Научно-исследовательская работа по механизации и электрификации сельского хозяйства на тему Повышение эффективности рассадо-посадочных машин

Введение

Механизация посадки рассады является одним из ключевых направлений интенсификации современного овощеводства. Рассадопосадочные машины обеспечивают выполнение одной из наиболее трудоёмких операций — высадки растений в открытый грунт, — что позволяет существенно снизить зависимость сельскохозяйственного производства от ручного труда. Вместе с тем существующий парк машин характеризуется рядом конструктивных и технологических недостатков: недостаточной точностью заделки растений, высокой долей ручного участия операторов, ограниченной производительностью и значительными потерями рассады в процессе посадки.
Актуальность темы обусловлена необходимостью модернизации технической базы овощеводческих хозяйств в соответствии с требованиями современного точного земледелия, а также потребностью в снижении себестоимости производства овощных культур при сохранении и повышении качества посадки.
Степень научной разработанности. Вопросы совершенствования конструкций посадочных машин нашли отражение в трудах отечественных и зарубежных учёных в области механизации растениеводства. Исследованиями в данной области занимались специалисты ВИМ, ВНИИКОП, а также ряд зарубежных научных центров. Тем не менее проблемы комплексной автоматизации подачи рассады, интеграции машин с цифровыми агросистемами и оценки экономической эффективности соответствующих технических решений остаются недостаточно изученными и требуют дальнейшей разработки.
Цель работы — выявить основные направления и обосновать мероприятия по повышению эффективности рассадопосадочных машин на основе анализа существующих конструкций, технологических процессов и экономических показателей их использования.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
1. Провести анализ и классификацию существующих конструкций рассадопосадочных машин отечественного и зарубежного производства.
2. Выявить основные недостатки и ограничения, снижающие эффективность машин в условиях производственной эксплуатации.
3. Определить и обосновать конструктивно-технологические направления повышения точности посадки, автоматизации подачи рассады и роста производительности.
4. Дать экономическую оценку предлагаемых мероприятий по модернизации.
5. Оценить перспективы внедрения цифровых технологий в конструкцию и эксплуатацию рассадопосадочных машин.
Объект исследования — рассадопосадочные машины, применяемые при возделывании овощных культур в открытом грунте.
Предмет исследования — конструктивные, технологические и экономические параметры, определяющие эффективность работы рассадопосадочных машин.
Методы исследования. В работе использованы общенаучные и специальные методы: системный анализ и синтез при изучении конструкций машин; сравнительный метод при оценке отечественных и зарубежных моделей; технико-экономический анализ при обосновании эффективности предлагаемых решений; метод обобщения при формулировании выводов и рекомендаций.
Теоретическая значимость работы заключается в систематизации знаний о современных конструктивных и технологических решениях в области рассадопосадочных машин, а также в обосновании перспективных направлений их совершенствования в контексте цифровизации АПК.
Практическая значимость состоит в том, что выводы и рекомендации, полученные в ходе исследования, могут быть использованы в деятельности агропредприятий при выборе, модернизации и эксплуатации рассадопосадочной техники, а также при проектировании новых конструкций машин.
Структура работы. Работа состоит из введения, трёх глав, заключения и списка использованных источников. В первой главе рассматриваются конструкции и технологии рассадопосадочных машин. Вторая глава посвящена направлениям повышения их эффективности. В третьей главе представлено экономическое обоснование и перспективы внедрения предлагаемых решений.
 
Глава 1. Анализ конструкций и технологий рассадопосадочных машин
1.1. Классификация и принцип работы рассадопосадочных машин

Рассадопосадочные машины классифицируются прежде всего по типу высаживающего аппарата, поскольку именно он определяет характер взаимодействия с посадочным материалом, область применения и производительность машины. В настоящее время выделяют три основных типа [3].
Зажимные машины предназначены для высадки рассады с открытой (голой) корневой системой. Захват растения осуществляется специальными зажимами, которые удерживают рассаду за стебель при транспортировке к сошнику и освобождают её в момент заделки в борозду. Этот тип отличается относительной простотой конструкции, однако требует высокой точности ручной укладки растения в захватный орган, что повышает нагрузку на оператора.
Вертикальные (стаканчиковые) машины обеспечивают наиболее бережную посадку: стакан с рассадой по цепной передаче плавно опускается до самой поверхности почвы и лишь затем открывается, помещая растение в борозду. Такой принцип минимизирует механическое воздействие на корневую систему и позволяет работать с кассетной рассадой в торфяных кубиках или горшочках.
Револьверные машины характеризуются высокой производительностью. Их высаживающий механизм выполнен в виде вращающегося ротора («карусели»), ячейки которого последовательно заполняются оператором и поочерёдно подают рассаду в борозду. Вращение осуществляется в режиме «стоп-и-вперёд» (step-by-step), что обеспечивает точный ритм подачи каждого растения и контроль глубины посадки. Именно революционный тип является наиболее перспективным с точки зрения совершенствования автоматизации и роста выработки.
Технологический процесс работы рассадопосадочной машины включает несколько последовательных операций. Агрегат состоит из рамы с механизмом навески, одной или нескольких посадочных секций, опорно-приводных колёс, маркеров и поливного устройства. Каждая посадочная секция включает высаживающий аппарат, полозовидный сошник для нарезки борозд, прикатывающие катки, сиденье и кассетодержатели для рассады.
В процессе работы оператор вручную или посредством автоматического механизма подачи извлекает рассаду из кассет (лотков) и помещает её в ячейки высаживающего аппарата. Высаживающий аппарат транспортирует растение к сошнику, который предварительно нарезает борозду заданной глубины. В момент совпадения ячейки с щелью борозды рассада опускается или выталкивается в почву, после чего прикатывающие катки обжимают грунт вокруг корневой системы, а поливное устройство подаёт воду непосредственно в зону корней. Рабочая скорость агрегата составляет, как правило, 0,6–1,5 км/ч, при этом средняя производительность полуавтоматических машин достигает 0,24 га/ч [9].
Высадка рассады выполняется рядовым или квадратным методом. При рядовом способе высаживающий механизм срабатывает от приводного колеса, при квадратном — используется механизм с мерной проволокой, приводящий в действие высаживающие органы в нужный момент.
Наглядным примером современной высокопроизводительной полуавтоматической рассадопосадочной машины является итальянская Ferrari FX MULTIPLA. Машина оснащена двойным роторным карусельным распределителем (double carousel), работающим по принципу «стоп-и-вперёд» (STOP&GO), что позволяет одному оператору обслуживать два рядка одновременно. Роторный механизм гарантирует точный темп подачи каждого растения, исключая его преждевременное выпадение или задержку в ячейке [21].
Машина оснащена параллелограммным механизмом копирования микрорельефа поверхности поля, что обеспечивает стабильный контакт сошника с почвой независимо от неровностей рельефа. Дополнительно предусмотрен самоочищающийся сошник (self-cleaning shoe), предотвращающий налипание почвы и засорение рабочего органа. Средняя производительность машины составляет 3 500 растений/час/рядок, а при работе опытных операторов достигает 5 000 растений/час/рядок, что соответствует суммарной производительности 5–10 тыс. растений/час при двухрядной компоновке [17]. Машина пригодна для работы с томатами, капустой, перцем, брокколи, сельдереем и другими овощными культурами.