Решение проблемы механизации садоводства и виноградарства

Решение проблемы механизации садоводства и виноградарства

СЕВЕРО - КАВКАЗСКИЙ ЗОНАЛЬНЫЙ

НАУЧНО - ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

САДОВОДСТВА И ВИНОГРАДАРСТВА

На правах рукописи

БОНДАРЕВ

Василий Андреевич

МЕХАНИКО - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ

МЕХАНИЗАЦИИ САДОВОДСТВА И ВИНОГРАДАРСТВА

Специальность 05.20.01 - механизация

сельскохозяйственного производства

Диссертация в виде научного доклада

на соискание учёной степени

доктора технических наук

Краснодар, 1997

Работа выполнена в Северо-Кавказском зональном

научно- исследовательском институте садоводства и виноградарства

(СКЗНИИСиВ, г. Краснодар) в 1966 ... 1996 гг.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор П.Н.БУРЧЕНКО

член-корреспондент РАСХН,

доктор технических наук,

профессор Ю.А.УТКОВ

доктор технических наук,

профессор А.В.ЧЕТВЕРТАКОВ

Ведущая организация: Всероссийский научно-исследовательский институт

виноградарства и виноделия им. Я.И.Потапенко (ВНИИВиВ им.

Я.И.Потапенко)

Защита состоится 24 сентября 1997 г. в 10 часов

на заседании диссертационного совета Д 169.06.01 в АООТ

Научно - исследовательский институт сельскохозяйственного

машиностроения - АО «ВИСХОМ» по адресу:

127247, г. Москва, Дмитровское шоссе, 107

Отзывы просим направлять в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью

С диссертацией в виде научного доклада можно ознакомиться в

библиотеке АО «ВИСХОМ»

Диссертация в виде научного доклада разослана

« » _____________1997 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук,

профессор

А.А.Сорокин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В механизации многолетних культур на стадии

разработки проектов системы машин имеет существенное значение выбор

наиболее целесообразных решений как по определению последовательности их

включения в технологические схемы, так и предпочтительного их включения в

планы конструкторских разработок. При этом обязательно учитывать возможную

деградацию среды, которая изначально заложена в культуру: в результате

многократного однообразного воздействия на неё среда «стареет» быстрее, чем

культура. Поэтому, с каждым новым вегетационным циклом, влияние на культуру

накапливаемых средой отрицательных факторов увеличи-вается. В конечном

итоге культура входит в неблагоприятные для неё параметры среды значительно

раньше своего возрастного состояния. От этого, прежде всего, страдает

хозяйственная деятельность общества: накопление отрицательных факторов

среды приходится учитывать созданием материально-технической базы (МТБ) с

завышенной прочностью. А это ведёт к перерасходу в первые годы насаждения

материальных, трудовых и энергетических ресурсов. Особенно это заметно в

регионе Северного Кавказа, где сосредоточено около 30% плодово - ягодных

культур и 100% виноградников Российской Федерации. Научно обоснованные

методы оценки и выбора наиболее выгоднейшего из них для многолетних

насаждений до настоящего времени отсутствуют. Применяемые методы проб и

ошибок, Паттерн - анализа и группового учёта аргументов используются только

для негативного прогноза, чтобы показать, чего не может быть, если всё в

Паттерне будет происходить так, как происходит сейчас.

Актуальность исследований заключалась в нахождении метода достоверного

прогноза развития уровня механизации садоводства и виноградарства через

выявление принципов оптимального стыка средств ухода с постоянно

изменяющимися параметрами объектов ухода.

Исследовательские и конструкторско-технологические работы

проводились в СКЗНИИСиВ в соответствии с планами НИР и ОКР на основании

заданий Государственного комитета по науке и технике 0.51.02 (проблема

16.01 и 16.14), межотраслевой комплексной программы (0.сх.101 и 2.51.04), а

также по прямым договорам с Агропромом СССР, АПК Краснодарского и

Ставропольского краёв, Ростовской области и хозяйствами - производителями

садово - виноградной продукции.

Цель работы заключается в обосновании, разработке и использовании

научных основ формирования оптимальной материально-технической базы для

создания конкретных механизированных технологий многолетних насаждений.

Объекты исследований. Процесс развития стыка параметров многолетних

насаждений, архитектоники крон и средств ухода за ними; физико-механические

свойства почв и элементов крон, стыкующихся со средствами ухода; технологии

ухода за почвой, системой «шпалера - куст», внесения удобрений, укрывки и

открывки виногра-дников, уборки урожая; рабочие органы культиваторов, машин

для внесения в почву жидких минеральных удобрений, ухода за кроной и

монтажа шпалеры, укрывки и открывки виноградников, уборки урожая.

Методика исследований. Для выработки основ формирования и управления

механизированными технологиями многолетних культур разработан общий научный

подход, который исходит из единой стратегии решения глобальной системы

методами проектологии: сравнивается совокупность технических средств

разного функционального назначения, но используемых в одной и той же

отрасли для выработки одного и того же продукта. При этом совокупность

технических средств одного и того же функционального назначения

рассматривается как самостоятельная система машин, а совокупность систем

машин для технологии получения одного и того же продукта , как товара,

рассматривается как комплекс систем механизированных технологий [43, 54,

62, 64, 65, 79, 89, 95].

В основу методики исследований оптимального стыка средств ухода с

объектами ухода положен принцип, устанавливающий связи и допустимые пределы

внутрисистемного влияния друг на друга свойств среды и средств ухода.

Исследования средств ухода базировались на положениях

земледельческой механики и математической статистики. Лабораторно - полевые

эксперименты проводились согласно отраслевым стандартам, дополненных

частными методиками и приборами [20, 21, 26, 31, 32, 41, 68, 94].

Разработанная методология использована в ежегодных компаниях заказа техники

для садоводства и виноградарства Краснодарского [54, 85] и Ставропольского

[71, 72] краёв.

Научную новизну составляют:

n методология модульного системного анализа технологий, как инструмент

отбора оптимальных агротехнических систем, с последующим их

направленным совершенствованием;

n математические модели расчёта: механизированной технологии культуры

через тарифные издержки; интенсивности механизированной технологии

через алгоритм, характеризующий величину согласованности входящих в

технологию компонентов; параметров архитектоники кроны через

плодоносность и физико-механические свойства её элементов; параметров

выемочно - насыпного профиля почвы в технологии защиты виноградного

куста от низких температур через естественные параметры ограничения

(упругость пучка лоз, глубину проникновения отрицательных температур и

угол естественного откоса насыпного профиля);

n метрология изучения взаимодействия рабочих органов машин с объектами

ухода;

n классификация и формализация функциональных отличий насаждений и крон

растений на фоне уровней в мировой градации поколений техники,

структурно отображающиеся согласованностью, повторяемостью и

целесообразностью стыка средств ухода с объектами ухода;

n индустриальные системы «шпалера - куст» для промышленного и

индивидуального виноградарства.

Технологические схемы и технические решения защищены 26 авторскими

свидетельствами и патентами РФ, 7 из которых отражают новые способы ухода и

ведения культур.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждены

экспериментальными данными лабораторно - полевых исследований,

положительными результатами заводских, ведомственных и государственных

испытаний рабочих органов, машин, способов и систем, разработанных с

участием соискателя.

Практическую ценность работы для многолетних культур представляют:

n методология прогнозирования технического прогресса и обоснование

путей совершенствования зональных систем машин;

n метрология и приборы для изучения условий функционирования агрегатов

и рабочих органов по уходу за почвой, кроной и шпалерными системами;

n система мероприятий, технологические схемы машин и технические

решения по снижению антропогенного влияния на почву механизированных

технологий;

n рекомендации и технические решения:

- оптимального стыка технологических систем «крона - шпалера» при

различных формах хозяйствования;

- технологии пунктирного глубокого внесения жидких минеральных

удобрений, в том числе и в зону ряда;

- технологии защиты растений от низких температур;

- технологии контейнерной уборки, транспортировки и хранения

плодов, ягод и винограда.

Реализация результатов исследований. Разработанные единые

концептуальные подходы [20, 21, 70, 89, 95, 107] использованы:

n в справочнике виноградаря Кубани [54];

n в совершенствовании методов разработки технологических карт [62];

n в решении проблем развития виноградарства Краснодарского края [68];

n в учебном процессе заочных курсов садоводства [69];

n в системах машин для садов Ставропольского [71] и Краснодарского

[85] краёв, садоводства России [90], интенсивного садоводства

Северного Кавказа [58], питомников плодовых, ягодных и орехоплодных

культур [87], прогнозе развития технического уровня садоводства до

2010 года и анализа его современного состояния в Северо - Кавказском

регионе [Агропром CCCР, 1986 г ].

Разработаны и внедряются технологии:

n уборки, транспортировки и хранения плодов, ягод и винограда в

кассетных контейнерах [79];

n возделывания, транспортировки и переработки технических сортов

винограда машинной уборки [74];

n применения жидких комплексных удобрений в садах и виноградниках

[63];

n по защите виноградников от низких температур [11].

Разработаны и внедряются способы:

n Краснодарский формирования виноградного куста [111];

n ведения виноградного куста на шпалере [112];

n ведения укрывной культуры винограда [113];

n крепления виноградных лоз [115];

n борьбы с корневищными сорняками в рядах культурных растений [120];

n ведения интенсивного сада [125].

Полученные рекомендации внедрены в поставленных на производство

машинах - для внесения жидких комплексных удобрений в садах МГУС-2,5 и

виноградниках МВУ-2000, автоматической линии для изготовления и затаривания

на спецкассеты крепёжных скоб; устройствах - контейнера кассетного для

затаривания лотковой первичной тары при уборке, транспортировке, хранении и

реализации винограда, плодов, ягод и овощей КПТ-28, стойки железобетонной

для шпалеры индустриальной ВС-20-4.ТУ10 РСФСР 21-01-89; приспособления

лозоукладывающего ПРВН-39000Э; приборах динамометрических ПТЛ-1, ДТ-1, ДЛ-

3, ПУВЛ, ПЛ-50-5, МД-1, ДМЗ-3, разработанных совместно с Одесским филиалом

НПО «Агроприбор» для изучения взаимодействия рабочих органов машин с

элементами крон древесных растений [32, 41, 44. 68, 94].

Модернизированы и внедрены через мастерские хозяйств виноградниковые

плуги - рыхлители ПРВН-2,5, приспособления ПРВН 72000, садовые культиваторы

КСГ-5, фрезы ФА-0,76А, рабочие органы для двухслойной обработки почвы в

междурядьях, мульчирования колеи и приствольной полосы, плуги - рыхлители

ПРВН-2,5 для укрывки лозы почвой, взятой из межколейного пространства

междурядий и столбостав ЗСВ-2 для транспортировки контейнеров одновременно

в 3 ... 5 междурядьях, обеспечивающие снижение тягового сопротивления

агрегатов не менее, чем на 25 % и увеличение производительности труда в 1,5

... 1,8 раза.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на

заседаниях Учёного совета СКЗНИИСиВ (1966 ... 1995 г.г.); четырежды - на

научно - технических конференциях ВИСХОМ (1970, 1972, 1976, 1985 г.г.);

пять раз - на научно - практических конференциях «Научно - технический

прогресс в инженерно - технической сфере АПК России» в ВИМ (1992) и ГОСНИТИ

(1993, 1994, 1995, 1996); шесть раз - на Всесоюзных научно - технических

конференциях в Краснодаре (1977, 1984 г.г.), во Львове (1974 г.), в Каунасе

(1982 г.), в Нальчике (1987 г.), в Санкт-Петербурге (АФИ, 1993 г.); дважды

- на НТС Госпрома РСФСР (1988 г.); дважды - на Всесоюзных семинарах ВДНХ

СССР (1974 г.) и ЦИНАО (1976 г.); четырежды - на научно - методических

совещаниях НТО СХ в Орджоникидзе (1979 г.), Зернограде (1980 г.), Кишинёве

(1983 г.), Краснодаре (1983 г.); четырежды - на Координационных советах по

проблеме О.СХ.61 в Новочеркасске (1984, 1996 г.г.), Тбилиси (1985 г.), Ялте

(1991 г.); трижды - на заседаниях секции ВРО ВАСХНИЛ «Комплексная

механизация и электрификация растениеводства» в Зернограде (1984, 1985,

1991 г.г.); на заседании Президиума ВРО ВАСХНИЛ (1989 г.).

Методические, технологические, научно - исследовательские и

конструкторские разработки демонстрировались на ВДНХ СССР и отмечены 13

медалями, в том числе 2 золотыми.

Публикация результатов исследований. Основное содержание диссертации

изложено в 125 научных работах, в том числе - в одном справочнике, трёх

методиках, четырёх монографиях, 18 рекомендациях, 7 агроуказаниях, 6

брошюрах и 60 научных статьях общим объёмом 207 п. л., в том числе лично

автора 58,8 п.л., а также 26 авторских свидетельствах и патентах.

На защиту выносятся результаты, перечисленные в рубриках «Научная

новизна», «Практическая ценность» и «Реализация результатов исследований».

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Анализ состояния проблемы и обоснование задач

исследований

Моделирование технологий в растениеводстве рассмотрено в работах

А.Б.Лурье, М.С.Рунчева, Э.И.Липковича, П.Н.Бурченко, Г.П.Варламова,

М.Е.Демидко, В.Я.Зельцера, А.В.Четвертакова, Ю.А.Уткова, А.А.Никонова,

Н.Н.Походенко, В.И.Могоряну, Т.Е.Малофеева, А.М.Гатаулина и др. Анализ этих

работ показал, что они в принципе аналогичны синтезу системы отображения

массива данных через однородные порции, используемого в работах В.А.Вей-

ника, Н.П.Бусленко, В.Ф.Венды, Е.Г.Гольштейна, В.В.Налимова, Н.Н.Моисеева,

М.П.Перетятькина, И.И.Кандаурова, А.Н.Зеленина, В.И.Баловнева, И.П.Керова,

С.Директора, Р.Рорера, Джозефа Р. Шен-филда, Кеннета Кюнена и др.

Указанными исследованиями доказано, что моделированию мо-жет быть

подвержена любая проблема любой системы, если массив данных о процессах,

протекающих в системе, отобразить через осно-вной процесс, обратные связи и

ограничения. Этот принцип был положен в основу разработки комплексов машин.

Однако методы отображения информации в конкретных механизированных

технологиях до сих пор не носят обобщающего характера. Особенно это

относится к технологиям многолетних насаждений, где для сходных условий

среды пока управляемыми являются только входные и выходные параметры

технологии (размещение растений во время закладки массива, уровень спелости

урожая и т. п.), а внутреннее функционирование и развитие составляющих

технологии до сих пор остаётся «черным ящиком», т.е. «неоптимизировано и

неуправляемо» [43, 65, 70].

Гипотетически проблема состоит в том, что в управлении фун-

кционированием технологии недостаточно учтены: многолетность насаждения;

неизменность схем посадок, при непрерывном изменении архитектоники крон;

изменение свойств среды в результате многократного однообразного

циклического воздействия на неё; предельные параметры стыка в системе

машина - растение - среда.

Исходя из высказанной гипотезы, потребовалось решить следующие задачи:

n изучить формирование многолетних насаждений в процессе

индивидуального и группового развития на фоне мировой градации

поколений техники;

n разработать методологию оптимизации управления функционированием и

развитием механизированных технологий многолетних насаждений;

n выполнить с помощью разработанной методологии анализ современного

состояния и прогноз развития технического уровня садоводства

Северного Кавказа и виноградарства Краснодарского края;

n выбрать из массива данных анализа приоритетные направления и с

помощью разработанной методологии обосновать оптимальные параметры

их механизированных технологий, рабочих органов и машин.

Исходные предпосылки оптимизации управления

механизированными технологиями

многолетних насаждений

При разработке такой сложной проблемы, какой является оптимизация

управления механизированными технологиями многолетних насаждений в процессе

их функционирования, возникает необходимость видеть одновременно и проблему

целиком, и связи между её частями, и отдельные её части. Всё это

рассматривать в зависимости от закономерностей среды, развития культур и

обрабатывающей их техники.

Механизм решения поставленной задачи соответствует «поня-тийно -

образно - практической» структуре (Г.Альтшуллер, 1973, М.Зиновкина, 1996).

В данном случае решение сводилось к системному анализу развития с

последующей доработкой принятых в производстве вариантов технологий

многолетних культур.

Закономерность формообразования этих вариантов развития определялась

морфологическим анализом функциональных отличий стыка между параметрами

насаждений (табл. 1), в том числе и формообразования растений в насаждениях

(табл. 3), и параметрами средств ухода за ними, на фоне мировой градации

поколений техники (НТР.ВО «Знание» / Бюл. - № 20, 1986 г.) и почвенно -

климатических особенностей Северо - Кавказского региона России в разрезе

отрицательных факторов воздействия технологий на параметры среды и среды на

параметры технологий [16, 19, 23, 24, 25, 69, 92, 96, 104, 120].

Видение проблемы в целом, связей между её частями и отдельных её

частей осуществлялось специально разработанным для этого методологическим

подходом, отправным моментом которого являет-[pic]ся доказательство

достаточности массива информации о проблеме [43, 70, 73, 81, 82, 86, 88,

89, 91, 95, 98].

Анализ информации морфологической матрицы (табл. 1) показал, что на

данном этапе развития многолетних культур существует, с позиции теории

систем, два технологических «организма» [pic] и [pic], имеющих собственные

цели. Первый и конструктивно и функционально «застыл» на втором уровне

мировой градации поколений техники ([pic] и [pic]). Его средства ухода

[pic][pic]ограничиваются моторизацией инвентаря с ручным управлением. Его

самоцель - заставить рабочий объём насаждения максимально давать продукт.

Поэтому он является основой ведения дачных, приусадебных и других куртинных

насаждений. Второй, в отличие от первого «организма», развивающийся. Его

цель - максимальная замена ручного труда машинным. Ему осталось в

управлении системой применить гибкое программирование с адаптацией и

внутренней диагностикой системы, тогда он полностью перейдёт на пятый

уровень мировой градации поколений техники. В нём противоречие отбора

рабочего объёма насаждения на технологические коридоры [pic] [98] решается

переходом средств ухода на мостовые системы по схеме [pic] и [pic] [82,

124]. В «организме» [pic] заложена не только собственная цель, но и

возможные пути развития её «организма» в направлении [pic], или [pic], или

[pic], или [pic], или [pic], или [pic].

Из этого следует, что каждое последующее функциональное отличие

технологии предыдущему функциональному отличию является альтернативным

([pic] альтернатива для [pic] и т. д.), поэтому вектор развития

архитектоники многолетних насаждений явно движется от [pic] к [pic].

Кульминацией этого развития станет блочно - пропашное исполнение

«организма» [pic] (см. табл. 2).

Чисто пропашное исполнение «организма» [pic][pic] [pic]

бесперспективно для садоводства

по причине сло-жности транспортировки урожая с участка. Рационально его

использовать в питомниководстве с модернизацией трактора МТЗ-80/82 и

[pic]

[pic] При четырёхразовой ротации насаждений.

культиватора КРН-5,6 [124]. Применение «организма» [pic], с использованием

[pic] по схеме [pic], при появлении [pic] стало не рациональным [34, 35,

48, 54, 56, 70, 71, 72, 85, 90, 93, 117, 119, 120].

Таким образом, многолетние насаждения с технологическими коридорами

являются самоорганизующейся системой, каждый вариант которой имеет сугубо

свои цели, поэтому на ближайшее обозримое будущее варианты [pic], или[pic],

или [pic], или [pic] этой технологии правомочны. В них параметры

технологического коридора останутся стабильными как минимум до 2010 года,

(на период пятого поколения техники ширина коридора будет в пределах 2 ...

2,5 м.), в то время как архитектоника растения будет продолжать

совершенствоваться [11, 26, 31, 32, 38, 43, 48, 56, 60, 65, 67, 73, 75, 81,

82, 83, 93, 94, 98, 111, 112, 113, 115, 116, 123, 125]. А это значит, что

заданная стратегия развития отличительной функции [pic] архитектоники

многолетних насаждений, «опирающаяся на поведенческие стере-отипы»

(Н.Н.Моисеев, 1996) этой функции, ещё не только не исчерпала себя, но и

находится на подъёме. Подъём её идёт явно по двум

Таблица 3

Морфологическая матрица вариантов исполнения

основных функций архитектоники многолетних растений

[pic]

направлениям: уменьшением количества технологических коридоров и параметров

растений. Но эти направления для [pic] и [pic] антагонистичны, так как с

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7