Взаимосвязь характеристик повреждаемости клубней с параметрами технического состояния сельскохозяйственной техники в процессе производства картофеля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева, Рязань, Россия

ВЗАИМОСВЯЗЬ ХАРАКТЕРИСТИК ПОВРЕЖДАЕМОСТИ КЛУБНЕЙ С ПАРАМЕТРАМИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА КАРТОФЕЛЯ

Рембалович Георгий Константинович к.т.н., доцент

Успенский Иван Алексеевич д.т.н., профессор

Кокорев Геннадий Дмитриевич к.т.н., доцент

Юхин Иван Александрович к.т.н.

В данной статье идет речь о соблюдении норм агротехнологических требований при производстве картофеля в частности. На примере комбайна КПК 2-01 рассматриваются места оказывающие наибольший повреждающий эффект на корнеплод, и приводится краткая методика расчета вероятностного количества поврежденной продукции

Ключевые слова: КАРТОФЕЛЬ, ПОВРЕЖДЕНИЯ, ПОТЕРИ, КАРТОФЕЛЕУБОРОЧНАЯ МАШИНА, ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО, ВЕРОЯТНОСТЬ картофель корнеплод поврежденный комбайн

Основная особенность сельскохозяйственной продукции состоит в том, что длительное время в ней происходят сложные биологические процессы (дыхание, дозревание, испарение влаги т.д.), от характера и интенсивности которых зависят качество и ее сохранность.

Картофель является одной из важнейших сельскохозяйственных культур. Это объясняется тем, что в настоящее время его производят почти в 140 странах мира (Россия занимает 3-е место) [1] на площади в 20 млн. га, с которой собирают свыше 320 млн. тонн клубней ежегодно.

Производство картофеля весьма трудоемкий и продолжительный процесс. Уборочные работы занимают 45-70 % от общих трудозатрат и требуют достаточно широкого спектра технических средств. Но важно не только как убрать выращенную культуру с поля, но и доставить в пункт назначения, выполнить это с соблюдением строгих норм агротехнических требований. Так для картофелеуборочных комбайнов существуют три показателя, превышение которых приводит к параметрическому отказу техники по параметрам качества продукции:

1) Потери. Картофелеуборочный комбайн должен выкапывать, отделять клубни от почвы, ботвы и прочих примесей и выдавать чистые клубни. Потери всех видов (оставлено на поверхности, оставлено в почве, не оторвано от ботвы и т.д.) не должны превышать 3% (но не более 6 ц/га);

2) Чистота клубней в таре (не менее 80%);

3) Повреждение клубней. При работе комбайна на легких, средних и засоренных камнями почвах (при температуре почвы не ниже +5 єС) повреждение клубней не должно превышать 10%, а на переувлажненных тяжелых почвах - 5%.

Приведем требования, предъявляемые к сельскохозяйственной технике при проведении уборочно-транспортных работ (табл.1-3) [2].

Таблица 1

Требования по качеству производимой продукции, предъявляемые к машинам для уборки картофеля

*- На тяжелых почвах

Таблица 2

Требования по качеству производимой продукции, предъявляемые к автомобилям сельскохозяйственного назначения

*- Для транспортно - технологических операций.

Таблица 3

Требования по качеству производимой продукции, предъявляемые к прицепам и полуприцепам

Повреждение клубней может вызываться воздействием на них динамических и статических нагрузок. Различают следующие виды повреждений: внешние и внутренние. К внешним будут относиться порезанные, раздавленные, клубни, а так же с трещинами более 20 мм по хорде и содранной кожурой в сумме более чем с 1/4 поверхности и т.д. К внутренним повреждениям - разрушение мякоти клубня. Причем каждый вид причиняемого ущерба клубню можно отнести к отдельному рабочему органу или их группе.

Так порезы на поверхности картофеля будут возникать при взаимодействии с острыми краями подкапывающих дисков и лемеха, раздавленные плоды - от действия на них комкодавителей, шнеков. Внутренние повреждения и трещины могут появляться при падениях и соударениях отдельных клубней и будут зависеть от упругости элементов грузов и поверхности, с которой соударяется или соприкасается продукт, крупности единицы продукта, его объемной массы, высоты падения (табл. 4).

Таблица 4

Ориентировочные данные о допустимой высоте сбрасывания картофеля [3]

При слабых ушибах, повреждающих ткани на глубину 5-12 мм, или небольшом сдавливании клубней повреждение не оказывает решающего влияния на лежкость картофеля. Однако это снижает качество столового и семенного картофеля. При более сильных повреждениях картофель часто становится непригодным для продовольственных целей. Поврежденные клубни скорее прорастают, что также отрицательно сказывается на их семенных качествах [3].

На примере комбайна КПК 2-01 определим возможные участки возникновения повреждения клубней. Здесь, ожидаемыми источниками возникновения механических повреждений являются перепады с третьего элеватора на пальчатую горку, с пальчатой горки на подъемный транспортер (при падении клубня картофеля с высоты 150 мм и выше о жесткую поверхность возможны появления трещин на корнеплоде), а так же из-за соударения с другими падающими клубнями, комьями и т.д. (сила соприкосновения доходит до 160 Н) [4]. Последними источниками повреждения служат падения картофеля с переборочного стола в бункер и при последующей выгрузке в транспортное средство. Зависимость повреждаемости картофеля от высоты падения и массы клубней изучалась многими исследователями. Результаты имеются в работах Н.И. Верещагина, М.Е. Мацепуро, В.С. Митрофанова и др. [5,6].

Рассмотрим вероятностный способ определения количества повреждения клубней.

Повреждения клубней при контактном воздействии можно представить как вероятность сложного события, равную произведению вероятностей: контакта с рабочим органом клубня определенного размера, ориентации клубня в момент контакта и превышения допустимого параметра нагружения при контакте

, (1)

где - повреждения клубней, которые определяются при расчете или задаются агротехническими требованиями на данный процесс, %;

- коэффициент пропорциональности, учитывающий степень приближения геометрической модели клубня к действительным клубням картофеля;

- вероятность падения на поверхность рабочего органа клубня определенного размера;

- вероятность контакта клубня с повреждающей частью рабочего органа, которая зависит от рассматриваемого процесса и конструкции рабочего органа;

- вероятность превышения предела прочности и ориентация клубня в момент контакта.

Повреждения в этом случае есть отношение количества (или массы) клубней, получивших одно повреждение, к общему количеству (или массы) клубней. При многократном взаимодействии клубней с рабочим органом возможно , т.е. клубни могут получить больше одного повреждения.

Как явствует из приведенных выше формул предельный допустимый параметр нагружения (например, высота сбрасывания ) есть функция размера клубня . В общем виде, .

Если в пределах изменения аргумента предельный параметр нагружения выше действующего, то вероятность повреждения равна нулю. В том случае, когда для некоторого размера предельный параметр равен или меньше действующего (), появляется вероятность повреждения клубней, начиная с размера . При взаимодействии клубней с рабочим органом возможно бесконечное множество вариантов ориентации клубней. Но нам известны функции только для шести равновероятных вариантов ориентации. Обозначим эти варианты индексом . Количество равновероятных вариантов ориентации клубней, для которых известны функции обозначим через .

Обозначим индексом те варианты ориентации клубня из равновероятных вариантов , при которых возможны повреждения. Заметим, что .

Для определения вероятности падения на рабочий орган клубней определенных размеров P1 при ориентации j можно записать в виде:

(2)

где - критический параметр клубня при данной ориентации ;

- границы размеров фракции;

- функция распределения клубней по размеру;

Для несортированного картофеля это - функция нормального распределения.

Вероятность можно выразить при помощи нормированных функций распределения Лапласа.

 (3)

где - функция Лапласа (табличные);

- среднее квадратичное отклонение размера .

Данные о величине у приводит Н.Н. Колчин [7]. Если испытываются фракции с равномерным по размеру распределением клубней, то формула получает более простой вид:

(4)

В опытах по испытанию определенных размеров клубней . Пределы изменения следующие: . Это означает, что при . Для вероятности контакта клубня с рабочим органом запишем

(5)

где - площадь поверхности рабочего органа способная вызвать повреждения картофеля;

- полная площадь рабочего органа.

Очевидно, если клубни взаимодействуют с плоской поверхностью, то .

Вероятность превышения предельного параметра нагружения есть отношение разности действующего и предельного параметров к действующему параметру. Для размера и варианта ориентации запишем:

 (6)

где - величина превышения допустимого параметра нагружения (например, высота сбрасывания ).

Выражение для повреждаемости при ориентации клубней перепишем в виде:

(7)

Суммарную повреждаемость определим как среднюю арифметическую из значений повреждаемости для всех равновероятных вариантов ориентации клубней:

(8)

В опытах по изучению повреждаемости клубней определенного размера . Тогда с учетом

(9)

Для случая изучения повреждения клубней по фракциям с границами и при равномерном распределении клубней по размеру внутри фракции общая формула получает вид

 (10)

В рамках научно-исследовательской работы учеными Рязанского ГАТУ разработан целый ряд рабочих органов и машин для повышения качества и надежности уборочно-транспортного технологического процесса в картофелеводстве. Их применение в зависимости от почвенно-климатических условий района или конкретного хозяйства позволяет существенно повысить агротехнические показатели всего процесса в различных погодных условиях.

Применительно для рассматриваемого картофелеуборочного комбайна возможна установка устройств, повышающих эффективность технологического процесса таких как: сепарирующая горка с лопастным отбойным валиком [8]; сепарирующая горка, снабженная механизмом угловых колебаний в вертикальной плоскости относительно шарнира подвески и кинематически связанным с ним стабилизатором колебаний [9]; интенсификаторы сепарации [10]. Для транспортировки продукции с поля возможно применение усовершенствованного самосвального кузова тракторного прицепа 2ПТС-4 [11], а так же усовершенствованного тракторного прицепа 2 ПТС-4 с устройством стабилизации положения кузова транспортного средства [12], основным элементом которого является группа комбинированных упругих элементов, состоящих из двух пружин разной жесткости, охватывающих одна другую и имеющих разную высоту (высота пружины меньшей жесткости большей высоты пружины большей жесткости).

При изучении влияния скорости вертикальных и горизонтальных колебаний грузовой платформы транспортного агрегата на уровень повреждений продукции при транспортировке было установлено, что применение устройства стабилизации положения кузова транспортного средства с разработанной нами группой комбинированных упругих элементов различной жесткости позволяет снизить повреждения картофеля по сравнению с серийным вариантом на всех нагрузочных режимах. При максимально допустимой скорости движения транспортного поезда 24,4 км/ч это сокращение это составляет около 18,1% [13].

Для расширения диапазона применения сельскохозяйственной техники существует возможность регулировки отдельных устройств и техники в целом под определенные почвенно-климатические условия. Так, к примеру, на переувлажненных тяжелых типах почв присуще чрезмерное загрязнение вороха, а на почвах с недостаточным увлажнением - количество поврежденного картофеля. Своевременное проведение ТО сельскохозяйственной техники позволяет снизить повреждения перевозимой сельскохозяйственной продукции на всех этапах технологического процесса ее производства. Применение усовершенствованных устройств на серийных моделях в совокупности с оптимальной регулировкой картофелеуборочной техники способно снизить эти показатели до уровня нормативных агротехнологических требований.

Применение данных разработок в серийно выпускаемых моделях позволит расширить диапазон внешних условий для применения картофелеуборочных комбайнов в технологии машинной уборке картофеля.

Литература

1. Электронный ресурс. Сервер статистики FAOSTAT: http://faostat.fao.org/site/339/default.aspx (дата обращения: 06.09.2011).

2. Агротехнические требования на тракторы и сельскохозяйственные

машины. Т.22, 1976 г.; т. 23, 1978 г.; т. 25, 1979 г.; т. 26-29, 1981г.; т. 30-31, 1982 г.; т. 33,35, 1983 г.; т. 36, 1985 г.; т. 37, 1986 г.; т. 38, 1987 г.

3. Измайлов А.Ю. Технологии и технические решения по повышению эффективности транспортных систем АПК. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2007. С. 200.

4. Верещагин Н.И. Пути уменьшения повреждаемости картофеля при машинной уборке./ Материалы Всесоюзного совещания «Основные направления совершенствования конструкции машин для возделывания и уборки картофеля». ОНТИ, ВИСХОМ, -М. 1974, с. 120-126.

5.Мацепуро М.Е. Технологические основы механизации уборки картофеля. Минск, 1959. С. 297.

6. Митрофанов В.С. Изучение физико-механических свойств картофеля. «Физико-механические свойства сельскохозяйственных растений как основание для проектирования сельскохозяйственных машин» ВИСХОМ. М., 1939. с. 174-196.

7. Колчин Н.Н. Комплексы машин и оборудования для послеуборочной обработки картофеля и овощей. М.; Машиностроение, 1982. С. 268.

8. Патент № 95960, RU, М.кл.2 А 01 D 33/08 Устройство для отделения корнеклубнеплодов от примесей / Безносюк Р.В., Бышов Н.В., Борычев С.Н., Успенский И.А., Рембалович Г.К.. Опубл. 20.07.2010, бюл. №20.

9. Патент № 2399191, RU, М.кл.2 А 01 D 33/08 Устройство для отделения корнеклубнеплодов от примесей / Бышов Н.В., Борычев С.Н., Бойко А.И., Рембалович Г.К.. Опубл. 24.02.2009, бюл. №26.

10. Заявка на изобретение №2009125943, RU, М.кл.2 А 01 D 33/08 Сепарирующее устройство корнеклубнеуборочной машины / Рязанов Н.А., Успенский И.А., Рембалович Г.К. и др. от 07.06.2009.

11. Патент № 105233, RU, М.кл.2 А 01 D 91/02 Самосвальный кузов транспортного средства для перевозки легкоповреждаемой сельскохозяйственной продукции / Булатов Е.П., Успенский И.А., Юхин И.А., Рембалович Г.К., Кокорев Г.Д.. Опубл. 10.06.2011, бюл. №16.

12. Патент №81152, RU, U1B62D 37/00 Устройство для стабилизации положения транспортного средства / Минякин С.В., Успенский И.А., Юхин И.А.. и др. Опубл. 10.03.2009, бюл. №7.

13. Юхин И.А. Устройство для сохранения прямолинейности движения транспортного средства / Юхин И.А., Аникин Н.В., Кокорев Г.Д., Успенский И.А. // Нива Поволжья. Май 2010. №2(15). С. 48-50.

Размещено на Allbest.ru