Основными задачами при разработке плодоуборочных машин в настоящее время являются повышение производительности, снижение повреждаемости плодов и деревьев, максимальное устранение ручного труда при очистке плодов от посторонних примесей и затаривании, обеспечение высокой проходимости и маневренности машин при простоте их конструкции и надежном приводе рабочих органов, обеспечение техники безопасности и др.
Процесс уборки плодов включает в себя несколько основных операций: развозка тары в междурядья сада, подбор падалицы, уборка плодов, сортировка плодов по качеству в саду, погрузка наполненной плодами тары в транспортные средства, транспортировка плодов на склад. При уборке плодов некоторых видов отдельные операции могут отсутствовать или видоизменяться. Например, при уборке вишни и черешни транспортировка убранного урожая может осуществляться в емкостях с водой — тогда операция погрузки плодов будет несколько отличаться от традиционной.
В зависимости от применяемой технологии уборки плодов необходим тот или иной комплекс (набор) машин для уборочных работ.
При любом способе уборки плодов первой операцией, как уже отмечалось, является подбор падалицы. Количество падалицы непостоянно — оно зависит от погодных условий, своевременного опрыскивания плодовых деревьев и многих других факторов, в том числе случайных. Тем не менее садоводческие хозяйства планируют сбор плодов в виде падалицы, который в среднем составляет 10 – 15% от общего валового сбора плодов. Качество падалицы различно: падалица в результате поражения вредителями считается малоценной, ветровая падалица имеет в своем составе 70 – 80% высококачественных плодов На подбор 1ц падалицы затрачивают в среднем 2 чел-ч.
В последние годы в ряде стран некоторые виды плодов идущих на техническую переработку, стали трясти на землю и затем подбирать плоды с помощью специальных подборщиков. Двухфазная уборка плодов стала возможной лишь после тщательного изучения продукции, приготовленной из плодов, убранных различными способами.
При уборке плодов на землю к почве предъявляют определенные требования. Она должна быть ровной и прикатанной, а если в саду газон, то он должен быть подстрижен. Для этой цели применяют специальные почвообрабатывающие орудия, совмещающие операции планирования и прикатывания почвы, или косилки высокой производительности с низким срезом.
Учитывая необходимость подбора плодов с земли при двухфазной уборке, а также падалицы в период созревания и перед уборкой урожая, почти во всех странах с развитым садоводством создают и широко применяют подборщики плодов. Их выполняют в прицепной, навесной или самоходной модификациях.
Общими тенденциями развития конструкций подборщиков плодов являются создание устройств, обеспечивающих максимальный подбор плодов с земли; обеспечение очистки плодов от посторонних примесей; введение в машины устройств для затаривания плодов; создание рабочих органов с минимальными затратами энергии на привод; обеспечение минимальной массы рабочих органов и машины в целом; обеспечение минимальной запыленности рабочего места оператора; широкое внедрение гидропривода и др.
Уборка плодов, как было указано, осуществляется тремя способами с применением различных технических средств.
Основные направления развития технических средств малой механизации сводятся к созданию легких и удобных в работе садовых лестниц и подставок, а также корзин — столбушек и плодосборных сумок, обеспечивающих минимальные повреждения плодов. Ручной способ уборки плодов обеспечивает высокое качество убираемых плодов и дает возможность собрать все плоды с дерева, однако производительность труда сборщиков при этом способе невелика (50 – 70 кг/ч), что не может удовлетворить сельское хозяйство.
Следующим этапом развития технических средств для уборки плодов явилось создание плодоуборочных платформ различного типа. Применение многоместных плодоуборочных платформ в специально приспособленных садах позволяет повысить производительность труда в 2 раза и более при высоком качестве снятых плодов.
Основные тенденции развития конструкций плодоуборочных платформ могут быть сформулированы следующим образом:
- создание самоходных и прицепных, полностью гидрофицированных платформ с возможностью индивидуального управления рабочими площадками;
- создание универсальных платформ для сбора плодов и обрезки кроны плодовых деревьев;
- разработка дополнительных устройств на платформе для установки пустой и временного хранения при перевозке по саду наполненной плодами тары, в том числе крупнообъемной (контейнеров);
- создание платформ упрощенной конструкции для уборки плодов в пальметтных садах;
- изыскание рациональных способов спуска плодов от места сборщика до тары;
- изыскание погрузочно-разгрузочных устройств для обеспечения погрузки пустой и разгрузки заполненной плодами тары и др.
Несмотря на определенное повышение производительности труда на съеме плодов при использовании многоместных платформ, их широкое применение ограничивается разнообразием форм кроны плодовых деревьев, поэтому они также не могут полностью удовлетворить потребности садоводческих хозяйств.
Из всех способов уборки плодов наиболее перспективным и экономически выгодным является механизированный, обеспечивающий увеличение производительности труда в 5 – 12 раз и снижающий затраты труда на выполнение съема плодов не менее чем в 2 раза, поэтому следующим шагом в развитии технических средств явилось создание плодоуборочных машин.
Любая плодоуборочная машина состоит из двух основных частей: устройства для колебания деревьев (вибратора) и устройства для улавливания плодов.
Главные направления развития конструкций плодоуборочных машин следующие:
- создание самоходных, полностью гидрофицированных высокопроизводительных машин с законченным технологическим циклом;
- создание и применение для колебания деревьев инерционных штамбовых вибраторов;
- создание и применение сложных улавливающих устройств, обеспечивающих высокий выход здоровых плодов при механизированной уборке;
- изыскание материалов для покрытия рабочих поверхностей захватных устройств, предохраняющих повреждение коры штамба (ветви) дерева в месте обхвата;
- изыскание слабовытягивающихся, влагостойких, прочных и легких материалов для изготовления амортизирующих лент на приемной поверхности улавливающего устройства;
- изыскание способов и технических средств для затаривания плодов в ящики и контейнеры без их повреждений и др.
Возможности повышения производительности плодоуборочных машин путем уменьшения времени на обработку одного дерева крайне ограничены, так как все существующие в настоящее время плодоуборочные машины являются машинами позиционного действия.
Одним из путей повышения производительности плодоуборочных машин является создание и внедрение в производство высокоэффективных машин позиционного типа и машин непрерывного действия.
В машинах для непрерывной уборки плодов неприемлем перенос улавливающих устройств вручную. Улавливающие устройства зонтообразного типа также ие могут быть рекомендованы для внедрения в таких агрегатах, так как они предусматривают остановку машин около каждого дерева. Тенденция развития садов с уплотненными посадками и специальных пальметтных садов с небольшими расстояниями между деревьями в ряду показывает, что плодоуборочные агрегаты с раскрывающимися вокруг дерева улавливающими устройствами не смогут найти применения для уборки плодов в таких садах.
Остается две возможности создания высокоэффективных плодоуборочных машин. Это — плодоуборочные агрегаты с прицепными прямоугольными улавливающими устройствами и прямоугольные самоходные улавливающие рамы (самоходные машины) с устройствами для колебания ветвей (штамбов). Плодоуборочные агрегаты первого типа (с прицепными улавливающими рамами) не могут быть рекомендованы для применения в садах из-за недостаточной маневренности и слишком повышенных требований к формированию деревьев.
Таким образом, как для позиционной, так и для непрерывной уборки плодов наиболее оптимальным является плодоуборочный агрегат, состоящий из двух самоходных улавливающих рам, имеющих необходимую маневренность, и оснащенных устройствами инерционного типа для колебания ветвей или штамбовым вибратором для колебания всего дерева.
Основные пути дальнейшего развития а совершенствования плодоуборочных машин позиционного действия могут быть сформулированы следующим образом.
Машина должна иметь широкий диапазон регулирования частоты и амплитуды колебаний, что позволит применять ее для уборки плодов практически всех видов (вишни,, черешни, сливы, абрикосов, орехов, миндаля, яблок, груш и др.), используемых частично для технической переработки, частично для потребления в свежем виде и для закладки на хранение.
Ходовая часть машины должна иметь колеса повышенной проходимости, что позволит применять ее для уборки плодов в любую погоду. Передние и задние колеса должны иметь возможность поворачиваться в одну и разные стороны, что обеспечит высокую маневренность машины при подъезде к дереву, при развороте на межклеточной дороге, а также при длительных переездах машины с одного участка сада на другой или из сада на территорию хозяйства. Для подобного управления необходимо применение индивидуального гидравлического привода на каждое колесо.
С целью достижения универсальности и сокращения времени на колебания деревьев машина должна оснащаться двумя видами устройств: для колебания ветвей и для колебания дерева за штамб. При создании захватных устройств следует обратить внимание на неповреждаемость коры дерева (ветви) в месте обхвата. Для этой цели может быть рекомендован захват осевого зажима.
Для уборки плодов с деревьев разных размеров целесообразно иметь улавливающую поверхность большой площадью (например, площадью 100 м2), которая при необходимости уборки плодов с небольших деревьев могла бы быть уменьшена без изменения конструкций других узлов машины.
С целью увеличения выхода здоровых плодов (особенно нежных) при машинной уборке для гашения кинетической энергии падающих плодов целесообразно оснащать улавливающую поверхность двумя – тремя рядами амортизирующих лент, изготовленных из влагостойкого и мало растягивающегося материала, способного хорошо сопротивляться истиранию и разрыву. С той же целью улавливающую поверхность из амортизирующих лент необходимо сочетать с выгрузными ленточными транспортерами, рабочие поверхности которых покрыты эластичными влагостойкими материалами.
Крайне необходимо, чтобы каждая секция плодоуборочной машины имела независимый поток плодов, т. е. имела бы свою транспортерную, разгружающую и затаривающую системы Это позволит транспортировать и затаривать плоды даже при переезде машины к очередному, подлежащему обработке дереву.
Плодоуборочная машина должна быть оснащена устройством для очистки плодов от легких примесей (вентилятор наклонная горка). Применение горок благодаря простоте надежности в работе, небольшим затратам мощности и отсутствию шума предпочтительнее.
По требованию заказчика на машине должна быть предусмотрена возможность установки устройства для предварительного сортирования плодов по качеству. Наиболее простым устройством такого типа являются роликовые транспортеры.
Каждая секция плодоуборочной машины должна иметь специальные места для транспортировки небольшого (4 – 5 шт.) запаса порожних контейнеров. При этом контейнер под выгрузное устройство машины необходимо устанавливать с помощью механизма (например, вилочного подхвата) управляемого с рабочего места оператора каждой секции.
Плодоуборочная машина должна быть максимально гидрофицирована, что позволит сделать ее простой в обслуживании и надежной в эксплуатации. В связи с этим должно быть разработано и внедрено в производство гидрооборудование необходимых типоразмеров для плодоуборочных машин.
Все положения по дальнейшему совершенствованию плодоуборочных машин позиционного действия полностью относятся к машинам для непрерывной уборки плодов. Исключение составляет устройство для колебания деревьев. Оно должно быть выполнено так, чтобы можно было колебать деревья при непрерывном движении агрегата.
Развитие плодоуборочной техники зависит от широкого внедрения автоматических устройств по поиску штамба (ветви), захвату и последующему колебанию дерева, выбору поступательной скорости машины при непрерывной уборке плодов в зависимости от урожая, обеспечению необходимой скорости транспортных средств в зависимости от поступающей массы плодов, подводу средств для затаривания плодов с обеспечением минимальной высоты падения плодов и выбору режимов работы всего плодоуборочного агрегата в зависимости от непрерывно меняющихся условий работы. Для обоснования параметров плодоуборочного агрегата в зависимости от изменения условии его работы необходимо выявление закономерностей возможных изменений процесса на основе теории вероятности и случайных функций.
Эффективное применение плодоуборочных машин зависит не только, можно даже сказать не столько от тех технических усовершенствований, которые вносятся в их конструкции, но в значительной мере и от агротехнического фона, на котором они работают, т. е. от состояния садов.
Регулярный пересмотр и корректировка ГОСТов и ТУ на приемку и товарную обработку плодов, убираемых машинами, также поможет быстрее внедритьмашинный способ уборки плодов.
Основные задачи по созданию высокоэффективной плодоуборочной техники на ближайшую перспективу кратко могут быть сформулированы следующим образом:
- создание машин пневматического принципа действия, что позволит убирать плоды для любых целей;
- создание машин с законченным циклом (съем — затаривание) и рабочими органами, непосредственно воздействующими на плоды, что должно резко снизить повреждаемость плодов;
- исследование и создание устройств для затаривания плодов с элементами автоматики для плавного спуска плодов в тару;
- исследование и создание сложных улавливающих устройств (например, с надувной приемной поверхностью), что позволит получать высокое качество плодов после их съема;
- создание промышленных образцов тросовых машин для уборки на землю орехов с высокорослых деревьев (высотой 15 м и более) с приданием этой машине комбинированных агрегатов для обработки почвы (рыхлитель и планировщик с прикаточным приспособлением), газонных косилок и специальных подборочных машин с устройствами для очистки плодов от посторонних примесей и их затаривания;
- создание базовой модели плодоуборочной машины, оснащенной различными приспособлениями, способной убирать различные плоды с разных по размеру деревьев и др.
Как уже было отмечено, агротехнический фон при механизированной уборке плодов оказывает решающее влияние как на эффективность применения плодоуборочных машин, так и на повреждаемость деревьев и плодов.
Основные инженерные требования при создании плодовых культур, пригодных для механизированной уборки, следующие:
- Необходим принципиально, новый подход к формированию деревьев. Рекомендуется оставлять в кроне дерева 3 – 4 скелетные ветви, расположенные в разных плоскостях так, чтобы основная масса плодов размещалась по периферии кроны. При этом высота штамба дерева должна быть не менее 0,7 м, высота расположения концов ветвей нижнего яруса должна быть не менее 1,4 м от поверхности земли, световой просвет между деревьями в междурядьи должен быть не менее 2 м, диаметр кроны (максимальный размер) дерева желательно иметь около 6 м (но не более 8 м), высота дерева не должна превышать 6 м, каждая скелетная ветвь не должна иметь обрастающих веточек на длине 60 – 70 см от места прикрепления, угол отхождения скелетных ветвей от ствола желательно иметь в пределах 45 – 60°.
- Крайне желательна одновременность созревания плодов.
- Сорняки в саду должны быть удалены, почва за 10 – 15 дней до уборки выровнена, оросительные каналы засыпаны за 5 – 7 дней до начала уборки.
- Выравненность плодов по размеру и форме крайне желательна, так как это дает возможность лучше упаковать плоды увеличить использование тары на 8 – 12%.
- Меньшая связь плодоножки с ветвью, чем с плодом, является одним из главных условий съема плодов высшим сортом (с плодоножкой) при вибрационной уборке плодов.
- Выведение ограниченного количества сортов плодовых культур (20 – 40 вместо 1748 в настоящее время), устойчивых к механическим повреждениям, будет способствовать получению высокие урожаев и более качественной уборке плодов машинами.
- При внедрении пальметтных садов выращивать их необходимо в виде «плодовой стены шириной 0,8 – 1,2 м с высотой дерева не более 3,2 м и высотой штамба не менее 0,5 м. В пальметтных садах желательно иметь междурядье шириной 4 м (допускается 3,5 м).
При выполнении всех указанных требований к садам можно, ожидать наибольший экономический эффект от применения плодоуборочной техники.
