Автоматизация процесса посадки растений

Посадка сеянцев и саженцев древесно-кустарниковых пород производится лесопосадочными машинами, в основном, непрерывного действия, когда при поступательном движении агрегата образуется посадочная борозда, в которую подаются растения и производится заполнение борозды почвой и уплотнение ее. Известны и широко применяются в нашей стране лесопосадочные машины СЛЧ-1, СЛНЧ-1, ССН-1, ЛПА-1, МУЛ-1, МПП-1, МЛУ-1А, ЛМД-81, СЛГ-1, МЛБ-1 и другие. Большое разнообразие марок лесопосадочных машин вызвано различиями в условиях работы, складывающимися на сельскохозяйственных землях при выращивании полезащитных лесных полос, горных и овражно-балочных склонах, вырубках и гарях, а также породным составом посадочного материала, его размерами и габитусом.

Уровень механизации посадочных работ, т. е. объем посадки леса, выполняемый машинами, невысок и составляет 52…63%. Но что касается уровня механизации ручного труда, при обслуживании процесса механизированной посадки, то он еще ниже, около 25%. На обслуживании каждой лесопосадочной машины заняты два сажальщика и один оправщик. Это непозволительная «роскошь» при современном положении с рабочими кадрами, финансировании лесного хозяйства и защитного лесоразведения [1].

Труд сажальщика — это тяжелый и опасный труд. Он проходит в сложных климатических условиях (дождь, мокрый снег, низкая температура и ветер в таежной зоне; а в степных и полупустынных районах — иссушающий, постоянно дующий ветер при обилии солнечного излучения в течение рабочего дня); на лесных нераскорчеванных вырубках, где рабочий процесс сопровождается подъемом машины вместе с сажальщиками при преодолении препятствий в виде корней и пней и последующим резким падением; боковыми резкими смещениями машины, когда сошник ее ударяется о пни. Кроме того на вырубках остается большое количество порубочных остатков, которые нередко травмируют сажальщиков. Работа на склонах, а тем более на вырубках в горных лесах еще более опасна, поскольку она связана с возможностью опрокидывания агрегата, неудобным положением сажальщиков, вызванным боковым креном машины, что не только утомляет рабочих, но и резко снижает их производительность. К сожалению, остается до сих пор нерешенной проблема механизированной посадки леса, на землях, зараженных радионуклидами, где пребывание человека, незащищенного от вредного воздействия радиации, исключено.

Посадка леса производится ранней весной, в сжатые агротехническике сроки, от 10 дней на юге до 25 на севере. Это определяет парк лесопосадочных машин и штат обслуживающего персонала, в зависимости от объема посадки культур, поскольку производительность посадочного агрегата ограничена скоростью движения его не более 2…3 км/ч. Главной причиной столь малой скорости движения агрегата является ручная подача растений в захваты посадочного аппарата машины или непосредственно в посадочную борозду одним или двумя сажальщиками.

Еще академик В. П. Горячкин [3] отмечал, что пределы скорости мобильных машин ограничены, в первую очередь, самим человеком и условиями работы. Каждый человек имеет определенные пределы своих физиологических особенностей и возможностей, которые ограничивают быстроту его реакции. Установлено [5], что в среднем время восприятия человеком простой информации и ее переработки равна 0,25…0,5с, а время действия 0,15…0,3с. При таких скоростях реакций работа является очень утомительной и с каждым часом работы в течение смены темп подачи растений снижается.

Предельно максимальный темп подачи растений опытным сажальщиком около 35 экземпляров в минуту. При двух сажальщиках на машине темп подачи, как показывает практика, колеблется в пределах 40…55 растений в минуту. Принимают при разработке новой конструкции сажалки время на подачу одного растения сажальщиком равное 1с.

Переход на повышенные скорости тракторов и агрегатируемых с ними машин связан с усилением генерации вибрации и шума, изменением их интенсивности. На их еще большое усиление оказывают влияние условия работы на лесных вырубках, что оказывает неблагоприятное воздействие на организм человека. И это трудно устранить часто конструктивным путем.

Известны несколько способов увеличения поступательной скорости посадочного агрегата. Например, предложено увеличить шаг посадки, но это возможно только в тех случаях, когда предусмотрено схемой размещения культур. Можно ускорить движение машин путем установки приспособлений к посадочному аппарату в виде транспортеров различной конструкции. Например, в рассадопосадочных машинах «Робот» (Англия), СРН-5,2 (Болгария) и др. Этот прием повышает производительность агрегата при двух сажальщиках на 20…40% [3].

Коренное решение проблемы посадки леса, садов и виноградников на повышенных скоростях, снижения затрат ручного труда для обслуживания лесопосадочных машин и улучшения условий труда возможно на пути передачи функций сажальщиков и их самих автоматическим системам выполнения и регулирования технологического процесса посадки [2], [6].

К настоящему времени накоплен определенный опыт в разработке и применении автоматов подачи растений с открытой корневой системой в захваты посадочного аппарата. Известные автоматические системы подразделяются на автоматы с жесткими, гибкими кассетами и бескассетные.

Жесткие кассеты выполнены в виде плоских элементов (автомат ЛМД-21) или барабанов (автомат АЛП-1).

Автоматическое лесопосадочное приспособление АЛП-1 устанавливается на раму плуга ПКЛ-70 (рис.1) с помощью сплошного диска — основания 1 с вырезом для прохода сеянцев.

Рис. 1. Автоматическое лесопосадочное приспособление АЛП-1

На диске размещена кольцевая направляющая 2 для продвигаемых кассет. Барабан — питатель 3 расположен вертикально и разделен на секции перегородками. Секции представляют собой обоймы, служащие для наполнения заряженных комплектов кассет по периферии цилиндрического барабана. Сеянцы располагаются в дуговых кассетах с общей емкостью 1080шт.

Горизонтальные дуговые перемещение нижней кассеты на шаг подачи к месту выборки сеянцев осуществляются с помощью звездочки 4, размещенной на одном валу с крыльчаткой 5, которая периодически поворачивается от упоров, расположенных на захватах посадочного аппарата. Выборка сеянцев из кассет производится поштучно захватами посадочного аппарата. Освободившиеся от сеянцев кассеты сбрасываются в приемный бункер.

История создания автоматов с гибкими кассетами относится к началу 30-х годов прошлого столетия, когда была создана машина системы Шонхер (Германия) для посадки хлебных злаковых растений. Эта машина была укомплектована одноленточной кассетой. Растения закладывались в патроны ленты с шагом 25 мм. При работе посадочной машины лента с растениями непрерывно перематывалась с барабана на другой барабан. Съем растений с ленты осуществлялся специальными щипцами, установленными на машине.

В дальнейшем это направление получило развитие в рассадопосадочных, а затем в лесопосадочных машинах. Гибкие кассетные автоматы подразделяются на одно — и двух ленточные и шнуровые. Одноленточные кассеты имеют как жесткие, так и гибкие удерживающие элементы. Кассета перемещается на шаг размещения удерживающих элементов, который кратен шагу посадки сеянцев.

Сеянцы в двухленточных кассетах размещаются с определенным шагом на основной ленте и прикрываются дополнительной лентой. Например, в машине «Пикадор», предназначенной для посадки рассады овощных культур, сеянцев, саженцев и черенков винограда, подающее устройство состоит из двух пластмассовых лент, между которыми размещают посадочный материал с фиксированным шагом. Однако, практика применения двухленточных кассет показала, что крепление растений в кассете ненадежное. Растение имеет возможность перемещения по высоте относительно ленты, что ведет к нарушению глубины его заделки.

Из лесных автоматических подающих устройств следует отметить автоматы АПА-1 и ПЛА-1. В автомате АПА-1, установленном на лесопосадочной машине СБН-1А, применена одноленточная кассета с язычками (рис.2).

Рис. 2. Автомат посадочный АПА-1

Ленточная кассета 1 пропускается через шлицевой шкив 2 по направляющей дорожке, расположенной на нижней части бункера. При выходе из бункера кассета огибает натяжной шкив 3 и входит в зацепление с приводной звездочкой 4, рядом с которой расположен двухдисковый роторный разделитель 5. Роторный разделитель имеет упоры 6, которые при вращении перемещают очередной сеянец в зону действия захвата посадочного аппарата.

В автомате подачи ленточных кассет ПЛА-1 (рис.3) заряженная кассета укладывается в верхний бункер и присоединяется к дополнительной ленте, вложенной между подающими элементами. Перемещение ленты осуществляется от крыльчатки 1, синхронно работающей с посадочным аппаратом машины, через зубчатую пару 2, звездочку 3 и прижимные направляющие ролики 4.

Рис. 3. Посадочное приспособление ПЛА-1

Основными недостатками автоматов с гибкими кассетами являются громоздкость, большая трудоемкость зарядки кассет, сход с лент опорных направляющих роликов, низкая надежность и работоспособность элементов крепления растений в ленте.

Посадочные автоматы с жесткими кассетами, по сравнению с автоматами с гибкими кассетами, более компактны и не требуют дополнительного перемещения при зарядке сеянцами. Вместе с тем далеко несовершенны операции подачи кассет из бункера к захватам посадочного аппарата лесопосадочной машины и освобождения кассеты от сеянцев.

К общим недостаткам автоматов подачи следует отнести длительное время технологического пребывания каждого растения на открытом воздухе под воздействием солнечных лучей, ограниченность в породном составе, размерах и других параметрах посадочного материала. Известно, что время пребывания каждого растения с открытой корневой системой не должно превышать 5 минут. В противном случае, резко снижается приживляемость растений и замедляется их рост [4], [8]. Фактически растения пребывают на открытом воздухе не только в течение технологического времени, когда растение перемещается из бункера в посадочную борозду, и времени, связанного с техническими остановками по устранению возникающих неисправностей.

Другим существенным недостатком кассетных автоматов является то, что для обеспечения их работы требуется тщательная выборка сеянцев из общей массы по размерам, строению корневой системы и кроны. Остальные сеянцы выбраковываются, и они составляют менее половины, которые затем должны высаживаться обычными машинами с сажальщиками или вручную под меч Колесова, что неприемлемо для производства. Поэтому автоматы кассетного типа для сеянцев с открытой корневой системой не получили применения ни в нашей стране, ни за рубежом.

Решать проблему автоматизации процесса посадки надо начинать с посадочного материала, растения которого должны соответствовать требованиям работы автоматов, чтобы не производить сортировку и чтобы не было жизнеспособных отходов. Прогресс может быть достигнут при применении технологии и агротехники выращивания посадочного материала, позволяющие механизировать и автоматизировать выкопку, выборку и зарядку кассет. Вместе с тем надо ещё решать многие задачи, связанные надёжностью и работоспособностью автоматов подачи растений.

Вторым и главным перспективным направлением в решении автоматизации процесса посадки является применение растений с закрытой корневой системой (ПМЗК), так как в этом варианте предоставляется возможность формировать и контролировать параметры их в соответствии с требованиями к автоматам, их работе и качеству посадки.

Предпосылки для автоматизации лесопосадочных машин с использованием ПМЗК создаются рядом его свойств, которые, по сравнению с посадочным материалом с открытыми корнями (ПМОК), в большей степени отвечают критерию подготовленности к автоматизации процессов выращивания сеянцев (саженцев) и посадки их на лесокультурной площади. К таким свойствам относятся: брикеты, горшочки или капсулы определенной геометрической формы с постоянными размерными характеристиками, прочность и возможность поштучного свободного отделения их из общей массы, поштучная подача в посадочную борозду или углубление, упорядочное размещение на агрегате в количестве, достаточном для непрерывности рабочего цикла [7].

Производство посадочного материала с закрытой корневой системой, как отдельное направление, интенсивно развивается в течение последних 30 лет в скандинавских и других странах Европы, Канаде, США. В Финляндии и Швеции до 60−80% лесных культур создаются посадкой сеянцев, выращенных в теплицах в кассетах и контейнерах из торфа, бумаги, пластиков и пр. Сеянцы и саженцы высаживаются вместе с комом почвы, изъятых из кассет или в контейнерах, материал которых затем легко разлагается в почве.

В настоящее время за рубежом широко применяются различные автоматизированные устройства, высаживающие сеянцы с закрытой корневой системой. Большая часть этих устройств дискретного действия. Машины автоматизированные непрерывного действия составляют незначительную долю.

Машины и устройства дискретного действия классифицируются по способу подготовки посадочных мест в виде лунок разных размеров и по способу подачи сеянцев с закрытой корневой системой в лунки.

Одним из наиболее распространенных способов подготовки посадочных лунок — вдавливание в почву полых клинообразных раскрывающихся наконечников, число которых в машине колеблется от 1 до 4 и более. В США разработана машина, в которой применен бур с полым валом, перемещающийся вертикально под действием гидроцилиндра. Наконечники или буры расположены в нижней части полой трубы, по которой перемещается брикетированный сеянец, т. е. она является высаживающим механизмом. В ряде конструкций машин применен поворотный сошник, образующий посадочное место, в раструб которого вставлена труба высаживающего механизма.

Подача брикетированных сеянцев из многоярусного контейнера, размещенного на тракторе, в посадочную трубу осуществляется пневмотранспортером.

Отечественная сажалка САБ-1 производит посадку брикетированных саженцев при непрерывном технологическом процессе. Брикеты из кассет, находящиеся на платформе трактора ЛХТ-55, подаются лентопротяжным устройством в высаживающий аппарат.

На основании изложенного, следует считать, что посадка брикетированных растений при лесовосстановлении и в защитном лесоразведении является перспективным направлением. Хотя этот способ не самый дешевый, но он позволяет сократить сроки «простоя» земли в ожидании посадки, проводить посадку в течение всего безморозного периода, снизить до минимума эффект послепосадочной депрессии у сеянцев, увеличить приживаемость и сохранность культур, уменьшить в два раза число агротехнических и лесоводственных уходов, повысить производительность и безопасность ручного труда и автоматизировать процесс посадки и устранить ручной труд, связанный с обслуживанием лесопосадочных машин.

Что касается бороздообразующих и почвозаделывающих органов, то их типы и параметры научно обоснованы [2], [6]. В качестве заделывающих рабочих органов рекомендованы катки на пневматических шинах, а в конструкции сошника дополнительно введены заделывающие элементы. Эти изменения и дополнения позволяют увеличить скорость поступательного движения до 6,5 км/ч, т. е. почти в три раза выше скорости современных посадочных машин. Реализовать эти возможности можно при условии автоматизации подачи растений в захваты посадочного аппарата или непосредственно в посадочную борозду.

Однако, применить зарубежные достижения в автоматизации процесса посадки в чистом виде в практике отечественного машиностроения нельзя. Необходимы глубокие научные исследования и опытно — конструкторские работы в технологии и агротехнике выращивания посадочного материала разных древесных и кустарниковых пород, распространенных в России, в обосновании их параметров, технологии создания культур брикетированными растениями, конструкции и параметров автоматов поштучной подачи посадочного материала из транспортных контейнеров в посадочный аппарат лесопосадочных машин непрерывного и дискретного действия. саженец автоматизация механизация затраты В решении вопроса целесообразности создания лесных культур из брикетированных или контейнерных сеянцев следует учитывать то, что растения с закрытой корневой системой приживаются и развивают корни за пределы оболочки контейнера в условиях достаточного увлажнения. Следовательно, это возможно в районах таежной зоны, в горных условиях, особенно, на каменистых склонах. В зонах лесостепи и степи применение ПМЗК ограничено и их, как показывает практика, следует высаживать в естественных микропонижениях, вблизи разлагающихся пней и куч древесных остатков.

• 1. Бартенев И. М. Перспективы автоматизации в лесном хозяйстве и защитном лесоразведении / И. М. Бартенев // Лесное хозяйство. — 1987. — № 7. — с. 60−61
• 2. Бартенев И. М. Увеличение поступательной скорости лесопосадочных машин / И. М. Бартенев // Вестник сельскохозяйственной науки. — 1969. — № 7. — с. 98−100
• 3. Горячкин В. П. О повышенных скоростях / В. П. Горячкин // Собр. соч., т.7. М. — Сельхозгиз. — 1949. — с. 228−230
• 4. Дашкевич М. Д. Не оставлять открытыми корни сеянцев / М. Д. Дашкевич // Лесное хозяйство. — 1960. — № 4. — с. 43−45
• 5. Леви С. О поступательной скорости лесопосадочных агрегатов / С. Леви // Техника в сельском хозяйстве. — 1967. — № 3. — с. 27−28
• 6. Озолин Г. П., Бартенев И. М. Новые направления в создании машин для защитного лесоразведения / Г. П. Озолин, И. М. Бартенев // Вестник сельскохозяйственной науки. — 1977. — № 10. — с. 87−91
• 7. Чернышев В. В., Пельтек В. В., Кублицкий В. К., Баранов А. М. Механизация лесопосадочных работ / В. В. Чернышев, В. В. Пельтек, В. К. Кублицкий, А. М. Баранов // ЦБНТИ Госкомлес СССР. — 1987. — 25с.
• 8. Шубин В. И. О влиянии подсыхания двухлетних сеянцев сосны на их рост / В. И. Шубин // Лесной журнал. — 1971. — № 2. — с. 65−67