Machines and technologies of entire lands levelling for paddy field

Full Text

Введение Основное мелиоративное мероприятие, обеспечивающее высокие и стабильные урожаи риса и экономию поливной воды, - капитальная планировка рисовых чеков с точностью ±3 см. Хозяйства Краснодарского края проводят такую планировку каждые 5-8 лет. Применение в этот период эксплуатационной (ежегодно) и ремонтной (раз в 3 года) планировок сокращает потери урожайности риса на 20-30% [1]. Цель исследования Цель исследования - определение технических и экономических показателей различных машин и технологий планировки рисовых чеков и оценка эффективности их применения. Анализ состояния планировки рисовых чеков Капитальная планировка включает следующие виды работ: - подготовку почвы; - исполнительную вертикальную съемку поверхности чека; - составление по данным съемки проекта планировочных работ; - планировку чека по составленному проекту; - контрольную съемку с оценкой точности работ. Подготовка почвы предусматривает вспашку и дискование. Съемку проводят с применением лазерного передатчика типа Rugby 810 и автонивелира АН-3, смонтированного на транспортном средстве (тракторе, самоходном шасси, автомобиле). Передатчик, установленный на чеке, служит для формирования путем кругового вращения лазерного луча опорной плоскости, относительно которой производится отсчет проектных отметок поверхности земли. В процессе движения по чеку автонивелир записывает и хранит данные съемки. Затем эти данные вводят в компьютер с программным обеспечением ПО «ЧЕК» и составляют проект планировочных работ в виде картограммы чека и схемы возки грунта. Проект планировки чека служит оптимальным маршрутом движения машин. После окончания планировки по аналогии с исполнительной съемкой проводят контрольную съемку и по составленной картограмме оценивают точность спланированной поверхности чека. Капитальную планировку рисовых чеков выполняют с применением различных отечественных мелиоративных и других машин, к числу которых относятся скреперы ДЗ-87 и ДЗ-77, короткобазовые планировщики с бездонным ковшом ПАУ-4,2 и ПАУ-3,6, клин-планировщики КП-719, КПУ-4,5 и скрепер-планировщик СП-4,2. Каждая машина оснащается лазерно-приемным устройством ОКО-30 и гидроблоком ГБ-УК, что обеспечивает автоматическое поддержание рабочего органа машины на проектной глубине копания, параллельной лазерной опорной плоскости, формируемой передатчиком типа Rugby 100. Планировщики, скрепер-планировщик и лазерная аппаратура разработаны ОАО «Инженерный центр «Луч». Используют также короткобазовые планировщики типа Mara (Италия) с лазерным управлением. Применение того или иного типа машин во многом зависит от принятой технологии планировки рисовых чеков. На сегодняшний день известны четыре основных варианта технологий (Т-1, Т-2, Т-3, Т-4). В классическом виде технология планировочных работ по варианту Т-1 включает два этапа. На первом этапе скрепером (рис. а) производится срезка грунта на повышениях чека и его развозка в понижения, на втором - доводочная (чистовая) планировка короткобазовым планировщиком (рис. б) на всей площади чека в два следа. При работе машин с лазерным управлением сначала на чеке устанавливают лазерный передатчик, затем находят по ранее составленной картограмме место на поверхности чека с проектной отметкой, опускают на это место рабочий орган машины и настраивают центр приемника на лазерную плоскость. Потом, руководствуясь маршрутом перевозки грунта на проекте, производят автоматическую планировку чека с точностью ±2-3 см. Вариант Т-2 технологии планировки включает также два этапа. На первом этапе одновременно заняты две машины. Короткобазовым планировщиком срезают грунт на повышенных местах. При полном наборе грунта ковш приподнимают для разгрузки, оставляя на чеке земляной отвал, который скрепер забирает в свой ковш, отвозит и отсыпает в пониженные места. После завершения первого этапа выполняют доводочную планировку этим же планировщиком диагонально-перекрестными проходами. Технология планировки чеков по варианту Т-3 также состоит из двух этапов. На первом этапе клин-планировщик (рис. в) срезает грунт в зонах повышений и одновременно формирует по обеим сторонам клиновидного рабочего органа насыпные валики. После нескольких проходов клин-планировщика скрепер собирает грунт в ковш и транспортирует его в зоны отсыпки. Клин-планировщик и скрепер работают практически параллельно. На втором этапе работ короткобазовый планировщик осуществляет доводочную планировку. В случае использования скрепера-планировщика [2, 3] с короткой базой (рис. г) технология планировки (вариант Т-4) аналогична варианту Т-1, в отличие от которого используется одна машина, работающая в режимах скрепера и планировщика. Сначала скрепер-планировщик поочередно срезает грунт на повышениях и развозит его в понижения, затем проводит доводочную планировку за два прохода. Краткое описание конструкций машин и лазерных систем дано в работах [1, 2], а их основные технические характеристики представлены в табл. 1. Таблица 1 Технические характеристики машин для капитальной планировки рисовых чеков Основные технические характеристики Скрепер ДЗ-77 Планировщик ПАУ-4,2 Клин-планировщик КП-719 Скрепер-планировщик СП-4,2 Тип трактора К-701 Мощность двигателя, л.с./кВт 300/224 (для ЯМЗ-240Б) Ширина захвата, м 2,7 4,2 5 4,2 Вместимость ковша, м3 8,8 3,5 до 7 Скорости, км/ч: - рабочие - транспортные 4-7 до 10,5 4-7 до 35 4-7 до 25 4-7 до 35 Дорожный просвет, м 0,4 0,36 0,45 0,69 Габаритные размеры, м (длина×ширина×высота) 9,98×3,15×2,75 6,75×4,38×195 14,66×4,59×2,43 7,8×4,4×3,2 Радиус поворота, м 10 8 15 8 Масса, кг 10 150 3200 6500 6100 Состав лазерной системы Лазерный нивелир типа Rugby 810, лазерно-приемное устройство ОКО-30 и гидроблок ГБ-УК Обслуживающий персонал, чел. 1 Точность планировки с лазерным управлением, см ± 3-5 ± 2-3 ± 3-5 ± 2-3 Анализ работы машин при планировке рисовых чеков В табл. 2 представлено сравнение эксплуатационных показателей машин различных типов, используемых в рисосеящих хозяйствах при планировке рисовых чеков. Таблица 2 Сравнение показателей работы различных типов машин Машина Преимущества Недостатки Скрепер - Наибольший объем перевозки грунта в ковше, что повышает производительность машины. - Снижение тяговых сопротивлений при транспортировке грунта в поднятом ковше, что обеспечивает экономию горюче-смазочных материалов. - Наибольшая толщина срезки грунта ковшом под собственным весом и наибольший объем его перевозки, что снижает число проходов машины. - Невозможность применения на доводочной (чистовой) планировке. - Недостаточное заполнение ковша грунтом при мелких срезках, что приводит к снижению производительности машины. - Большая металлоемкость и высокая стоимость, повышенные энергозатраты на передвижение машины. - Плохой обзор процесса наполнения и разгрузки ковша, что ухудшает условия работы. Короткобазовый планировщик - Доводочная (чистовая) планировка за счет образования призмы волочения грунта в ковше. - Наличие рыхлителя позволяет работать в более плотных грунтах по сравнению с планировщиком Mara (Италия). - Наименьшая металлоемкость и стоимость машины. - Малая толщина срезки грунта ковшом под собственным весом, что увеличивает число проходов на чеках с большими неровностями. Клин-планировщик - Наименьшая энергоемкость процесса резания грунта за счет непрерывного схода грунта с отвалов клиновидного рабочего органа. - Наибольшая производительность машины. - Ограничение применения машины только на срезке повышений чека. - Наибольший радиус разворота, снижающий производительность машины Короткобазовый скрепер-планировщик -Больший объем перевозки грунта в режиме скрепера за счет наполнения ковша и образования перед ним призмы волочения по сравнению с планировщиком, что повышает производительность машины. -Увеличенная толщина срезки грунта ковшом под собственным весом по сравнению с планировщиком, что снижает число проходов машины. -Доводочная (чистовая) планировка в режиме работы планировщика. -Увеличенная металлоемкость и стоимость, повышенные энергозатраты на передвижение машины по сравнению с планировщиком. Кроме преимуществ, перечисленных в табл. 2, короткобазовые планировщики также выгодно отличаются от других машин тем, что имеют меньший вес и стоимость, высокую маневренность и проходимость, хороший обзор процесса наполнения и разгрузки ковша, что улучшает условия их эксплуатации. Анализ работы машин различных типов, представленный в табл. 2, показывает, что наиболее перспективно применение универсальной короткобазовой машины - скрепера-планировщика [2], обладающего значительными преимуществами по сравнению с другими машинами. Расчет производительности машин По данным [4], эксплуатационная производительность, га/смен, скрепера Пск при срезке и развозке грунта и планировщика Ппл на доводочной планировке определяются по формулам: ; (1) , (2) где Ксв - коэффициент использования сменного времени; Кмн - коэффициент снижения производительности машины за счет повторных проходов в местах значительных срезок или повышенной плотности грунта; Qск - рабочий объем грунта в ковше скрепера, м3; Vмн - средняя скорость движения машины, м/ч; Тсм - сменное время работы, ч; Lсв, Wчк - соответственно средневзвешенная дальность возки грунта, м, и объем земляных работ на чеке, м3/га, определяемые по схеме возки грунта и картограмме из проекта планировки чека; Rск - радиус разворота скрепера, м; Bпл - ширина захвата ковша планировщика, м; Δпл - перекрытие следа ковша планировщика при параллельных проходах, м; Nмн - число проходов машины, определяемое в зависимости от принятой технологии и выбранной схемы планировки чека. Производительность скрепера-планировщика в режиме работы скрепера рассчитывается по формуле (1), а в режиме работы планировщика - по формуле (2). Производительность клин-планировщика вычисляется по формуле (2) с учетом ширины захвата Вкп и дополнительной ширины двух насыпных валиков 2Δкп. В этом случае расстояние (Bпл - Δпл) в формуле (2) заменяется на (Bкп + 2Δкп). Ниже приведены эксплуатационные показатели различных машин, полученные на основании проведенных в хозяйствах Краснодарского края хронометражных наблюдений и инструментальных замеров. Примерные эксплуатационные характеристики машин Скрепер ДЗ-77 Qск , м3 ……………………… 5,5-6,5 Vск , м/ч ……………………... 3700 Lсв , м ……………………….. 100 Rск , м ……………………….. 10 Планировщик ПАУ-4,2 Bпл , м ……………………….. 4,2 Δпл , м ………………………. 0,15 Vпл , м/ч: - при Т-1, Т-3 и Nпл = 2 ……….. 6000 - при Т-2 и Nпл = 1 ……………. 4900 Клин-планировщик КП-719 Вкп , м ………………………… 5 2Δкп , м ………………………. 1 Vкп , м/ч ……………………… 4730 Nкп …………………………… 1 Скрепер-планировщик СП-4,2 Qск , м3 ………………………. 6 Vсп , м/ч: - в режиме скрепера ………….. 4900 - в режиме планировщика …… 6000 Lсв , м …………………………... 100 Rсп , м ………………………….. 8 Общие данные Wчк , м3/га ……………….. 150 Тсм , ч ……………………. 8 Ксв ………………………. 0,75 Кмн : - для ДЗ-77, СП-4,2 в режиме планировщика ………. 0,95 - для КП-719, СП-4,2 в режиме скрепера …………… 0,9 - для ПАУ-4,2 …………………………………………. 0,85 Расчет экономической эффективности планировки рисовых чеков Стоимость планировки Сп, руб/га, в отличие от [1] определим по преобразованным выражениям: ; (3) ; (4) ; (5) , (6) где Са, Ст, Сз - затраты на амортизацию оборудования, топливо и заработную плату; - сумма затрат в технологиях с учетом работы различных машин; Кт - коэффициент транспортных расходов по доставке техники; Кр - коэффициент затрат на текущий ремонт; См, Сл, Сб - стоимость машины (19,3%), лазерного оборудования (4,7%) и трактора (76%), руб.; Тс - амортизационный срок службы машин и оборудования, лет; Пм - производительность машины, га/смен; Тг - количество смен работы машины в году, смен/год; Рг, Сг - расход топлива, кг/смен, и его стоимость, руб/кг; Кз, Кн, Кп - коэффициенты начислений на заработную плату, накладные расходы и сметную прибыль; Зр - сменная заработная плата оператора, руб/смен; Ки - коэффициент использования трактора на планировке. , (7) где Тд - количество рабочих дней в году. Экономическую эффективность планировки рисовых чеков [1], руб/га, найдем по развернутой формуле: , (8) где Цр - закупочная стоимость риса-сырца, руб/ц; Dр - прибавка урожайности риса после проведения точной планировки, ц/га; Св, Сд - стоимость вспашки и дискования, руб/га; Сс - стоимость исходной съемки и проектирования планировки, руб/га; Ск - стоимость контрольной съемки и оценки точности работ, руб/га; Ку - коэффициент, учитывающий влияние микрорельефа на урожайность риса. Ниже приведены значения коэффициентов, стоимости машин, лазерного оборудования и подготовительных работ, а также информационные, нормативные материалы и другие данные. Исходные данные для расчета экономической эффективности Коэффициенты Кт ……………….. 0,025 Кр ………………. 0,015 Кз ………………. 0,44 Кн ………………. 0,36 Кп ………………. 0,2 Ку ……………… 0,45 Нормативные и другие данные Тс , лет …………………. 8 Тд , дней/год …………… 250 Тг , смен/год …………… 150 Рг , кг/смен ……………. 249 Dр , ц/га ………………… 12,9 Стоимость оборудования, тыс. руб. Сск ………………………. 1200 Спл ……………………… 739 Скп …………………….. 850 Ссп …………………….. 891 Сб …………………….. 3600 Сл ……………………... 224 Стоимость работ, руб/га Св ……………………. 700 Сд ……………………. 600 Сс ……………………. 287 Ск ……………………. 287 Удельная стоимость Сс , руб/кг ……………… 30 Зр , руб/смен …………… 1429 Цр , руб/ц ………………. 1000 Подставив приведенные данные в формулы (1)-(7), найдем производительность машин, стоимость планировки и экономический эффект в зависимости от применяемых машин и выбранной технологии (табл. 3). Все расчеты производились в программе Mathcad. Таблица 3 Технико-экономические показатели капитальной планировки рисовых чеков для условий Краснодарского края Технология Тип машины Выполняемые технологические операции Производительность машины Пм , га/смен Стоимость планировки Сп , руб/га Экономический эффект Эп , руб/га Т-1 Скрепер Срезка грунта с повышений и его развозка в понижения 3,2 6289 2132 Планировщик Доводочная планировка 6,2 Т-2 Планировщик Срезка грунта с повышений и его разгрузка в отвал 10,1 7255 1697 Скрепер Срезка и развозка отвалов грунта в понижения 3,5 Планировщик Доводочная планировка 6,2 Т-3 Клин-планировщик Срезка грунта с повышений с формированием двух валиков 15,3 7527 1575 Скрепер Срезка и развозка валиков в понижения 2,9 Планировщик Доводочная планировка 6,2 Т-4 Скрепер-планировщик Срезка грунта с повышений и его развозка в понижения 4,2 5015 2705 Доводочная планировка 6,9 Выводы Из табл. 3 видно, что в вариантах технологии Т-2 и Т-3 применяется наибольшее количество машин - три, что влечет за собой повышение стоимости планировки и снижение экономического эффекта. Наименьшая стоимость планировочных работ (5015 руб/га) и максимальный экономический эффект (2705 руб/га) соответствуют варианту технологии Т-4 с использованием одного универсального скрепера-планировщика, работающего сначала в режиме скрепера, затем в режиме планировщика.

About the authors

A. N Efremov

Luch Engineering Center, PLC

Email: icluch@yandex.ru
PhD in Engineering Moscow, Russia

S. Yu Nasonov

Russian State Agrarian University - Moscow K.A. Timiryazev Agricultural Academy

Email: serj.nasonow@yandex.ru
Engineer Moscow, Russia

References

Supplementary files