Механизация и автоматизация производственных процессов

В 70-е годы в нашей стране началось интенсивное освоение и внедрение механизации и автоматизации возделывания овощных культур в защищенном грунте.

По примеру совхозов "Марфино", имени Моссовета и имени Горького многие овощеводческие бригады Московской области механизировали трудоемкие производственные процессы, благодаря чему значительно повысилась производительность труда, поднялась урожайность, снизилась себестоимость рассады и овощей. В совхозе "Марфино" впервые освоили механизацию вывоза старых и завоза новых почвенных грунтов, внесения органических удобрений, опрыскивания растений пестицидами, очистки стеклянной кровли электрощеткой, доставки овощной продукции на склад, что позволило совхозу вдвое увеличить производительность труда. Завоз навоза, биотоплива, грунтов в теплицы осуществляют самосвалами с боковым свалом, самоходными шасси или обычными самосвалами. Равномерное распределение навоза и минеральных удобрений, их запашку проводят самоходной фрезой ФС-0,7а с электроприводом, опрыскивают растения пестицидами из компрессорных установок или из других механизмов. Для перевозки овощей используют электрокары.

Наиболее высок уровень механизации в совхозе-комбинате "Московский" (площадь 54 га). Конструктивные особенности теплиц и оборудования, технология выращивания различных овощных культур, а также конструкции средств механизации и автоматизации производственных процессов здесь тесно взаимосвязаны.

По общей оценке конструкций блочные теплицы являются наиболее совершенными культивационными сооружениями. В комплексе с установленным технологическим оборудованием они позволяют резко повысить производительность труда. Если в большинстве ангарных теплиц нагрузка на 1 рабочего-овощевода составляет 500-600 м², то в тепличном совхозе-комбинате - 1000-1200 м². Но при этом возрастает численный состав инженерно-технических служб. В то время как в ангарных теплицах работы по подкормке растений, поливу, регулировке параметров микроклимата выполняют тепличницы, в блочных теплицах, оснащенных современным оборудованием, системами автоматики, эти процессы осуществляют квалифицированные операторы.

Особенности конструкции теплиц и системы вентиляции. Во всех теплицах ¹/₄ поверхности кровли открывается для вентиляции.

В теплицах с пролетом 6,4 м двускатного типа фрамуги (44 шт. на 1 га) имеют длину 75 м и верхней частью шарнирно крепятся к коньковому брусу. Нижний край каждой фрамуги опирается на 26 реек, которые входят в зацепление с посаженными на трубчатый вал колесами и прижимаются к нему хомутами с капроновыми вкладышами. Валы длиной 75 м вращаются в гнездах кронштейнов с капроновыми вкладышами. Привод системы вентиляции осуществляется от мотор-редукторов мощностью 0,8 кВт. Всего на 1 га теплицы 4 мотор-редуктора (2 открывают фрамуги с левой стороны и 2 - с правой). Один мотор-редуктор одновременно открывает поверхность кровли площадью около 800 м².

Система вентиляции на 36 га первой очереди комбината "Московский" с 1970 г. работает только на автоматическом режиме. Для поддержания ее в исправном состоянии на каждом шестигектарном блоке работают 2 слесаря-наладчика.

Недостатком теплиц с пролетом 6,4 м двускатного типа является неудобство ремонта остекления кровли при длине ригеля 3,6 м. Но благодаря большому объему в них увеличивается воздушное пространство над культурами, удобнее проводить механизированные работы при смене культур (уборка растительных остатков, внесение навоза, обработка почвы).

В теплицах с пролетом 3,2 м открывающиеся фрамуги шарнирно крепятся к коньку. Через каждые 3 неподвижных участка кровли расположена 1 открывающаяся фрамуга. Ширина ее определяется расстоянием между шпросами и равна 75 см. В приводе этих фрамуг отсутствуют наклонные валы, что облегчает наладку системы вентиляции. С каждой стороны шатра устанавливают одно целое стекло длиной от конька до желоба 185 см, поэтому на кровле нет стыков между стеклами и ненужных зазоров и ее удобнее ремонтировать и обслуживать. Неудобство конструкции - недостаточная прочность и жесткость, трудность выполнения механизированных работ в период смены культур. Производительность труда при обработке почвы в теплицах с пролетом 3,2 м на 20-30% ниже, чем с пролетом 6,4 м.

Третий тип теплиц практически сочетает преимущества двух предшествующих: на кровле нет стыков между стеклами, и пролет по стойкам составляет 6,4 м, что удобно для выполнения механизированных работ. Особенностью конструкции являются шпросы из алюминия. Сложный и точно выполненный профиль шпроса позволяет укладывать стекла в пазы без применения замазки. Экономия тепла в этих теплицах в сравнении с теплицами первого типа достигает 10-20%. Некоторое неудобство такой конструкции заключается в том, что при замене битого стекла, чтобы достать его, необходимо сначала поднять фрамугу и потом последовательно сдвигать шпросы вдоль конька и желоба, выставляя целые стекла. Однако практически это делают очень редко.

Привод системы вентиляции в этих теплицах тросовый, он расположен вдоль центральной дорожки для открывания левых и правых фрамуг. От валов вдоль каждого желоба направлен трос с полиспастом. При вращении валов трос перемещается в ту или другую сторону. К тросу крепятся дуги фрамуг. При движении троса происходит подъем или опускание фрамуг. В конце секции к тросу крепится противовес, который держит его в натянутом состоянии. От произвольного подъема (в случае сильного ветра) фрамуги удерживают штормовые капроновые шнуры. На больших участках трос заменен стальной проволокой. При наладке каждый трос регулируют отдельно и в процессе эксплуатации периодически проверяют. В целом достоинством тросового привода является его независимость от вертикальных и горизонтальных отклонений опорных стоек. Нарушения допусков при монтаже металлоконструкций не так сильно влияют на работу системы вентиляции, как при реечном приводе.

Приготовление грунтов и питательных кубиков. Приготовление, грунтов заключается в смешивании 3 компонентов: торфа, дерновой земли и навоза. Известь добавляют в торф перед смешиванием, минеральные удобрения - после завоза грунта в теплицы. Бурты с компонентами располагают рядом Экскаватор забирает из них компоненты поочередно и укладывает в общий бурт. Затем массу многократно перемешивают погрузчиками Д-565 со смесителем СПУ-40М до однородного состояния. Стоимость приготовления 1 м³ смеси составляет менее 1 руб., трудовые затраты - 1,1-1,2 чел.-ч.

Грунт для питательных кубиков в совхозе-комбинате "Московский" готовят из торфа с добавлением небольшого количества песка, микро- и макроудобрений. Для просеивания торфа здесь изготовлена специальная установка. Загрузку торфа в эту установку осуществляют экскаватором Э-153. Производительность ее - до 200 м³ за смену.

Торф смешивают с удобрениями несколькими способами. При одном способе в определенную порцию торфа можно добавлять минеральные удобрения в сухом виде и растворы микроэлементов. Затем, используя различного вида растворомешалки, смесь доводят до тестообразного состояния и подают к месту изготовления кубиков. Этот способ трудоемок, требует больших отапливаемых помещений при изготовлении горшочков в зимнее время.

При другом способе на открытой бетонированной площадке предварительно просеянный торф погрузчиком ПБ-35 укладывают слоем 1 м. Поверхность торфа разбивают вручную на одинаковые квадраты, в каждый из которых сверху высыпают строго определенное количество микро- и макроудобрений. Затем всю массу тщательно перемешивают машинами Д-565 и СПУ-40М.

В совхозе-комбинате "Московский" получил распространение новый способ приготовления смеси для горшочков. Торф от просеивателя поступает на транспортер картофелесортировальной машины КСП-15 и далее на транспортер ПКС-80. Над транспортером установлено 4 туковых аппарата от культиватора-растениепитателя. Из них определенное количество удобрений подают в торф. Вращение рабочих органов аппарата и транспортера синхронно. Перед аппаратами над транспортером установлен шибер. Микроудобрения поступают в виде раствора через распылители. Всего в торф добавляют 11 видов макро- и микроудобрений. Далее смесь поступает в смесительный барабан и отгружается в бурт. Производительность установки - 100-120 т в смену. Обслуживают ее 3 человека. Питательную смесь для кубиков завозят на переоборудованном самоходном шасси Т-16М.

Питательные кубики в тепличном комбинате изготовляют на станках конвейерного типа. Станки просты по устройству и надежны в эксплуатации. Станок состоит из рамы, бункера, конвейера и штампа с электроприводом. Принцип его работы следующий: в момент подъема штампа лента продвигается на ширину 1 ряда кубиков и подает питательную смесь под штамп. Когда штамп идет вниз, лента останавливается, происходит нарезка 1 ряда кубиков, затем цикл повторяется. При нарезке кубиков размером 10×10 см производительность станка составляет 3600 шт/ч, 6×6 см - 6000 шт/ч. Станок обслуживают 4 человека.

Сухую смесь для кубиков, предварительно приготовленную на площадке, завозят за 2-3 дня до начала работы в рассадное отделение теплицы, прогревают и увлажняют. Перед погрузкой в бункер станка смесь пропускают через роторный рыхлитель. Готовые кубики снимают вручную специальными вилами и укладывают на грунт.

Для посева дражированных семян салата используют приспособление, автоматически высевающее в лунки каждого кубика по одному семени. Семена круглой формы высевают вручную здесь же на конвейере станка. Недостаток станка - неравномерная плотность массы по ширине ленты и отсутствие предохранителя на случай попадания в массу посторонних включений. В совхозе-комбинате "Московский" в процессе эксплуатации в конструкцию внесены изменения, устранившие эти недостатки.

Удобрение и полив. Предпосевное внесение минеральных удобрений в теплицах осуществляют разбрасывателем маятникового типа. Емкость бункера - 0,4 м³, производительность - более 2 га в смену. Он навешивается на малогабаритный трактор типа "Ейхер-Пума" (ФРГ) или на переоборудованный отечественный трактор Т-25А. Для внесения органических удобрений рационализаторы комбината разработали и смонтировали разбрасыватель навоза на шасси Т-16М (пониженный вариант). Его используют при внесении 50-60 т/га навоза.

Во всех теплицах комбината есть стационарное оборудование для полива и подкормки растений раствором минеральных удобрений. Вода из сети поступает в теплообменник, где подогревается до 25°С, далее насосами нагнетается в магистральную сеть. В каждом блоке (6- или 9-гектарном) установлено 2 работающих параллельно теплообменника и 2 центробежных насоса, что повышает надежность работы системы. Давление в системе автоматически регулируется в пределах 2,5-3 кг/см². Датчики автоматически отключают полив, если температура воды отклоняется от заданной.

От теплообменника вода поступает по магистральным стальным трубам, проложенным в соединительных коридорах, к теплицам и далее через задвижки по трубам, проложенным над дорожкой каждой теплицы. В середине каждой секции теплиц (с пролетом 6,4 м) к трубе подключен электромагнитный клапан. От клапана идет разводка пластмассовых труб в левую и правую стороны. В одних теплицах пластмассовые трубы расположены через 3,2, в других - через 1,6 м. Последний вариант лучше по равномерности полива. Трубы имеют 2 варианта высоты подвески - 30 и 210 см. Для перехода с нижнего полива на верхний и наоборот с помощью резьбовых муфт удаляют или ставят вертикальные вставки длиной 180 см. Полив осуществляют через форсунки дефлекторного типа, которые крепят к горизонтальным пластмассовым трубам сверху. Форсунки 3 типов: стержневые, щелевые и дуговые.

Управление поливом дистанционное. На пульте оператора котельной есть тумблеры, каждый из которых включает 2 электромагнитных клапана. С помощью реле времени устанавливают время и продолжительность полива.

Для подкормки растений в период вегетации используют растворный узел, имеющийся в каждом 6- и 9-гектарном блоке. Узел состоит из 4 емкостей с мешалками для приготовления концентрированных растворов различных удобрений. Раствор специальным насосом нагнетают в поливочный трубопровод под давлением 5-6 кг/см². Управление осуществляют с пульта оператора.

Для хорошей работы системы лучше всего использовать растворимые безбалластные удобрения. В поливочных трубах и в заборниках каждой емкости есть фильтры, которые необходимо периодически очищать.

Регулирование микроклимата в теплицах. Режим влажности регулируют изменением температуры воздуха, вентилированием теплиц и увлажнением через систему полива. Пока этот процесс не автоматизирован. Для создания определенного режима температуры действуют системы отопления и вентиляции.

Горячая вода, из котельной поступает в сборный коллектор, откуда через трехходовый смесительный клапан подается циркуляционным насосом в теплицы. Для каждой теплицы в котельной установлены отдельный насос и смесительный клапан, а в самой теплице для обогрева воздуха смонтировано около 40 км стальных труб диаметром 51 мм. По назначению их подразделяют на трубы нижнего и верхнего шатрового обогрева и для обогрева теплиц по периметру. Система отопления работает автоматически. Если температура воздуха в теплице превышает заданную, температурный датчик дает команду на исполнительный механизм, и смесительный клапан перекрывает доступ горячей воды из прямого коллектора с горячей водой и одновременно открывает доступ охлажденной воде. Если температура в теплице снижается, клапан работает в обратном направлении. В одних теплицах комбината установлены смесительные клапаны с пневматическим приводом, в других - с электрическим. Для обогрева грунта в теплицах ниже слоя почвы есть система подпочвенного обогрева, которая включается в коллектор котельной отдельно.

Система вентиляции также работает автоматически. Если температура в теплице выше заданной, мотор-редукторы системы вентиляции включаются на открывание фрамуг. При понижении температуры фрамуги автоматически закрываются. Управлять работой мотор-редукторов можно дистанционно с пульта управления оператора и с помощью кнопок, расположенных под каждым мотор-редуктором. На пульте управления можно включить на открывание отдельно левую и правую сторону фрамуг, в зависимости от направления ветра, можно обе вместе. Устанавливают также нижний и верхний пределы открывания. Для этого на трансмиссионном валу каждого привода есть потенциометр обратной связи с управлением на пульте. Для предохранения системы вентиляции от аварии на одной из реек каждого привода установлены концевые выключатели.

Защита растений. Стационарная система подготовки и подачи растворов пестицидов включает 2 смесительных бака с мешалками и насосами плунжерного типа, а также систему трубопроводов и передвижных шлангов с распылителями. Каждый насос имеет 3 плунжерные пары, изготовленные из нержавеющей стали. Максимальное давление 40, рабочее - 20-30 кг/см². От насосов раствор пестицидов через шланг высокого давления, выполняющий роль диэлектрика, поступает в магистраль, состоящую из цельнотянутых труб и шаровых кранов. Шланги длиной 50 м наматываются на барабаны передвижных тележек. Каждый 6-гектарный блок укомплектован 5 шлангами с распылителями. В работу одновременно включается 1 насос. Для точного дозирования есть горизонтальный шнек, который проворачивают вручную.

Для локальной обработки при очаговом заражении растений используют ручной ранцевый опрыскиватель ОРПГ-А.

Транспортные работы. При транспортировке продукции применяют тракторные подъемники, тележки. Ящики с продукцией в центральном проходе теплицы устанавливают на поддоны и вильчатым подъемником, навешенным на трактор Т-25А, автопогрузчиком 4004 или электропогрузчиком типа ЭП-103 перевозят в зал реализации.

Для перевозки продукции по территории комбината от блоков в центральную экспедицию используют двухосные прицепы. Чтобы продукция не испортилась в зимний период и при неблагоприятной погоде, на прицепы ставят деревянные фургоны. Погрузку и разгрузку осуществляют тракторными подъемниками и электропогрузчиками. Для перевозки рассады в период посадки изготовлены приспособления к подъемникам в виде этажерок, для сбора и вывозки растительных остатков и мусора - специальные опрокидывающиеся контейнеры. Как показала практика, универсальное использование подъемников экономически выгодно.

Дезинфекция теплиц и почвы. После удаления из теплиц растительных остатков все металлоконструкции, внутреннюю сторону кровли и стен обрабатывают раствором формалина. Для этого используют стационарную систему подготовки и подачи химических препаратов. Почву пропаривают под термостойкой пленкой. Под пленку устанавливают парораспределительные трубы с колпаками. Трубы шлангами соединяют с паропроводом, по которому пар поступает из котельной. Перед пропариванием включают подпочвенный обогрев. Для выпуска конденсата к паропроводу присоединяют шланг, конец которого выводят наружу или в водосток. После подготовки участка открывают вентиль. Пар поступает под пленку до тех пор, пока температура грунта на глубине 30 см станет не ниже 70°С. Продолжительность нагрева зависит главным образом от качества подготовки грунта и давления пара под пленкой.

Наибольший расход пара наблюдается в первоначальный период пропаривания. После того как первая пленка под давлением пара поднимется шатром, пускают пар во вторую и т. д. Оборудование рассчитано таким образом, чтобы всю площадь можно было обработать за 30 календарных дней.

После окончания пропаривания пленку, дав ей предварительно остыть, наматывают на деревянный барабан и переносят или перевозят на тракторном подъемнике на другой участок. Категорически запрещается ходить по пленке во избежание повреждения и трогать ее в горячем состоянии.

Вспомогательные операции. В теплицах, оснащенных сложным современным оборудованием, проводят множество вспомогательных операций, необходимых для создания благоприятных условий для роста и развития растений. Так, большой объем работ составляет ремонт остекления и промазки теплиц. В блочных теплицах, где поставлены шпросы из дюралюминия без замазки, уход за кровлей значительно проще. В теплицах же со стальными оцинкованными шпросами, особенно с пролетом 6,4 м, уход за кровлей требует существенных затрат труда и средств. Для обеспечения безопасности этих работ и повышения культуры труда в совхозе-комбинате разработана тележка, передвигающаяся по кровле теплиц с пролетом 6,4 м. Она состоит из рамы, сваренной из тонкостенных стальных труб, 4 опорных колес, передвигающихся по конькам теплиц, механизма привода и площадки, на которой находятся рабочие, стекло и инструменты. Находясь на площадке и пользуясь трапом, рабочий может легко и удобно перейти на любой участок кровли (по высоте), а пользуясь рукояткой привода велосипедного типа, передвигаться вместе с тележкой по конькам теплиц. Привод является также тормозом, предотвращающим самопроизвольное перекатывание тележки. Чтобы переместить тележку с одного пролета теплицы на другой, а также на другую теплицу, разработан специальный подъемник на колесах. Он имеет в верхней части посадочное место, на котором тележка опускается вниз. Затем подъемник вместе с тележкой передвигают вдоль цоколя теплицы на новое место, с помощью тросового механизма подъемника тележку поднимают вверх до уровня коньков и выкатывают на теплицу. Подъемником на кровлю подают стекло и другие материалы. Разработанные устройства могут найти применение при остеклении кровли в период строительства новых теплиц, при затенении ее и мойке. Тележку могут снять с подъемника (в нижнем положении) и поставить 2 человека.

Во многих передовых хозяйствах Подмосковья отработана и внедрена механизация работ в парниках. Для перебивки биотоплива используют экскаватор Э-153 и грейферный погрузчик ПГХ-0,5. Эти машины за 1 ч перебивают 30 м³ биотоплива, заменяя 4-5 рабочих. В совхозе имени Горького на перебивке, биотоплива используют автомобильный кран, смонтированный на шасси автомобиля ЗИЛ-150. В качестве рабочего органа установлен грейферный ковш. Производительность автокрана на этой работе 20 м³/ч. Если ручная перебивка 1 м³ биотоплива обходится хозяйству 1,7 руб., механизированная - на 1 руб. меньше. В совхозе имени Моссовета на перебивке биотоплива применяют экскаватор Э-505 производительностью 1000 м³ биотоплива за смену. Применение этого агрегата на весенней перебивке 18 тыс. м³ биотоплива позволило хозяйству сэкономить 1,5 тыс. чел.-дней. Для перебивки навоза и биотоплива применяют также смеситель-погрузчик СПУ-40М на тракторе ДТ-54, самоходный перебивщик-погрузчик ППС-1,2, грейферный погрузчик с гидроприводом ПШ-0,4 для самоходного шасси Т-16 и другие машины. В совхозе для набивки парников используют самоходные шасси Т-16М, на которые установили уширители колеи передних и задних колес, удлинители рулевых тяг и нарастили деревянные борта для увеличения объема самосвальной платформы. Экскаватором Э-153 биотопливо погружают в кузов переоборудованного шасси и транспортируют по трапам в котлован парника, где 2 рабочих разравнивают его вилами и накрывают парники рамами и матами, которые подвозят к парнику на шасси. Производительность самоходного шасси при расстоянии между складом биотоплива и парником до 100 м достигает 15 рам в 1 ч. При этом 1 экскаватор Э-153 или погрузчик ПГХ-0,5 бесперебойно обслуживает работу 4-5 шасси. Стоимость механизированной набивки парников в 2-2,5 раза ниже ручной.

В совхозах "Бронницкий", имени Моссовета, "Раменское", "Фаустово" для посева в парниках и весенних теплицах используют малогабаритные сеялки, организованы специальные цеха по изготовлению рассадных горшочков. Удобные, производительные станки для поделки питательных горшочков сконструированы в совхозе имени Моссовета. Механизированные потоки выращивания рассады на базе обогреваемых пленочных теплиц освоены в совхозах "Раменское", имени Тельмана и во многих других хозяйствах Московской области.