СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АГРЕГАТА ДЛЯ МАШИННОЙ КОНТУРНОЙ ОБРЕЗКИ ПЛОДОВЫХ

1 – режущий брус; 2 – трактор; 3 – пружина; 4 - гидроцилиндр

Рисунок 5 – Условная схема гашения колебаний с помощью виброизоляции

Вводим комплексные величины , и находим из уравнения (5) частотную характеристику смещения режущего бруса

, (6)

с помощью которой определяем спектральные характеристики и дисперсии смещения x, скорости v режущего бруса и силы воздействия R со стороны трактора на режущий брус. Было установлено, что дисперсия задается формулой

, (7)

где . Дисперсия неограниченно возрастает при и при (Рис. 6), однако, имеет минимум м-1.

С помощью интегрированного математического пакета MathCAD 14.0 методом компьютерного моделирования было получено значение коэффициента жесткости, соответствующее минимуму дисперсии силы давления со стороны трактора на режущий брус, равное Н/м. Получены следующие геометрические параметры пружины: класс 1, разряд 3, максимальное касательное напряжение 560 МПа, число рабочих витков равно 6, индекс пружины равен 7, средний диаметр 70 мм, диаметр проволоки 10 мм, длина пружины в свободном состоянии 120 мм, шаг в свободном состоянии 19,1 мм, угол подъема винтовой линии 5°. Проверочный расчет пружины был произведен в среде программы АРМ Win Machine с помощью модуля АPМ Spring. При данной жесткости пружины расчетное значение динамической вязкости гидроцилиндра составило Пас. Приняв плотность гидравлического масла кг/м 3, рассчитываем кинематическую вязкость гидроцилиндра, которая равна мм2/с. В соответствии с ГОСТ 126514-87, ГОСТ 17411-91, расчетными данными и размерами установки выбран гидроцилиндр МЦ 100/50500-4.11.

Рисунок 6 – График дисперсии силы воздействия со стороны трактора на режущий брус

В третьей главе «Экспериментальные исследования процесса обрезки плодовых деревьев с использованием устройства стабилизации рабочих органов машины для контурной обрезки плодовых деревьев» изложены программа и методики экспериментальных исследований. Программа экспериментальных исследований предусматривала: проведение исследования поперечного микропрофиля междурядий плодового сада для выявления его основных вероятностных характеристик; выявление факторов, оказывающих наибольшее влияние на чистоту среза ветвей плодовых деревьев; снятие характеристик участка испытаний; проведение полевых исследований образца устройства стабилизации режущих аппаратов машины для контурной обрезки плодовых деревьев.

Объектом экспериментальных исследований являлась модернизированная машина для контурной обрезки плодовых деревьев на базе МКО-3, оснащенная устройством стабилизации рабочего органа (Рис. 7). Машина позволяет выполнять сплошную горизонтальную, вертикальную и наклонную обрезку крон плодовых деревьев, агрегатируется с трактором МТЗ-80/82.

Для сравнения при проведении полевых исследований процесса контурной обрезки плодовых деревьев применялась серийная машина для контурной обрезки МКО-3.

Основными узлами модернизированной машины (Рис. 7) являются рама подъема 1, опорная рама 2, передний брус 3, левый и правый режущие аппараты 4, укомплектованные пятью дисковыми пилами 5 диаметром 630 мм, ограждение кабины трактора 6, гидроцилиндр раздвижения 7, гидроцилиндр поворота 8, гидроцилиндр подъема 9 и устройство стабилизации рабочего органа 10.

1 – рама подъема; 2 – опорная рама; 3 – передний брус; 4 – режущий аппарат; 5 – дисковые пилы; 6 – ограждение кабины трактора; 7 – гидроцилиндр раздвижения; 8 – гидроцилиндр поворота; 9 – гидроцилиндр подъема; 10 – устройство стабилизации рабочего органа

Рисунок 7 – Машина для контурной обрезки плодовых деревьев, оборудованная устройством стабилизации рабочего органа

Конструктивное отличие модернизированной машины для контурной обрезки плодовых деревьев от серийной машины МКО-3 заключается в том, что первая машина дополнительно снабжена устройством стабилизации рабочих органов (Рис. 8).

1 – режущий аппарат; 2 – упор; 3 – проушина; 4 – опорный стакан; 5 – шпилька; 6 – пружина; 7 – пластина; 8 – гайка; 9 – гидроцилиндр

Рисунок 8 – Устройство стабилизации рабочего органа машины для контурной обрезки плодовых деревьев

Устройство предназначено для гашения колебаний режущих аппаратов при вертикальной обрезке крон плодовых деревьев, возникающих вследствие воздействия на машину неровностей поперечного микропрофиля междурядья. Устройство стабилизации рабочего органа (Рис. 8) состоит из упора 2, закрепленного с режущим аппаратом 1, проушины 3, прикрепленной к упору осью, двух опорных стаканов 4, шпильки 5, пружины 6, пластины 7, гайки 8 и гидроцилиндра 9. Устройство изготовлено по расчетным данным, полученным в ходе исследования воздействия поперечного микропрофиля междурядий плодового сада на контурный обрезчик.

Для построения микропрофиля были проведены замеры превышения одной точки над другой через каждые 10 см междурядья при помощи нивелира. Для измерений использовался нивелир марки SOKKI C410, рейки длиной 3 м. Расстояние а от поверхности земли до оси нивелира замерялось по рейке (Рис. 9).

Рисунок 9 – Схема проведения замеров поперечного микропрофиля междурядий

С помощью нивелира были сняты показания b, которые соответствуют расстоянию от низа рейки до горизонтального луча, задаваемого нивелиром. Тогда превышение по высоте между точками А и В может быть определено по формуле:

. (8)

Для определения степени влияния устройства стабилизации рабочих органов на показатели качества выполнения технологического процесса обрезки был спланирован эксперимент для проведения двухфакторного дисперсионного анализа. В качестве факторов рассматривались среднеквадратическое отклонение высоты микропрофиля междурядья (фактор А) и наличие устройства стабилизации рабочих органов (фактор В). Высота неровности микропрофиля междурядья – величина случайная, поэтому влияние уровней фактора A на изучаемую величину также является случайным. Обозначим эти уровни (по числу обследованных междурядий). Уровни фактора B являются фиксированными, обозначим их и соответственно. На уровне рассматривается отсутствие устройства стабилизации на машине, на уровне наличие предлагаемого устройства стабилизации рабочих органов. Таким образом, получили смешанную модель для проведения дисперсионного анализа.

Поскольку выходной параметр – качество срезов ветвей – зависит не только от факторов A и B, но и от других факторов (различный механический состав почвы на опытном участке, климатические условия и т.п.), многие из которых невозможно учесть и которые могут по-разному сказаться на результате эксперимента, проводим рандомизацию опытов. Чтобы исключить влияние нежелательных факторов, устанавливаем случайный порядок постановки опытов по времени, для этого воспользовались случайным распределением порядка проведения опытов. Минимальное число наблюдений на каждом уровне приняли равным трем.

На начальном этапе выдвигались следующие основные (нулевые) гипотезы:

1. Фактор A не существенно влияет на качество среза ветвей ().
2. Фактор B не существенно влияет на качество среза ветвей ().
3. Взаимодействие факторов A и B не существенно влияет на исследуемую величину – качество среза ветвей ().

Проверка условий применимости дисперсионного анализа сделала обоснованным его использование в нашем случае для оценки влияния факторов A и B на исследуемую величину – качество срезов ветвей.

По стандартной методике рассчитывались основные параметры модели двухфакторного дисперсионного анализа: межгрупповые дисперсии, дисперсии взаимодействия факторов, остаточная и общая дисперсии. Расчет межгрупповых дисперсий проводился с помощью стандартных функций табличного процессора Microsoft Excel. Результаты расчета представлены в таблице 2.

Таблица 2 – Результаты расчета межгрупповых дисперсий

Компонента дисперсии	Суммы квадратов	Число степеней свободы	Средние квадраты
Межгрупповая дисперсия (фактор А)	0,08221	9	0,00913
Межгрупповая дисперсия (фактор В)	0,12513	1	0,12513
Взаимодействие	0,01444	9	0,00160
Остаточная	0,02340	40	0,00059
Общая	0,24517	59

Определив экспериментальные значения критерия Фишера-Снедекора , и сравнив их с табличными значениями критерия , делаем выводы:

• по фактору A: для уровня значимости нулевую гипотезу отвергаем, то есть, считаем, что среднеквадратическое отклонение высоты неровностей микропрофиля междурядья существенно влияет на качество среза ветвей;
• по фактору B: для уровня значимости нулевую гипотезу отвергаем, то есть, считаем, что наличие устройства стабилизации рабочих органов существенно влияет на качество среза ветвей;
• по взаимодействию факторов A и B: для уровня значимости нулевую гипотезу отвергаем, то есть, считаем, что взаимодействие среднеквадратического отклонения высоты неровностей микропрофиля междурядья и факта наличия устройства стабилизации рабочих органов существенно влияет на качество среза ветвей.

Кроме того, в результате эксперимента установлено, что около 33,5% общей выборочной вариации показателя качества среза ветвей связано с влиянием высоты неровностей микропрофиля междурядий плодового сада и около 51% - с влиянием факта наличия у контурного обрезчика устройства стабилизации рабочих органов. Таким образом, анализируя данные эксперимента, можно утверждать, что применение устройства стабилизации рабочих органов в машине для контурной обрезки плодовых деревьев в значительной степени компенсирует негативное влияние неровностей микропрофиля междурядья на качество среза ветвей.

Анализом существенности различий между средними значениями показателя качества срезов, выполненных серийной и модернизированной машинами, установлено, что при уровне значимости количество качественных срезов, выполненных серийной машиной МКО-3, меньше в среднем на 11,3%. Таким образом, различие средних значений показателя качества срезов при применении этих двух машин не случайно и связано именно с наличием устройства стабилизации рабочих органов.

Установлено также, что при уровне значимости среднее значение показателя качества среза ветвей во всей генеральной совокупности содержится в доверительном интервале .

Испытания модернизированной машины проводились в апреле 2011 года в сельскохозяйственном предприятии ТНВ (товарищество на вере) «Десна» Брянской области. Во время испытаний была проведена агротехническая и эксплуатационная оценка работы машины для контурной обрезки. Результаты оценки приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Показатели качества работы модернизированной машины для контурной обрезки плодовых деревьев в сравнении с серийной машиной для контурной обрезки МКО-3

Наименование показателей	Серийная машина МКО-3	Модернизированная машина
Дата экспериментальных исследований	апрель 2011 г.
Культура / Сорт	Яблоня / Зимнее полосатое, Спартан
Схема посадки	74
Возраст деревьев, лет	10
Средняя влажность плодовой древесины, %	69
Трактор	МТЗ-80
Скорость агрегата, км/ч	2,5
Среднеквадратическое отклонение высоты неровности поперечного микропрофиля междурядья, см	1,34…3,32
Наличие устройства стабилизации рабочих органов	нет	есть
Качественные показатели среза, % Хороший Удовлетворительный С задиром Расщепленный Смятый со сломом	63 17 12 4,5 3,5	71 20 5,5 2,5 1
Коэффициент использования времени смены	0,6	0,67
Сменная производительность, га	8,0	8,74

Анализируя данные таблицы 3, можно утверждать, что и модернизированная машина для контурной обрезки плодовых деревьев, оснащенная устройством стабилизации рабочих органов, и серийная машина МКО-3 удовлетворяют агротехническим требованиям – количество некачественных срезов не превышает 20%. У модернизированной машины общее количество некачественных срезов – с задиром, расщепленных и смятых со сломом – уменьшилось на 35% по сравнению с серийной машиной МКО-3. Количество хороших и удовлетворительных срезов возросло на 12, 7% и 17,6% соответственно.

Сменная производительность модернизированной машины, оснащенной устройством стабилизации рабочих органов, возросла вследствие сокращения времени на простои по причине технических неисправностей, возникающих в процессе работы (застревание ветвей в пилах, поломка пил, регулировка режущих аппаратов) на 9,3% по сравнению с серийной машиной.

В четвертой главе «Экономическая эффективность применения механизированной контурной обрезки кроны плодовых деревьев» представлены результаты оценки экономической целесообразности практического использования машины для контурной обрезки плодовых деревьев.

Для сравнения экономической эффективности выполнения контурной обрезки плодовых деревьев различными машинами – базовой МКО-3, и предлагаемой машиной, снабженной устройством стабилизации рабочих органов, был произведен расчет технико-экономических показателей (Табл. 4) операции обрезки. В качестве системы показателей экономической эффективности применения механизированной контурной обрезки кроны плодовых деревьев выбраны удельные показатели годовой экономии и годового экономического эффекта.

Таблица 4 – Технико-экономические показатели механизированной контурной обрезки кроны плодовых деревьев

Показатели	Технологическая операция контурной обрезки плодовых деревьев		Отличие показателей по отношению к базовой машине, %
Энергетическое средство	МТЗ-80
Сельскохозяйственная машина (СХМ)	Базовая машина МКО-3	Модернизированная машина
Производительность МТА, га/смену	8,0	8,74	9,3%
Цена трактора, руб.	485000,0	485000,0	–
Цена сельскохозяйственной машины, руб.	446610,00	449091,2	0,6%
Цена машинно-тракторного агрегата (МТА), руб.	1266989,6	1270364,0	0,3%
Удельные затраты на амортизацию МТА, руб./га	577,33	467,36	-19,0%
Удельные затраты на ремонт, техническое обслуживание и хранение МТА, руб./га	593,65	518,95	-12,6%
Удельные затраты на топливо и смазочные материалы, руб./га	363,43	353,25	-2,8%
Затраты на оплату труда рабочих на единицу работы, руб./га	492,07	450,26	-8,5%
Прямые удельные денежные затраты на единицу работы МТА, руб./га	2026,47	1789,82	-11,7%
Годовая экономия, руб./га	236,65		–
Годовой экономический эффект, руб./га	327,05		–