Проектирование и расчет машин для садоводства
Покупка
Новинка
Основная коллекция
Тематика:
Отраслевое машиностроение
Издательство:
Инфра-Инженерия
Авторы:
Завражнов Андрей Анатольевич, Завражнов Анатолий Иванович, Манаенков Константин Алексеевич, Ланцев Владимир Юрьевич
Год издания: 2024
Кол-во страниц: 268
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-9729-2032-7
Артикул: 842670.01.99
Освещены основные тенденции развития садоводства и питомниководства в России. Проанализированы тенденции и технологические этапы формирования системы технологий и машин для отечественного интенсивного садоводства, приведены термины и определения. Материал изложен с учетом достижений науки и производства как в России, так и за рубежом. В книге приводятся данные исследований ученых г. Мичуринска-наукограда РФ, регионального научно-технического центра «Индустриальные технологии интенсивного садоводства». Для бакалавров и магистрантов, обучающихся по направлению «Агроинженерия». Может быть полезно преподавателям и работникам сельскохозяйственных предприятий различных уровней и аграрного машиностроения.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 35.03.06: Агроинженерия
- ВО - Магистратура
- 35.04.06: Агроинженерия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ МАШИН ДЛЯ САДОВОДСТВА Учебное пособие Под общей редакцией А. А. Завражнова Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2024
УДК 631.3 ББК 40.72 П79 Авторы: Завражнов А. А., Завражнов А. И., Манаенков К. А., Ланцев В. Ю. Рецензенты: доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Агроинженерия» Тамбовского государственного технического университета Ведищев Сергей Михайлович; доктор технических наук, профессор кафедры «Эксплуатация транспортных и технологических машин» Воронежского государственного аграрного университета Жачкин Сергей Юрьевич П79 Проектирование и расчет машин для садоводства : учебное пособие / [Завражнов А. А. и др.] ; под общей редакцией А. А. Завражнова. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 268 с. : ил., табл. ISBN 978-5-9729-2032-7 Освещены основные тенденции развития садоводства и питомниководства в России. Проанализированы тенденции и технологические этапы формирования системы технологий и машин для отечественного интенсивного садоводства, приведены термины и определения. Материал изложен с учетом достижений науки и производства как в России, так и за рубежом. В книге приводятся данные исследований ученых г. Мичуринска-наукограда РФ, регионального научно-технического центра «Индустриальные технологии интенсивного садоводства». Для бакалавров и магистрантов, обучающихся по направлению «Агроинженерия». Может быть полезно преподавателям и работникам сельскохозяйственных предприятий различных уровней и аграрного машиностроения. УДК 631.3 ББК 40.72 ISBN 978-5-9729-2032-7 © Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024
ОГЛАВЛЕНИЕ ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ И СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАШИН ДЛЯ АПК .................................................................................................... 7 1.1. Основные этапы проектирования и изготовления машин ............................ 7 1.2. Прогнозирование конструкций машин ........................................................... 9 1.3. Анализ разрабатываемых технических средств ........................................... 10 1.4. Применение системы автоматизированного проектирования (САПР) машин ...................................................................................................................... 11 ГЛАВА 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИНДУСТРИАЛИЗАЦИИ И ИНТЕНСИФИКАЦИИ ОТРАСЛИ САДОВОДСТВА ....................................................................................................... 12 2.1. Технологические основы индустриализации отечественного промышленного садоводства ................................................................................ 12 2.2. Принципы формирования системы технологий и машин для отечественного интенсивного садоводства ......................................................... 18 ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЯ И МАШИНЫ ДЛЯ УХОДА ЗА ПОЧВОЙ В САДАХ ................................................................................................................... 27 3.1. Системы содержания почвы в садах ............................................................. 27 3.2. Орудия для основной обработки почвы в междурядьях ............................. 29 3.3. Орудия для поверхностной обработки почвы в междурядьях ................... 30 3.4. Орудия для работы в садах с залуженными междурядьями ....................... 31 ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ДЛЯ ВЫРАЩИВАНИЯ ВЕГЕТАТИВНО РАЗМНОЖАЕМЫХ ПОДВОЕВ ЯБЛОНИ .............................. 36 4.1. Способы и технологии выращивания вегетативно размножаемых подвоев .................................................................................................................... 36 4.2. Общие сведения о применяемых субстратах, параметры укрывных валов и ленты отводков ......................................................................................... 45 4.2.1. Сведения об используемых субстратах, их физико-механических свойствах ................................................................................................................. 45 4.2.2. Параметры укрывного вала ......................................................................... 46 4.2.3. Ширина ленты и количество побегов поперек ряда ................................. 47 4.2.4. Прямолинейность рядов отрастающих побегов ....................................... 48 4.3. Посадка подвоев плодовых деревьев ............................................................ 50 4.4. Окучивание отрастающих побегов. Машины и рабочие органы ............... 51 4.4.1. Технические средства для окучивания побегов ........................................ 51 4.4.2. Технологические требования при проектировании машин для окучивания отрастающих побегов ................................................................ 55 4.4.3. Обоснование параметров машины для окучивания побегов ................... 55 4.4.4. Реализация математической модели процесса окучивания вегетативно размножаемых растений в маточном поле .................................... 60 4.5. Весеннее раскрытие маточных растений ...................................................... 61 4.5.1. Машины и рабочие органы для раскрытия корневой системы ............... 61 4.5.2. Схема и методика расчета машины с активным рабочим органом для весеннего раскрытия маточных растений ..................................................... 64 3
4.5.3. Реализация математической модели процесса раскрытия маточных растений ................................................................................................ 72 4.6. Раскрытие корневой системы перед отделением отводков ........................ 73 4.6.1. Машина для раскрытия корневой системы подвоев ................................ 73 4.6.2. Построение математической модели отпашников и процесса их работы ................................................................................................................. 74 4.6.3. Реализация математической модели машины для раскрытия корневой системы маточника ............................................................................... 78 4.7. Механизированное ошмыгивание листьев перед отделением отводков .................................................................................................................. 79 4.7.1. Способы и технические средства для ошмыгивания листьев ................. 79 4.7.2. Технологические требования при проектировании машины для ошмыгивания листьев ..................................................................................... 81 4.7.3. Моделирование процесса ошмыгивания листьев и обоснование параметров машины ............................................................................................... 82 4.8. Отделение отводков от маточных растений ................................................. 88 4.8.1. Технологические требования и технические средства для отделения побегов ........................................................................................... 89 4.8.2. Обоснование технологических параметров машины для отделения отводков от маточных кустов ...................................................... 94 4.8.3. Моделирование процесса схода побега с диска машины и результаты исследований агрегата для отделения отводков ........................ 100 ГЛАВА 5. ОБРАБОТКА ПРИСТВОЛЬНЫХ ПОЛОС ........................................ 101 5.1. Механическая обработка приствольных полос с помощью машины МПП-1,2 ................................................................................................. 101 5.2. Технологическая схема, параметры и режимы работы машины для механической обработки приствольных полос .......................................... 109 5.3. Косилка для мульчирования приствольных полос .................................... 113 5.3.1. Рабочий процесс и обоснование параметров косилки ........................... 114 5.3.2. Моделирование процесса перемещения скашиваемой в междурядьях травы в приствольных полосах ................................................ 123 5.3.3. Схема и технологический процесс косилки ............................................ 124 ГЛАВА 6. ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ ОТ ВРЕДИТЕЛЕЙ И БОЛЕЗНЕЙ И БОРЬБА С СОРНЯКАМИ .................................................................................. 126 6.1. Общие сведения о функциональном состоянии плодовых растений и методах их защиты ............................................................................................ 126 6.1.1. Общие сведения о защите растений ......................................................... 127 6.1.2. Основные способы химической защиты .................................................. 128 6.1.3. Классификация машин .............................................................................. 128 6.1.4. Агротехнические требования. ................................................................... 129 6.2. Разработка штанговых опрыскивателей ..................................................... 129 6.2.1. Обоснование параметров гербицидной штанги для химической обработки приствольных полос сада ................................................................. 129 6.2.2. Рабочий процесс штанги и анализ движения отклоняющейся секции у штамба ................................................................................................... 131 4
6.2.3. Вылив раствора по площади огреха ......................................................... 135 6.2.4. Проектирование устройства, исключающего образование огреха в приштамбовой зоне ........................................................................................... 138 ГЛАВА 7. ФОРМИРОВАНИЕ КРОНЫ И ОБРЕЗКА ПЛОДОВЫХ ДЕРЕВЬЕВ ............................................................................................................... 145 7.1. Технологические аспекты механизированной обрезки плодовых деревьев ................................................................................................................. 145 7.1.1. Кроны плодовых деревьев ......................................................................... 146 7.1.2. Определение механизированной контурной обрезки ............................ 149 7.2. Технические аспекты механизированной контурной обрезки плодовых деревьев ............................................................................................... 150 7.3. Основы теории бесподпорного резания ..................................................... 155 7.3.1. Общие положения ...................................................................................... 155 7.3.2. Математическая модель процесса резания ветвей плодового дерева ленточной пилой................................................................................................... 158 7.4. Шероховатость поверхности среза .............................................................. 168 7.4.1. Общее положение....................................................................................... 168 7.4.2. Факторы, влияющие на шероховатость поверхности ............................ 173 ГЛАВА 8. РАСКОРЧЕВКА И УТИЛИЗАЦИЯ МНОГОЛЕТНИХ НАСАЖДЕНИЙ ...................................................................................................... 180 8.1. Технологические операции расчистки земельных площадей .................. 180 8.1.1. Содержание работ при расчистке площадей ........................................... 180 8.1.2. Технология работ при сплошной и раздельной раскорчевке ................ 183 8.2. Способы и технические средства раскорчевки многолетних насаждений ........................................................................................................... 188 8.2.1. Способы раскорчевки многолетних насаждений .................................... 188 8.2.2. Технические средства для корчевания пней ............................................ 191 8.2.3. Технические средства для вычесывания корней многолетних насаждений ........................................................................................................... 201 8.3. Технологические требования при проектировании машины для корчевания остатков корней многолетних насаждений ............................ 204 8.4. Тяговое сопротивление рабочего органа корчевателя пней и остатков корней многолетних насаждений ....................................................................... 206 8.5. Технологическое обеспечение утилизации отходов раскорчевки ........... 218 8.5.1. Технологии и технические средства для измельчения отходов раскорчевки ........................................................................................................... 218 8.5.2. Технологическая схема машин для измельчения плодовых веток и их заделки в почву ............................................................................................ 226 8.5.3. Теоретическое обоснование параметров и режимов работы ножевого барабана ............................................................................................... 227 8.5.4. Определение параметров измельчителя древесно-растительных материалов ............................................................................................................ 233 ГЛАВА 9. ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ МАШИННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКА В ПРОМЫШЛЕННОМ САДОВОДСТВЕ .................................... 237 5
9.1. Особенности разработки интеллектуальной системы управления в садоводстве ........................................................................................................ 237 9.2. Робототехнические средства для садоводства ........................................... 243 9.3. Система позиционирования рабочих органов машин для работы в маточниках ......................................................................................................... 250 9.4. Объемная обрезка плодовых деревьев с помощью робота- манипулятора ........................................................................................................ 254 ЛИТЕРАТУРА ......................................................................................................... 260 6
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ И СТАДИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МАШИН ДЛЯ АПК 1.1. Основные этапы проектирования и изготовления машин Создание всякого нового механизма, машины или системы машин является чрезвычайно сложным процессом и включает в себя многие мероприятия от составления технического задания до запуска в серию. Основные этапы (стадии) проектирования и изготовления механизмов и машин регламентированы ЕСКД. Разделение процесса проектирования на последовательные этапы является в известной мере условным, поскольку в процессе проектирования пересматривают и уточняют ранее принятые решения. В соответствии с ГОСТ 2.103-2013 и ГОСТ Р 15.000-2016 создание машин включает следующие этапы работ (рисунок 1.1) [61, 62, 64]: 1. Техническое задание на проектирование машины (ТЗ). 2. Техническое предложение (ТПр). 3. Эскизный проект машины (ЭП). 4. Технический проект (ТП). 5. Рабочий проект (РП). 6. Изготовление и отладка опытного образца машины. 7. Предварительные и приемочные испытания опытного образца. 8. Корректировка конструкторско-технологической документации (КТД) и эксплутационной документации (ЭД) по результатам испытаний. В практике проектирования машин очень часто разработка технического предложения объединяется с этапом разработки технического задания, а этап эскизного проекта – с этапом разработки технического проекта. Это возможно при достаточно высокой степени унификации и типизации технических решений, применяемых в конструкциях машин для традиционных производств массовой продукции. Основным документом является техническое задание, от качества разработки которого, в большей степени, зависит успех в реализации задуманной конструкции машины. Техническое задание содержит: назначение машины; технические характеристики, показатели качества и состав (описание структуры) машины, обеспечивающие функционирование разрабатываемой конструкции машины в соответствии с указанным назначением; требования техники безопасности, эргономические и экологические требования, обеспечивающие удобство обслуживания и безопасность эксплуатации машины; экономические требования, устанавливающие предельные объемы материальных и финансовых затрат при создании машины; сроки выполнения работ, предусмотренных в ТЗ; условия поставки образца разрабатываемой машины, его транспортировки и хранения; правила испытаний и приемки заказчиком [65]. Техническое задание на разработку машины может содержать в приложении отчет о проведенных патентно-информационных исследованиях с заключением о патентной чистоте и перспективе патентной защиты разрабатываемой конструкции машины. 7
О С Н О В Н Ы Е Э Т А П Ы ( С Т А Д И И ) П Р О Е К Т И Р О В А Н И Я И И З Г О Т О В Л Е Н И Я М Е Х А Н И З М О В И М А Ш И Н Т е х н и ч е с к о е з а д а н и е О с н о в н ы е т р е б о в а н и я к м е х а н и з м у и л и м а ш и н е Т е х н и ч е с к о е п р е д л о ж е н и е Н а г р у з к и , с к о р о с т и , у с к о р е н и я Э т а п ы О б е с п е ч е н и е э т а п о в Н а з н а ч е н и е м а ш и н ы Т е х н и ч е с к и е п о к а з а т е л и А н а л и з р ы н к а А н а л и з к о н с т р у к ц и й П а т е н т н ы й п о и с к В а р и а н т ы к о м п а н о в о к К и н е м а т и к а , г и д р а в л и к а , п н е в м а т и к а , э л е к т р и к а Э с к и з н ы й п р о е к т Э с к и з ы , р а с ч е т ы , о п т и м и з а ц и я , т е х н и к о - э к о н о м и ч е с к о е о б о с н о в а н и е С т а н д а р т н ы е и у н и ф и ц и р о в а н н ы е у з л ы и д е т а л и К о н с т р у к т о р с к и е р е ш е н и я , о с н о в н ы е п а р а м е т р ы , р а с ч е т ы , о п т и м и з а ц и я Т е х н и ч е с к и й п р о е к т П р о г н о з и р о в а н и е к а ч е с т в а и н а д е ж н о с т и м е х а н и з м а и л и м а ш и н ы О к о н ч а т е л ь н ы е т е х н и ч е с к и е р е ш е н и я , о б щ и е в и д ы , с х е м ы , р а с ч е т ы , т е х н и ч е с к и е т р е б о в а н и я Р а б о ч а я д о к у м е н т а ц и я Д е т а л и р о в к а , с б о р о ч н ы е ч е р т е ж и , т е х н и ч е с к и е т р е б о в а н и я н а д е т а л и и у з л ы К о р р е к т и р о в к а д о к у м е н т а ц и и П а с п о р т , к а р т а т е х н и ч е с к о г о у р о в н я , т е х н и ч е с к и е у с л о в и я н а м а ш и н у , р у к о в о д с т в о п о э к с п л у а т а ц и и Р а с ч е т э к о н о м и ч е с к о й э ф ф е к т и в н о с т и Т е н о л о г и ч е с к а я п о д г о т о в к а п р о и з в о д с т в а И с с л е д о в а н и е и и с п ы т а н и е О п ы т н ы й о б р а з е ц Д о р а б о т к а т е х н о л о г и и и к о н с т р у к ц и и У с т а н о в о ч н а я с е р и я К о р р е к т и р о в к а к о н с т р у к т о р с к о й и т е х н о л о г и ч е с к о й д о к у м е н т а ц и и Э к с п л у т а ц и о н н ы е н а б л ю д е н и я и и с п ы т а н и я П р о м ы ш л е н н а я с е р и я К о р р е к т и р о в к а к о н с т р у к т о р с к о й и т е х н о л о г и ч е с к о й д о к у м е н т а ц и и Рисунок 1.1 – Этапы проектирования машин Техническое задание утверждается представителем заказчика и является основанием для разработки технического проекта. Технический проект является тем этапом проектирования, на котором разрабатываются принципиальные технические решения (общие виды) основных 8
элементов машины, ее структура и компоновка, системы главного привода, гидравлического привода рабочих движений, управления, а также проводятся необходимые, кинематические, динамические и прочностные расчеты, подтверждающие правильность разработки технических решений. После согласования технический проект служит основанием для разработки рабочей документации (РД). На этапе разработки рабочего проекта создается полный комплект РД, т. е. конструкторско-технологической и эксплуатационной документации, позволяющий изготовить машину, обеспечить ее отладку и провести приемочные испытания. Вся конструкторская документация выполняется в соответствии с требованиями стандартов единых систем конструкторской (ЕСКД) и технологической (ЕСТД) документации, единой системы допусков и посадок (ЕСДП), единой системы защиты от коррозии и старения материалов и изделий (ЕСЗКС), системы стандартов безопасности труда (ССБТ) и др. По завершению всего указанного комплекса работ по разработке опытного образца машины может предусматриваться подготовка и передача конструкторскотехнологической и эксплуатационной документации для изготовления серии (установочной серии) машин и постановки их на производство. 1.2. Прогнозирование конструкций машин Прогнозирование в области создания новых конструкций машин приобретает все большую значимость и охватывает широкий круг научных и технических направлений. Значение прогнозирования повышается тогда, когда имеет место относительно частое изменение требований, предъявляемых к конструкции. Одним из основных положений научного прогнозирования является то, что утверждение о вероятности свершения события делают на основании анализа событий, которые уже свершились. В условиях огромных потоков информации, имеющей как специальное, так и общетехническое направление, оказываются недостаточными личный опыт инженера и традиционные методы предвидения развития конструкций в будущем. В связи с необходимостью научно обоснованного предвидения развития техники, технологии получения новых материалов и т. п. в настоящее время интенсивно развивается инженерное прогнозирование. Под инженерным прогнозированием понимают научно обоснованную информацию, отражающую в виде вероятностной категории потенциальные возможности развития техники. Вопросы экономики вводят в содержание прогнозирования как составная часть. В то же время техническое прогнозирование создает базу для экономических прогнозов. Эффективность инженерного прогнозирования перед началом проектирования машин весьма значительна, и расходы на его выполнение вполне окупаются. Сложность разработки методов инженерного прогнозирования объясняется следующим. Во-первых, недостаточен объем исходной информации и зачастую отсутствуют количественные данные, по которым можно оценить возможные варианты конструктивных решений. Во-вторых, необходимость учета большого числа параметров и связей между ними даже в относительно простом про9
екте затрудняет его оценку, так как невозможно или весьма трудно дать обобщенную оценку конструкции по разным критериям. Все это требует соответствующей подготовки исходной информации. Основу инженерного прогнозирования составляют три направления, определяющие значимость новых открытий и изобретении, цель и техническую стратегию, перспективный уровень развития конструкции машин. Первые два направления используют в основном для среднесрочного и долгосрочного прогнозирования (20–30 лет), а последнее направление преимущественно для краткосрочного прогнозирования (5–10 лет). В инженерном прогнозировании используют теоретические и экспериментальные средства анализа и синтеза. Прогнозировать можно и отдельные параметры машины, например, массы. В ряде конструкций особое значение приобретает необходимость ограничения массы машины на ранних стадиях проектирования. Для этого анализируют аналогичные конструкции и устанавливают математическую зависимость массы от основных параметров машины. При этом следует учесть влияние на массу повышения конструктивной сложности отдельных сборочных единиц, а также коэффициента прогрессивного снижения массы конструкции совершенствованием методов расчета и конструирования, применением прогрессивных материалов, заготовок и т. д. Разнообразие решаемых задач в области прогнозирования привело к разработке большого числа методов. 1.3. Анализ разрабатываемых технических средств Анализ – это проектная процедура использования математической модели, выполняемая для получения информации о свойствах проектируемого объекта [89]. Одновариантный анализ – однократное обращение к математической модели (то, что в технической литературе называется расчетом). Многовариантный анализ сводится к многократному выполнению одновариантного анализа при варьировании значений внутренних и (или) внешних параметров с целью оптимизации внутренних параметров объекта. Анализ, по существу, предполагает обязательное выполнение (в явном или неявном виде) следующих этапов: - предварительное определение на основе использования математической модели значения размера или параметра объекта; - приведение полученного значения размера или параметра в соответствие с нормативными документами; - определение в соответствии с заложенными в математической модели уравнениями прочности действующих напряжений и сравнение их с допускаемыми напряжениями. Использование ЭВМ позволяет выполнять все три этапа анализа одновременно. В технической литературе первые два этапа называются проектным (проектировочным) расчетом, а последний этап – проверочным расчетом. 10