Решение проблемы механизации садоводства и виноградарства

Ставропольского [71], и Краснодарского [85] краёв, России [90] и систем

виноградарства Краснодарского края [54].

Расчётный состав техники повышает эффективность этих систем за счёт:

n предельно возможной выработки нормосмен в агросрок [49, 53, 62];

n снижения расходов горючего, ядохимикатов, удобрений и тары,

благодаря своевременного и в необходимых параметрах выполнения работ

[17, 46, 47, 50, 57, 63, 66, 78];

n снижения количества повторяющихся операций на обработке почвы,

благодаря рационально подобранных способов и машин [71, 85, 87, 92,

96, 97, 98];

n увеличения урожайности, благодаря обеспечения оптимальных параметров

среде каждым модулем [43, 46, 73, 93, 94].

Сравнительная оценка годичной эксплуатации комплекса машин на

оптимальной площади эксплуатационного сада показала [99], что внедрение

полномерного комплекса на каждых 200 га даёт 69,2 тыс. рублей и 39,5 тыс.

чел.-часов экономического эффекта (табл.10).

Таблица 10

Экономическая эффективность

реализации методологии на площади 200 га богарного сада

ОПХ «Центральное» СКЗНИИСиВ (в ценах 1990 г.)

| | |ния за| |ния |

| | |- | |за- |

|компонентов |1986 - |1991-19|трат |1986 -|1991-1|трат |

|системы |1990 |95 гг. |до, % |1990 |995 |до, % |

| |гг. | | |гг. |гг. | |

|Общетехнологически|- |- |- |53,1 |53,1 |100 |

|й | | | | | | |

|Базовый |83,4 |47,0 |56,3 |42,5 |24,5 |57,5 |

|Материальный |- |- |- |79,3 |40,0 |57,5 |

|Функциональный |4,3 |2,5 |58,4 |23,3 |12,0 |50,4 |

|Сопутствующий |2,7 |1,4 |51,3 |1,2 |0,6 |50,0 |

|Итого по |90,4 |50,9 |55,3 |199,4 |130,2 |61,9 |

Анализ технического уровня садоводства Северного Кавказа показал, что

суммарные затраты труда по стадиям технологии соста-вляют: 10,3 % на

закладку, 12,6 % на воспитание и 77,1 % на эксплуатацию насаждения. То

есть, менее всего механизирована стадия эксплуатации сада. В ней на долю

машинного труда приходится 5,3 долей ручного, а в стадии закладки лишь 1,6.

По приоритетности первый ранг по величине затрат труда принадлежит

уборочному модулю, за ним - габитусному стадии эксплуатации, затем стадии

воспитания и, наконец, стадии закладки. Остальные модули не превышают и 15

единиц условной площади графовой модели (рис. 9).

[pic]

Рис. 9. Современное состояние технического уровня

садоводства Северного Кавказа в модульной и стадийной

значимостях (модульная последовательность согласно табл. 6)

Анализ технического уровня виноградарства Краснодарского края показал

[54], что любая технология его возделывания логично делится, как и в

садоводстве, на стадии закладки, воспитания и эксплуатации насаждений.

Каждая стадия в информационном плане чётко отображается средой обитания,

сортом и трудом, которые по своей специфике являются ресурсами культуры. Из

пооперационного анализа производства работ в стадиях следует, что работы

могут быть сблокированы по принадлежности к объекту обслуживания и что

таких автономно существующих блоков (модулей) в каждой стадии насчитывается

от 5 до 7 [95]. Из-за разнообразия почвенно - кли-матических условий Кубани

[16, 24, 33, 81, 82] каждый модуль имеет от 6 до 10 вариантов(в общей

сложности их 62 - для укрывной и неукрывной культуры на равнине и склонах

[54]). Структурно они однотипны, так как включают родовые операции, машинно

- тракторную базу и тарифные ограничения, это позволяет их отнести к

модулям технологии [70].Анализ затрат труда на примере ухода за

виноградником технических сортов показал[91], что в виноградарстве Кубани,

как и в садоводстве Северного Кавказа, существует неравномерность

технического уровня по стадиям и модулям. Наиболее приоритетным по величине

здесь является габитусный модуль (рис. 10).

[pic]

Рис. 10. Современное состояние технического уровня

виноградарства Краснодарского края в модульной и стадийной

значимостях (модульная последовательность согласно табл. 6)

Суммарные затраты по технологии состоят из 14,5 % стадии закладки,

53,1 % стадии воспитания и32,4 % стадии эксплуатации. То есть, менее всего

механизирована стадия воспитания насаждения. При этом наиболее трудоёмкими

являются крепление кордонов к шпалере, обрезка однолетнего прироста и

уборка урожая. На параметры крепления кордонов, механизированную обрезку

прироста и уборку урожая в сильной степени влияют качественные показатели

конструкций шпалерных систем. Выявлена прямая связь между рабочими органами

машин, архитектоникой куста, конструкцией шпалеры, способами обрезки

прироста и уборки урожая [16, 19, 23, 26, 29, 30, 31, 38, 43, 44, 56, 60,

67, 68, 75].

Выбор рациональных параметров оптимизации

управления механизированными технологиями приоритетных направлений в

многолетних насаждениях

Решение поставленной задачи осуществлялось через подбор критериев и

создание приборов для оценки оптимизации сопряжения (стыка) компонентов

системы среда - растение - средства ухода, что позволило упростить

формализацию задачи. Отправной базой служила «Теория и расчёт гибких

стержней» (Е.П.Попов, 1986).

1. Подбор критериев оптимизации стыка компонентов

системы среда - растение - средства ухода

В выбранных приоритетных направлениях (раздел 4) установлены шесть

основных форм стыка (рис. 11).

В формах 1,3,4,5 (рис. 11) функционирует (явно 1,3 и неявно 4,5)

поступательное в процессе изгиба перемещение вектора силы [pic] параллельно

самому себе.

В форме 2 (рис. 11) функционирует следящее перемещение вектора силы

[pic] в процессе изгиба, сохраняя неизменным угол с направлением упругой

линии в точке приложения силы [pic].

В форме 6 (рис. 11) значение внутренней энергии сопротивления изгибу

находится в явной зависимости от величины растяжения вдоль оси [pic],

пределом которой является предел упругой деформации материала формы 6.

Таким образом, по Е.П.Попову (1986) критериями оптимизации в

приведенных формах (рис. 11) являются предельные значения упругой

деформации элементов крон многолетних растений в точках перегиба (т.п.),

точках сжатия (т.с.) и точках растяжения (т.р.), отображённых на упругих

кривых их аналогов (формализованных). Отрезки

| | | | | | | | | | |

Рис. 11. Формы нагрузки элементов кроны

многолетних растений:

1) урожаем и массой плодообразующих темпоральных слоёв древесины [43,

60, 76, 94];

2) параметрами приёмной камеры комбайна, лозоукладчика и обтекателями

машин [29, 30, 31, 44, 68, 124] ;

3) массой укрывного вала и гололёдом [18,19, 23, 24, 28];

4) формировкой скелета кроны в пределах параметров «закона золотого

сечения» (раздел 2), [93, 125], (форма бесперегибного рода);

5) направленной одноразовой деформацией скелета кроны в пределах

оптимальных параметров шпалеры и плодоношения [26, 56, 67, 75, 80,

82, 86, 111, 123, 116, 123];

6) разовой деформацией в пределах равновесия упругой линии и

сопротивления внутренней энергии изгибу однолетнего прироста [38,

41, 82, 113].

О1([pic]) в формах 1 ... 6 являются главными ветвями этих аналогов, по

которым ведётся расчёт оптимального стыка.

5.2. Разработка метрологических основ и создание

приборов для изучения взаимодействия частей крон

многолетних растений со средствами ухода

Установлено [31], что сопротивление пучка лоз при его укладке

лозоукладчиком изменяется по закону показательной функции

[pic],

(21)

где [pic] - длина плеча приложения силы [pic];

[pic] и [pic] - постоянные для данного горизонта приложения

силы [pic]: [pic]- кг/см, [pic] - 1/cм [23].[pic]

Предполагалось, что до предела разрушения идёт развитие про-цессов

взаимодействия элементов крон с другими рабочими органами средств ухода в

точках т.п., т.с. и т.р. (рис. 11) по этому же закону. Исходя из этого,

была поставлена задача найти общий научный подход в определении характера

взаимодействия нагрузок с объектами нагружения. Работа выполнена совместно

с ОФ НПО «Агроприбор». При этом учитывалось, что отдельная виноградная лоза

или ветвь плодового растения являются чрезвычайно сложными системами, у

которых связь между действующими усилиями, деформациями и напряжениями

является существенно нелинейной. Расчёт деформаций и напряжений проводился

по схеме нагружения деформируемого упругого стержня рабочим органом (форма

2, рис. 11).

Упругим стержнем являлся пучок лоз, укладываемый лозоукладчиком с

постоянной (рис. 12) высотой контакта [pic], [68].

| | | | | | | | | | |

Рис. 12. К расчёту взаимодействия рабочего органа

лозоукладчика с лозой

Расчётная схема нагружения связана с реальными условиями следующими

соотношениями:

n угол наклона оси лозы в точке [pic]

[pic];

n угол наклона силы [pic]

[pic],

где [pic] - угол наклона оси лозы в месте выхода из земли к вертикали;

[pic] - угол наклона оси деформированной лозы в точке [pic] к

вертикали.

По принятой расчётной схеме (рис. 12) определялись координаты места

взаимодействия рабочего органа с лозой:

[pic]

[pic], (22)

где [pic] - длина деформированного участка лозы;

[pic] и [pic] - безразмерные упругие параметры отображения

точки О;

[pic] - коэффициент подобия;

[pic] - жёсткость изгиба лозы. На длине деформируемого участка

01 (S) она постоянна.

Для удобства дальнейших расчётов численные результаты проведенного

исследования представлены графиком (рис. 13), где в за-

висимости от отношения [pic] приведены значения [pic] при различных углах

наклона [pic] недеформированной оси лозы, а также величи-

на [pic].

Безразмерные упругие параметры отображения точки О [pic]и [pic]для

расчётных условий нагружения, при величине коэффициента подобия, связанного

с безразмерными упругими параметрами [pic] и

| | | | | | | | | | |

Рис. 13. Графическое отображение результатов

проведенных исследований уравнений (22)

[pic][pic] зависимостями [pic] (при [pic]) и [pic] (при [pic]),

представлены графически (рис. 14), где угол [pic] характеризует степень

деформации оси лозы.

| | | | | | | | | | |

Рис. 14. Графическое изображение упругих параметров

С использованием приведенных графиков определение параметров различных

процессов взаимодействия рабочего органа лозоукладчика с лозой не вызывает

серьёзных трудностей. Например, при заданной высоте [pic] и различных

расстояниях [pic] подсчитываются отношения [pic] и при известном угле [pic]

находят величину [pic] и [pic]. Это позволяет определить длину [pic]

деформированного участка лозы при различных положениях лозоукладчика, а

также усилие взаимодействия рабочего органа лозоукладчика с лозой [pic] по

жёсткости [pic]. Жёсткость[pic] при этом определяется через момент [pic],

замеренный специально разработанным прибором, по формуле

[pic]

(23)

где [pic];

[pic] - координаты точки [pic].

Применение нелинейной статики тонких стержней (Е.П.Попов, 1986)

оказалось эффективным в качестве теоретической основы для разработки

различных измерительных приборов. Так, на основе проведенных теоретических

и экспериментальных исследований разработаны принципиально новые

конструкции приборов ДЛ-3, ДТ-1, ПТЛ-1 и ПУВЛ [32, 41, 68]. В приборе ДЛ-3

реализуется схема консольного изгиба черенков исследуемой кроны длиной 400

мм с измерением изгибающего момента [pic] в месте крепления черенка (форма

2, рис. 11). При работе достаточно закрепить один конец черенка в

соответствующее отверстие прибора, а свободный его конец последовательно

устанавливать перед каждым из упоров, чтобы получить по показаниям

встроенного в прибор динамометра типа ДПУ-0,01-2 величины момента

[pic].Для удобства работы с прибором значения [pic] (23) вычислены с

помощью нелинейной статики и проставлены у соответствующих упоров прибора.

По величине [pic] в месте крепления черенка определяется приведенное

значение нормальных напряжений лозы

[pic],

(24)

где [pic] - момент сопротивления сечения лозы.

По жёсткости изгиба [pic] находится приведенный модуль продольной

упругости лозы

[pic],

(25)

где для круглого сечения момент инерции сечения лозы [pic], а для

округлого с сердцевиной (например, в черенке малины)

[pic].

Прибор ДЛ-3 проходил испытания на однолетней виноградной лозе с

параметрами сечения [pic]= 8,5 ... 8,9мм; [pic]= 7,3 ... 8,0 мм; [pic] =

2,5 ... 3,9 мм; [pic] = 0,049 ... 0,062 [pic]; [pic] = 0,0187 ... 0,0251

[pic].

Данные испытания приведены в табл. 11.

Таблица 11

Результаты исследований виноградной лозы

на приборе ДЛ-3

| |- | | |

| |тры |ния |1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |

|Иза- |[pic] |[pic] |0,98 |4,9 |9,1 |13,0 |14,9 |15,9 |15,0 |

|бел- |[pic] |[pic] |78,5 |210,0|262,0|283,0|267,0|244,0|205,0|

|ла |[pic] |[pic][pic|4,2 |11,2 |14,0 |15,15|14,3 |13,0 |11,0 |

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

МЕНЮ

Решение проблемы механизации садоводства и виноградарства