Текст книги "100 великих достижений в мире техники"

Зачем сеть на картофельном поле?

Есть картошку многие любят, а вот убирать… Нелегкая это работа – нагнуться за каждым клубнем, поднять его и опустить в ведро. За день так намаешься, что уж и картошечке на столе не рад. А нельзя ли как-то облегчить уборку картофеля?

Конечно, можно. Именно для этого конструкторы и придумали картофелеуборочные машины. Однако многим из них свойственны недостатки. Одни потребляют много энергии, другие работают лишь на сухих песчаных почвах, третьи – повреждают картофельные клубни. Между тем ныне изобретены устройства и машины, которые должны решить эти проблемы.

Картошка в чулке. У этого способа три автора. Все трое – горожане, все знакомы с техникой. И к картошке отношение имеют примерно одинаковое: выращивают ее на дачных участках, по осени выезжают убирать урожай в подшефные колхозы и совхозы.

К изобретению каждый пришел своим путем.

…Костя Уткин в то время был учащимся ПТУ № 33 Санкт-Петербурга. И занимался в лаборатории технического творчества, которая есть при училище. Организатор лаборатории, изобретатель А. М. Иванов, учил ребят внимательно смотреть вокруг, находить свои, неожиданные и простые решения проблем.

Убирать картошку вручную в подшефном колхозе Константину Уткину не понравилось. Нагибаться за каждой картофелиной не так уж легко. К вечеру поясница даже у молодого человека словно чужая… «Добывать» картошку в магазине куда легче. Там она в сетках лежит. Факт, казалось бы, будничный. Картошку в городах довольно часто продают в пакетах и сетках. Домой ее носят в сетчатых авоськах – это тоже каждый видел. Что тут нового?. А мысль изобретательного человека уже заработала: «Покупатель получает картошку в сетке. А что, если ее прямо в этой сетке и выращивать?.»

Идея была настолько простой и в то же время неожиданной, что поначалу даже сам Костя не поверил в возможность ее осуществления. Решил проверить свою догадку на практике.

Поскольку под рукой подходящей синтетической сетки не оказалось, обошелся тем, что нашел, – старыми капроновыми чулками.

По весне он поместил клубни в мешочки из капроновых чулок и посадил их в почву с таким расчетом, чтобы кончики мешочков наружу из земли выглядывали. А по осени убирать ее оказалось намного легче; дернул за конец сетки, предусмотрительно оставленный весной на поверхности земли, – и картофельный куст у тебя в руках.

Мешки на привязи. Инженер из Казани Б. П. Липский подошел к проблеме по-другому. «В колхозе мне не раз приходилось наблюдать печальную картину, – рассказал он. – К уборке картофеля в достаточном количестве подготовлена современная техника, а посылать ее на поле не имеет смысла: земля после дождей раскисла, клубни из нее извлечь машиной невозможно»…

Современный картофельный комбайн требует ручного труда

Вот поле подсохло. Можно приступить к машинной уборке. Но присмотритесь внимательно, как работает обычный картофелеуборочный комбайн. По существу, это небольшой экскаватор. Чтобы извлечь килограмм картофеля, комбайн измельчает и просеивает до 200 кг земли. Представляете, сколько энергии при этом расходуется впустую?

«Поддевать нужно чем-то клубни, в этом вся штука, – продолжал рассказ Липский. – Тут и подоспела новость – придумка Уткина»… Прочитав о «картошке в чулке» – об этом написала «Комсомольская правда», – Б. П. Липский обрадовался: «Вот путь к решению!.»

Для того чтобы придумку школьника для дачного участка можно было осуществить на колхозном поле, нужно сеточки с клубнями связать вместе капроновой же веревкой. Тогда можно будет и посадку и уборку механизировать. Вот только сложно все получается. Машина для закладывания клубней в мешочки нужна? Нужна. А агрегат для связывания мешочков в единую цепь? А посадочная машина? А уборочная?. Словом, выходит, надо целый машинный парк создавать. Причем машины эти будут работать лишь раз в году, а остальное время простаивать. Быть может, отдельные мешочки стоит заменить единой сетчатой лентой?.

Сеть в огороде. И еще одного изобретателя увлекла идея убирать картошку при любой погоде и без потерь. Ему тоже не нравилось, как работают комбайны.

Изобретатель из Тулы Лев Емельянович Панасюк начал экспериментировать. Вместо механизмов попробовал использовать гидравлику, воздушное разрежение…

«Потом я решил попросить помощи у природы, – рассказал Лев Емельянович. – Уж сколько раз она выручала конструкторов! Не может быть, чтобы и в этот раз она не дала никакого совета»…

Так на подоконниках квартиры Панасюка появились цветочные горшки. И росли в них не какие-нибудь экзотические кактусы, а самая прозаическая картошка. Каждые пятнадцать дней Лев Емельянович брал один из горшков, осторожно размывал землю струей воды, интересовался подробностями образования клубней.

И сделал для себя открытие – клубни образуются на столонах. Столоны – это побеги, которые вырастают из «глазков» посаженного клубня. Если столон пробивается на поверхность земли, на нем вырастают листья, потом цветы и семена. А вот если побег остается в земле, на нем завязываются новые клубеньки. А вокруг образуется обычная корневая система. Конечно, биологам все это было давным-давно известно. Но Лев Емельянович смотрел на картофельный куст со своей, инженерной точки зрения. И природа не отказала изобретателю в подсказке. Каким образом?

Кроме разницы в своем назначении – корни доставляют растению питательные вещества, а столоны берут их для формирования и роста клубней, те и другие разнятся еще по своей толщине. Диаметр каждого корешка составляет в среднем 1 мм, в то время как толщина столона достигает 3 мм.

Значит, если сажать картофель в сетке, ячейки которой будут такой величины, что пропустят корешки, но не пропустят столоны, то осенью с помощью той же сетки можно будет и доставать картофель из-под земли. Чистенький, неповрежденный!.

На этом принципе и работают машины, сконструированные Л. Е. Панасюком.

…Три изобретателя, начавшие работу примерно в одно время, независимо друг от друга, решили проблему каждый по-своему. Но это вовсе не значит, что ту же задачу нельзя решить еще и четвертым, и пятым способами… Страна наша огромна, картофельные поля занимают в ней свыше 7 млн га. Так что места на этих полях, наверное, хватит разным машинам.

Картофельный детектор

В хлопотах и заботах незаметно прошло лето. Пора и урожай собирать. Но даже человек с его изощренным зрением не всегда может отличить покрытую мокрой осенней землей картофелину от такого же черного комка почвы. Что же говорить о картофельных комбайнах, гребущих с поля все подряд? Нельзя ли сразу на поле производить и сортировку?

Немало поломали голову над этой проблемой инженеры. Какие только детекторы не перепробовали: механические, телевизионные, ультразвуковые!. Немецкие ученые как-то даже решили наделить машину «всевидящим» гамма-зрением – поставили на подборочный конвейер что-то вроде рентгеновского аппарата. Его лучи пронизывали насквозь земляные комья и клубни, а стоящий напротив датчика приемник определял «что есть что».

Но гамма-лучи вредны для здоровья людей, и при работе с ними приходится принимать специальные меры предосторожности. Кроме того, как оказалось, для безошибочного детектирования необходимо, чтобы все клубни и комья были приблизительно одинакового диаметра.

По другому пути пошли специалисты Рязанского радиотехнического института; старший преподаватель А. Д. Касаткин и тогдашний студент-дипломник, а ныне уже инженер Сергей Решетников.

Они взглянули на картофельный клубень с точки зрения физики. Известно, что емкость конденсатора зависит от проницаемости материала, заложенного между его обкладками. Меняется диэлектрическая проницаемость. Меняется и емкость. Этот физический принцип и был положен в основу детектирования, так как диэлектрическая проницаемость картофеля оказалась отличной от диэлектрической проницаемости земли.

Контролировать уборку картофеля можно с помощью емкостного датчика

Но найти правильный физический принцип – только начало дела. Нужно было еще выяснить, на каких частотах детектор будет работать в оптимальном режиме, разработать принципиальную схему устройства, проверить правильность разработки на лабораторном макете.

«Наиболее трудной частью работы оказалось создание чувствительного емкостного датчика, – рассказывал Сергей Решетников. – Мы перебрали несколько вариантов и в конце концов остановились на такой конструкции. Датчик представляет собой две пружинные пластинки, расположенные друг относительно друга под некоторым углом. В эту своеобразную воронку и падают картофелины вперемешку с комьями земли. Как только картофелина или комок касаются обкладок конденсатора, система управления вырабатывает сигнал, значение которого зависит от диэлектрической проницаемости объекта, находящегося внутри датчика. Исполнительный орган – заслонка отклоняется в ту или иную сторону, производя сортировку»…

Эта работа удостоена награды Всероссийского студенческого научно-технического общества. И как знать, возможно, пройдет еще какое-то время, и в конструкцию отечественных картофельных комбайнов, разрабатываемых здесь же, в Рязани, добавится еще один узел – картофельный детектор с емкостным датчиком.

Ропот про арбузный робот

Одна из наиболее трудоемких работ в сельском хозяйстве – уборка бахчевых культур. Попробуйте-ка потаскать по августовской жаре массивные – весом до 10 кг, а то и более – шары арбузов, эллипсоиды дынь. Тут поневоле задумаешься о механизации…

Первое упоминание о возможности повышения производительности работ, связанных с арбузами, мне попалось в книжке Льва Кассиля – бывшего саратовца (а в окрестностях этого волжского города, как известно, сплошные бахчи), ставшего московским писателем. Описание технологии погрузки арбузов на баржу до предела лаконично: девчата кидали, Антон Кандидов ловил. И, натренировавшись, стал вратарем сборной республики.

Потом и сам я внес посильную лепту в арбузную антологию, рассказав в 1976 году, как на Всесоюзном слете юных техников внимание жюри и прессы привлекла действующая модель бахчевого комбайна, созданная школьниками из Ростова-на-Дону. Один из авторов, Виктор Парасочка, так описывал особенности своего детища, способного по замыслу механизировать все операции цикла выращивания бахчевых – от посадки семян до уборки.

«Устройства для посадки, подкормки использовали готовые, от уже существующих сельскохозяйственных машин, – рассказывал он. – Сложнее оказалось наладить механизм уборки. Но все же справились – разработали механическую руку с вакуумным стаканом, который берет арбуз “на присос”. Уборка более нежных дынь производится рукой с резиновыми пальцами».

Но как научить машину отличать спелые плоды от неспелых? Тут и взрослые люди ошибаются. Оказывается, для этой цели приспособили рентген. «Оператор видит на экране: если косточки темные – значит, плоды спелые, если светлые – пусть немного полежат, дозреют», – пояснил Виктор.

Школьники получили заслуженные дипломы, а про их разработку незаслуженно забыли. Во всяком случае, когда пять лет спустя я побывал в Саратовском институте механизации сельского хозяйства, единственной новинкой, которую мне смогли продемонстрировать, были орудие УПВ-8 и подборщик ПБВ-1, повышавшие производительность труда на уборке бахчевых аж в 80 раз!

«Ого!» – удивленно воскликнете вы. Я тоже воскликнул, но мое удивление стало куда большим, когда поближе познакомился с этими агрегатами.

Представьте себе: по полю движется колесный трактор. По бокам от него, а также непосредственно перед колесами укреплены толкатели – прикрученные к раме пластиковые или резиновые пластины. Машина едет – они, как им и положено, толкают, катят по полю арбузы, насильно отрывая от плетей. Причем толкают все подряд – большие и маленькие, спелые и зеленые. Да и от самой плети после такого наезда остается одно воспоминание. Правда, арбузы при этом худо-бедно выстраиваются в некое подобие шеренги.

Тогда на поле выходит подборщик. К нему, опять-таки под углом к направлению движения, приделана эластичная планка. Действует она по примеру пластин валкообразователя: по мере перемещения подборщика вперед перекатывает арбузы влево, в ячейки барабана. Тот вращается, арбузы в ячейках поднимаются вверх, пока пальцы выталкивателя не подадут их на транспортер. А резиновая лента с бортиками (чтобы собранное не скатывалось) доставляет плоды прямо в кузов грузовика. Поскольку прямо сбросить арбузы на дно кузова – сразу же их и угробить, транспортер кончается клеткой-гасителем, по зигзагам которой они должны мягко скатываться вниз.

Одна из наиболее трудоемких работ в сельском хозяйстве – уборка бахчевых культур

Насколько детища доцента В. И. Милюкова успешно справлялись с возложенной на них задачей, вы можете судить сами. Хотя бы по тому, что распространились сии агрегаты в основном по выставкам и институтам, а на поле их выпускали при крайней необходимости, когда уж урожай убирать совсем некому. Да и в самом деле: не все ли равно, какие арбузы попадут на корм скоту – целые или побитые?

На том, наверное, и стоило закончить арбузную эпопею, если бы не наши бывшие соотечественники, а ныне израильтяне. Воспользовались накопленным потенциалом в своем кибуце и предложили работоспособный арбузный комбайн. Нечто среднее между изобретениями ростовских школьников и волгоградского доцента. «Арбузный робот будет выглядеть как прицеп к трактору, оснащенный гибкими захватами, – говорит один из создателей прототипа Гейл Майлз. – Дополнительно он оснащается сильными вентиляторами и видеокамерами».

В общем, суть процедуры должна выглядеть так. Проезжая по бахче, агрегат струями воздуха раздвигает листья. Свет, отраженный непосредственно глянцевой арбузной коркой, фиксируется видеокамерами. Он тут же анализируется спектрометром. Кроме того, дополнительные датчики определяют состав и концентрацию ароматических газов, выделяемых растением. На основании полученной информации компьютер принимает решение о спелости того или иного плода. Если арбуз созрел, в действие вступает механическая рука со щупальцами, которая захватывает и срывает его. Перенося плод в транспортную тележку, робот одновременно взвешивает его и наклеивает кодирующую этикетку с указанием веса и даты уборки.

Ну а чтобы столь сложная техника не простаивала, ее создатели заложили в память робота программы, позволяющие использовать его для посадки, культивации и уборки не только бахчевых культур, но и салата, капусты…

«Мы полагаем, что при массовом производстве этот робот станет не дороже автомобиля-пикапа и будет вполне по карману фермерам», – пообещал инженер-разработчик.

…Такая вот получилась полосатая история. С эмигрантским хвостиком.

Мост через… поле

Представьте себе: вышли вы в поле и видите – через него вроде как мост перекинут. Или, говоря точнее, козловой кран установлен. Зачем он тут понадобился? Об этом я и попросил рассказать московского изобретателя И. А. Майсова, потратившего немало времени и сил на осуществление интересной технологии.

Идея Правоторова. По словам Ивана Александровича, сам он шел по стопам одного из родоначальников идеи мостового земледелия в нашей стране М. И. Правоторова. Но справедливости ради нужно сказать, что первыми были все-таки не наши соотечественники. Еще в 1860 году англичанин Генри Крафтон придумал и создал первой сельскохозяйственный «мост». Выглядел он так: два паровых локомобиля, шедшие параллельно, были соединены длинных бревном, к которому были прицеплены бороны.

Уже в XX веке идею развили, она обрела масштабность. Скажем, в 30-х годах, когда над ней работал и Правоторов, предлагалось перекрыть поле громадной, длиной в 100–150 м, решетчатой фермой-аркой. Она, словно мост, перекидывалась через всю ширину поля, опираясь своими концами на колесные тележки, которые должны были перемещаться по специальным рельсовым путям. Есть рельсы-направляющие и на самой ферме-арке, по ним, уже поперек поля, тоже движется тележка, на которую могут быть навешаны самые различные сельскохозяйственные орудия – плуги, бороны, культиваторы, сеялки и т. д.

Каковы преимущества такой схемы по сравнению с обычными способами возделывания урожая? Прежде всего почву перестают «утюжить» тяжелые сельскохозяйственные машины. Ведь не секрет, что тот же трактор «Кировец» продавливает землю, считай, на метр, укатывает почву так, что просто удивительно, как на ней еще может что-то произрастать.

Технология мостового земледелия позволяет этого избежать. Кроме того, над растениями перестают витать облака выхлопных газов – привод моста несложно сделать электрическим. А главное, технология мостового земледелия поддается автоматизированному управлению, позволяет нацеливать рабочий инструмент в точку с точностью до миллиметра, ориентируя его, скажем, с помощью лазерного луча. Словом, мостовое земледелие способно превратить поле в цех под открытым небом. А на закрытом грунте и вовсе не уступит современному промышленному производству.

Арка через поле. Однако в свое время изобретение Правоторова не получило распространения по двум причинам. Во-первых, стране нужны были механизмы попроще: тракторы, плуги, сеялки, культиваторы… В рабочих руках недостатка в нашей стране не ощущалось. Во-вторых, разработку подвел гигантизм, весьма свойственный в то время. Но на практике такой гигант оказывался весьма неудобным в эксплуатации, тем более что надежность нашей техники всегда оставляла желать лучшего.

Один из проектов мостового земледелия

Ныне же изобретатель Майсов предлагает фермерам не просто вернуться к старой схеме, но и изрядно ее усовершенствовать. «Вместо громоздких мостов я предлагают новые – легкие, компактные, способные работать хоть на дачном или приусадебном участке, а главное – дешевые, изготовленные своими руками из подручных материалов», – говорит Иван Александрович.

Например, в южных районах нашей страны последние годы накопилось огромное количество поливальных агрегатов. Их наделали столько, что кое-где от чрезмерного полива получилось больше вреда, чем от засухи. Эти-то поливные установки типа «Кубань», «Фрегат» и другие изобретатель и предлагает использовать в качестве базы для создания агромоста.

Ведь что, собственно, представляет собой такая установка? Труба, движущаяся на многочисленных опорных тележках вдоль поля. Стало быть, мост как таковой у нас уже есть. Осталось навесить на него подвижную тележку-тельфер с навесными орудиями и обрабатывать землю.

«Но если все так просто, почему до этого никто раньше не додумался, не внедрил у себя?» – спросите вы.

А все дело в том, что простота тут отчасти кажущаяся. Движение моста по полю должно быть жестко стабилизировано. Ведь, если произойдет смещение хотя бы на несколько сантиметров, культиваторные лапы попросту порежут все всходы, и убирать будет нечего.

Чтобы такого не случилось на практике, Майсовым и его коллегами разработано несколько систем, позволяющих агромосту перемещаться по полю, не сбиваясь с ранее проложенной колеи. Одна из них, например, предполагает движение с опорой на реперные точки. Для этого по краю поля прокладывают один рельс, который будет играть роль оси координат. Заодно вдоль него можно проложить водовод, электрический кабель для питания электромоторов. А по полю расположим штырьки-реперы. На тележках, перемещающихся по междурядьям, установим датчики-щупы, которые, нащупав такой репер, тотчас подадут сигнал в систему управления. Она установит тележку в нужном месте для обработки почвы. А чтобы реперы не мешали проезду колес, работе культиваторов и прочих механизмов, сделаем их отклоняющимися, эластичными. Под давлением колеса они уходят в почву, а потом снова выпрямляются.

Благодаря реперам, все тележки моста держатся строго прямой линии, не образуют дуги, как это обычно бывает при поливе. На такой установке можно работать и ночью. Надо лишь поставить люминофорные отметки на тележках, которые позволят оператору лучше ориентироваться в темноте. А еще лучше применить лазерные реперы.

Причем агромост – такая же универсальная машина, как и трактор, – какое орудие навесите, такую работу он и будет выполнять. Возьмем, например, полив. Установим на мосту штанги с датчиками состояния почвы (хотя бы инфракрасными), и полив будет вестись не вслепую, а в точном соответствии с потребностями почвы и растений. И вода экономится, и растениям больше пользы. Точно так же можно вносить удобрения, пестициды…

А наступит время уборки, скажем, корнеплодов – свеклы или картофеля, – к технологическим секциям моста, передвигающимся над полем, легко подсоединить секции не только с подъемниками, но и транспортерами, накопительными бункерами. А то ведь нынешние комбайны не столько работают, сколько ждут транспорт, чтобы разгрузить бункера…

Выручит чудо-мост и при уборке таких деликатных культур, как мандарины, виноград, клубника…