Создание конструкций и обоснование параметров рабочих органов кассетной рассадопосадочной машины

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

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

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

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

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

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

На защиту выносятся следующие основные положения.

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

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

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

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

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

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

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

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

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

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

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

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

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

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

— отношение массы комлевой части рассады ко всей ее массе не более.

0,8;

— радиус инерции рассады относительно центра ее тяжести 7−8 см;

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

— высота стебля рассады не менее 15 см.

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

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

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

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

8. Хозяйственная проверка показала, что применение спирально-ленточных кассет и машины для посадки рассады из кассет повышает производительность на выборке рассады в 9−10 раз, а на посадке — в 6−7 раз. Годовой экономический эффект от использования рассадопосадочной машины со спирально-ленточными кассетами составляет 225 руб./га. Ожидаемый народнохозяйственный эффект от использования комплекса машин для кассетного способа выращивания м посадки рассады га площади 36 000 га составляет 15,83 млн руб.

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