Доклад: Решение проблемы механизации садоводства и виноградарства

Доклад: 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

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.

2. Исходные предпосылки оптимизации управления

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-

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»

и , имеющих

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

уровне мировой градации поколений техники (

и ). Его средства

ухода

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

[98] решается переходом средств ухода на мостовые системы по схеме

и [82, 124]. В

«организме»

заложена не только собственная цель, но и возможные пути развития её «организма»

в направлении , или

, или , или

, или , или

.

Из этого следует, что каждое последующее функциональное отличие технологии

предыдущему функциональному отличию является альтерна