позиционные измельчители, двигаясь по междурядью, делают периодические остановки около зара­нее приготовленной массы сучьев. Рабочие подают сучья в измельчитель, по­сле чего агрегат переезжает на следующую позицию. Привод – от ВОМ трактора. Отечественной промышленностью выпускаются машины разработаны как с барабанным (ДОП-1), так и с дисковым (УРП-1Б) рабочим органом (рис. 1.35, а) [113].

Дробилка ДОП-1 (1.35, б) предназначена для переработки древесных отходов в технологическую щепу, снабжена вентилятором, агрегатируется с тракторами МТЗ-80/82, монтируется на трехточечную гидронавеску с приводом от ВОМ. Максимальный диаметр сучьев 100 мм. Производительность 10…20 м3/ч. Размеры получаемой щепы: длина 10…60 мм, толщина не более 30 мм. Потребляемая мощность 45 кВт.

Описание: photo77 Описание: Рубительная машина 312 CS Ahlström (Финляндия)

а. б.

а – УРП-1Б; б – ДОП-1

Рисунок 1.35 – Позиционные измельчители

Рубительная установка УРП-1Б предназначена для измельчения древесины в щепу. Размеры получаемой щепы: длина 20…25 мм, толщина 4…6 мм. Производительность до 80 м3/ч.

Аналогичные машины выпускают зарубежные фирмы Junkkari, Перусюхтюмя, Rauma-Repola, Sasmo (Финляндия), Bruks (Швеция), Klöckner (Германия), Pöttinger (Австрия), Eger (Венгрия).

На рисунке 1.36 приведена рубительная машина HJ 6 фирмы Junkkari (Финляндия). Привод от ВОМ трактора.

Описание: Рубительная машина HJ6 Junkkari (Финляндия)

Рисунок 1.36 – Машина HJ 6 фирмы Junkkari (Финляндия).

Рабочий орган – диск диаметром 630 мм с 3-мя ножами. Частота вращения диска 2000…2400 мин-1. Размер щепы: 3…26 мм. Максимальный размер перерабатываемых ветвей 150 мм. Производительность 7…20 м3/ч. Потребляемая мощность 22…55 кВт. Вес машины – 440 кг.

В нашей стране наибольшее распространение получили прицепные из­мельчители ИВС-1,5 с приводом от ВОМ трактора [204].

Из зарубежных конструкций известна навесная измельчительная машина HF 960 (рис. 1.37) фирмы Gerhard Dücker GmbH & Co (Германия). При измельчении ветвей щепа транспортируется как в кузов маши­ны, так и на поверхность почвы. Рабочий орган – трех ножевой барабан. Производительность до 20 м3/ч.

Как отмечалось выше, наиболее рациональной технологией является измельчение сучьев непосредственно в cаду в качестве удобрения. Она может реализоваться двумя способами: измельчение сучьев при движении по междурядью сада с одновре­менной заделкой в почву; измельчение сучьев при движении по междурядью сада с разбрасыва­нием щепы по поверхности в качестве мульчи.

Описание: hf960

Рисунок 1.37 – Фронтальный измельчитель Holzhacker HF 960
фирмы Gerhard Dücker GmbH & Co (Германия)

Известно множество конструкций машин, реализующих первый способ измельчения древесины. Эти машины, как правило, почвообрабатывающие. Большинство из них мелиоративные машины, предназначенные для освоения закустаренных земель. Примером такой машины может служить фрезерная машина МТП-44А [197].

Фрезерные машины прицепного типа вместе с трактором имеют плохую маневренность, поэтому для их работы необходимы участки с более длинными гонами. Ширина поворотной полосы должна быть не менее 15 м.

За рубежом для измельчения и заделки древесины в почву, как правило, используют машины с ножевым катком или ножевым барабаном.

Машина MJ-1,8 французской фирмы Meri Crushers (рис. 1.38) предназначена для расчистки территории от отходов древесины, мусора, для удаления с земельного участка мелких деревьев, кустарника, пней и корней [315].

Описание: meri006 - Meri Crushers

Рисунок 1.38 – Машина MJ-1,8 фирмы Meri Crushers (Франция)

В процессе обработки земельного участка происходит его выравнивание и рыхление на глубину до 20 см, при этом измельченные древесные отходы и растительные остатки перемешиваются с землей. Машина содержит резцы из износостойкого металла. Конструкция модульного типа дает возможность выбрать оборудование, подходящее для конкретного типа работ. Встроенная предохранительная муфта защищает элементы трансмиссии от перегрузок.

Описанные зарубежные машины для измельчения древесной расти­тельности находятся в стадии разработки и испытаний. Информации об их широком применении нет. Аналогичная ситуация и с машинами, реализующими технологию подбора и измельчения срезанных ветвей при движении по междурядью сада с разбрасыва­нием полученной древесной мульчи по поверхности почвы. Попытки реализации в одной машине данной технологии не развивались дальше опытного образца. Информации о широком применении подборщиков-измельчителей срезанных ветвей плодовых деревьев нет.

В связи с этим появляется возможность снижения металлоемкости и энергоемкости технологического процесса путем оснащения подборщиков-измельчителей срезанных ветвей плодовых деревьев измельчительным устройством с рабочими органами меньших габаритов и меньшей инерционной массы. В качестве таких рабочих органов могут выступать роторы-вальцы с размещенными на образуемой ими цилиндрической поверхности режущими элементами – резцами-ножами. Производительность и энергоемкость машины будут ограничены только мощностью базовой машины.

1.7.3 Основные принципы системного подхода к созданию блочно-модульного агрегата для детальной обрезки плодовых деревьев

Процесс проектирования имеет две основные особенности.

Во-первых, состав и последовательность его этапов не зависят от целевого назначения проекта.

Во-вторых, логика процесса проектирования инвариантна к способу проектирования.

Наиболее общим подходом к проектированию является системный подход, который включает в себя выявление структуры системы, типизацию связей, определение свойств (атрибутов) системы, анализ влияния внешней среды.

Понятие система является одним из основных понятий науки и техники. Существует несколько понятий системы.

Наиболее полной представляется следующая формулировка системы:

  1. она – целостный комплекс взаимосвязанных элементов;

2) она образует особое единство со средой;

3) любая исследуемая система – это элемент системы более высокого порядка;

4) элементы любой исследуемой системы выступают как системы более низкого порядка.

Характерной чертой является наличие у всей системы какой-либо общей цели, общего назначения.

С понятием “система” тесно связан целый круг общенаучных и философских понятий.

К ним относятся такие понятия, как: организация; структура; элемент;

окружающая среда; подсистема; свойство; отношение; цель; поведение; развитие; гибкость и др.

Системный подход требует:

1) рассмотрения процесса проектирования системы автоматизации, его целей и логики как единого целого,

2) подчинения частных целей общей цели системы и

3) интеграции представлений о системе с разных точек зрения на каждой стадии ее проектирования.

Важным при создании теории и методик проектирования систем автоматизации является также обобщение имеющегося инженерного опыта и его гармоническое сочетание с научными методами проектирования.

С позиций системного подхода проблему автоматизации экспериментальных исследований следует рассматривать как составную часть комплексной проблемы автоматизации научных исследований.

Процесс проектирования является итерационным, с возвратом на предыдущие стадии для уточнения или изменения исходных данных. Тем не менее, каждая из подсистем достаточно независима, чтобы отрабатывать задачи этапа как в автономном, так и в автоматическом режиме.

В качестве основных требований, предъявляемых к банку данных, можно выделить следующие:

а) полнота содержащихся в нем сведений о процессе или явлении;

б) возможность работы в автономном режиме и режиме связи с системой проектирования;

в) возможность самозаполнения недостающие элементы данных должны формироваться автоматически;

г) модульный принцип построения, позволяющий легко вносить необходимые изменения.

Блочно-модульный принцип построения гибких технологических систем позволяет испытывать принципиально новые агрегаты, например, совмещенного типа, позволяющие сократить число блоков. К ним относится агрегат для детальной обрезки плодовых деревьев.

При проектировании технических средств для обрезки плодовых деревьев целесообразно создавать несколько типов инструментов и включать их в состав производственного блочно-модульного агрегата (ПБМА) пропорционально общему количеству веток того или иного размера:

1. Для обрезки ветвей диаметром до 20 мм – электрический секатор.

2. Для обрезки ветвей диаметром 20…50 мм – электрический веткорез.

3. Для обрезки ветвей диаметром свыше 50 мм – одно- и двухножевая электрическая пила.

4. Подборщик-измельчитель срезанных ветвей.

    1. Выводы по главе. Цель и задачи исследований

В результате изучения литературных источников и обобщения производственного опыта по рассматриваемой проблеме сделаны следующие выводы:

1. Процесс освоения склоновых земель и производства плодовой продукции в горном садоводстве должен базироваться на научно-обоснованной почвозащитной технологии, которая бы учитывала специфические требования горного земледелия и была бы оптимальной для механизации.

2. Одним из проблем, с которыми сталкиваются производители плодов – это нехватка техники по уходу за плодовыми насаждениями. Техника, имеющая в хозяйствах республики не отвечает современным требованиям производства конкурентоспособной продукции с минимальными энергозатратами, не учитывает в полной мере вопросы экологии. При этом многие вопросы механизации трудоемких процессов в горном и предгорном садоводстве разработаны недостаточно.

3. Основным способом содержания почвы в садах на склоновых землях является дерново-перегнойная система. Для обработки междурядий и приствольных полос необходимы специальные технические средства.

Наибольшую практическую значимость приобретают механизированные технологии, реализующие агроприем мульчирование травяной растительности в междурядьях, ее перемещение и смешивание с почвой в приствольных полосах плодовых насаждений, что позволяет ускоренно создать гумусовый слой в приствольной полосе молодых плодовых насаждений, а покрытие разрыхленных участков мульчой препятствует переносу пара от поверхности почвы в атмосферу, снизить непродуктивное испарение влаги и, как следствие, повысить водообеспеченность и плодородие почвы и устойчивость урожая плодовых культур. Разработка технического устройства для осуществления данного технологического процесса имеет актуальное значение для выращивания плодовых насаждений на склонах.

Немаловажное значение для горного и предгорного садоводства имеют разработка технических средств для механической и химической обработки при штамбовых зон и приствольной полосы плодовых насаждений на террасах.

4. Использование современных электрифицированных инструментов в садах для обрезки ветвей плодовых насаждений сдерживается рядом существенных недостатков, основными из которых являются: большой вес; малая производительность; использование напряжения, опасного для жизни обрезчика; затрудненность использования в полевых условиях; дороговизна источников электрической энергии. В связи с этим разработка блочно-модульного агрегата для детальной обрезки плодовых деревьев, оснащенная комплектом электрифицированных инструментов является актуальной для горного и предгорного садоводства.

В результате анализа применяемых технологий установлено, что перспективными являются схемы утилизации срезанных ветвей, включающие в себя про­цесс измельчения плодовой древесины.

При заделке в почву или разбрасывании по поверхности почвы в виде мульчи, измельченная масса должна быть достаточно повреждена, для того, что бы обеспечить проникновение в древесину влаги и дерево-разлагающих микроорганизмов, способных разрушить структуру древесины за период до следующей обрезки плодовых деревьев, обычно проводимую один раз в два-три года.

5. Сложившаяся проблемная ситуация вызывает необходимость разработки новых экономичных технологий и технических средств по уходу за плодовыми насаждениями в садах на склоновых землях с меньшими ресурсными и энергетическими затратами.

Актуальность проблемы обусловила цель исследованийразработка новых технологических решений и технических средств по уходу за плодовыми насаждениями на склоновых землях Юга России, позволяющих повысить плодородие почвы и получить экологически чистую продукцию.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

– проанализировать современное состояние вопроса по уходу за плодовыми насаждениями на склоновых землях;

– разработать технологические решения по повышению плодородия почвы в садах на склоновых землях и получению экологически чистой продукции;

– разработать новые конструктивно-технологические схемы технических средств по уходу за плодовыми насаждениями на склоновых землях: агрегатов для ухода за междурядьями и приствольными полосами плодовых насаждений, технических средств для внесения водных растворов (гербицида и удобрений) в приствольные полосы, блочно-модульного агрегата для детальной обрезки плодовых деревьев и измельчителя срезанных ветвей;

– провести теоретические исследования по обоснованию параметров и режимов работы предлагаемых технических средств;

– оптимизировать параметры и режимы работы предлагаемых технических средств механизации;

– провести производственные испытания предлагаемых средств механизации;

– определить экономический эффект от использования предлагаемых технологических решений и технических средств по уходу за плодовыми насаждениями на склоновых землях.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО РАЗРАБОТКЕ ТЕХНОЛОГИЙ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПО УХОДУ ЗА ПЛОДОВЫМИ НАСАЖДЕНИЯМИ НА СКЛОНОВЫХ ЗЕМЛЯХ

2.1 Технологические решения по террасированию горных склонов и уходу за плодовыми насаждениями

Основная проблема при закладке садов на склонах – небольшая толщина плодородного слоя почвы (до 20 см). в этих условиях плодовые насаждения плохо растут, или не развиваются вообще, так как при террасировании в зависимости от крутизны склона снимается плодородный слой вплоть до материнской породы. Для решения данной проблемы предлагается способ снятия и перемещения гумусового слоя при террасировании горных склонов [190]. Данная технология (рис. 2.1) включает в себя процессы механической обработки поверхности почвы с равномерным одновременным крошением и перемещением гумусового слоя почвы необработанной полосы 1 вниз по склону на полотно террасы 2, осуществляемой с помощью почвообрабатывающего агрегата на базе тягово-транспортного энергосредства 8, например, трактора тягового класса 1,4…2тс, оснащенного рамой 6, приводом 7 и шнековым рабочим органом 3, ось которого расположена поперек склона, а перемещение шнекового рабочего органа осуществляется вдоль верхней кромки полотна террасы 4 в сторону необработанной поверхности почвы 5.

Технологический процесс осуществляется следующим образом.

После нарезки первой террасы с выемочной части террасы экскаватором выкапывается траншея размером 75 х 75 см, вынутый грунт выравниваем по полотну террас с обратным уклоном (рис. 2.2).

Объем траншеи 0,75 м х 0,75 м позволяет без угнетения дерева расти корневой системе первые 5 лет. Прежде чем приступить к нарезке второй террасы снимается гумусовый слой шнековым рабочим органом на второй террасе, который перемещается на траншею первой террасы заполняя его, после чего приступаем к нарезке второй террасы (рис. 2.3).

Последовательность террас в дальнейшем повторяется, траншея последней террасы на верху склона заполняется гумусовым слоем, собранным на первой террасе. Посадка саженцев на готовые террасы проводится по контуру по схеме 4 х 1, где на 1 га высаживается до 2500 шт. саженцев с отступлением от края откоса на 30 см (рис. 2.4).

https://im0-tub-ru.yandex.net/i?id=69adf2d40f7286e0ad1a2f534822c5e7&ref=patents&n=13

1, 5 – необработанная полоса; 2 – нижнее полотно террасы; 3 – шнековый рабочий орган; 4 – верхняя кромка полотна террасы; 6 – рама; 7 – привод; 8 – энергосредство

Рисунок 2.1 – Принципиальная схема технологического процесса снятия и перемещения гумусового слоя при террасировании склоновых земель

word image 1707 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 2.2 – Выкапывание траншеи и выравнивание вынутого грунта по полотну террасы

word image 1708 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 2.3 – Перемещение гумусового слоя со второй террасы в тран-шею первой террасы.

word image 1709 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 2.4 – Посадка саженцев на готовые террасы.

Перед началом работы (рис. 2.4) тягово-транспортное энергосредство 4 располагается на необработанной полосе 1, примыкающей сверху к подготовленному полотну террасы 2 шириной от 3 до 5 м на склоне крутизной от 8° до 20°.

Затем включают привод 7 шнекового рабочего органа 3, ось которого ориентируют поперек направления движения агрегата. Смещением оси в сторону поверхности склона шнековый рабочий орган заглубляют на необходимую глубину и начинают движение агрегата в сторону необработанной поверхности 5 вдоль верхней кромки полосы террасы 4. При этом шнековый рабочий орган одновременно осуществляет равномерное крошение и перемещение почвы вниз по склону на подготовленное полотно террасы 1.

Агротехнический эффект от предлагаемого способа снятия и перемещения гумусового слоя заключается в равномерном переносе гумусового слоя с поверхности склона на подготовленное полотно террасы

В качестве основополагающего элемента в технологии выращивания яблони на склоновых землях при предлагаемом способе террасирования служит использование сортов на полукарликовых клоновых подвоях с колоновидной (компактной формой кроны). Такие интенсивные сады с плотностью размещения деревьев до 2500 шт./га можно выращивать без установки опорно-шпалерной конструкции, что удешевляет затраты по закладке сада.

Многолетние злаковые травы высеваются в междурядьях сада. По мере появления сорной растительности ее подкашивают. Начиная со второго года каждый год весной в фенофазы выхода в трубку – начала колошения проводят обработку приземной части стеблей растений охлажденным воздухом [188].

Поскольку любые растения состоят по большей части из воды, то при суперзаморозке (до -36°С) образующиеся кристаллики льда, расширяясь, разрушают структуру растения. При быстрой заморозке кристаллическая решетка, воды в растениях образуется иной формы, чем при обычной заморозке. Под действием холодного воздуха указанная часть стебля травмируется (подавляется) и сорная растительность полегает. Обработанная масса сорняков плотным слоем покрывает почву междурядий, а мульчированный слой сохраняется длительное время благодаря тому, что подавленные растения не погибают сразу, а будучи ослабленными продолжают функционировать и не смываются ливневыми стоками, при этом обработку холодным воздухом проводят несколько раз в году. Травмирование холодным воздухом генеративных органов стимулирует образование в летне-осенний период дополнительного количества зачаточных побегов, которые начинают вегетировать весной следующего года и усиливается кущение. Мульча представляет собой растительную массу, находящуюся одновременно в стадиях самовозобновления, отмирания, минерализации, гумификация и одновременно защищает почву от смыва стоками талых и ливневых вод.

Сущность предлагаемого технологического решения заключается в том, что вместо различных химических препаратов (гербицидов и др.) используется ацетальдегид и этанол.

Известно, что ацетальдегид и этанол в сравнительно небольших количествах тормозят прорастание семян и рост растений [191]. По мнению ряда исследователей, повреждение (подавление) растений под влиянием гипоксии тесно связано с токсическим действием этанола.

Работы Е.Д. Остаплюка по изучению действия на рост растений ацетальдегида и этанола в сравнительно небольших количествах (8 мл 0,1 и 0,3%) раствора этанола или ацетальдегида показали, что во влажной среде, содержащей 0,1…0,5% ацетальдегида или этанола, заметно снижается рост растений. Минимальная концентрация его, при которых задерживается прорастание семян и рост растений составляет 0,3…0,5%.

В опытах с концентрацией ацетальдегида 0,1% интенсивность прироста корней проростков уменьшалась почти в 2…3 раза. Это происходит вследствие окисления этанола под воздействием фермента алкогольдегидрогеназы.

Таким образом, обладая высокой фитотоксичностью, ацетальдегид является одним из внутренних агентов, повреждающих (подавляющих) рост растений в анаэробных условиях.

Осуществление предлагаемого способа мульчирования заключается в обработке приземной части стеблей растений мульчирующим материалом, в качестве которого используется этанол или ацетальдегид во влажной среде с концентрацией 0,1…0,5%.

Агротехнический эффект предлагаемого способа мульчирования в горном террасном садоводстве проявляется в подавлении роста нежелательной растительности, в том числе на откосах террас, что благодаря сохранению корневой системы растений снижает скорость эрозионных процессов.

Способ плющения растительности предусматривает плющение растительности без ее срезания [215]. Устройство для его реализации (рис. 2.5) состоит из секции направляющих 1, опорных элементов 2, транспортера 3 с закрепленным вальцом 4 с резиновой навивкой.

word image 1710 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

1 – направляющие; 2 – опорные элементы; 3 – транспортеры; 4 – валец; 5 – привод; 6 – тяги

Рисунок 2.5 – Конструктивно-технологическая схема устройства для плющения растительности

Транспортер 3 имеет привод 5. Устройство навешивается фронтально на транспортное средство посредством тяг 6.

Плющилка работает следующим образом. При движении растительность поступает в пространство между направляющими 1. Валец 4 периодически перекатывается по поверхности направляющих 1. После поступления растительности в пространство между направляющими 1 растения отклоняются от вертикали резиновыми навивками вальцов 4, прижимаются к ребристой поверхности направляющих 1 и передавливаются. Растения с расплющенными стеблями остаются на поверхности почвы, удерживаясь корнями.

Предлагаемые способ и устройство обеспечивают: снижение эрозионных процессов и повышение плодородие почвы благодаря более полному использованию органического вещества растений, так как указанная растительность полностью остается на поверхности почвы, удерживаясь корневой системой, т.е. почва практически не подвергается смыву.

Способ ускоренного создания гумусового слоя в приствольной полосе молодых плодовых насаждений [186, 187] включает применение в молодых садах посева трав и использование их зеленой массы для мульчирования почвы. В междурядьях высевают многолетние травы, приствольные полосы рыхлят. При скашивании мульча доставляется за счет инерционного движения режущих органов к приствольным полосам, покрывая ее. Перемешанный с почвой мульчматериал подвергается гумуфикации ускоренно, поскольку она осуществляется в анаэробных условиях.

Технический результат предлагаемого способа состоит в том, что кратность посева трав для ускоренного создания мульматериала и ускоренная гумуфикация приствольных полос молодых плодовых деревьев сокращается на 50%.

2.2. Обоснование конструктивно-технологической схемы, параметров и режимов работы агрегата для ухода за междурядьями и приствольными полосами плодовых насаждений

На рисунке 2.6 представлена конструктивно-технологическая схема агрегата для ухода за междурядьями и приствольными полосами плодовых насаждений [15, 186, 187, 240, 241, 242, 243, 252, 253].

F:\Чертеж хажметов6666.jpg F:\Чертежлиуан 2 работа44.jpg F:\Чертеж алллл22.jpg
а. б. в.

1 – несущая балка; 2, 3 ,4, 5 – поперечные балки; 6 – стояк; 7 – опорная лыжа; 8, 9, 10, 11 – перемычки; 12 – навесное устройство; 13 – редуктор; 14 – ведущий шкив; 15 – ведущая звездочка; 16 – клиновые ремни; 17 – цепь; 18 – ведомый шкив; 19, 20, 21 – секции косилки-измельчителя; 22 – ведущая звездочка; 23 – входной вал редуктора; 24, 25 –механизмы натяжения ремней и цепи; 26 – металлический цилиндр; 27 – подшипники качения; 28, 31 – вертикальный вал; 29 – ротор; 30 – ножи; 32 – фреза; 33 – подшипниковая опора; 34 – кронштейн; 35 – крепежные детали.

Рисунок 2.6 – Конструктивно-технологическая схема агрегата для ухода за междурядьями и приствольными полосами плодовых насаждений (а), секция косилки-измельчителя (б), фрезерный рабочий орган (в)

Агрегат работает следующим образом: при движении трактора крутящий момент от ВОМ передается посредством редуктора 13, клиноременной и цепной передач к фрезе 32 и секциям косилки-измельчителя 19, 20 и 21. Фреза 32, вращаясь, заглубляется на заданную глубину и осуществляет рыхление приствольной полосы плодовых деревьев.

Ножи 30, вращаясь в горизонтальной плоскости по часовой стрелке, скашивают и измельчают травяную растительность в мульчматериал. Под действием воздушного потока, создаваемыми роторами с лопастями 29 мульчматериал подается в правую сторону агрегата, отражаясь от бокового кожуха и опорной лыжи 7, мульчматериал покрывает разрыхленный участок приствольной полосы плодовых деревьев.

Процесс смешивания мульчматериала с почвой начинается со второго цикла и осуществляется аналогично. Перемешивание мульчматериала с почвой осущестляется в разрыхленной приствольной полосе.

Перемещанный с почвой мелкоизмельченный мульчматериал подвергается гумуфикации ускоренно.

Таким образом, осуществляется конвейрно-технологический процесс: с одной стороны – скашивание травянной растительности в междурядьях, с другой – рыхление и перемешивание мульчматериала с почвой в приствольной полосе.

2.2.1 Исследование кинематики движения фрезерного рабочего органа при рыхлении приствольных полос плодовых насаждений

Качественная обработка междурядий и приствольных полос является важнейшим элементом, обеспечивающим повышение продуктивности плодовых насаждений. Она осуществляется дискованием. Наибольшее распространение получили машины с пассивными рабочими органами, обеспечивающие удовлетворительное качество рыхления только при спелом состоянии почвы. В случае же обработки почв с низкой влажностью требуемого качества рыхления почвы достичь не удается. В результате такой обработки образуются глыбы, снижается глубина дискования и т.д. Следствием этого является интенсивное испарение почвенной влаги, ухудшаются условия для развития плодовых культур.

Указанные недостатки можно устранить путем применения фрезерных рабочих органов.

Эффективность рыхления почвы главным образом определяется геометрической формой рабочих органов [80, 234, 236, 237, 255, 264, 290].

В процессе прямолинейного и равномерного движения машины со скоростью и равномерного вра­щения фрезы с угловой скоростью word image 1711 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (рис. 2.7) точки ножа описывают траекто­рию в виде циклоиды [80].

F:\чертеж\Чертеж схема14.jpg
Рисунок 2.7 – Технологический процесс работы фрезы

Наи­более удаленные от оси вра­щения фрезы точки ножа совершают движение в соответствии с уравнением (в параметрической форме):

word image 1712 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

где t – время, с; word image 1713 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – радиус ножа фрезы, м; word image 1714 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – угловая скорость вращения рабочего органа, с-1.

Исключив из этих уравнений время, получим уравнение движения ножа:

word image 1715 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

После некоторых преобразований из выражения (2.2) получим:

word image 1716 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Подставив значение времени из выражения (2.3) в уравнение (2.1) для X, получим:

word image 1717 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Вид кривой (циклоиды) зависит от соотношения окружной word image 1718 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции и поступательной word image 1719 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции скоростей – кинематического показателя:

word image 1720 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Ротационные почвообрабатывающие машины характеризуются word image 1721 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции и траектория движения их рабочих органов – удлиненная циклоида или трахоида (рис. 2.8) [80].

F:\чертеж\Чертеж схема 26666.jpg
Рисунок 2.8 – Схема к определению кинематических показателей фрезерного рабочего органа

В процессе работы нож фрезы движется то в твердом, то в разрыхленном почвенном слое. Размер срезаемой стружки и образуемых при этом почвенных комков определяются формой рабочего органа, глубиной обработки и пр.

Анализируя практику использования почвообрабатывающих фрез можно заключить, что энергетические и агротехнические показатели их работы определяются, главным образом, процессом резания почвенной стружки.

Энергетические показатели работы почвообрабатывающих фрез определяются направлением и величиной скорости резания, усилия резания, а также формой и размерами срезаемой почвенной стружки [33, 237].

Дифференцируем уравнения (2.4) по времени с целью определить скорость резания и абсолютную скорость передвижения фрезерного рабочего органа:

word image 1722 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Тогда величина абсолютной скорости ножа с учетом выражения (2.6) составит:

word image 1723 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Анализируя зависимость (2.7) можно заключить, что величина скорости резания и ее направление определяются углом поворота фрезерного рабочего органа word image 1724 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции и показателем кинематического режима word image 1725 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции .

Для обеспечения качественного рыхления почвы значение наименьшей окружной скорости ножа должно превышать критическую скорость (скорость разрушения почвенных комков):

word image 1726 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

где word image 1727 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – предел прочности почвенной частицы, Па; word image 1728 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – момент инерции ротора, кг·м2; word image 1729 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – масса почвенной частицы, кг; E– модуль упругости почвенной частицы, Па; k– коэффициент восстановления почвенной частицы; word image 1730 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – плотность почвенной частицы, кг/м3.

В результате расчетов с использованием выражения (2.8) установлено, что качественное рыхление почвы возможно при следующих параметрах: окружная скорость фрезы 4,77 м/с; число оборотов фрезы 387 об/мин.

Согласно рисунку 2.8, направление скорости резания зависит от углов word image 1731 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

word image 1732 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Анализ выражений (2.10), (2.11) и построенных по ним зависимостей word image 1733 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (рис. 2.9) свидетельствует о том, что при изменении угла поворота word image 1734 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции от 0 до 180º угол word image 1735 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции изменяется в таких же пределах.

C:\Users\Hajmetov\Documents\Алина схемы\Фрагмент 111111.png
Рисунок 2.9 – Зависимость углов word image 1736 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции от изменения угла поворота word image 1737 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции при различных значениях word image 1738 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Причем величина угол word image 1739 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции при строго определенных граничных значениях угла поворота word image 1740 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (когда проекция скорости резания word image 1741 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции на ось X равна нулю), определяемых показателем word image 1742 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции .

word image 1743 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Для определения величины граничного угла word image 1744 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции воспользуемся выражением (2.5), учитывая, что word image 1745 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

word image 1746 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Принимая во внимание, что word image 1747 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции и с учетом выражения (2.12) из выражения (2.10) имеем:

word image 1748 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

С учетом выражения (2.12) из выражения (2.9) имеем:

word image 1749 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Зависимость word image 1750 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (рис. 2.10) свидетельствует о том, что при изменении word image 1751 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции от 2 до 8 (диапазон, который представляет наибольший интерес для практики) значение word image 1752 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции изменяется от 120 до 92º.

C:\Users\Hajmetov\Documents\Алина схемы\Фрагмент ллл.png
Рисунок 2.10 – Зависимость величин граничного угла от показателя word image 1753 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции .

Одними из основных параметров ротационных рабочих органов являются качество крошения почвы и подача на нож [80, 237]. Подача на нож определяется по выражению:

word image 1754 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.15)

где word image 1755 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – количество ножей, шт.

Анализ выражения (2.15) показывает, что подача на нож зависит от радиуса фрезы, числа ножей и кинематического режима.

Анализируя влияние на величину подачи на нож количества ножей и кинематического режима (рис. 2.11) (при радиусе фрезы 0,1175 м) можно заключить, что увеличение кинематического режима и количества ножей ведет к уменьшению подачи на нож, и наоборот.

word image 111 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции
word image 1756 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 2.11 – Зависимость подачи на нож от количества ножей и кинематического режима

Угол установки ножа может быть рассчитан по выражению:

word image 1757 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.16)

где word image 1758 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – ширина ножа, м.

word image 1759 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции Таким образом, в результате проведенных исследований установлены рациональные значения основных конструктивных параметров и режимов работы фрезы, оказывающих наибольшее влияние на качество работы фрезерного рабочего органа.

Исследование сил, действующих на вертикальный нож фрезы (рис. 2.12), проведено при следующих допущениях:

– нож фрезы представляет собой двухгранный клин, установленный под углом word image 1760 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции по отношению к радиусу word image 1761 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции ;

– точка приложения сил расположена на середине лезвия.

Сила сопротивления резанию P действует в горизонтальной плоскости и отклонена от нормали к поверхности ножа на угол трения почвы о сталь word image 1762 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . Она раскладывается на составляющие word image 1763 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (тяговое сопротивление) и  word image 1764 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (боковое усилие от силы сопротивления резанию) [80].

Согласно рисунку 2.12 устанавливаем плечо приложения силы P (фактический радиус резания  word image 1765 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции ):

word image 1766 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции
word image 1767 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции
Рисунок 2.12 – Схема сил, действующих на вертикальный нож фрезы

Значение крутящего момента за полный оборот фрезы с  word image 1768 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции  ножами можно установить по зависимости:

word image 1769 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.18)

Суммарные затраты мощности (N) на привод фрезерного рабочего органа будут равны:

word image 1770 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.19)

где  word image 1771 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции  – мощность фрезерования почвы, Вт; word image 1772 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции  – мощность на преодоление тягового сопротивления фрезерного рабочего органа, Вт; word image 1773 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции  – мощность, затрачиваемая на скольжение опорных лыж, Вт; word image 1774 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции  – мощность, затрачиваемая в передаточных механизмах, Вт.

Используя выражения (2.17) и (2.18), определим:

word image 1775 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.20)

где word image 1776 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – количество фрезерных рабочих органов.

Мощность на преодоление тягового сопротивления рассчитывается по выражению:

word image 1777 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.21)

где word image 1778 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – скорость передвижения фрезерного рабочего органа, м/с; word image 1779 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – тяговое усилие, Н.

Мощность, необходимая для преодоления сопротивления скольжения опорных лыж, будет равна:

word image 1780 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.22)

где  word image 1781 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции  – вес, приходящийся на опорную лыжу, Н; word image 1782 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции  – коэффициент скольжения.

word image 1783 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.23)

где word image 1784 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – к.п.д. передачи.

Для установления оптимальных параметров фрезерного рабочего органа следует определить удельную мощность  word image 1785 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (суммарные затраты мощности, отнесенные к площади поперечного сечения   word image 1786 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции обработанной зоны междурядий) и удельную работу  word image 1787 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции  (работа на фрезерование единицы объема почвы):

word image 1788 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.24)
word image 1789 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.25)

2.2.2 Исследование процесса скашивания растительности ротационным режущим аппаратом в междурядьях плодовых насаждений

Уравнения наружных и внутренних точек лезвия ротационного режущего аппарата косилки-измельчителя (рис. 2.13) в параметрической форме имеют вид [21, 22, 23, 79, 236, 237, 255, 261, 283]:

word image 1790 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.26)
word image 1791 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.27)

где R – расстояние от центра ротора до крайних точек режущих элементов, м; word image 1792 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – угловая скорость вращения роторов, с-1; t– время, с; word image 1793 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – угол поворота ротора, рад; word image 1794 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – скорость движения агрегата, м/с; word image 1795 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – длина лезвия ножа, рассчитываемая по выражению:

word image 1796 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.28)
word image 1797 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции
Рисунок 2.13 – Схема к исследованию кинематики ротационного режущего аппарата

Принимаем, что срезанная частица перемещаются по планке, установленной на ноже, как некоторая материальная точка с массой word image 1798 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции под действием следующих сил (рис. 2.14):

word image 112 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции
Рисунок 2.14 – Схема сил, действующих на частицу при ее движении по планке

– центробежной, действующей вдоль планки:

word image 1799 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.29)

где word image 1800 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – масса срезанной частицы, кг; word image 1801 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – угловая скорость вращения ротора, с-1; word image 1802 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – расстояние от центра ротора до крайних точек режущих элементов, м;

– кориолисовой, направленной перпендикулярно к планке:

word image 1803 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.30)

где word image 1804 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – относительная скорость частицы, м/с;

– тяжести:

word image 1805 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.31)

uде g– ускорение свободного падения, м/с2;

– трения почвы о материал планки:

word image 1806 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.32)

где word image 1807 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – коэффициент трения.

Дифференциальное уравнение движения частицы составим с использованием принципа Д’Аламбера, т.е. сумму проекций всех сил на направление движения (вдоль планки) приравниваем силе инерции движущейся массы:

word image 1808 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.33)

Произведя некоторые преобразования, получим линейное неоднородное дифференциальное уравнение второго порядка с постоянными коэффициентами:

word image 1809 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.34)

Решение уравнения (2.34) представляет собой сумму общей части и частного интеграла:

word image 1810 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.35)

Общая часть u определяется значениями корней характеристического уравнения word image 1811 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . Для его составления неизвестная величина заменяется единицей, ее производные – соответствующими степенями корней word image 1812 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , с сохранением всех коэффициентов и отбрасыванием правой части:

word image 1813 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.36)

Решение уравнения (2.36) следующее:

word image 1814 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.37)
word image 1815 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.38)
word image 1816 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.39)

Так как корни (2.37) и (2.38) – действительные числа и отличны друг от друга, то общее решение таково:

word image 1817 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.40)

где word image 1818 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – постоянные, определяемые согласно начальных условий.

Частный интеграл x1 определяется видом правой части. Если правая часть представляет собой постоянное число, частный – также постоянное число (B):

word image 1819 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.41)

Это число определяется путем подстановки в уравнение (2.34):

word image 1820 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.42)

откуда

word image 1821 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.43)

В соответствии с (2.37), (2.40) и (2.43) решением уравнения (2.34) будет:

word image 1822 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.44)

Значения постоянных word image 1823 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции определяются в соответствии с начальными условиями ( word image 1824 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции = 0):

word image 1825 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.45)

В соответствии с первым условием из уравнения (2.34) имеем:

word image 1826 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.46)

откуда

word image 1827 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.47)

Для того, чтобы использовать второе условие (при word image 1828 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , word image 1829 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции ), следует получить уравнение скорости перемещения частицы мульчи вдоль планки. Продифференцировав (2.34), находим:

word image 1830 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.48)

После подстановки второго начального условия получим:

word image 1831 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.49)

Решением системы уравнений (2.48) и (2.49) находим word image 1832 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

word image 1833 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.50)
word image 1834 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.51)
word image 1835 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.52)

или

word image 1836 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.53)

Первая постоянная word image 1837 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции равна:

word image 1838 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.54)

Таким образом:

word image 1839 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.55)

или

word image 1840 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.56)

Скорость частиц вдоль планки будет равна:

word image 1841 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.57)

При сходе частиц с ножа координат word image 1842 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . После подстановки этого значения в уравнение (2.56) получим:

word image 1843 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.58)

или

word image 1844 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.59)

Решив уравнение (2.59) относительно времени t, то можно найти время пребывания частицы на ноже T (от момента попадания на нож до схода с него) и после подстановки этого значения в уравнение (2.57) найти скорость перемещения частицы вдоль планки:

word image 1845 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.60)

Начальная скорость полета частиц после их схода их с ножа находится сложением векторов word image 1846 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции и word image 1847 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции :

word image 1848 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.61)

При работе предлагаемого ротационного рабочего органа необходимо, чтобы траектории режущих элементов соседних роторов несколько перекрывали одна другую с тем, чтобы обеспечить отсутствие необработанных участков междурядья.

Величину перекрытия можно определить по выражению:

word image 1849 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.62)

где q – показатель; word image 1850 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – число ножей на роторе, шт.

Показатель q можно определить по выражению:

word image 1851 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.63)

В процессе резания вектор абсолютной скорости точек лезвия word image 1852 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции меняет свое направление и значение от минимального до максимального. Для бесподпорного среза растений ротационным режущим аппаратом необходимо, чтобы значение word image 1853 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции превосходило значение word image 1854 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции .

Выражение для определения минимальной окружной скорости следующее:

word image 1855 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.64)

где word image 1856 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – угол между соседними ножами, рад; word image 1857 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – угол, при котором скорость резания минимальна, рад; R– радиус ротора, м.

Угол между соседними ножами рассчитывается по выражению:

word image 1858 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.65)

Суммарная рабочая длина лезвия рассчитывается по формуле:

word image 1859 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.66)

где word image 1860 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – количество роторов, шт.

Коэффициент максимального использования лезвия может быть рассчитан по формуле:

word image 1861 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.67)

Площадь, скашиваемая лезвием за один оборот равна:

word image 1862 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.68)

Конструктивный радиус ротора рассчитывается по выражению:

word image 1863 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.69)

Для определения коэффициента использования зоны среза используется зависимость:

word image 1864 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.70)

Суммарный момент, приведенный к ВОМ трактора [23]:

word image 1865 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.71)

где n – число оборотов ротора, об/мин; nВОМ – число оборотов ВОМ трактора, об/мин.

Мощность привода одного ротора, кВт, рассчитывается по формуле:

word image 1866 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.72)

С учетом выражения (2.72), суммарная мощность привода определится таким образом:

word image 1867 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.73)

2.2.3 Определение дальности полета мульчи травяной растительности

На частицу мульчи в момент схода с ножа будут действовать сила тяжести и сопротивления воздуха (рис. 2.15) [21, 22, 236, 237, 283].

word image 113 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции
Рисунок 2.15 – Схема для определения дальности полета мульчи травяной растительности

Величину силы сопротивления воздуха word image 1868 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции можно установить с использованием формулы Ньютона:

word image 1869 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.74)

uде k– коэффициент сопротивления, определяемый свойствами поверхности частиц; word image 1870 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – удельный вес воздуха, кг/м3; word image 1871 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – Миделево сечение, м2; word image 1872 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – скорость частицы относительно воздуха, м/с.

Составим дифференциальное уравнение полета частицы мульчи в направлении оси x, которая совпадает с направлением начальной скорости word image 1873 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции :

word image 1874 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.75)

Учитывая значение word image 1875 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции по первому выражению уравнения (2.75) получим:

word image 1876 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.76)

Если обозначить

word image 1877 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.77)

то выражение (2.76) примет вид:

word image 1878 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.78)

где word image 1879 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – коэффициент парусности частиц мульчи.

Уравнение (2.78) решаем с использованием метода понижения порядка:

word image 1880 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.79)

Отсюда:

word image 1881 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.80)

или

word image 1882 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.81)

Но

word image 1883 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.82)

Тогда

word image 1884 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.83)

Интегрируя уравнение (2.83), получим:

word image 1885 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.84)

или

word image 1886 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.85)

Потенцируя выражение (2.85), получим:

word image 1887 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.86)

Значение word image 1888 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции устанавливается, учитывая начальные условия: при word image 1889 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции word image 1890 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , т.е.:

word image 1891 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.87)

Таким образом, уравнение полета частицы мульчи представляется выражением:

word image 1892 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.88)

С целью установления дальности полета частицы мульчи выражение (2.88) интегрируем по времени (предварительно разделяем переменные):

word image 1893 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.89)

или

word image 1894 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.90)

Находим интегралы обеих частей выражения (2.90):

word image 1895 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.91)

Постоянная интегрирования word image 1896 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции определится, учитывая начальные условия:

word image 1897 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Учитывая значение word image 1898 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции выражение (2.91) примет вид:

word image 1899 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.92)

Умножив обе части выражения (2.92) на word image 1900 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , получим:

word image 1901 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.93)

После логарифмирования обеих частей выражения 2.93), получим:

word image 1902 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.94)

Таким образом, уравнение для расчета дальности полета частицы мульчи в функции времени таково:

word image 1903 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.95)

Данное выражение позволяет определить дальность полета мульчи травяной растительности при заданном значении начальной скорости word image 1904 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции или при заданном определить необходимую начальную скорость word image 1905 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции .

Реализация выражения (2.95) при word image 1906 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции показана на рисунке 2.16.

word image 1907 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции
Рисунок 2.16 – Зависимость дальности полета частицы мульчи от числа оборотов ротора

Определим траекторию движения частицы мульчи после ее схода с ножа. Для этого рассмотрим движение частицы мульчи по вертикали. С учетом выражений (2.74) и (2.77) из второго выражения системы уравнений (2.75) имеем:

word image 1908 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.96)

Решение уравнения (2.96) можно осуществить методом понижения порядка:

word image 1909 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.97)

Тогда

word image 1910 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.98)

После разделения переменных и интегрирования, уравнение (2.98) примет вид:

word image 1911 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (32.99)

В результате интегрирования уравнения (2.99) получим:

word image 1912 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.100)

Разделив переменные и проинтегрировав, получим:

word image 1913 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.101)

Отсюда, проведя некоторые преобразования, имеем:

word image 1914 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.102)

Постоянную интегрирования word image 1915 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции определим из уравнения (2.99) при начальных условиях word image 1916 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

word image 1917 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.103)

Постоянную интегрирования word image 1918 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции определим из уравнения (2.102) при начальных условиях word image 1919 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

word image 1920 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.104)

С учетом полученных зависимостей, уравнение движения частицы мульчи в вертикальной плоскости запишется в виде:

word image 1921 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.105)

Из (2.95) имеем:

word image 1922 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.106)

Учитывая зависимость (2.106), уравнение траектории движения частицы мульчи в окончательном виде запишется так:

word image 1923 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.107)

Реализация выражения (2.107) при числе оборотов ротора 2000 об/мин, word image 1924 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции показана на рисунке 2.17.

word image 1925 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции
Рисунок 2.17 – Траектория полета частицы мульчи после схода с планки

Таким образом, на дальность полета частиц мульчи оказывают влияние: частота вращения и размеры роторов; параметры планки; физико-механические характеристики мульчируемой растительности (коэффициент парусности и коэффициент трения о материал ножа и планки).

2.3 Обоснование конструктивно-технологической схемы, параметров и режимов работы косилки для скашивания растительности с приствольного круга и ряда плодовых насаждений на склоне

Анализ состояния вопроса показал, что наиболее целесообразным является обход штамба дерева посредством проворачивания выносной поворотной секции с установленными на ней отбойными колесами и режущими рабочими органами вокруг последнего, под действием тягового усилия транспортного средства.

Конструктивно-технологическая схема косилки для скашивания растительности с приствольного круга и ряда плодовых насаждений на склоне приведена на рисунке 2.18 [189, 251]. Косилка содержит основную раму 1, опирающуюся на три пневматических самоустанавливающихся колеса 2, с размещенными на ней роторными рабочими органами с ножами и их приводом, осуществляемым от ВОМ трактора с помощью шкивов и клиноременной передачи.

На основной раме установлена выдвижная секция, состоящая из шарнирно соединенного с ней телескопического рычага 3 с гидроцилиндром управления 4, на консоли которого шарнирно установлена поворотная планка 5 с размещенными на ней отбойными колесами 6, предназначенными для защиты штамбов от повреждений ножами и выполненными свободно вращающимися, а также роторными рабочими органами с ножами 7. Рычаг 3 и поворотная планка 5 удерживаются в заданном положении пружиной растяжения 8 и спиральной пружиной 9 соответственно.

Работает устройство следующим образом. При скашивании машинно-тракторный агрегат движется прямолинейно, а вынесенные выдвижной секцией роторные рабочие органы скашивают растительность с приствольной полосы. При подходе к дереву отбойные колеса 6 соприкасаются с его штамбом, после чего, под давлением последнего, рычаг 3 начинает отклоняться относительно оси А, отбойные колеса 6, безотрывный контакт которых со штамбом дерева обеспечивается силой давления пружины растяжения 8, перекатываются по штамбу дерева, принуждая поворачиваться относительно оси В поворотную планку 5 с размещенными на ней роторными рабочими органами с ножами 7, чем обеспечивается скашивание растительности вокруг штамба дерева на первом этапе.

word image 1926 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 2.18 – Конструктивно-технологическая схема косилки для скашивания растительности с приствольного круга и ряда плодовых насаждений на склоне

Второй этап начинается с момента начала возврата рычага 3 в исходное положение. При срабатывании сигнальной аппаратуры шток гидроцилиндра 4 увеличивает длину телескопического рычага 3, предотвращая тем самым отрыв поворотной планки 5 с размещенными на ней роторными рабочими органами с ножами 7 от штамба дерева при поступательном движении машинно-тракторного агрегата. Время вращения поворотной планки 5 вокруг штамба дерева равно времени контакта с ним отбойных колес 6. При прекращении контакта отбойных колес 6 со штамбом дерева выносная поворотная секция, под действием упругих элементов 8 и 9, приводится в исходное положение, после чего, при срабатывании сигнальной аппаратуры шток гидроцилиндра 4 уменьшает длину телескопического рычага до начального размера.

Основными конструктивными параметрами выносной поворотной секции являются диаметр отбойных колес, величина выноса поворотной секции, а также угол установки выносной поворотной секции (линии проходящей через центры отбойных колес) к направлению движения (рис.2.19) [251].

C:\Users\Пользователь\Desktop\Диссертация 2018 ++\Схемы 2 глава\Схема к определению угла атаки.bmp

Рисунок 2.19 – Схема к обоснованию конструктивных параметров выносной поворотной секции

При обработке почвы в ряду деревьев за один проход для избежания огрехов необходимо обеспечить срез растительности с приствольного круга, а также обеспечить перекрытие рабочими органами линии ряда, равное среднеквадратическому отклонению агрегата от прямолинейности.

С учетом этого необходимая ширина захвата рабочих органов поворотной секции будет определяться.

word image 1927 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.108)

где а – ширина защитной зоны; b – перекрытие линии ряда.

Второе уравнение получим рассмотрев

word image 1928 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.109)

word image 1929 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – диаметр штамба дерева; word image 1930 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – диаметр отбойного колеса поворотной секции.

Совместное решение уравнений (2.108) и (2.109) позволяет определить требуемый диаметр отбойных колес поворотной секции, обеспечивающий полную обработку пространства вокруг штамба плодового дерева за один проход агрегата.

Угол установки выносной поворотной секции α (линии проходящей через центры отбойных колес) к линии перпендикулярной направлению движения будет определяться следующими необходимыми условиями:

1. До момента начала проворачивания выносной поворотной секции вокруг штамба дерева, должна быть обработана максимально большая площадь расположенная за штамбом дерева, т. е. центры ротора (точка ) и штамба дерева (точка К) должны располагаться на одной линии перпендикулярной направлению движения;

2. Необходимо обеспечить условие, при котором отбойные колеса выносной поворотной секции начнут перекатываться по штамбу дерева без повреждения последнего.

Рассмотрим выносную поворотную секцию в момент контакта со штамбом дерева. При этом штамб дерева будет являться окружностью, вписанной между отбойными колесами 1 и 2.

Из равнобедренного треугольника word image 1931 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции используя теорему косинусов.

word image 1932 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.110)

где word image 1933 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – расстояние между роторами, определяемое из конструктивных соображений.

Учитывая, что в момент проворачивания вокруг штамба дерева

word image 1934 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.111)

Тогда угол атаки

word image 1935 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.112)

На основе полученных зависимостей построен график изменения угла атаки в зависимости от диаметра штамба дерева при различных диаметрах отбойных колес (рис.2.20).

Как видно из графика кривая изменения угла атаки носит нелинейный характер, при увеличении диаметра штамба дерева происходит увеличение угла атаки во всех случаях.

Требуемая величина выноса поворотной секции (длина рычага АВ)

word image 1936 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.113)

uде d – расстояние между линией ряда и линией движения транспортного средства, определяемое эксплуатационными требованиями; dш – диаметр штамба дерева; dк – диаметр отбойного колеса; word image 1937 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – угол, составляемый ОВ с горизонталью.

C:\Users\Пользователь\Desktop\Изменение угла атаки - копия.bmp

Рисунок 2.20 – Кривая изменения угла атаки

Уравнения движения центра выносной поворотной секции (точки В) в параметрической форме будут иметь вид (рис. 2.21):

word image 1938 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.114)

где Vm – поступательная скорость транспортного средства, с которым агрегатируется косилка, м/с; t – время, с; x0 – начальная координата, м; word image 1939 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – длина выносного рукава поворотной секции; word image 1940 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – угол, составляемый осью выносного рукава поворотной секции; d – расстояние между линией ряда и линией движения транспортного средства, м.

Скорости центра поворотной секции В, а также скорости центров роторов word image 1941 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции будут равны скорости транспортного средства , т. е. на данном этапе центр поворотной секции и центры роторов совершают только поступательное движение.

Для центра ротора 1уравнения движения будут иметь вид:

word image 1942 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.115)

Для центра ротора 2 уравнения движения будут иметь вид:

word image 1943 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.116)

word image 1944 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

C:\Users\Пользователь\Desktop\Диссертация 2018 ++\Схемы 2 глава\Схема при подходе к штамбу дерева.bmp

Рисунок 2.21 – Схема к исследованию кинематики выносной

поворотной секции до ее встречи со штамбом дерева

Траектория любой точки на каждом сегменте представляет собой трохоиду. Таким образом, каждый сегмент срезает растительность с площади, ограниченной двумя конгруэнтными трохоидами, смещенными в направлении движения косилки.

Второй этап начинается с момента начала контакта отбойных колес со штамбом дерева. Связав начало системы координат со штамбом дерева определим начальные координаты центра поворотной секции, точки крепления рычага АВ, центров роторов 1 и 2 (рис. 2.22).

Для центра поворотной секции:

word image 1945 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.117)

где word image 1946 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – расстояние между центрами выносной поворотной секции и штамба окашиваемого дерева определяемое из выражения

word image 1947 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

uде word image 1948 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – радиус окружности с центром в точке В проведенной касательно к штамбу дерева; word image 1949 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – начальный угол, составляемый стержнем КВ с горизонтальной осью, при котором начинается проворачивание выносной поворотной секции вокруг штамба дерева

word image 1950 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.118)

C:\Users\Пользователь\Desktop\Диссертация 2018 ++\Схемы 2 глава\Схема при входе в зацепление.bmp

Рисунок 2.22 – Схема к исследованию кинематики выносной поворотной секции при ее контакте со штамбом окашиваемого дерева.

Для точки крепления рычага АВ:

word image 1951 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.119)

Рассмотрим работу выносной поворотной секции в процессе обработки приствольного круга, исследуя процесс проворачивания вокруг штамба дерева в произвольный момент времени. Во время работы на данном этапе, диск с режущими сегментами совершает сложное движение, вращаясь вокруг оси в горизонтальной плоскости и перемещаясь с поворотной секцией, которая, в свою очередь, перемещаясь поступательно с транспортным средством вращается вокруг штамба дерева.

Представим процесс проворачивания поворотной секции вокруг штамба дерева (рис.2.23) как плоский механизм, в котором колесо 1 (штамб дерева) неподвижно, ползун А движется поступательно и прямолинейно с постоянной скоростью VA шатун АВ совершает плоское движение, отбойные колеса 2 с режущими рабочими органами вращаются вокруг колеса 1.

Поскольку наличие пружины обеспечивает безотрывный контакт отбойных колес со штамбом дерева траекториями движения точек B, word image 1952 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции является окружность радиуса word image 1953 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Определим основные кинематические параметры выносной поворотной секции в период проворачивания ее вокруг штамба дерева.

C:\Users\Пользователь\Desktop\Диссертация 2018 ++\Схемы 2 глава\Кинематика произвольный момент.bmp

Рисунок 2.23 – Схема к исследованию кинематики выносной поворотной секции при скашивании растительности вокруг штамба дерева

Напишем кинематические соотношения между скоростями и перемещениями точек системы, т. е. уравнения связей, при этом скорости и перемещения выразим соответственно через скорости и перемещения транспортного средства.

Скорость точки В принадлежащей звену 3 и совершающей вращательное движение вокруг точки О направлена перпендикулярно кривошипу ОВ и будет определяется:

word image 1954 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции, (2.120)

где word image 1955 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – радиус окружности по которой перемещается точка В; word image 1956 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – угловая скорость вращения звена 3 относительно точки О.

Скорость точки В, принадлежащей также кривошипу АВ, совершающему плоское движение, можно также определить как:

word image 1957 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.121)

uде word image 1958 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – расстояния от точек В и А до мгновенного центра скоростей соответственно.

Мгновенный центр скоростей шатуна АВ находится в точке пересечения перпендикуляров, проведенных из точек А и В к их скоростям.

Угловая скорость вращения звена 3 относительно точки О

word image 1959 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.122)

Скорости движения центров word image 1960 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции поворотных секций будут равны:

word image 1961 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.123)

Вынос поворотной секции при выходе из зацепления со штамбом дерева начинается с момента когда координаты word image 1962 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции центра поворотной секции достигнут следующих значений ( рис. 2.24 ).

word image 1963 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.124)

На данном этапе, при поступательном прямолинейном движении ползуна А с постоянной скоростью VA начинается отрыв отбойного колеса 1 от штамба дерева, шатун АВ совершает плоское движение, перемещаясь в направлении движения транспортного средства и вращаясь, под действием упругой восстанавливающей силы пружины, в направлении обратном вращению часовой стрелки, отбойные колеса 2 с режущими рабочими органами вращаются вокруг точки В.

Траекториями движения точек word image 1964 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции является окружность радиуса word image 1965 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции траекторией движения точки В является окружность радиуса word image 1966 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (рис. 2.24).

2.4. Обоснование конструктивно-технологической схемы, параметров и режимов работы агрегата для плющения сорной растительности в террасном горном садоводстве

Устройство для плющения растительности (рис. 2.25) содержит несущую раму 1, агрегатируемую фронтально, с закрепленными кольцами 2, с определенным шагом образующими кулисы 3. Также на несущей раме 1 во внутреннем пространстве установлены прижатые к плоскости кулис 3 плющильные вальцы 4 в виде набора свободно вращающихся дисков 5, нанизанных на горизонтальную часть 6 Т-образного вала, вертикальная часть 7 которого кинематически связана шатунами 8 и 9 и кривошипами 10 и 11 с гидромотором 12.

В процессе работы деформацию сжатия растительности осуществляют плющильные вальцы. Во время движения устройства стебли поступают в межкольцевое пространство. Катки, прижатые к металлическим кругам, куда поступает растительность, прижимают стебли растений к металлическим кольцам и в результате возвратно-поступательных движений сгибают стебли растений, которые не срезанными плющатся на корню и остаются на поверхности почвы, удерживаясь оставшейся неповрежденной корневой системой.

C:\Users\Пользователь\Desktop\Диссертация 2018 +\Чертежи 2 глава+\Кинематика при выходе из зацепления - копия.bmp

Рисунок 2.24 – Схема к исследованию кинематики выносной поворотной секции при выходе из зацепления со штамбом окашиваемого дерева.

2.4.1 Исследование процесса работы плющильного агрегата

Количество стеблей, сжимаемых за 1 с рассчитывается по формуле:

word image 1967 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.125)

где В – ширина захвата агрегата, м; iогустота стеблестоя, шт./м2; υм – скорость агрегата, м/с.

Количество стеблей nc, захватываемых одним вальцом за 1 оборот равно:

word image 1968 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.126)

где Кв – количество вальцов, шт; nв –частота вращения кривошипа, с-1.

Без имени-2копирование

Рисунок 2.25 – Конструктивно-технологическая схема устройства для плющения растительности на корню

Толщину захвата в пространстве между двумя кольцами можно рассчитать по формуле:
word image 1969 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.127)

где rс – диаметр стебля, м; Кк – количество металлических колец в агрегате, шт.

Оптимальное значение диаметра вальцов будет равно:

word image 1970 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.128)

где k – коэффициент неравномерности стеблей по высоте; word image 1971 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – ширина вальцов, м; word image 1972 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – высота стеблестоя, м; word image 1973 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – угол захвата стеблей, град.

Между плющильными вальцами и сплюснутыми кольцами концентрируется энергия, расходуемая на деформацию и сжатия стебля. Вальцы плющильного агрегата являются активной частью и при движении их по кольцам происходят сложные физико-механические процессы (рис. 2.26).

word image 1974 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 2.26 – Схема распределения потока энергии при плющении растительности

Энергоемкость гидроприводов можно рассчитать по формуле:

word image 1975 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.129)

где М – крутящий момент, Нм; ω – угловая скорость, с-1; ηгм, ηм – КПД гидромотора и механической части.

Подводимую к приводу мощность разделим на полезную Nпол = Mω, необходимую для преодоления сопротивления рабочих органов плющилки, и мощность потерь Nпот.

Рассмотрим случаи, когда силы, приложенные к звеньям механизма, заданы в функции перемещения и в функции скорости.

Механизм плющильного агрегата нагружен силой сопротивления:

word image 1976 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.130)

где Рс – сила сопротивления, Н; Рпл – сила деформации и сжатия растительности (плющение), Н; Ртр – сила трения, Н.

Один оборот проходимый кривошипным механизмом разбили на 12 равноотстоящих позиций, затем процесс повторяется, т.е. сила Рс изменяется с периодом, равным одному обороту кривошипа. Согласно условию равенства элементарных работ:

word image 1977 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.131)

или

word image 1978 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.132)

где VТ – скорость кривошипа, м/с; n – угловая скорость звена приведения, в данном случае n=к – это угловая скорость кривошипного механизма.

Скорость движения шатуна

word image 1979 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.133)

где rк – радиус кривошипа, м; VА – скорость движения шатуна, м/с.

word image 1980 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.134)

где – угол поворота кривошипа, отсчитываемый из начального его положения в сторону вращения (в направлении к), 0 3600 за один цикл работы механизма.

Подставив полученные значения в формулу приведенного момента после преобразований будем иметь

word image 1981 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.135)

При анализе факторов, влияющих на величину подводимой к гидромотору мощности, установлено следующее: величины M и ω случайные, поскольку машина работает в условиях переменных нагрузок, зависящих от влажности, высоты и однородности травостоя и других факторов; КПД привода – величина переменная, связанная с режимами работы плющильного агрегата. В связи с этим мощность N, определяемую по формуле (2.129), целесообразно представить в виде интегральной мощности

word image 1982 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.136)

где f(M), f(ω) – плотности распределения крутящего момента и угловой скорости кривошипного механизма; М1, М2, ω1, ω2 – пределы изменения крутящего момента и угловой скорости кривошипного механизма; η(М, ω) – функциональная зависимость КПД привода от режимов нагружения.

Во время плющения растительности в зоне сжатия взаимодействуют три объекта – стебель растений, резиновые катки и металлические кольца. Поток энергии подводится в зону плющения со скоростью Vр.

На взаимодействие деформации растительности затрачивается энергия, равная:

word image 1983 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.137)

где АР – работа, затрачиваемая на плющение, Дж; РР – сила сжатия, Н; VP – скорость движения катков, word image 1984 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции ; t – время плющения, с.

Скорость движения катков не совпадает с силой сжатия, образуется угол между векторами word image 1985 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции и word image 1986 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . Работа сжатия растительности складывается из работы движения агрегата Аи и работы движения катков Ан:

А р = А и + А н (2.138)

Через мощность получим работу сжатия растительности:

Ар = Np· t, (2.139)

где Np – мощность плющения, Вт.

Мощность Np является показателем работы плюшения и отражает средние затраты энергии за время t плющения растительности.

Тогда удельную работу плющения определяем по формуле:

word image 1987 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.140)

где К – удельная работа плющения, word image 1988 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции ; s – площадь плющения, м2.

Усилие сжатия при плющении растительности (Рр) равняется:

word image 1989 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.141)

где d- диаметр металлического кольца, м.

Как видно из уравнения, мощность плющения находится в прямой зависимости от площади сжатия, от скорости движения вальцов и агрегата. Так как площадь сжатия зависит от диаметра катков и металлических колец, то количество сжимаемых стеблей – переменный фактор. Тогда на мощность мы воздействуем изменением подачи скорости движения агрегата и скоростью движения катков.

2.4.2 Влияние основных параметров плющильного агрегата на энергозатраты при плющении растительности

На основании полученных выражений были построены зависимости энергозатрат на плющение растительности от основных параметров плющильного агрегата (рис. 2.27…2.29), анализ которых показывает, что выбранные факторы оказывают непосредствен­ное влияние на энергозатраты при плющении растительности. С учетом не­обходимости обеспечения качественной работу были опре­делены рациональные значения основных параметров плющильного агрегата: диаметр вальцов – 0,2…0,3 м; скорость агрегата – 1…3 м/с; число оборотов кривошипа – 400…600 об/мин.

word image 1990 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 2.27 – Зависимость энергозтрат на плющение растительности от поступательной скорости энергетического средства

word image 1991 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 2.28 – Зависимость энергозтрат на плющение растительности от частоты вращения кривошипа

word image 1992 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 2.29 – Зависимость энергозтрат на плющение растительности от диаметра вальцов.

2.5 Обоснование конструктивно-технологической схемы установки для внесения водных растворов в приствольные полосы плодовых насаждений

Эффективность применения водных растворов (гербицида или удобрения) во многом зависит от точности их дозирования и равномерности распределения по поверхности. Поэтому при разработке современных средств механизации для внесения жидких растворов уделяют особое внимание вопросам контроля основных показателей технологического процесса.

В соответствии с агротехническими требованиями отклонения от установленного расхода жидкости не должны превышать 10%, а неравномерность отложения жидкости по ширине захвата, выраженная коэффициентами вариации, должна быть не более 40 % при обработке приствольных полос в саду [111]. Кроме того, при использовании отдельных видов гербицидов конструкция гербицидной штанги должна исключать попадание рабочей жидкости на штамбы плодовых деревьев.

Решение проблемы неравномерности вылива рабочего раствора при обходе штамбов отклоняющимися секциями гербицидных штанг возможно за счет совершенствования конструкции механизма поворота гербицидных штанг и схем расстановки распылителей.

На рисунке 2.30 представлен общий вид предлагаемого устройства для гербицидной обработки приствольных полос многолетних насаждений [192].

https://im0-tub-ru.yandex.net/i?id=0dfacc981d518da639272cbc1548c2b2&ref=patents&n=13

Рисунок 2.30 – Общий вид устройства для гербицидной обработки приствольных полос многолетних насаждений

Устройство для гербицидной обработки приствольных полос многолетних насаждений состоит из несущей рамы 1, шарнирно соединенной с ней трех- или четырех лучевой крестообразной рамы 2, имеющей вертикальную ось вращения, на лучах-штангах которых установлены щеточные рабочие органы 3 для внесения растворов гербицидов на нежелательную растительность.

Вращательный шарнир 4 крепления крестообразной рамы к несущей раме, обеспечивает подачу рабочей жидкости к щеточным рабочим органам.

Для предотвращения повреждения штамбов деревьев крестообразная рама снабжена предохранителями 5, которые выполняют одновременно и роль направляющих.

Изменение расстояния оси вращения крестообразной рамы относительно ряда деревьев осуществляется с помощью прижимного устройства 6, что позволяет создать необходимые условия для выполнения рабочего процесса устройством.

Устройство для гербицидной обработки приствольных полос многолетних насаждений работает следующим образом.

В процессе работы штамб дерева 7 входит в пространство между лучами-штангами крестообразной рамы. После этого одна из штанг встречается со штамбом дерева и под его воздействием отклоняется, т.е. происходит поворот крестообразной рамы 2. В это время щеточным рабочим органом 3, закрепленным на соседней штанге, обрабатывается нежелательная растительность с труднодоступного места -пространства между штамбом дерева и выемочным откосом террасы. Проворачивание крестообразной рамы 2 происходит до тех пор, пока штамб дерева не выйдет из пространства между лучами-штангами. При встрече со следующим штамбом процесс повторяется.

Технический эффект устройства достигается благодаря сочетанию крестообразной рамы с щеточными рабочими органами.

Агротехнический эффект устройства заключается в возможности обработки пространства между штамбом дерева и выемочным откосом террасы.

Для внесения водных растворов удобрений в приствольную полосу плодовых насаждений предложена установка, общий вид которой показан на рисунке 2.31.

C:\Users\Hajmetov\Pictures\Гер 10001.tif

а.

C:\Users\Hajmetov\Pictures\Гер 10002.tif

б.

Рисунок 2. 31 – Конструктивно-технологическая схема установки для внесения водных растворов в приствольные полосы плодовых насаждений (а) и вид снизу поворотной штанги

Установка содержит механизм навески 1, телескопические штанги 2, механизмы поворота 3. гербицидные штанги 4, фартук 5, выполненный из полимерного материала и щелевые распылители 6, причем один щелевой распылитель установлен перпендикулярно в передней части штанги 4, а два других установлены в конце штанги 4 и наклонены относительно друг друга под углом 300 (рис. 2.25, б), при этом поворотная щтанга 4 соединена через тройник 7 и шланг 8 с магистралью 9 подачи водных растворов.

Устройство работает следующим образом. При обработке приствольных полос плодовых насаждений, размещенных на насыпной части террасы, одну из боковых телескопических штанг 2 фиксаторами 10 устанавливают по ширине междурядья так, чтобы середина поворотной штаги 4 находилась по оси ряда плодовых насаждений, а другая боковая телескопическая штанга находится в транспортном положении.

Водный раствор из магистрали 9 под давлением поступает через тройник 7 и шланги 8 к распылителю 6 боковой штанги 4 и разбрызгивается на почву в виде полосы с одной стороны ряда. Промежутки между стволами в ряду обрабатываются за счет разбрызгивания раствора крайними распылителями. При встречи со штамбом плодового дерева срабатывает механизм поворота и поворотная штага, отклоняясь, выходит из ряда плодовых деревьев. Пройдя плодовое дерево, поворотная штанга с распылителями входит в ряд деревьев и продолжается процесс обработки приствольной полосы плодовых насаждений. Неточности вождения и отклонения деревьев от линии ряда компенсируются смещением механизма поворота 3 от среднего положения. Фартук 5 защищает штамбы от попадания на них гербицидов.

При переезде на полотно другой террасы рабочую штангу переводят в транспортное положение, а другую аналогично устанавливают в ряд плодовых деревьев и процесс внесения водных растворов в приствольную полосу плодовых насаждений продолжается.

2.6 Обоснование конструктивно-технологической схемы, параметров и режимов работы технических средств, входящих в состав блочно-модульного агрегата для детальной обрезки плодовых деревьев

Большинство существующих инструментов предназначено для срезания ветвей диаметром до 50 мм. Однако при обрезке деревьев зачастую приходится удалять крупные ветки, сломанные при неблагоприятных погодных условиях, при уборке урожая плодов из-за неосторожных действий сборщиков или под тяжестью урожая плодов. Кроме этого, при проведении омолаживающей глубокой обрезки необходимо удалять толстые скелетные ветки диаметром до 100 мм.

Предлагаемый блочно-модульный агрегат монтируется на самоходном шасси Т-25. Вышка включает металлическую платформу, гидравлический цилиндр, лестницы. Состав агрегата: 8 электропил и комплект ручных инструментов для выполнения вспомогательных работ [270, 271, 273, 274, 275].

Электроснабжение агрегата обеспечивается электрической машиной, вырабатывающей ток с частотой 200 Гц и напряжением 42 В. Блок электроснабжения (рис. 2.32) содержит редуктор 1, прикрепленный к раме 6. Посредством клиноременной передачи 2 вращещние от редуктора 1 передается генератору 4. Генератор 4 крепится к раме 6 самоходного шасси. К генератору 4 присоединен преобразователь 5, предназначенный для преобразования постоянного тока в переменный с частотой 200 Гц и напряжением 36 В. К выводным клеммам преобразователя 5 с помощью электрического кабеля подключена электропила ЭПС-2 (рис.2.33).

Описание: т1

Рисунок 2.32 – Блок электроснабжения агрегата

Описание: т2

Рисунок 2.33 – Агрегат для обрезки плодовых деревьев

В зависимости от условий работы плодовые деревья можно обрабатывать по двум технологическим схемам: все сразу или в два приема. Сначала обрезать электропилой нижние ветви до высоты двух метров, затем остальную часть дерева.

Данная система мобильна и дает возможность отказаться от ста­ционарных линий электропередач, что весьма важно при работе в са­дах.

2.6.1 Конструктивно-технологическая схема, параметры и режимы работы электрической пилы

Электропила садовая ЭПС-02 включает (рис. 2.34): корпус электропилы 1, два электродвигателя 2, два ре­жущих элемента 3, две ручки 4, выключатель 5, соединительный шнур 6 [26, 27, 28]. Включение и выключение электродвигателей производится выключателем. Одна из ручек электропилы ЭПС-02 наряду с функциональным назначением служит и для подвода энергии через кабель от блока электроснабжения к электродвигателям. Кабель подсоединен к генератору ГАБ-4-200.

Описание: 15

Рисунок 2.34 – Принципиальная схема садовой двухножевой электропилы.

Схема электроснабжения пилы ЭПС-02 приведена на рисунке 2.35.

word image 1993 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 2.35 – Схема электроснабжения пилы ЭПС-02

Напряжение, которое пода­ется к электродвигателям пилы (42 В), безопасно для жизни обрезчи­ков.

2.6.2 Обоснование веса электропилы

Одно из основных требований к ручному садовому инструменту – малый вес. Общий вес садовой электропилы (Gобщ) складывается из веса электродвигателя (Gэ), пилы (Gп), редуктора (Gр) и вспомогательных устройств (Gв) [28]:

Gобщ = Gэ + Gп + Gр + Gв. (2.142)

Вес электродвигателя можно рассчитать по формуле [181, 193, 194]:

Gэ = NэGу, (2.143)

где Nэ – мощность электродвигателя, кВт; Gу – удельный вес электродвигателя, кг/кВт.

Зависимость удельного веса электродвигателя от скорости вра­щения ротора следующая:

Gу = 619n-0,6, (2.144)

где n – число оборотов ротора электродвигателя, об/мин.

Вес пилы рассчитывается так:

Gп = 0,1Gэ. (2.145)

Вес редуктора равен:

Gр = 0,0012n + 0,127. (2.146)

Вес вспомогательных устройств составит:

Gв = 0,8Gэ. (2.147)

Таким образом, общий вес электроинструмента рассчитывается по выражению:

Gобщ = 1176,1Nэn-0,6 + 0,0012n + 0,127. (2.148)

Удельный вес активной части электродвигателя в зависимости от числа оборотов ротора приведен на рисунке 2.36.

Рисунок\т4.bmp

Рисунок 2.36 – Удельный вес активной части электродвигателя в зависимости от числа оборотов ротора

Из рисунка 2.37 видно, что заметное снижение удельного веса электродвигателей имеет место в основном при числе оборо­тов до 12000 об/мин. При дальнейшем увеличении числа оборотов (до 24000 об/мин) удельный вес снижается незначительно.

2.6.3 Теоретическое исследование процесса резания плодовых ветвей

Установление диапазона скоростей резания, наименьших сил резания и другие ста­новится в настоящее время актуальными, требующими скорейшего реше­ния.

Исследования по обоснованию рациональных геометричес­ких параметров режущих элементов, усилий резания, удельной работы резания и производительности пиления проводили С.В. Арбузов [29], В.В. Бычков, Д.И. Беренштейн [57], А.Л. Бершадский, А.А. Смирнов, В.О. Рыбалко [50] и многие другие.

Рисунок\т5.bmp

Рисунок 2.37 – Удельный вес активной части электродвигателя в зависимости от частоты тока.

Однако они посвящены изучению процесса работы инструментов с пильными цепями и с круглыми пилами. Исходя из этого, появилась необходимость в исследовании работы электропи­лы, у которой в качестве рабочего органа используется ножовочное полотно.

Скорость резания определяется частотой вращения кривошипа, которая, в свою очередь, ограничивается возни­кающими инерционными силами [49, 50]. Из рисунка 2.38 следует, что скорость резания Vр складывается из скорости движения ножовочного полотна Vн и скорости подачи Vп:

Vp = (Vп2 + Vн2 + 2VпVнCosΘ)0,5. (2.142)

Рисунок\т8.bmp
Рисунок 2.38 – Направление скорости резания

Анализ выражения (2.142) показывает, что с увеличени­ем угла Θ увеличиваются и затраты энергии на резание.

Величина пути, пройденного ножовочным полотном, равна:

х = Rп(1 – cosα) – L[1 – (Rк + Rпsinα)2/(2L2)]. (2.143)

Рабочий орган в виде дисковой пилы крепится непосредственно на валу электродвигателя с помощью двух специальных шайб и болтового соединения.

Во вращение диск приводится путем нажатия кнопочного выключателя. Вращение рабочего органа происходит до тех пор, пока нажата кнопка выключателя. По возвращении кнопки в первоначальное положение (что происходит автоматически, как только оператор перестанет нажимать на нее), цепь размыкается и двигатель останавливается. Подобный способ увеличивает безопасность работ, так как для остановки двигателя (и рабочего органа соответственно) оператору достаточно разжать руку.

Высокая скорость резания обеспечивает быстрый и гладкий срез. Напряжение 36 В является безопасным для оператора.

2.7 Обоснование конструктивно-технологической схемы, параметров и режимов работы подборщика-измельчителя срезанных ветвей плодовых деревьев

Для расширения функциональных возможностей и уменьшения энергоемкости и металлоемкости предлагается подборщик-измельчитель обрезков плодовых деревьев, (рис. 2.39) [270, 271, 273, 274, 275, 281, 284, 286] содержащщий закрепленный на V-образной раме 1 рабочий орган, включающий левую 2 и правую 3 секции роторов, установленные с возможностью вращения навстречу друг другу и выполненные в виде шнеков 4, каждый из которых имеет навивку с одинаковым шагом. На раме 1 установлены два подающих вальца 5 и 6 с оппозитно расположенными на них дисковыми ножами 7, приводимыми от гидромотора 8. За ними установлены две ступени измельчителей – первая для измельчения с образованием толстой стружки – двухвалковый роторный измельчитель 9 с шахматным расположением зубчатых ножей 10, и вторая ступень – двухвалковый роторный доизмельчитель с вальцами 11. Привод измельчителей осуществляется от гидромотора 12.

В процессе работы шнеки 4 левой 2 и правой 3 секций, вращаясь навстречу друг другу, захватывают обрезки ветвей витками шнеков и подают их к вальцам 5 и 6. При попадании толстых ветвей, диаметр которых больше свободного пространства между дисковыми ножами 7, они получают продольные надрезы, после чего попадают в двухвалковый роторный измельчитель 9, рабочие органы которого осуществляют резание на части подаваемых надрезанных ветвей по типу образования толстой стружки. Вальцы второй ступени осуществляют перетирающее доизмельчение полученных первой ступенью измельчения частиц срезанных ветвей. Образованная измельченная масса сбрасывается на поверхность почвы мульчирующим слоем, способствуя тем самым повышению ее плодородия.

Описание: ПИВ-схема NEW

Рисунок 2.39 – Схема подборщика-измельчителя срезанных ветвей плодовых деревьев

Предлагаемый подборщик-измельчитель может быть использован во всех зонах возделывания плодовых культур, а также может быть использован для подбора и измельчения древесных отходов в лесных насаждениях, виноградных плантациях и т.п.

Технологический процесс, выполняемый подборщиком-измельчите­лем срезанных ветвей плодовых деревьев, состоит из следующих стадий (рис. 2.40): подбор и подача подборщиком из междурядья сада срезанных ветвей плодовых деревьев к подающим вальцам; подача срезанных ветвей подающими вальцами на первую ступень измельчительного устройства; измельчение срезанных ветвей первой ступенью измельчителя; доизмельчение срезанных ветвей второй ступенью измельчителя; сво­бодное падение измельченной массы на поверхность почвы.

word image 1994 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 2.40 – Технологическая схема работы подборщика-измельчителя срезанных ветвей плодовых деревьев

Исследованию процесса работы измельчительных машин посвящены работы Грубе А.Э., Долгова И.А., Желиговского В.А., Кротова А.М, Кутейникова В.К., Манаенкова К.А., Ланцева В.Ю., Медовника А.Н., Сотонина А.И., Токарева В.Г., Шомахова Л.А. и др.

Анализ этих работ показал, что энергоемкость определяется удельным усилием резания, которое в свою очередь может принимать различные величины в зависимости от условий силового взаимодействия лезвия ножа с обрабатываемым материалом. Данные условия включают в себя не только особенности физико-механических свойств материала, но и особенности кинематики движения ножей и перерабатываемого материала.

В связи с этим проведены теоретические исследования кинематики рабочих органов измельчительного устройства и сил, действующих на нож. Результаты этих исследований позволят установить зависимость энергоемкости измельчения от конструктивных параметров и режимов работы машины.

2.7.1 Анализ кинематики рабочих органов

При работе двухвалкового роторного измельчителя зубчатые ножи, установленные на ножевых дисках роторов, совершают вращательное движение на встречу друг другу при поступательном движении подаваемого слоя древесины срезанных ветвей плодовых деревьев в пространство между роторами. Это обуславливает криволинейность траектории лезвий ножей в слое древесины (рис. 2.41). Траекторией движения точки ножа относительно слоя древесины является удлиненная циклоида (трохоида) [36, 286, 287].

Абсолютная скорость любой точки ножа представляет собой геометрическую сумму окружной vо и поступательной vп скоростей (рис. 2.41). Проекции скорости на оси координат могут быть выражены параметрическими уравнениями:

word image 1995 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.166)

где vп – поступательная скорость (подача) ножевого диска измельчителя относительно ветки, м/с; vо – окружная скорость, м/с; φ – угол поворота ножевого диска, град.

Окружная скорость определяется по формуле:

word image 1996 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.167)

где ω – угловая скорость вращения ножевого диска, с-1;
t – текущее время, с; R – радиус окружности, описываемой режущей кромкой, м.

После интегрирования выражения (2.166) получаем уравнение траектории точки ножа. Постоянные интегрирования C и C1 можно определить, подставив в эти уравнения значения начальных условий: t=0; x=0; y=0. После этого получим C=0 и C1=s+R, а уравнения примут вид:

word image 1997 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.168)

где s – зазор, представляющий собой расстояние между режущей кромкой ножа и валом противоположенного ротора, м.

Схема кинематики 2

1, 2 – верхний и нижний роторы; 3 – ножевой диск; 4 – нож;
5 – вал ротора; 6 – измельчаемая ветка

Рисунок 2.41 – Схема к кинематическому анализу траектории движения ножа измельчителя

Проекция результирующей скорости лезвия на направление движе­ния слоя может характеризовать воздействие лезвия на слой мате­риала (рис. 2.41). Действительно, в точке А такая проекция скорости vp пред­ставляет собой скорость

word image 1998 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.169)

с которой лезвие воздействует на слой, затягивая его и способствуя поступлению ветви в пространство между роторами измельчителя и ее резанию.

Исходя из этого, подача должна осуществляться в том месте ножевого диска, где отталкивающего действия ножа нет, т.е. word image 1999 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . Согласно выражению (2.169) vтян=0 тогда, когда word image 2000 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции, т. е. ре­зультирующая vp направлена перпендикулярно направлению дви­жения ветви и соответственно поперек волокнам древесины, как это имеет место в точке В.

Из параллелограмма скоростей для положения лезвия в любой точке можно написать

word image 2001 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.170)

В точке В, для которой соблюдено условие vтян=0,

word image 2002 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.171)

Приравнивая эти выражения, можно установить значение угла φ, при котором vтян=0, т. е. определить точку, где от­сутствует отталкивающее действие лезвия и появляется явление затягивания ветви.

word image 2003 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.112)

Данное условие можно получить из зависимости угла θ от φ по рисунку 2.42 .

word image 2004 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.173)

откуда при word image 2005 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

word image 2006 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции .

Максимально возможную толщину h слоя древесины, перерезаемого ножевым диском можно определить из треуголь­ника BOC на схеме (рис. 2.42):

h=|ОС|; R+sh=R∙sin φ, (2.174)

откуда с учетом уравнения (2.172)

R+sh=Rword image 2007 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.175)

Тогда выражение для расчета максимальной толщины слоя примет вид

word image 2008 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.176)

Уравнение цилиндрической поверхности ветви относительно осей ZOY (рис.2.43) при прямом лезвии ножа представляется выражением:

(y+r)2+z2=r2 (2.177)

где r=dв/2 – радиус измельчаемой ветви диаметром dв, м.

Схема к толщине резания

Рисунок 2.42 – Схема к определению максимальной толщины слоя древесины

Схема к ширине резания

Рисунок 2.43 – Схема к определению ширины резания

Уравнением линии, ограничивающей поверхность резания, является решение системы

word image 2009 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.178)

Ширина резания b(t) определяется координатами Х двух точек, являющихся точками пересечения линии лезвия ножа с линией, задаваемой системой (2.178).

b=z2z1. (2.179)

Решая уравнение (2.179), получим:

word image 2010 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.18)

Максимальная ширина резания:

bmax=dв. (2.181)

Одной из важных характеристик траектории движения режущей кромки ножа является расстояние между лю­быми однородными точками смежных отрезков трохоиды, равные между со­бой (рис. 2.42). Его величину можно найти, если значение абсциссы x вычесть из значения абсциссы xb, для обоих последующих положений, т.е.

word image 2011 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.182)

Пусть центральный угол между ножами

word image 2012 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.183)

где z – число ножей на ножевом диске.

Следовательно,

word image 2013 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.184)

Тогда, подставляя значение sin ωt в уравнение (2.168), получим:

word image 2014 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.185)

Нож достигнет в слое положения а с опозданием на время Δt, необхо­димое для поворота ножевого диска на угол β, т.е.

word image 2015 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.186)

Следовательно, абсцисса для нового положения ножа

word image 2016 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.187)

Подставив значение Δt и учтя, что yb=y, получим

word image 2017 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции ,

word image 2018 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции ,

или

word image 2019 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.188)

Длительность процесса резания одной ветви Т можно найти как

Т=t2t1. (2.189)

где t1 и t2 – начало и конец реза, с.

word image 2020 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции (2.190)

где φ1 и φ2 – углы поворота ротора в моменты начала и конца реза, рад.

Угол поворота в момент начала резания определим по схеме на рисунке 2.41 при y=dв

word image 2021 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.191)

Угол поворота можно легко определить с учетом симметрии траектории трохоиды одного оборота режущей кромки относительно вертикальной оси (см. рис. 2.42)

word image 2022 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.192)

Во втором случае траектория режущей кромки пересекает траекторию режущей кромки предыдущего реза в пределах тела ветви. Здесь угол поворота можно определить по схеме рис. из решения уравнения:

word image 2023 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.193)

где xп – координата точки пересечения траекторий, которую можно определить как

word image 2024 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.194)

где x(π) – координата траектории режущей кромки в нижнем положении при φ=π , тогда после преобразований с учетом формул (2.168), (2.188) и (2.190) получим

word image 2025 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции ;

word image 2026 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.195)

Решая последнее уравнение можно определить угол поворота режущей кромки ножа в момент окончания процесса резания.

2.7.2 Обоснование основных конструктивных и технологических параметров измельчителя

Кинематический анализ процесса работы двухвалкового роторного измельчителя позволил установить его основные ипараметры: геометрические размеры, количество ножей на ножевом диске, углы заточки ножей, скорость вращения роторов, скорость подачи ветвей и зазор между ножом и валом противоположенного ротора.

Габаритные размеры и вес измельчителя зависят в первую очередь от диаметра вала ротора и диаметра ножевого диска. С учетом максимального диаметра измельчаемых ветвей 35…40 мм и необходимости обеспечения необходимой жесткости полого вала ротора рекомендуется принимать диаметр ножевого диска в пределах 150…250 мм.

Учитывая что, угловая скорость вращения ножевого диска ω (рад/с)

word image 2027 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.196)

где n – частота вращения ножевого диска, с–1:

word image 2028 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.197)

Значение среднего диаметра ветви при резании можно рассчитать по выражению:

word image 2029 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (2.198)

где d(li) – диаметр ветви в i-м сечении ветви, рассчитываемый по выражению ( word image 2030 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции ), м; li = lрасчi – расстояние i-го сечения резания от вершины ветви, м; N = lв / lрасч – количество резов ветви длиной lв.

Как показали статистические данные, среднее значение длины ветки равно lв­=0,7 м. А рекомендуемая длина резания ветви по агротехническим соображениям lрасч=0,07 м. Тогда средний диаметр измельчаемой ветви dср=15 мм.

Производительность двухвалкового роторного измельчителя плодовой древесины определяется числом ножей на диске z, размерами перерабатываемого слоя ветвей и длиной измельченных частиц lизм. Для ее определения рекомендована фор­мула [93], в м3/ч:

word image 2031 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.199)

где Fр – расчетная площадь перерабатываемого слоя ветвей, м2.

Площадь резания определяется по зависимости:

word image 2032 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (2.200)

где В – длина ротора измельчителя, м; Hв – толщина перерабатываемого слоя ветвей в сжатом состоянии, м; kдр – коэффициент полнодревесности измельчаемого слоя ветвей.

Количество ножей на ножевом диске рекомендуется выбирать исходя из заданной производительности [286]: 2, 4, 6 и т.д. Оптимальным является z=2.

Передний угол заточки ножа δп по конструктивным особенностям двухвалкового роторного измельчителя должен иметь отрицательные значения. Это обусловлено необходимостью обеспечения беспрепятственного вращения ножа в окрестности траектории движения смежной с валом противоположенного ротора. Минимальное значение переднего угла заточки без учета знака будет ограничиваться условием стабильной работы ножа без проявления эффекта защемления подаваемой ветви между передней гранью и валом противоположенного ротора. Исходя из этого можно рекомендовать значение угла заточки δп= –5°…–15°.

Частота вращения ротора может варьироваться в пределах n=10…15 c-1. С учетом этого скорость подачи ветвей может vп=1,4…2,1 м/с. В процессе работы подборщика-измельчителя возникает некоторая задержка в подбирающем устройстве машины, связанная с обеспечением непрерывности обработки валка ветвей без образования скучиваний материала, и задержка во времени на надрезание и ориентирование ветвей в подающем устройстве. Следовательно, скорость движения агрегата подборщика-измельчителя vа=0,8…1,5 м/с, или в пересчете vа=2,88…5,4 км/ч.

 

Моделирование процесса измельчения плодовых ветвей

На силу резания влияют следующие показатели: передний δп и задний δз углы заточки ножей, радиус R и окружная скорость vo режущей кромки ножа, скорость подачи ветвей vп, зазор между кромкой ножа и валом противоположного ротора s. Необходимость оптимизации энергетических показателей требует проведения математического моделирования процесса измельчения плодовых ветвей [272]. Моделирование осуществляли с использованием пакета прикладных программ «MathCAD 2001 Professional».

Анализ полученных данных численных экспериментов проводился с использованием визуальных графиков зависимостей, полученных с использованием метода аппроксимации числовых данных.

При расчетах приняты следующие положения. Расчетная величина диаметра ветви dср=15 мм. Расчет показателей резания от угла поворота проводился для одного реза в промежутке от φ1 до φ2, с некоторым шагом варьирования Δφ. Начальный угол поворота рассчитывался по формуле (2.191), а конечный по формуле (2.192) или из решения уравнения (2.195), в зависимости от условий резания.

На рисунке 2.44 показаны примеры диаграмм удельной и полной силы резания, рассчитанных по математической модели. Для численной характеристики диаграмм выбраны два параметра: среднее значение – это Pуд cр и Pрез ср, и максимальное значение – Pуд max и Pрез max.

Учитывая необходимость наличия выступа режущей кромки над поверхностью диска на величину максимального диаметра ветви, можно установить, что величина радиуса вращения может принимать значения в пределах 110…160 мм. Как видно из результатов расчетов влияние радиуса режущей вращения кромки R в рассматриваемом пределе его варьирования не велико. Поэтому можно принять среднюю величину R=0,125 м.

Наличие зазора между кромкой ножа и валом противоположного ротора обусловлено кинематикой рабочих органов и конструктивными особенностями двухвалкового роторного измельчителя. По предварительным расчетам минимальный допустимый зазор равен s=0,001 м.

Результаты численных расчетов силы резания ветви в зависимости от радиуса вращения режущей кромки ножа R представлены в таблице 2.1.

По статистическим данным минимальный диаметр ветки равен dmin=4…5 мм. Учитывая это, верхний предел варьирования зазора равен smax=0,004 м.

Результаты численных расчетов силы резания ветви в зависимости от величины зазора между кромкой ножа и валом противоположного ротора представлены в таблице 2.3 и на графике рисунка 2.46. Как видно из результатов расчетов выгодно увеличивать зазор, уменьшая тем самым энергоемкость резания. Окончательное решение по выбору зазора следует принять исходя из результатов анализа качества древесной мульчи после проведения экспериментов.

word image 2033 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

а) удельной силы резания Pуд; б) полной силы резания Pрез.
Рисунок 2.44 – Диаграммы зависимости удельной и полной сил резания в зависимости от угла поворота режущей кромки φ

Скорость подачи ветвей и скорость вращения ножевого диска оказывает влияние, как на произво­дительность измельчения, так и на мощность, затрачиваемую на резание срезанных ветвей.

Длина резания ветви и производительность прямо пропорциональны скорости подачи ветвей vп и обратно пропорциональны окружной скорости режущей кромки ножа vo. Результаты численных расчетов этих показателей представлены в таблице 2.4 и на графиках указанных зависимостей на рис. 2.47.

Результаты численных расчетов силы резания ветви в зависимости от скорости подачи ветвей vп и окружной скорости режущей кромки ножа vo представлены в таблицах 2.5, 2.6 и наглядно на графиках рисунка 2.48.

word image 2034 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 2.45 – Зависимость удельной силы резания Руд и
коэффициента изнашивания ножа kt от угла заточки γ

Таблица 2.1 – Результаты численных расчетов удельной силы резания Pуд (Н/мм) в зависимости от углов заточки передней δп и задней δз граней ножа

Задний угол
δз , град
Передний угол δп , град
-5 -10 -15 -20 -25 -30
35 154,6 152,1 149,0 145,4 141,2 136,3
40 163,2 160,7 157,5 153,9 149,6 144,8
45 173,9 171,3 168,2 164,4 160,2 155,3
50 187,1 184,5 181,3 177,6 173,3 168,5
55 203,4 200,8 197,6 193,8 189,5 184,7
60 223,2 220,5 217,3 213,6 209,3 204,4
65 247,1 244,5 241,3 237,5 233,2 228,4
70 276,4 273,8 270,6 266,9 262,6 257,8
75 314,8 312,3 309,2 305,5 301,3 296,4
80 376,1 356,8 370,8 367,3 363,1 358,3
85 411,3 411,1 410,9 410,6 410,4 410,1

Примечание. При расчетах приняты постоянными следующие значения остальных параметров математической модели dв=0,015 м; R=0,125 м; s=0,0025 м; vп=1,4 м/с; vо=10 м/с.

Таблица 2.2 – Результаты численных расчетов силы резания ветви среднего диаметра в зависимости от радиуса вращения режущей кромки

Значение радиуса
вращения режущей кромки ножа R, м
Среднее значение
расчетной силы
резания ветви Pср, Н
Максимальное значение расчетной силы резания

Pmax, Н

0,10 2123 2816
0,11 2143 2806
0,12 2156 2798
0,13 2164 2790
0,14 2169 2783
0,15 2172 2776

Примечание. При расчетах приняты постоянными следующие значения остальных параметров математической модели dв=0,015 м; s=0,0025 м; vп=1,4 м/с; vо=10 м/с; δп= –10°; δз=60°.

Таблица 2.3 – Результаты численных расчетов силы резания ветви в зависимости от величины зазора между кромкой ножа и валом противоположного ротора

Зазор между кромкой ножа и валом противоположного ротора s, м 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005
Среднее значение
расчетной удельной силы
резания ветви Pуд ср, Н
185,7 173,5 161,4 149,2 137,1
Максимальное значение расчетной удельной силы резания Pуд max, Н 244,3 228,4 212,6 196,9 181,2
Среднее значение расчетной силы
резания ветви Pрез ср , Н
2036,8 2148 2152 2085,8 1969
Максимальное значение расчетной силы резания Pрез max, Н 2858,3 2818 2766 2696,3 2593

Примечание. При расчетах приняты постоянными следующие значения остальных параметров математической модели: dв=0,015 м; R=0,125 м; vп=1,4 м/с; vо=10 м/с; δп= –10°; δз=60°.

word image 2035 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

а) удельной силы резания Pуд; б) полной силы резания Pрез.

Рисунок 2.46 – Графики теоретической зависимости сил резания от величины зазора между кромкой ножа и валом противоположного ротора

Таблица 2.4 – Результаты расчета длины резания ветви lрасч (м) в зависимости от скорости подачи ветвей vп и окружной скорости режущей кромки ножа vo

Окружная скорость
режущей кромки ножа, vo, м/с
Длина резания ветви lрасч (м)

в зависимости от скорости подачи ветвей vп, м/с

1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
8,0 0,049 0,059 0,069 0,079 0,088 0,098
8,5 0,046 0,055 0,065 0,074 0,083 0,092
9,0 0,044 0,052 0,061 0,070 0,079 0,087
9,5 0,041 0,050 0,058 0,066 0,074 0,083
10,0 0,039 0,047 0,055 0,063 0,071 0,079
10,5 0,037 0,045 0,052 0,060 0,067 0,075
11,0 0,036 0,043 0,050 0,057 0,064 0,071
11,5 0,034 0,041 0,048 0,055 0,061 0,068
12,0 0,033 0,039 0,046 0,052 0,059 0,065
Производительность

Q, м3

13,9 16,7 19,5 22,3 25,1 27,9
Q, т/ч 9,8 11,7 13,7 15,6 17,6 19,5

word image 2036 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 2.47 – График теоретической зависимости длины резания ветви lрасч от скорости подачи ветвей vп и окружной скорости режущей кромки ножа vo

Таблица 2.5 – Результаты расчетов удельной силы резания Pуд в зависимости скорости подачи ветвей vп и окружной скорости режущей кромки ножа vo

vo,
м/c
vп, м/c
1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
8,0 220,6/169,3 220,5/165,8 220,3/160,3 220,1/152,3 219,9/145,8 219,7/145,6
8,5 220,7/170,0 220,5/167,3 220,4/162,8 220,2/156,4 220,0/147,6 219,8/145,7
9,0 220,7/170,5 220,6/168,4 220,4/164,8 220,3/159,5 220,1/152,3 219,9/145,9
9,5 220,8/170,8 220,6/169,2 220,5/166,3 220,3/161,9 220,2/156,0 220,0/148,1
10,0 220,8/171,1 220,7/169,8 220,5/167,5 220,4/163,9 220,3/158,9 220,1/152,3
10,5 220,8/171,2 220,7/170,3 220,6/168,4 220,4/165,4 220,3/161,2 220,2/155,7
11,0 220,8/171,3 220,7/170,6 220,6/169,1 220,5/166,6 220,4/163,1 220,2/158,4
11,5 220,9/171,3 220,8/170,9 220,6/169,7 220,5/167,6 220,4/164,6 220,3/160,6
12,0 220,9/171,3 220,8/171,1 220,7/170,1 220,6/168,4 220,5/165,8 220,3/162,4

Примечания:

1. В числителе – максимальное значение удельной силы резания, в знаменателе среднее значение удельной силы резания.

2. При расчетах приняты постоянными следующие значения остальных параметров математической модели: dв=0,015 м; R=0,125 м; s=0,0025 м; δп= –10°; δз=60°.

Таблица 2.6 – Результаты численных расчетов силы резания Pрез в зависимости скорости подачи ветвей vп и окружной скорости режущей кромки ножа vo

vo,
м/c
vп, м/c
1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
8,0 2798/2173 2791/2147 2784/2089 2776/1987 2769/1898 2761/1895
8,5 2800/2176 2793/2159 2787/2118 2780/2041 2773/1922 2766/1897
9,0 2802/2178 2795/2167 2789/2138 2783/2080 2776/1987 2770/1898
9,5 2803/2179 2797/2172 2792/2151 2786/2108 2779/2036 2773/1929
10,0 2805/2179 2799/2176 2794/2161 2788/2129 2782/2073 2776/1987
10,5 2806/2179 2801/2178 2795/2167 2790/2143 2785/2100 2779/2032
11,0 2807/2179 2802/2179 2797/2172 2792/2154 2787/2120 2782/2066
11,5 2808/2178 2803/2179 2799/2175 2794/2162 2789/2136 2784/2093
12,0 2809/2177 2805/2179 2800/2177 2795/2167 2791/2147 2786/2113

Примечания:

1. В числителе – максимальное значение силы резания, в знаменателе среднее значение силы резания.

2. При расчетах приняты постоянными следующие значения остальных параметров математической модели: dв=0,015 м; R=0,125 м; s=0,0025 м; δп= –10°; δз=60°.

Анализ полученных результатов показывает, что окружная скорость режущей кромки ножа не оказывает влияние на производительность измельчителя, а на длину и силу резания ветви оказывает меньшее влияние, чем скорость подачи ветвей.

Минимальная энергоемкость резания наблюдается при максимальном значении скорости подачи ветвей и минимальной окружной скорости режущей кромки ножа. Однако при этом наблюдается максимальная длина резания ветви, превышающая агротехнически рекомендуемые значения (70 мм).

Поэтому, ограничиваясь рекомендуемой длиной резания ветви и производительностью, можно определить скорость подачи ветвей и окружную скорость режущей кромки ножа, при которых устанавливается минимальная величина сил резания.

    1. Выводы по главе

1.Разработаны технологические решения по: снятию гумусового слоя при террасировании склоновых земель; мульчированию сорной растительности; созданию гумусового слоя в приствольных полосах плодовых насаждений, повышающих плодородие почвы в садах на склоновых землях.

word image 2037 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 2.48 – Графики зависимости расчетной силы резания ветви
от скорости подачи ветвей vп и окружной скорости режущей кромки ножа vo

2.Обоснована конструктивно-технологическая схема агрегата для ухода за междурядьями и приствольными полосами плодовых насаждений, включающая косилку-измельчитель и фрезерный рабочий орган с вертикальной осью вращения. Определены его рациональные конструктивно-технологические параметры.

3.Обоснована конструктивно-технологическая схема косилки для скашивания растительности с приствольного круга и ряда плодовых насаждений на склоне. Разработана математическая модель процесса обхода рабочего органа косилки штамба плодового дерева.

4. Обоснована конструктивно-технологическая схема установки для внесения водных растворов в приствольные полосы плодовых насаждений.

5. Обоснована конструктивно-технологическая схема плющилки сорной растительности. Разработана математическая модель процесса работы плющильного агрегата.

6. Обоснована конструктивно-технологическая схема блочно-модульного агрегата для детальной обрезки ветвей плодовых насаждений, включающий в себя самоходное шасси Т-25, электрогенератор, преобразователь. садовую вышку, электропилы и комплект ручных инструментов.

7. Обоснована конструктивно-технологическая схема подборщика-измельчителя срезанных ветвей плодовых деревьев. Получены аналитические зависимости для выражения основных показателей работы измельчителя с учетом основных конструктивных и технологических параметров машины.

8. На основе теоретических исследований получена математическая модель процесса измельчения срезанных ветвей плодовых деревьев. В результате проведения численных расчетов на ПЭВМ получены зависимости показателей работы измельчительного устройства – энергоемкости, производительности и степени измельчения – от его основных параметров и режимов работы.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

3.1 Методика экспериментального исследования и измерительные средства

Цель экспериментальных исследований – подтвердить достоверность теоретических предпосылок и обосновать оптимальные параметры и режимы работы агрегатов для ухода за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях при условии соблюдения агротехнических требований к качеству работы.

В процессе экспериментальных исследований предусматривалось решить следующие вопросы:

– разработать опытные образцы предлагаемых средств механизации;

– исследовать процессы работы опытных образцов агрегатов и смоделировать процессы: скашивания травяной растительности в междурядьях и рыхления приствольной полосы плодовых насаждений с укладкой мульчирующего слоя на разрыхленные участки; скашивания травяной растительности в при штамбовой зоне и приствольных полосах плодовых насаждений; плющения сорной растительности в междурядьях сада на террасах; внесения водных растворов (гербицида и удобрений) в приствольные полосы плодовых насаждений; обрезки и измельчения веток.

– провести агротехническую оценку работы предлагаемых технических средств для ухода за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях;

– разработать алгоритм решения задачи установления оптимальных параметров и режимов работы опытных образцов технических средств для ухода за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях.

В соответствии с этим осуществлена следующая программа экспериментальных исследований:

  1. Подготовка опытных образцов технических средств для исследования рабочего процесса ухода за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях.
  2. Определение зависимости качественных показателей технологического процесса ухода за плодовыми насаждениями от конструктивных параметров и режимов работы предлагаемых технических средств;
  3. Исследование основных конструктивно-технологических параметров предлагаемых технических средств с использованием методики планирования многофакторного эксперимента для изучения совместного влияния параметров на критерии оптимизации.

Экспериментальные исследования проведены в соответствии с ОСТ 70.4.4-80 [180], СТО АИСТ 10 4.6-2003 [216], СТО АИСТ 4.2-2004 [217] и разработанной комплексной методикой.

Лабораторные экспериментальные исследования рабочих органов предлагаемого технических средств проводились в научно-исследовательской лаборатории «Пилотные технологии и технические средства в АПК» ФГБОУ ВО Кабардино-Балкарский ГАУ, а производственные испытания проводились в ФГБНУ СКНИИГПС.

В начале выполнения опытов осуществлена регулировка и настройка рабочих органов в учетом РДМУ 109-77 [164].

Экспериментальные исследования проводились на естественном травостое луга на произвольно выбранном ровном участке. Высота стеблей растений на опытном участке составляла 100…300 мм, средний диаметр стеблей составлял 1 …4 мм.

Улавливание скошенной массы осуществлено с использованием улавливающей плоскости размерами 2000×1500 мм, которая была разделена на зоны [66, 68]. Для взвешивания массы, которая собиралась с каждой зоны, использованы весы ВЛТК 500 (цена деления 0,1 г) (рис. 3.1).

https://www.nv-lab.ru/images/upload/editor406.jpg SPA51241
Рисунок 3.1 – Весы лабораторные ВЛКТ 500 Рисунок 3.2 – Нейтронный влагомер «Электроника ВНП-1»

Полевые опыты проводились в междурядьях молодого сада. Почва на участке – средневыщелоченный чернозем, характерный для предгорий Кабардино-Балкарской Республики. Проведение экспериментов предваряло определение влажности и твердости почвы в слое 0…15 см.

Для установления влажность почвы использовали нейтронный влагомер «Электроника ВНП-1» (рис. 3.2).

Зависимость влажности и числа импульсов счетчика имеет вид:

word image 2038 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (3.1)

Где word image 2039 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – частота импульсов, которые поступили от счетчика, имп./с; word image 2040 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – коэффициент наклона градуировочной линии; word image 2041 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – влажность, г/см3; word image 2042 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции – фоновый отсчет (при нулевой влажности), имп./с.

В случае проведения измерений на глубинах меньше 30 см имеет место существенная утечка нейтронов в воздух, что является причиной занижения значений влажности. С учетом этого обстоятельства, для нахождения истинных значений влажности вводилась поправка согласно номограммы (рис. 3.3, 3.4).

img252 img253
Рисунок 3.3 – Градуировочный график нейтронного влагомера Рисунок 3.4 – Номограмма поправок

Истинное значение влажности устанавливали следующим образом. На шкале, соответствующей глубине измерений (5, 10; 15 и 20 см), откладывались полученные значения влажности, а истинное значение определялось по шкале, соответствующей глубине 30 см.

Эксперименты проведены при word image 2043 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции =18…25%. Твердость почвы определяли с использованием твердомера Ревякина.

Критериями оценки эффективности работы агрегата для ухода за междурядьями и приствольными полосами плодовых насаждений приняты качество крошения почвы и равномерность распределения мульчи травяной растительности на поверхности разрыхленного участка приствольной полосы.

Для оценки агротехнической эффективности мульчирования почвы были заложены и проведены опыты на террасированном склоне крутизной 10…12о в следующих вариантах: мульчирование почвы на полотне террасы с применением плющильного агрегата и без мульчирования полотна террасы. Данные варианты сравнивались с участками нетеррасированного склона. Каждый вариант охватывал участок склона от водораздела до делювиального шлейфа и имел длину не менее 80 м. Ширина участков от 30 до 60 м. Склон юго-западной экспозиции занят под насаждения яблони сорта Старкримсон. Плющение травы на полотне террасы осуществляли плющильным агрегатом.

Почвы склона представлены среднесмытыми лесными почвами с укороченным горизонтом А+В. С глубины 25…30 см залегает иллювиальный горизонт ВС с повышенной плотностью.

Лабораторные исследования по измельчению обрезков ветвей плодовых насаждений проводились на древесине плодовых культур слаборослых садов. Использовались ветви диаметром среза 10…35 мм различной длины и диаметра. Ветви с ответвлениями разрезались секатором на отдельные ветви в точке ответвления, чем имитировалась работа рабочих органов подающих вальцев подборщика-измельчителя. Перед экспериментом проводили 2…3 холостых реза без регистрации результатов. Влажность материала в момент проведения эксперимента определялась по ГОСТ 16483-71 «Влажность древесины». Экспериментальные исследования проводились в лаборатории ФГБНУ Северо-Кавказский НИИ горного и предгорного садоводства.

3.2 Описание экспериментальных установок

Для проведения исследований для ухода за междурядьями и приствольными полосами плодовых насаждений была разработана экспериментальная установка, общий вид которой приведен на рисунке 3.5. Экспериментальная установка была изготовлена в соответствии с ранее обоснованной конструктивно-технологической схемой и установленными конструктивными параметрами.

word image 2044 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции
1 – рама с ходовыми колесами; 2 – вертикальные стойки; 3 – гидроцилиндр; 4 – шток гидроцилиндра; 5 – цепь; 6 – каретка; 7 – ролики; 8 – электродвигатель; 9 – горизонтальный брус; 10 – вертикальный вал; 11, 12 – звездочки; 13 – цепная передача; 14 – фреза; 15 – рычаг

Рисунок 3.5 – Общий вид экспериментальной установки

Экспериментальная установка состоит из рамы с ходовыми колесами 1, вертикальных стоек 2 жестко установленные на раме 1, в нижней части которых вертикально установлен гидроцилиндр 3 шток 4 которого посредством цепи 5 соединен с кареткой 6, установленная с возможностью перемещения в вертикальной плоскости посредством роликов 7 внутри вертикальных стоек 2. На каретке 6 жестко установлен электродвигатель 8 и горизонтальный брус 9, на котором крепится вертикальный вал 10 с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости. Верхняя часть вертикального вала 10 посредством звездочек 11 и 12, цепной передачи 13 соединен с выходным валом электродвигателя 8, а в нижней части вертикального вала 10 жестко установлены фреза 14 или ротор с ножами (на рисунке не показан) для измельчения травяной растительности.

Подъем и опускание каретки 6 осуществляется посредством гидроцилиндра 3 и рычага 15, который служит одновременно ручкой для перемещения установки.

Установка работает следующим образом. Установив установку около приствольной полосы плодовых насаждений, посредством пульта управления включается электродвигатель 8 выходной вал, которого посредством ведущей звездочки12 и цепной передачи 13 передает крутящий момент на вертикальный вал 10 с фрезой 14. Постепенно опуская каретку 6, фреза 14 заглубляется на заданную глубину и, перемещаясь вдоль приствольной полосы плодовых деревьев, разрыхляет почву. Перемещение установки осуществляется за счет ручной тяги. Принцип скашивания травяной растительности в междурядьях плодовых деревьев осуществляется аналогичным образом, при этом вместо фрезы 14 в нижней части вертикального вала 10 устанавливается ротор с ножами.

Привод рабочих органов установки (фрезы и ножей ротационного режущего аппарата), осуществляется от двигателя АИР100L4. Техническая характеристика двигателя АИР100L4 представлена в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Техническая характеристика двигателя

Типоразмер двигателя Мощность, кВт Частота вращения,

мин-1

Кратность пускового тока, А КПД, % Коэффициент мощности,
АИР100L4 4 1500 6,5 85,5 0,81

Частоту вращения фрезы и ножей ротационного режущего аппарата устанавливали путем изменения передаточного отношения от двигателя до рабочего органа. При вращении фрезы использовались передаточные отношения равные 2,8; 3,9; 6,3, а при вращении ножей – 0,88; 1,1 и 1,5. Изменение передаточных отношений производилось путем сменных звездочек с различными зубьями.

Контроль качества выполнения технологического процесса ухода за междурядьями и приствольными полосами плодовых насаждений агрегатом осуществляли согласно рис. 3.6.

Для исследования энергозатрат на плющение растительности плющильным агрегатом создана экспериментально-лабораторная установка (рис. 3.7). На гидромоторе 1 закреплен плющильный валец 2. На валу гидромотора 1 закреплен тахогенератор 3, подающий электрический сигнал на тахометр 4. Варьирование частотой вращения вала гидромотора 1 осуществляли изменением давления масла, нагнетаемого гидронасосом 5 из масляного бака 6 при помощи регулятора 7.

word image 2045 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции word image 2046 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции
Рисунок 3.6 – Контроль качества выполнения технологического процесса ухода за междурядьями и приствольными полосами плодовых насаждений агрегатом

word image 2047 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 3.7 – Принципиальная схема лабораторно-экспериментальной установки (обозначения в тексте).

Исследуемые растения закреплялись в каретке 8. Каретка представляет собой две пластины толщиной 20 мм и размерами 100 х 100мм. В пластинах выполнены сквозные отверстия диаметром 3 мм через каждые 10 мм. Всего отверстий 100.

Растения вставлялись в указанные отверстия и затем пластины сдвигались друг относительно друга в горизонтальной плоскости, чем достигался зажим исследуемого материала. Перемещение каретки осуществлялось при помощи ленточного транспортера 9, приводимого в движение червячным редуктором 10 через ременную передачу. Редуктор приводился во вращение электродвигателем 11.

Для изучения влияния различных режимов работы установки для внесения водных растворов (гербицида и удобрений) и угла установки распылителей на технологические параметры (радиус факела распыла, дисперсность распада капель аэрозоля) установки была оборудована лабораторно-стендовая установка (рис. 3.8).

Pict4_9

Рисунок 3.8 – Лабораторно-стендовая установка

Лабораторная установка включает в себя распылитель 1, держатель 2, выполненный в виде транспортирной линейки с соответствующей шкалой деления, треногу 3, пневмогидроаккумулятор 4, компрессор 5, трансформатор 6, источник электропитания 7, тележку 8 с ловушкой 9, вентиль 10, пневмошланг 11, гидравлический шланг 12, технические манометры 13, отверстие 14 гидропневмоаккумулятора для залива воды, крышку 15 с трубкой 16 для подачи воздуха.

Работа стендовой установки осуществляется следующим образом. Емкость гидроаккумулятора через заливное отверстие 14 заполняется водой, затем заливное отверстие плотно закрывается крышкой 15 с закрепленной над ней трубкой для подачи воздуха. Включается компрессор 5, который нагнетает воздух по пневмошлангу 11 и трубке 16 в емкость гидроаккумулятора. По мере подачи воздуха, давление в гидроаккумуляторе 4 повышается. При достижении определенного давления открываются вентиля 10 и вода под давлением подается через гидравлический шланг 12 к распылителю, который осуществляет процесс распыливания жидкости.

Для определения размеров капель дождя применялся иммерсионный способ. Данный способ основан на улавливании капель на предметное стекло, покрытое несмешивающейся жидкостью меньшей плотности, чем исследуемая жидкость. На этом способе основан принцип работы поточной ловушки (рис. 3.9).

ммм12

Рисунок 3.9 – Поточная ловушка для отбора капель дождя.

Обработка собранной пробы капель сводилась к ее микрофотографированию и последующему определению распределения сфотографированных капель по размерам. Для поточной ловушки значения коэффициента захвата представлены в таблице 3.2.

Для подсчета количества и замера диаметра капель использовался микроскоп МБН-1 с наклонным тубусом (рис. 3.10).

Микрофотографирование капель производилось съемной микро-фотонасадкой МФН-1,2 и применялась пленочная фотокамера с размером кадра пленки 24х36.

Увеличение на фотопленке камеры подсчитывалось по следующей формуле:

У=Vоб Уок·0,53·0,66, (3.2)

где У – увеличение на пленке камеры; Vоб – линейное увеличение объекта; Уок – видимое увеличение окуляра; 0,53 – поправочный коэффициент; 0,66 – увеличение линзы.

Таблица 3.2 – Значение коэффициента захвата капель

Диаметр капель, мкм Коэффициент захвата
1-4 0,09
4-8 0,46
8-12 0,67
12-16 0,77
16-20 0,82
20-24 0,86
24-28 0,87
28-32 0,89
32-36 0,92
36-40 0,93
40-44 0,95
44-48 0,97
48-52 0,99
52-56 1,0

DSCF0027

Рисунок 3.10 – микроскоп МБН-1 с наклонным тубусом.

Измерение капель под микроскопом производилось следующим образом. Стеклянные пластинки с уловленными каплями устанавливались на предметный столик микроскопа, имеющего два поступательных взаимно перпендикулярных перемещения. Координатное перемещение стойки позволяло просматривать осевшие капли на стеклянной пластинке и последовательно производить их замер [64].

Кратность увеличения капель через объектив и окуляр микроскопа составляла

Vм=Vок х Vоб= 7х8=56. (3.3)

Одно деление окулярного микрометра соответствовало 20 мкм.

Замер капель производился непрерывно в поле зрения микроскопа. С каждой стеклянной пластинки замерялось 150…200 капель, а с пяти – 750…1000 капель. Замер капель распыленной жидкости производился при различных давлениях воды (0,3; 0,4 и 0,5 МПа), диаметрах сопла (1; 2 и 3 мм) и углах наклона распылителей (10; 30 и 500) в трех повторностях. Данные замеров капель записывались в таблицу.

Учет возможной деформации и испарения капель, находящихся в смеси трансформаторного и вазелинового масла, производился следующим образом. Произвольно выбиралась стеклянная пластинка с масляной смесью и уловленными каплями, замерялся диаметр 3 капель. Стеклянная пластинка в период наблюдений находилась на предметном столике микроскопа. Диаметр контрольных капель выбирался равным 100 мкм.

Статистическая обработка результатов исследований: влияние различных режимов работы установки на дисперсность распада капель дождя включало определение коэффициентов корреляционной связи между диаметром капель рабочей жидкости с давлением воды, углом наклона и диаметром отверстия распылителя.

В основу экспериментально-лабораторной установки (рис. 3.11) положен принцип универсальности, т.е. возможность воспроизводства всех исследуемых факторов, влияющих на удельную работу резания.

Блок-схема экспериментально-лабораторной установки приведена на рисунке 3.12, а ее принципиальная электрическая схема показана на рисунке 3.13.

В ходе проведения экспериментальных исследований электропилу крепили таким образом, чтобы она могла совершать движение вниз под собственным весом. Образцы веток крепили жестко. После установле­ния ветки электропилу отодвигали на некоторый угол, включали тумблер и, при установившейся работе электропилы, она опускалась под действием усилия подачи и совершала процесс резания.

Рисунок\ф1.bmp

Рисунок 3.11 – Экспериментально-лабораторная установка

word image 2048 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции
Рисунок 3.12 – Блок-схема экспериментально-лабораторной установки

word image 2049 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

1– трансформатор; 2 – электродвигатель; 3 – потенциометр; 4 – диодный выпрямитель

Рисунок 3.13 – Принципиальная электрическая схема эксперимен­тально-лабораторной установки.

Снятие характеристики начинали с холостого хода электродвига­теля.

В течение всего эксперимента напряжение и частоту тока элект­родвигателя поддерживали постоянными.

Источником энергии для электропилы служил генератор, установ­ленный на самоходном шасси Т-25 (рис. 3.14).

До начала и после проведения лабораторных исследований изме­рительное устройство тарировали, для чего разработано тормозное устройство, приведенное на рисунке 3.15.

илт_4.jpg

Рисунок 3.14 – Источник энергии для экспериментально-­лабораторной установки

word image 2050 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

1– регулятор трения; 2 – электродвигатель; 3 – тормозное устройство

Рисунок 3.15 – Тормозное устройство

Процесс тарировки включает шесть этапов. Вначале нагрузка до­бавляется, затем снимается. До нагрузки самописцем регистрировали нулевую линию (h1). Затем включали электродвигатель и регистрировали работу холостого хода (h2). С интервалом 20 Вт, за­тягивали регулятор 1, увеличивали нагрузку, что визу­ально наблюдали на образцовом ваттметре. Самописец отмечал эти нагрузки (h3, h4, h5, h6). Затем производили разгрузку (h5‘h4‘h3‘h2).

Тарировку проводили в трехкратной повторности. По результа­там, полученным в ходе лабораторных исследований, построили тари­ровочную кривую (рис. 3.16).

word image 2051 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 3.16 – Тарировочная кривая потенциометра КСП-4

Для определения влияния основных параметров измельчительного устройства подборщика-измельчителя срезанных ветвей плодовых деревьев на энергоемкость и производительность измельчения, размерные характеристики полученной измельченной массы изготовлена экспериментально-лабораторная установка.

Схема экспериментально-лабораторной установки представлена на рисунке 3.17.

Установка изготовлена на основе опытного образца навесного измельчителя ветвей НИВ-1 роторного типа (рис. 3.17) и состоит из следующих основных узлов. Привод двухвалкового роторного измельчителя 1 осуществляется от электродвигателя 2 (N=15 кВт, n=1450 об/мин) через вариатор 3 с передаточным числом i=1…3. Подача срезанных ветвей плодовых деревьев в измельчитель осуществляется по транспортеру 7 к подающим вальцам 5.

word image 2052 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

1 – двухвалковый роторный измельчитель; 2 – электродвигатель; 3 – вариатор; 4 – тормозное устройство; 5,6 – подающие вальцы; 7 – транспортер; 8 – сборник; 9 – ротор; 10 – датчик; 11 – цифровой преобразователь; 12 – компьютер;

Рисунок 3.17 – Схема экспериментально-лабораторной установки

Скорость подачи устанавливается с помощью регулирования электропривода подающих вальцев 6. Полученная в измельчителе древесная масса ветвей сбрасывается в сборник 8. К выходному валу электропривода измельчителя прикреплен датчик частоты вращения ротора 9, электрический сигнал которого передается к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) 11. Датчик электрической мощности 10 установлен на цепи питающей электродвигатель измельчителя. Электрический сигнал с датчика поступает на другой канал АЦП. Аналоговые сигналы с датчиков в АЦП преобразуются в цифровой код и передаются в персональный компьютер 12. В последнем с помощью программы регистрации измеренных величин проводится обработка цифрового кода и осуществляется запись в памяти. Для проведения тарировки измерительной части экспериментальной установки, на свободном конце вала ротора измельчителя установлено фрикционное тормозное устройство 4.

Требуемые уровни варьирования факторов обеспечивались следующим образом: углы заточки ножей изготовлением соответствующих комплектов сменных ножей; изменение радиуса вращения режущей кромки ножа осуществлялось подкладочными пластинами под нож разной толщины и варьированием межосевого расстояния между роторами; для изменения размещения ножей на роторе измельчителя ножевые диски имеют множество отверстий по радиусу, что позволяет перемещать ножи с шагом один относительно другого; изменение зазора между ножами и противоположным ротором одновременно двумя способами: изменением межосевого расстояния между роторами за счет болтового крепления опор одного из них и регулировками крепления ножей на ножевых дисках; варьирование скоростью вращения роторов измельчителя и скорости вращения подающих вальцов осуществлялось при помощи вариаторов.

Диаметр измельчаемых ветвей и размеры полученной древесной толстой стружки замерялись штангенциркулем с точностью до 0,1 мм.

На рисунке 3.18 представлена экспериментальная установка измельчительного устройства подборщика-измельчителя.

хмызодробилка%20(4) хмызодробилка%20(3)

Рисунок 3.18 – Экспериментальная установка измельчительного устройства подбощика-измельчителя. Ветвей

Техническая характеристика экспериментальной установки приведена в таблице 3.3.

Таблица 3.3 – Технические характеристики экспериментальной установки

Показатели Значение
Диаметр ножевого диска, мм 180
Ширина ножевого диска, мм 20
Количество ножевых дисков. шт. 10
Длина транспортера, м 2,2
Диаметр измельчаемых ветвей, мм 5…35
Мощность привода измельчителя, кВт 15
Мощность привода транспортера, кВт 1,5

При определении энергоемкости процесса измельчения на экспериментально-лабораторной установке использовалась электронная аппаратура. Для измерения частоты вращения использовался датчик ТХ-4-ТСМ индуктивного типа с токовым выходом. В качестве задатчика импульсов служило зубчатого колесо ротора измельчителя. Точность измерения частоты вращения до 1 мин–1. Измерение расходуемой мощности измельчителем проводилось с помощью преобразователя мощности Е 849 М1 с токовым выходом с точностью до 1 Вт.

Электрический сигнал от датчиков поступал на входы аналого-цифрового преобразователя E-140, с которого с помощью регистрирующей программы L-Graph на персональном компьютере считывались данные измерений и заносились на хранение в память для последующей обработки.

После проведения измерений для каждого шага тарировки вычисляется средняя величина электрической мощности, частоты вращения ротора, момента сопротивления тормозного устройства. Далее по этим данным с помощью ЭВМ получали модель тарировочной кривой. В качестве модели выбрано уравнение регрессии в виде полинома второго порядка вида:

word image 2053 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , (3.4)

где bo, b1, b2 – коэффициенты полинома; Nэл – средняя электрическая мощность, Вт; n – средняя частота вращения ротора, с–1.

Далее строится тарировочная кривая и отмечаются зафиксированные тарировочные данные. Пример такого графика приведен на рисунке 3.19.

word image 2054 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Рисунок 3.19 – Тарировочная кривая для измерения момента сопротивления на входном вале измельчителя

Оценка погрешности измерения тормозного момента дала величину 2,1 Н∙м, что составляет 1,5% от максимального момента сопротивления на вале ротора. Для каждого варианта опыта проводился на ЭВМ расчет момента сопротивления измельчению ветвей, а затем расчет мощности резания ветвей измельчителем по формуле:

word image 2055 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . (3.5)

3.3 Методика планирования эксперимента и обработка экспериментальных данных

В качестве метода анализа изучаемых технологических процессов и оптимизации параметров и режимов работы предлагаемых технических средств была принята теория планирования многофакторного эксперимента [1, 63, 68, 69, 119, 161].

Теоретическое исследование фрезерного рабочего органа предлагаемого агрегата показало, что его эффективная работа определяется: скоростью передвижения word image 2056 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции ; угловой скоростью вращения фрезы word image 2057 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции ; углом установки ножей word image 2058 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . Интервалы варьирования их значений сведены в таблицу 3.4.

Таблица 3.4 – Факторы и уровни их варьирования

word image 2059 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Теоретическое исследование косилки показало, что ее эффективная работа определяется: скоростью передвижения word image 2060 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции ; угловой скоростью вращения ротора word image 2061 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции ; высотой планки на роторе word image 2062 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции . Интервалы варьирования их значений сведены в таблицу 3.5.

Таблица 3.5 – Факторы и уровни их варьирования

word image 2063 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Теоретическое исследование плющильного агрегата, анализ научно-технических источников позволили выбрать основные факторы и уровни их варьирования (табл. 3.6).

В ходе теоретических исследований основных параметров электропилы было установлено, что эффективность ее работы определяется диаметром срезанных веток ( word image 2064 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции ,м) усилие подачи ( word image 2065 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , Н) и скорости резания ( word image 2066 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции , м/с). Интервалы варьирования их значений сведены в таблицу 3.7.

Теоретические исследования показали, что основные факторы, которые влияют на силу резания, таковы: размещение ножей на ножевых дисках, угол заточки ножа по передней δп и задней δз граням, радиус вращения режущей кромки ножа R.

Таблица 3.6 – Факторы и уровни их варьирования

word image 2067 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции

Таблица 3.7 – Факторы и уровни их варьирования

word image 2068 Разработка технологии и технических решений по уходу за плодовыми насаждениями в интенсивном садоводстве на склоновых землях Юга России с целью повышения плодородия почвы и получения экологически чистой продукции