Разработка и обоснование основных параметров обрезчика ветвей для крестьянских (фермерских) хозяйств

В условиях рыночной экономики появление небольших по размеру крестьянских (фермерских) хозяйств — объективно обусловленный процесс. Число зарегистрированных крестьянских (фермерских) хозяйств в России в 1997 году составило более 280 тыс., площадь предоставленных им земельных участков — более 12 млн. га. При этом средний размер земельного участка составил 42,8 га на одно хозяйство [1].

В структуре производства продукции сельского хозяйства крестьянские (фермерские) хозяйства занимают более 4% в 1997 году, в то время как в 1990 году он составлял всего 0,2% [1]. В основных зонах садоводства и виноградарства каждое второе хозяйство имеет сады, виноградники, ягодники [2].

Ведущей агротехнической операцией в садах, виноградниках, ягодниках, обеспечивающей высокие урожаи качественных плодов и ягод, является ежегодная (своевременная) обрезка ветвей растений. Кроме того, правильная обрезка способствует механизации опрыскивания и, самое главное, — уборке урожая [3].

К числу факторов, сдерживающих становление и развитие фермерства можно отнести недостаток специальной техники, а также высокие цены на существующие машины и агрегаты [4]. Большая часть техники из существующей системы машин для комплексной механизации сельскохозяйственного производства ориентирована на крупные растениеводческие и животноводческие комплексы с индустриальными технологиями. Ее использование в малых и средних хозяйствах невозможно или экономически нецелесообразно.

В складывающейся ситуации одним из наиболее рациональных, оперативных и достаточно эффективных путей повышения производительности и облегчения труда производителей сельскохозяйственной продукции представляется оснащение фермерских хозяйств средствами малой механизации.

Их преимущество определяется такими их свойствами, как минимальные массо-габаритные характеристики, высокая маневренность, небольшие расходы на приобретение, эксплуатацию и ремонт, простота обслуживания, способность удовлетворять различным условиям эксплуатации, минимальное отрицательное воздействие на организм человека, на почву и окружающую среду [4. 9].

В настоящее время в нашей стране ни одно малогабаритное энергетическое средство (мотоблоки, минитракторы) не имеет устройства для обрезки ветвей в садах, виноградниках, ягодниках. В то же время более 25% всех трудозатрат на производство плодово-ягодной продукции занимает операция по обрезке ветвей растений.

В связи с изложенным, разработка и обоснование основных параметров обрезчика ветвей для крестьянских (фермерских) хозяйств, обеспечивающего качественный срез ветвей растений, является актуальной задачей настоящего времени.

На защиту выносятся следующие основные положения: результаты исследований размерных показателей и некоторых физико механических свойств растений. результаты изысканий по выбору базового энергетического средства и обоснования объекта исследований. теоретическое обоснование основных параметров обрезчика ветвей растений. результаты лабораторно-полевых исследований опытного образца об резчика ветвей, а также его испытаний в хозяйственных условиях, позволившие установить хорошую согласованность расчетных и экспериментальных показателей. расчет экономической эффективности, показывающий, что внедрение обрезчика ветвей обеспечивает экономический эффект в размере 6135,5 руб. в год (сезон).

Работа выполнена в Горском государственном аграрном университете (ГГАУ) в 1995;1998 гг.

Экспериментальные исследования проводились: в крестьянских (фермерских) хозяйствах, садоводческих товариществах, садоводческом хозяйстве «Осетия» Республики Северная Осетия-Алания.

Проведенные исследования явились составной частью НИР, выполняемых в Горском ГАУ по теме «Разработка средств малой механизации» (шифр 13−13 1 М, заказчик — МСХП РФ, департамент кадровой политики и образования), а также Федеральной целевой программы «Социально-экономическое развитие Северной Осетии-Алании до 2000 года» /Утв. Постановлением правительства РФ от 12.03.1996 г. № 269, подпрограмма «Горы Осетии», кн. 111, п.п. 17. Офици аль-ное издание/. — Владикавказ, 1996. — 532 с.

Научная новизна работы состоит в обосновании основных параметров обрезчика ветвей на базе мотокультиватора «Крот» МК-1А: обоснована рациональная компоновочная схема обрезчика с мотокультиватором «Крот" — определены размерные показатели надземной части растений и некоторые физико-механические свойства древесиныустановлены зависимости между параметрами обрезчика и требуемым усилием среза ветвейполучена математическая модель гидравлической цепиизложены результаты лабораторно-полевых исследований опытного образца обрезчика, подтверждающие правильность теоретических разработок и дающие возможность обосновать методом полнофакторного эксперимента его оптимальные параметрыприведены результаты испытаний обрезчика ветвей и экономический расчет, показывающие его высокую эффективность. Материалы исследований приняты и используются департаментом механизации, электрификации и МТС сельского хозяйства, ассоциацией крестьянских (фермерских) хозяйств Северной Осетии-Алании, Центральным опытно-конструкторским бюро (г. Владикавказ), дирекцией Программы «Горы Осетии» при разработке и освоении серийного производства обрезчика на базе мотокульти ватора «Крот» (приложения 1 — 4).

Все хозяйства, в которых проводились испытания обрезчика, в актах испытаний рекомендуют немедленное освоение его серийного производства (приложения 5.8).

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Анализ способов и средств механизации для детальной обрезки ветвей растений.

В настоящее время как в нашей стране, так и за рубежом применяют два способа обрезки ветвей: детальный, осуществляемый вручную, и сплошной — с помощью контурных обрезчиков. С помощью детального способа вручную проводят выборочную вырезку отдельных ветвей, так как оценка необходимости ее в каждом случае определяется рабочим. При сплошном способе обрезка проводится контурными обрезчиками (МКО — 3, ЧВЛ — 3 и т. п.), которые формируют крону по ширине вдоль ряда, а также по их высоте [10].

Средства для осуществления детальной обрезки ветвей при ручном способе можно разделить на три основные группы: простые секаторы, в которых используется мышечная сила руки человека без всяких усилителей (механических, гидравлических) — секаторы с полумеханизированным приводом, в которых с целью облегчения работы рабочего применяются различные механизмы для увеличения усилия срезасекаторы, работающие под действием сил электричества, сжатого воздуха и жидкости.

Простые секаторы по принципу действия подразделяются на.

— секаторы двустороннего резания;

— секаторы одностороннего резания;

— секаторы с резанием в упор.

Их конструкции и функциональные особенности достаточно полно отражены в работе [11]. В ней приводится вывод о том, что основным типом простых секаторов, нашедшим широкое применение во всех странах с развитым садоводством, является секатор одностороннего резания. Однако они пока обладают рядом существенных недостатков.

Рис. 1.1. Классификация способов и средств обрезки ветвей растений.

В частности, несовершенна геометрия режущих органов, необходимо большое мышечное напряжение человека (300. 400 Н). Более того они, как правило, рассчитаны на срез ветвей диаметром в пределах 15 мм. В конечном счете они обладают очень низкой производительностью.

На рис. 1.1. представлена классификация способов и средств обрезки ветвей растений, применяемая в настоящее время.

6.3. Выводы.

1. Проведенные расчеты подтверждают эффективность применения обрезчика ветвей на базе мотокультиватора «Крот» МК-1 А. Фактическая производительность машины с разработанным обрезчиком ветвей по сравнению с базой SUPER STAR LINE в 1,33 раза выше. Прямые эксплуатационные затраты на обрезку одного дерева снизились на 59,2, а приведенные — на 67,7%.

2. Годовая экономия денежных затрат от внедрения обрезчика ветвей на базе мотокультиватора «Крот» МК-1 А составляет 6135,4 руб. Машина окупится в первый сезон эксплуатации.

3. Верхний лимит цены новой машины составляет 7080,4 руб., т. е. до этой стоимости использования обрезчика ветвей с мотокультиватором «Крот» МК-1 А экономически выгодно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Наиболее приемлемым способом ухода за деревьями, кустарниками и т. д. в крестьянских (фермерских) хозяйствах является детальная обрезка ветвей. Однако, в настоящее время практически отсутствуют механизированные средства, способные выполнять обрезку в условиях названных хозяйств.

2. Анализ средств обрезки ветвей позволил признать использование гидропривода секатора перспективным. Предлагаемая схема обрезчика ветвей хорошо компонуется с мотокультиватором «Крот» МК-1Ф, применение которого в крестьянских (фермерских) хозяйствах эффективно.

3. В результате исследований размерных характеристик ветвей и их некоторых физико-механических свойств установили конструктивные и агротехнические требования к обрезчику ветвей.

4. В результате теоретических исследований получены аналитические выражения и математическая модель гидравлической цепи, позволившие обосновать параметры обрезчика ветвей, и которые с достаточной достоверностью подтверждены экспериментальными исследованиями, проведенными с использованием методики планирования полнофакторного эксперимента. Оптимальный режим работы обрезчика ветвей наступает при следующих основных его параметрах: радиус кривошипа К е [40.60] ммугловая скорость кривошипа е [2.5,2] рад/сугол резания, а е [30.70,2] градход толкателя 8Х е [40.60] ммвысота приложения усилия к ножу 11 = 25 ммсоотношение плеч рычага — 1 — диаметры поршней исполнительного цилиндра и секатора — 0,022 мдиаметр проходного сечения гидромагистрали — 0,003 м. Эти параметры обеспечивают минимальное усилие среза ветки Рпс е [1656.1670] Н при ламинарном движении жидкости (ГТЖ, БСК) (число Рейнольдса Яе = 206,4).

5. Разработанный опытный образец обрезчика ветвей в ходе производственных испытаний показал высокую эффективность: производительность за час эксплуатационного времени составила 16 деревьев или 30 кустов (смородина, крыжовник) — диаметры обрезаемых веток составили до 26 ммвысота зоны обрезки — до 4,5 мчастота срезов — 25.90 мин-1- потребная мощность — до 180 втмасса секатора — 0,420 кгмасса всего устройства (без мотокультиватора «Крот» МК — 1 А) — 10 кг. Качество выполнения рабочего процесса отвечает агротребованиям: поверхность среза гладкая, кора ветки (в месте среза) — без разрывов.

6. Секатор удобен в работе, на руку человека не передаются реактивные силы и моменты, а также вибрационные нагрузки, работает бесшумно. Агрегат прост в эксплуатации, не требует специального обучения оператора. Гидропривод обладает высокой надежностью (0,986).

7. Фактическая производительность разработанного обрезчика на базе мотокультиватора «Крот» МК — 1А в 1,33 раза выше, чем у пневмоагрегата SUPER STAR LINE. Годовой экономический эффект составляет 6135,3 руб. Верхний лимит цены нового агрегата 7080,4 руб.

8. Результаты наших исследований приняты: департаментом механизации, электрификации и МТС ГОСАГРОПРОМа РСО-АланияЦентральным опытно-конструкторским бюро (с опытным производством) — ассоциацией крестьянских (фермерских) хозяйств (АККОР) РСО-Алания и включены в Федеральную целевую программу «Социально-экономическое развитие Северной Осетии до 2000 года» для организации и освоения серийного производства агрегата для обрезки ветвей в крестьянских (фермерских) хозяйствах. Все хозяйства, в которых проводились испытания, рекомендуют организовать серийное производство агрегатов.

Предлагается обрезчик ветвей различных культур изготовить на базе мотокультиватора «Крот» МК — 1А со следующими параметрами: — радиус кривошипа — 0,06 мрадиус эксцентрика — 0,055 мдиаметр поршней цилиндра и секатора — 0,022 мрасстояние между осями приложения силы и крепления ножа — 0,025 мрукав высокого давления должен выдерживать давление до 12,5 МПаножевая пара должна обеспечить угол среза ветви в пределах 30.70 град.