Решение проблемы механизации садоводства и виноградарства

| | | | | | | | | | |

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 |

| | |] | | | | | | | |

| |[pic] |[pic] |19,2 |96,0 |178,0|255,0|292,0|312,0|299,0|

| |[pic] |[pic] |2,04 |5,85 |9,56 |13,43|13,43|16,0 |- |

|Али- |[pic] |[pic] |163,0|250,0|277,0|293,0|239,0|245,0|- |

|готе |[pic] |[pic][pic|6,46 |10,0 |11,0 |11,67|9,5 |9,75 |- |

| | |] | | | | | | | |

| |[pic] |[pic] |33,0 |94,0 |154,0|217,0|215,0|258,0|- |

| |[pic] |[pic] |3,1 |8,9 |14,0 |14,5 |- |- |- |

|Кле- |[pic] |[pic] |248,0|380,0|419,0|317,0|- |- |- |

|рет |[pic] |[pic][pic|11,1 |17,0 |18,7 |14,2 |- |- |- |

| | |] | | | | | | | |

| |[pic] |[pic] |56,4 |160,0|250,0|259,0|- |- |- |

Из табл. 11 следует, что жёсткость изгиба и модуль упругости

виноградной лозы растут с увеличением степени деформации до определённого

момента, а затем уменьшаются, что соответствует показательной функции (21).

У виноградной лозы заметна разница в интенсивности наращивания жёсткости

изгиба [pic] и модуля упругости [pic]. Наибольшая интенсивность наращивания

и спада у сорта Клерет. Плавнее - у Изабеллы. Это говорит о том, что нельзя

пользоваться усреднёнными данными о физико - механических свойствах

виноградной лозы при создании рабочих органов машин. В машинах должны быть

предусмотрены узлы настройки рабочих органов на допустимые резонансные

параметры амплитуды и частоты обрабатываемого сорта.

Результаты испытаний прибора ДЛ-3 показали, что он обеспечивает

высокую точность измерений и стабильность показаний на всём диапазоне

нагрузок.

Прибор ДТ-1 (динамометр торсионный) предназначен для определения

крутящего момента в черенке по шкале отсчёта угла закручивания

оттарированной пружины. В приборе применена пружина диаметром Д = 80 мм с

6,75 витками стальной проволоки [pic]= 4 мм. Напряжение в сечении проволоки

при передаче наибольшего крутящего момента равно

[pic],

где [pic] и [pic] определялись прибором ДЛ-3.

Расчётная деформация пружины равна [pic].

В принципе прибор состоит из тормозной и нагрузочной головок, между

которыми в специальные зажимы вставляется испытыва-емый черенок лозы

диаметром от 5 до 20 мм и длиной от 200 до 500 мм. Испытания черенка на

приборе заключаются в закручивании его с помощью нагрузочной головки в

прямом и обратном направлениях. Осевые деформации образца при этом

измеряются с помощью индикатора часового типа, связанного с валом

нагрузочной головки через коническую поверхность. Величины нагрузочного

момента и угла закручивания отсчитываются по специальным шкалам, а осевая

деформация - по шкале индикатора.

Пределы измерения: крутящего момента [pic], угловой деформации [pic]

и осевой деформации - не более 2 мм .

Точность измерения: крутящего момента [pic], угловой деформации [pic]

и осевой деформации [pic] мм.

С помощью прибора ДТ-1 испытывалась виноградная лоза для

определения предельных параметров в формах нагрузки 5 и 6 (рис. 11).

Прибор ПТЛ-1 предназначен для двухопорного изгиба черенков с

индикацией на цифровых шкалах величин деформаций и усилий,

возникающих при этом в черенке. Форма нагрузки 2 и 5 (рис. 11).

Расстояние между опорами переменно с позициями 200, 250 и 300 мм. Величина

деформации черенка измеряется от 0 до 200 мм с точностью [pic] мм. Усилие

деформации - от 0 до 10 кг с точностью [pic] кг.

Прибор ПУВЛ предназначен для записи на диаграммной ленте усилий и

деформаций, возникающих при нагружении образований в кроне по форме 1, 4, и

6 (рис. 11). Форма 1 аналогична консольному изгибу побегов в направлении

штамба (развилок). Пределы измерений: усилия от 0,5 до 5 кг, деформации -

до 150 мм. Точность измерения: усилия [pic] кг, деформации [pic] мм.

Пользуясь теми же теоретическими предпосылками, были созданы приборы:

навесной на трактор ПЛ-50-5 для исследования жёсткости изгиба пучка лоз на

корню с записью на бумажной ленте механизмом, аналогичным механизму

плотномера Ревякина; накидной МД-1 (матрица динамометрическая) для изучения

жёсткости изгиба пучка лоз по его длине (форма 4, рис. 11) и модель лозы

постоянной жёсткости при многократном нагружении по формам 1, 2, 3, 5 и 6

(рис. 11), предназначенной для изучения стыка рабочих органов с лозой в

лабораторных условиях. Более подробно о методологии и приборах изложено в

работах [31, 32, 38, 44, 56, 65, 67, 68, 94].

6. Создание и обоснование оптимальных параметров механизированных

технологий, рабочих органов и машин для приоритетных направлений

многолетних культур

Разработка морфологических матриц отличительных функций стыка

параметров форм насаждений и средств ухода (табл. 1), вариантов исполнения

основных функций архитектоники многолетних растений (табл. 3), ранговой

иерархии ветвления крон (табл. 4) и обнаружение идентичности влияния на

среду факторов природного (рис. 5) и антропогенного (табл. 5) происхождения

в почвообрабатывающем, удобренческом , мелиоративном и защитном модулях

даёт основание надеяться на выявление однообразных тенденций и в габитусном

и в уборочном модулях.

Создание и обоснование

оптимальных параметров габитусного модуля

Установлено [16, 23, 26, 31, 37, 38, 41, 43, 44, 56, 60, 65, 67, 68,

79, 80, 83, 92, 94, 96], что в модуле объективен стык растения с почвой,

растения со шпалерой, шпалеры с почвой и растения и шпалеры со средствами

ухода. Этот набор стыкующихся пар возможен и в садоводстве и в

виноградарстве. Поэтому, с целью рациональности рассмотрим наиболее

вероятные стыки, использовав морфологию форм нагрузок (рис. 11).

Стык растения с почвой обусловлен природной связью корней, поэтому

повреждение их в бесшпалерных формах насаждений на подвоях типа М9 приводит

к опрокидыванию растений от нагрузок, создаваемых ветром, гололёдом,

урожаем (формы 1 ... 4, рис. 11). Для сведения до минимума отрицательного

влияния нагрузок потребовалось исключить повреждение корней при обработке

почвы в приствольных полосах и при внесении удобрений в корнеобитаемый

горизонт.

Проблема щадящей почвообработки решалась заменой режущих рабочих

органов фрезы ФА-0,76А на молотковые, а у дисковых - заменой технологии

подрезки сорняков на технологию окучивания и разокучивания, чередование

которых должно начинаться с осеннего окучивания ряда и весеннего его

разокучивания. В роли молотковых рабочих органов использовались цепные

шлейфы, смонтированные на фланцах барабанов фрез по спиралям

четырёхзаходной схемы с провисанием от центробежных сил по форме цепной

линии в пределах внешних параметров фрезбарабанов. Спиральное закрепление

цепных шлейфов позволило решить проблему управления движением в ряд или из

ряда, сбивающегося до глубины 0,03 м цепями слоя почвы с прорастающими

сорняками. Цепные рабочие органы на фрезах ФА-0,76А позволили

распространить их внедрение на каменистых почвах [97]. Выносной нож на

секции культиватора КСГ-5 заменён аналогичным имеющемуся у ФА-0,76А цепным

фрезбарабаном с гидроприводом. Для внесения удобрений в корнеобитаемый

горизонт (глубина 0,30 ... 0,50 м) рыхлящие рабочие органы заменены

игольчатым колесом, а твёрдые удобрения - на жидкие минеральные [37, 40,

45, 47, 50, 52, 61, 63, 66]. При внесении растворов в зону ряда игольчатое

колесо самоустанавливается по изоплоскостям твёрдости пахотного горизонта

(рис. 15.1) [114], а при внесении в междурядьях игольчатое колесо

устанавливается за рыхлящим рабочим органом глубже его хода на 0,20 ...

0,25 м между экранами, не допускающими контакта раствора с почвой пахотного

горизонта (рис. 15.2) [110].

| | |

Рис. 15. Рабочие органы для внесения растворов

минеральных удобрений в корнеобитаемый горизонт:

1) зоны ряда;

2) междурядья

Базовой машиной для этих рабочих органов является любой прицепной

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8

МЕНЮ

Решение проблемы механизации садоводства и виноградарства

ИНТЕРЕСНОЕ