Повышение эффективности технологии уборки картофеля предварительным рыхлением клубненосного слоя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

Повышение эффективности технологии уборки картофеля предварительным рыхлением клубненосного слоя

Специальность 05.20.01 - технологии и средства

механизации сельского хозяйства

кандидата технических наук

Саяпин Олег Викторович

Саратов 2011

Работа выполнена в федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор Бойков Василий Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ларюшин Николай Петрович

кандидат технических наук Афонин Александр Евгеньевич

Ведущая организация - ФГОУ ВПО «Мичуринский ГАУ».

Защита диссертации состоится 27 мая 2011 г. в 12 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 220.061.03 при ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» по адресу: 410056, г. Саратов, ул. Советская, д. 60, ауд. 325.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ».

Отзывы направлять ученому секретарю диссертационного совета по адресу: 410012, г. Саратов, Театральная пл., 1.

Автореферат разослан 25 апреля 2011 г. и размещен на сайте: www. sgau.ru.

Ученый секретарь совета

по защите докторских

и кандидатских диссертаций Н.П. Волосевич

комбайновый картофель культиватор рыхлитель

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Картофель в России занимает одну из ключевых позиций среди самых потребляемых продуктов растениеводства и находится на втором месте после хлеба и хлебопродуктов.

В структуре производства картофеля уборка является одной из самых сложных и энергоёмких технологических операций, от качества выполнения которой в значительной мере зависят трудоёмкость последующих операций и длительность хранения полученной продукции. В отличие от многих других культур, для сбора урожая картофеля необходимо подкапывать большой по объёму и массе пласт почвы и выделять из него клубни с чистотой в бункере комбайна не менее 80 % и поврежденностью более 3 %.

При возделывании картофеля на средне- и тяжёлосуглинистых почвах, подверженных уплотнению в период ухода, к моменту уборки при подкапывании клубненосного слоя картофелеуборочными комбайнами образуется значительное количество почвенных комков, которые не отделяются сепарирующими рабочими органами комбайна. При этом содержание почвы в ворохе картофеля, поступающего в бункер, превышает 20 % и не соответствует агротехническим требованиям. В связи с этим картофелеуборочные комбайны, выпускаемые промышленностью, могут работать только на песчаных, супесчаных и средних по гранулометрическому составу почвах с оптимальной влажностью. На тяжёлых почвах чистота вороха картофеля не превышает 55-74 %, а поврежденность клубней составляет 18-25 %. При этом усложняется послеуборочная доработка вороха картофеля, что вынуждает картофелеводческие хозяйства на операциях уборки и послеуборочной доработки широко использовать ручной труд, значительно повышающий себестоимость конечной продукции.

Вся работа, предшествующая уборке, должна быть направлена на разрыхление структуры клубненосного слоя, удаление из него прочных почвенных комков и создание условий, позволяющих существенно уменьшить поступление на сепарирующие органы уборочных машин почвенных примесей, соизмеримых с размерами клубней картофеля. Выполнение этих условий позволит повысить эффективность использования комбайнов на тяжёлых почвах и снизить потери и поврежденность клубней картофеля.

Работа выполнена в соответствии с планом приоритетных научных направлений ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» по теме № 2 «Модернизация инженерно-технического обеспечения АПК», пп. «Разработка образцов сельскохозяйственных машин, орудий и мобильной техники» (гос. рег. № 01201151795), целевой программой «Развитие сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия Саратовской области на 2008-2012 годы» (закон Саратовской области № 228 от 09.11.2007 г.).

Цель работы - снижение содержания почвенных примесей в ворохе картофеля, поступающего в бункер комбайна, за счёт предуборочной обработки клубненосного слоя культиватором-рыхлителем.

Объект исследований - технологический процесс уборки картофеля с предварительным рыхлением клубненосного слоя.

Предмет исследований - закономерности повышения крошения почвы при взаимодействии с обрабатываемым слоем комбинированных рабочих органов культиватора-рыхлителя.

Методика исследования. При теоретических исследованиях использовали основные положения классической и земледельческой механики, сопротивления материалов и математического анализа. Экспериментальные исследования проводили в лабораторно-полевых и хозяйственных условиях в соответствии с действующими ГОСТами, ОСТами и частными методиками. Обработку результатов экспериментальных исследований выполняли с использованием ПК и программ STATISTICA и MathCAD.

Научная новизна. Получены аналитические выражения, устанавливающие зависимость степени крошения почвы от геометрической формы и скорости движения рабочих органов. Обоснована конструктивно-технологическая схема комбинированного рабочего органа и культиватора-рыхлителя для предуборочного рыхления клубненосного слоя посадок картофеля. Получены аналитические выражения, позволяющие определить основные параметры рабочих органов культиватора-рыхлителя, и математическая модель, устанавливающая зависимость степени крошения почвы от скорости движения и углов раствора рабочих органов.

Практическая значимость. Разработаны технологический процесс предуборочного рыхления гребневых посадок картофеля на средне- и тяжёлосуглинистых почвах с низкой влажностью, а также культиватор-рыхлитель с комбинированными рабочими органами, агрегатируемый с тракторами тягового класса 1,4, которые позволяют уменьшить содержание почвенных примесей в ворохе при уборке картофеля до 18 %, снизить травмируемость клубней на 23,6 % и обеспечить экономию затрат труда 14,3 %. Предлагаемый технологический процесс предуборочного рыхления клубненосного слоя дает возможность расширить диапазон применения картофелеуборочных комбайнов на почвах с тяжёлым гранулометрическим составом. Техническая новизна рыхлителя подтверждена патентом РФ на полезную модель № 92295.

Реализация результатов исследований. Культиватор-рыхлитель с комбинированными рабочими органами применяли для предуборочного рыхления гребневых посадок картофеля на полях ООО «Степное» и ФСО «Родники» Калининского района Саратовской области. Результаты теоретических исследований рекомендуется использовать научно-исследовательскими институтами, конструкторскими бюро и машиностроительными заводами при разработке рабочих органов и машин для уборки картофеля.

Апробация. Результаты исследований доложены и одобрены на научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов Саратовского ГАУ им. Н.И. Вавилова (2007-2011 гг.), на конференциях «Вавиловские чтения» (2007-2010 гг.), на Международной конференции, посвященной 90-летию Самарской ГСХА «Аграрная наука - сельскому хозяйству» (2010 г.), на Международной научно-практической конференции, посвящённой 70-летию профессора В.Ф. Дубинина (г. Саратов, 2010 г.), на III Российском форуме «Российским инновациям - российский капитал» (г. Ижевск, 2010 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 9 работах, в том числе 2 статьи - в изданиях, включённых в «Перечень ведущих журналов и изданий…» ВАК РФ. Общий объем публикаций составляет 2,67 печ. л. (из них лично соискателю принадлежит 1,64 печ. л.). Получен патент на полезную модель РФ № 92295.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и 16 приложений. Работа изложена на 185 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц, 82 иллюстрации. Список литературы включает в себя 145 наименований, в том числе 11 - на иностранных языках.

На защиту выносятся следующие научные положения:

· степень крошения тяжёлых почв, необходимая для эффективной работы картофелеуборочного комбайна;

· закономерности влияния геометрической формы и скорости движения рабочего органа на крошение почвы;

· технология уборки картофеля с предварительным рыхлением клубненосного слоя;

· конструктивно-технологическая схема культиватора-рыхлителя и аналитические выражения для определения его основных параметров;

· математическая модель, описывающая влияние технологических параметров на степень крошения почвы клубненосного слоя.

Содержание работы

Во введении обоснованы актуальность и значимость темы.

В первой главе «Состояние вопроса. Цель и задачи исследований» рассмотрены способы, технические средства механизированной уборки картофеля и агротехнические требования, предъявляемые к ним. Проведен анализ технологических процессов, выполняемых известными картофелекопателями и комбайнами, указаны перспективные направления их развития.

Исследованиям в области механизации процессов уборки картофеля посвящены классические труды основоположника земледельческой механики академика В.П. Горячкина, а также работы М.Е. Мацепуро, Г.Д. Петрова, А.А. Сорокина, С.А. Герасимова, Н.И. Верещагина, К.А. Пшеченкова, В.И. Виноградова, А.П. Дорохова, В.Т. Амеличева, С.Н. Борычева, А.Ф. Ульянова, А.А. Князева, В.И. Семёнова, Н.Н. Колчина, В.Н. Соколова и других ученых.

Для механизированной уборки картофеля широко применяются картофелекопатели и картофелеуборочные комбайны. Технологический процесс уборки комбайнами более эффективен по сравнению с картофелекопателями за счёт механизации процессов отделения растительных и почвенных примесей, погрузки картофеля в транспортное средство и обеспечения минимальных потерь клубней. В зависимости от физико-механических свойств и влажности почвы комбайновая уборка картофеля может выполняться тремя способами: прямым, раздельным и комбинированным комбайнированием.

Прямое комбайнирование применяют в условиях удовлетворительной сепарации на лёгких и средних почвах влажностью 12-25 %. Раздельный способ рекомендуют для уборки на средних и тяжёлых почвах с высокой влажностью (25-27 %), что позволяет уменьшить загрязнение и повреждаемость клубней. Комбинированный способ используют при уборке картофеля на лёгких и средних почвах с низкой влажностью (менее 15 %) с целью повышения производительности комбайнов и снижения травмируемости клубней. Однако, как было установлено исследованиями, на средне- и тяжёлосуглинистых почвах с низкой влажностью при уборке картофеля в бункер комбайна поступает значительное количество неотделившихся почвенных комков, соизмеримых с размерами клубней, в результате чего чистота вороха не превышает 80 %, а поврежденность составляет 18-26 %, что не соответствует агротехническим требованиям.

В соответствии с результатами анализа и поставленной целью в работе предполагается решить следующие задачи:

· провести анализ технологического процесса комбайновой уборки картофеля;

· теоретически исследовать влияние скорости движения и формы рабочего органа на крошение почвы;

· обосновать технологию уборки картофеля с предварительным рыхлением клубненосного слоя;

· разработать конструктивно-технологическую схему и обосновать основные параметры культиватора-рыхлителя;

· провести лабораторно-полевые исследования процесса крошения почвы экспериментальными рабочими органами и культиватором-рыхлителем и получить математическую модель процесса крошения;

· исследовать эффективность технологии уборки картофеля с предварительным рыхлением клубненосного слоя и послеуборочной доработкой вороха в хозяйственных условиях и провести её экономическую оценку.

Во второй главе «Теоретические исследования технологического процесса уборки картофеля и обоснование конструктивно-технологической схемы и основных параметров культиватора-рыхлителя» проведён анализ технологического процесса комбайновой уборки картофеля на почвах легкого, среднего и тяжёлосуглинистого составов, получена величина требуемой степени крошения тяжёлосуглинистой почвы для обеспечения выполнения картофелеуборочным комбайном агротехнических требований по чистоте вороха. Исследовано влияние скорости движения и геометрической формы рабочего органа на крошение почвы, обоснована конструктивно-технологическая схема культиватора-рыхлителя для предуборочного рыхления клубненосного слоя.

Анализ диаграммы загрузки и отделения почвенных примесей рабочими органами комбайна (рис. 1) показал, что сепарация при машинной уборке на средне- и тяжелосуглинистых почвах недостаточна, в результате чего содержание почвенных комков в ворохе картофеля, поступающего в бункер, составляет более 60 %, то есть качество работы комбайна не соответствует агротехническим требованиям.

Рис. 1. Диаграмма загрузки и отделения почвенных примесей рабочими органами комбайна на средне- и тяжёлосуглинистых почвах влажностью 12-17 %

Для оценки чистоты м вороха картофеля в бункере картофелеуборочного комбайна использовали формулу:

(1)

где k_кл - коэффициент содержания клубней в клубненосном слое; k_п - коэффициент содержания почвы в клубненосном слое; k_0-25 - коэффициент содержания почвенных примесей проходных фракций в клубненосном слое, подаваемого на сепарирующие рабочие органы; k_д - коэффициент увеличения проходной фракции в процессе дробления комков почвы; k_о - коэффициент отделения почвенных комков на переборочном столе и комкоотделительных рабочих органах.

Принимая чистоту вороха картофеля в бункере картофелеуборочного комбайна в соответствии с агротехническими требованиями, из выражения (1) можно определить необходимое процентное содержание почвенных частиц проходных фракций:

(2)

Расчёт показал, что для почв тяжёлого гранулометрического состава влажностью 12-17 % содержание почвенных частиц проходных фракций размерами менее 25 мм в подкапываемой массе должно составлять k_0-25 ? 95-97 %. В этом случае загрузка и отделение почвенных примесей рабочими органами комбайна выполняются по диаграмме (рис. 2).



Рис. 2. Диаграмма загрузки и отделения почвенных примесей на рабочих органах картофелеуборочного комбайна с заданным гранулометрическим составом почвы клубненосного слоя

Для теоретических исследований процесса крошения почвы клубненосного слоя за меру степени крошения принят показатель удельной площади поверхности частиц раскрошенной почвы.

Установлено, что для обеспечения заданной чистоты вороха картофеля в бункере комбайна при работе на почвах тяжёлого гранулометрического состава требуемая удельная площадь поверхности образованных частиц в результате крошения клубненосного слоя должна составлять не менее 0,84 м²/кг.

Анализ показал, что схемы рабочих органов почвообрабатывающих и корнеклубнеуборочных машин можно представить в виде двухгранного, трёхгранного клиньев или комбинации трёхгранных клиньев (рис. 3).



а б в г

Рис. 3. Схемы рабочих органов: а - двухгранный плоский клин; б - трёхгранный плоский клин; в - стрельчатая лапа; г - обратная лапа

При движении двухгранный плоский клин (рис. 4) производит сжатие почвы объёмом ДV, которое продолжается до тех пор, пока силы сжатия в пласте не достигнут предельной величины, необходимой для образования плоскости сдвига n-n под углом ш к дну борозды.

При дальнейшем перемещении клина со скоростью v от деформируемого пласта почвы по плоскости сдвига происходит отделение объёма почвы V, имеющего форму параллелепипеда. Отделённый элемент массой m начинает двигаться по рабочей поверхности клина с ускорением и одновременно скользить по плоскости сдвига n-n. При этом возникает сила инерции , которая оказывает сопротивление перемещению. Вследствие этого отделённый объём почвы дополнительно крошится. Работа А_к, затрачиваемая клином на сдвиг, перемещение и крошение отделённого объёма почвы:

(3)

где- сила сдвига элемента почвы объёмом V, Н; - сила инерции отделяемого элемента почвы V, Н; - сила трения отделённого элемента почвы в плоскости сдвига, Н; l_s - величина перемещения отделённого элемента почвы по плоскости сдвига, м.

Рис. 4. Схема крошения почвы двухгранным плоским клином

Согласно исследованиям академика П.А. Ребиндера, работа А_р, затрачиваемая на крошение твёрдых материалов, складывается из работ на упругую, пластическую деформацию и на образование поверхностей в разрушаемом материале. Она определяется по формуле:

А_р = К_д ДV + К_sДS, (4)

где К_д - коэффициент пропорциональности, равный работе, затрачиваемой на деформацию единицы объёма, Дж/м³; ДV -величина изменения объёма разрушаемого тела, м³; К_s - удельная работа на образование единицы новой поверхности, Дж/м²; ДS - дополнительно образованная внешняя поверхность частиц, полученных после крошения объёма V, м².

Принимаем, что работа, затрачиваемая на сдвиг, перемещение и крошение отделяемого объёма почвы клином, и работа, затрачиваемая на крошение материала по П.А. Ребиндеру, по величине равны. Тогда удельная площадь поверхности частиц, образованных в процессе крошения почвы:

[] (5)

или

[

]/

/ [K_sсb(a/sin ш- l_s)l_к], (6)

где ф - касательное напряжение сдвига почвы, Н/м²; a - глубина обработки, м; b - ширина обработки, м; ш - угол сдвига почвы в продольно-вертикальной плоскости, град.; с - плотность почвы, кг/м³; v - скорость движения клина, м/с; б - угол постановки рабочей поверхности клина ко дну борозды, град.; g - ускорение свободного падения, м/с²; цЧ - угол внутреннего трения почвы, град.; l_к - толщина отделяемого клином объёма почвы, м:

l_s - величина перемещения отделённого объёма почвы по плоскости сдвига, м:

q - коэффициент объёмного смятия почвы, Н/м³.

Анализ выражения (6) показал, что удельная площадь поверхности вновь образованных частиц почвы, полученная в результате взаимодействия движущегося двухгранного плоского клина с обрабатываемым слоем, зависит от физико-механических свойств почвы, глубины обработки, угла постановки рабочей поверхности клина ко дну борозды и скорости движения клина.

Рис. 5. Зависимость удельной площади поверхности образованных частиц почвы от скорости движения плоского клина v при глубине обработки a = 0,2 м

В результате расчёта удельной площади поверхности образованных частиц при крошении тяжёлосуглинистой почвы двухгранным клином в зависимости от скорости движения (рис. 5) установлено, что удельную площадь 0,84 м²/кг, необходимую для качественной работы комбайна, можно получить при скорости более 3,6 м/с. Однако скорости картофелеуборочных комбайнов ограничены пропускной способностью сепарирующих рабочих органов, что не позволяет достичь необходимой скорости обработки почвы.

Исследования крошения почвы трёхгранным клином и стрельчатой лапой (см. рис. 3, б, в) показали, что величина удельной площади поверхности частиц почвы, получаемой при обработке, снижается при уменьшении угла г.

Установлено, что при взаимодействии рабочей поверхности обратной лапы (см. рис. 3, г) с обрабатываемым слоем почвы возникает встречное боковое давление, величина которого значительно влияет на свойства и прочность почвы. Тогда можно принять, что напряжение, при котором происходит сдвиг объёма почвы рабочей поверхностью, выполненной в виде обратной лапы, будет определяться по выражению:

фЧ = ф^1+мcosг, (7)

где м - коэффициент влияния бокового давления.

В этом случае удельная площадь поверхности частиц почвы, образованных при взаимодействии рабочей поверхности обратной лапы с обрабатываемым слоем почвы:

ДSЧ_уд = [(ф^1+мcosг)ab / sin ш + 2сabv² sin (б / 2) / sin ш +

+ сbgl_кsin ш tg цЧ)l_s - K_д фab / (q sin ш)] /

/ [K_sсb(a / sin ш - l_s) l_к]. (8)

Рис. 6. Зависимость удельной площади поверхности частицы тяжёлосуглинистой почвы от скорости движения обратной лапы v при a = 0,2 м: 1- 2г = 60°; 2 - 2г = 90°; 3 - 2г = 120°; 4 - 2г = 180°

Результаты расчёта удельной площади поверхности частиц, образованных при крошении тяжёлосуглинистой почвы обратной лапой при µ = 0,01 в зависимости от скорости движения, показали, что требуемая удельная площадь достигается при работе лапы с углом раствора 60° на скорости 3,2 м/с (рис. 6). Но картофелеуборочный комбайн на скорости 3,2 м/с также не может выполнять технологический процесс уборки картофеля.

Таким образом, для повышения эффективности технологического процесса уборки картофеля необходимо выделить подкапывание и крошение клубненосного слоя в отдельную технологическую операцию. В этом случае технология уборки картофеля с предварительным рыхлением клубненосного слоя и последующей доработкой вороха будет иметь следующий вид (рис. 7).

Предуборочное рыхление клубненосного слоя можно реализовать с помощью агрегата, состоящего из универсально-пропашного трактора и почвообрабатывающего орудия - навесного культиватора-рыхлителя.

Рис. 7. Технология уборки картофеля с предварительным рыхлением клубненосного слоя и послеуборочной доработки на средне- и тяжёлосуглинистых почвах

Анализ работы обратной лапы (см. рис. 3, г) показал, что кроме обеспечения высокой степени крошения, получаемого вследствие создания встречного бокового давления лемехов, может происходить забивание зоны стыка лемехов почвой и растительными остатками. Для создания эффекта встречного бокового давления и исключения забивания стыка лап целесообразно использовать комбинацию рабочих органов по схеме стрельчатых лап (см. рис. 3, в), расположенных в один ряд с недокрытием. При этом в зависимости от влажности почвы для эффективного крошения клубненосного слоя необходимо применять три вида комбинированных рабочих органов (рис. 8).



№ 1 № 2 № 3

Рис. 8. Конструктивные схемы комбинированных рабочих органов культиватора-рыхлителя: № 1 - для почв влажностью 22-26 %; № 2 - для почв влажностью 18-22 %; № 3 - для почв влажностью менее 18 %; 1 - лемех зоны клубненосного слоя; 2 - лемех зоны междурядья; 3 - стойка; 4 - вертикальный лемех; 5 - обтекатель; 6 - лемешно-отвальный элемент; 7 - направляющие прутки; г₁ - угол постановки лемеха к направлению движения в зоне клубненосного слоя; г₂ - угол постановки лемеха к направлению движения в зоне междурядья

Расчетные параметры комбинированных рабочих органов были использованы для разработки конструктивно-технологической схемы навесного культиватора-рыхлителя (рис. 9), агрегатируемого с универсально-пропашными тракторами тягового класса 1,4.

Рис. 9. Конструктивно-технологическая схема навесного культиватора-рыхлителя: B_р - ширина захвата; b₁, b₂ - соответственно расстояние между рабочими органами в зоне клубненосного слоя и в междурядье; 1 -комбинированные рабочие органы; 2 - рама; 3 - опорно-копирующие колёса; 4 - навесное устройство; 5 - механизм регулировки глубины обработки

В результате теоретических исследований культиватора было определено, что b₁ = 0,4 м; b₂ = 0,3 м; B_p = 2,8 м; число рабочих органов - 8. Техническая новизна разработанного навесного культиватора-рыхлителя подтверждена патентом РФ на полезную модель № 92295.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» изложены программа экспериментальных исследований с описанием оборудования, применяемого в лабораторно-полевых исследованиях, и методика исследований.

При проведении лабораторно-полевых исследований на полях ООО «Степное» и ФСО «Родники» руководствовались методиками, изложенными в ОСТ 10.8.5-2000, ГОСТ 28713-90 «Машины для уборки картофеля. Методы испытаний». Условия проведения испытаний определяли согласно ГОСТ 20915-88.

В четвертой главе «Результаты и анализ лабораторно-полевых исследований технологического процесса» приведены результаты лабораторно-полевых исследований рабочих органов (обратная лапа) с углом раствора 2г, равном 180°; 120°; 90° и 60°, и технологического процесса предуборочного рыхления клубненосного слоя культиватором-рыхлителем с комбинированными рабочими органами.

Лабораторно-полевые исследования обратных лап проводили на черноземе обыкновенном среднесуглинистом. Влажность почвы в слое 0-20 см - 9,2?16,6 % при твёрдости 1,9-4,3 МПа.

Обработка результатов исследований обратных лап позволила получить адекватную математическую модель второго порядка, описывающую зависимость степени крошения K почвы от скорости движения v и угла раствора лемехов 2г, которая в раскодированном виде имеет вид:

К = 52,344 + 14,129v + 0,055г - 1,943v² - 0,016гv - 0,001г². (9)

Анализ зависимостей (рис. 10) показал, что с увеличением скорости движения и уменьшением угла раствора лемехов обратной лапы степень крошения и удельная площадь поверхности образованных частиц в результате крошения почвы увеличиваются, что подтверждает результаты теоретических исследований.

а б

Рис. 10. Двумерные сечения, характеризующие зависимости: а - степени крошения почвы от угла раствора 2г лемехов обратной лапы и скорости движения v; б - площади удельной поверхности ДS_уд образованных частиц почвы от скорости движения v

Закономерность изменения полученных экспериментальных и расчётных зависимостей площади удельной поверхности частиц, образованных при обработке почвы обратными лапами с углом 2г = 90°, на основании критерия ч² согласуется с доверительной вероятностью 0,95 (рис. 11).

Рис.11. Зависимость площади удельной поверхности образованных частиц почвы от скорости обработки для экспериментальных рабочих органов с углом раствора 90°: 1 - расчетная; 2 - экспериментальная

Лабораторно-полевые исследования технологического процесса предуборочного рыхления клубненосного слоя культиватором-рыхлителем с комбинированными рабочими органами (рис. 12) проводили на чернозёме обыкновенном тяжёлосуглинистом, влажность в слое 0-20 см - 12,1-18,4 %, твердость - 0,3-2,2 МПа. Ширина междурядий гребневых посадок картофеля - 70 см. Сорт картофеля - Розара. Урожайность к моменту уборки составляла 96-112 ц/га.

Рис. 12. Экспериментальный культиватор-рыхлитель: 1- комбинированные рабочие органы; 2 - стойки; 3 - рама; 4 - стремянки; 5 - механизм регулировки глубины обработки; 6 - навесное устройство; 7 - кронштейны; 8 - опорное колесо

Установлено, что степень крошения клубненосного слоя комбинированными рабочими органами № 1, № 2 и № 3 изменяется по нелинейной зависимости и увеличивается с ростом скорости обработки (рис. 13).

Рис. 13. Зависимость степени крошения К (фракции менее 25 мм) от скорости движения v комбинированных рабочих органов № 1, № 2 и № 3

Рабочий орган № 3 обеспечивает максимальную степень крошения почвы клубненосного слоя. Эксплуатационно-технологические показатели, полученные в результате работы агрегата, состоящего из трактора МТЗ-80 и экспериментального культиватора-рыхлителя, представлены в таблице.

Эксплуатационно-технологические показатели работы агрегата МТЗ-80 + культиватор-рыхлитель с комбинированными рабочими органами № 3

Показатель	Значение по данным исследований
Состав агрегата	МТЗ-80 + культиватор-рыхлитель
Ширина захвата, м	2,8
Рабочая скорость, м/с	3,11
Установочная глубина обработки, м	0,17
Среднее квадратичное отклонение глубины обработки, ±м	0,012
Производительность, га/ч основного времени сменного времени	3,1 2,2
Расход топлива за время основной работы, кг/га	4,31
Крошение почвы, % фракция 0-10 мм фракция 10-25 мм фракция 25-50 мм фракции более 50 мм	88,7 7,5 2,7 1,1
Забивание и залипание рабочих органов	Не наблюдалось
Количество клубней, извлеченных на поверхность поля, %	70-92

Из таблицы видно, что экспериментальный культиватор-рыхлитель с комбинированными рабочими органами № 3 при глубине обработки клубненосного слоя 0,17 м обеспечивает высокую устойчивость хода. Среднее квадратичное отклонение глубины обработки - 0,012 м при расходе топлива 4,31 кг/га. Содержание фракций почвы менее 25 мм в клубненосном слое после обработки - 96,2 %.

В пятой главе «Исследование эффективности разработанной технологии уборки картофеля с послеуборочной доработкой вороха в хозяйственных условиях и её экономическая оценка» приведены результаты исследований комплексов машин для уборки картофеля по базовой и разработанной технологиям, результаты внедрения культиватора-рыхлителя с комбинированными рабочими органами и расчёт экономической эффективности применения разработанной технологии уборки картофеля.

Установлено, что разработанная технология по сравнению с базовой позволяет снизить содержание почвенных примесей в ворохе картофеля с 43 до 18 %, а повреждённость клубней - с 12,3 до 9,4 %. Прямые эксплуатационные затраты при внедрении предлагаемой технологии снижаются с 9230,41 до 7920,62 руб./га, затраты труда - с 18,73 до 16,05 чел.-ч/га. Достигается экономия прямых эксплуатационных затрат 1309,79 руб./га, снижается себестоимость производства продукции на 16,5 %. Годовой экономический эффект - 750,38 тыс. руб. при годовом объёме работ 50 га. Срок окупаемости дополнительных капиталовложений 0,86 года.

Общие выводы

1. Анализ технологического процесса комбайновой уборки картофеля на средне- и тяжёлосуглинистых почвах с низкой влажностью показал, что рабочие органы картофелеуборочных комбайнов не обеспечивают необходимую чистоту вороха картофеля, поступающего в бункер. Эффективность отделения почвенных примесей значительно зависит от степени крошения подкапываемого клубненосного слоя. При этом содержание в раскрошенном слое почвенных фракций размером до 25 мм должно составлять не менее 95-97 %.

2. Теоретические исследования процесса крошения почвы рабочими органами, выполненными по схемам плоского двухгранного и трёхгранного клиньев, стрельчатой и обратной лапы, показали, что крошение клубненосного слоя зависит от физико-механических свойств почвы, глубины обработки, углов раствора и постановки рабочих поверхностей к дну борозды и скорости движения рабочего органа. Установлено, что степень крошения тяжёлосуглинистой почвы 95-97 % достигается при взаимодействии рабочего органа, выполненного в виде обратной лапы (б = 30°; 2г = 60°), с обрабатываемым слоем почвы на скорости 3,2 м/с.

3. В связи с ограничением скорости работы картофелеуборочного комбайна до 1,9 м/с для получения необходимого качества вороха картофеля, поступающего в бункер, в базовую технологию необходимо ввести дополнительную технологическую операцию предуборочной обработки клубненосного слоя культиватором-рыхлителем.

4. Разработан культиватор-рыхлитель для агрегатирования с тракторами тягового класса 1,4, который включает в себя восемь комбинированных рабочих органов, выполненных в виде стрельчатых лап с шириной захвата 0,3 м, установленных на раме в один ряд недокрытием. Ширина захвата культиватора-рыхлителя 2,8 м. Для эффективной работы культиватор комплектуется тремя видами комбинированных рабочих органов, состоящих из лемешных и лемешно-отвальных элементов, предназначенных для обработки почвы влажностью 22-26 % (№ 1), 18-21 % (№ 2) и менее 18 % (№ 3). Получена математическая модель, адекватно описывающая процесс крошения почвы.

5. Исследованиями рабочих органов (обратной лапы) при изменении угла раствора от 60° до 180° установлено, что экспериментальные и расчётные зависимости удельной площади поверхности частиц раскрошенной почвы имеют одинаковую закономерность и на основании критерия ч² согласуются с доверительной вероятностью 0,95. При взаимодействии комбинированных рабочих органов культиватора-рыхлителя № 1, № 2, № 3 с обрабатываемым клубненосным слоем на глубину 0,17 м содержание фракций размерами до 25 мм увеличивается и изменяется нелинейно в зависимости от скорости движения. Рабочие органы № 3 (2г = 80°) при влажности почвы 12,1-18,4 % обеспечивают максимальную степень ее крошения 96,2 %.

6. Применение предлагаемой технологии уборки картофеля с послеуборочной доработкой вороха по сравнению с базовой технологией позволило снизить содержание почвенных примесей с 43 до 18 %, поврежденность клубней - с 12,3 до 9,4 %, обеспечило сокращение себестоимости производства продукции на 16,5 %, трудозатрат - на 14,3 %. Годовой экономический эффект от применения культиватора-рыхлителя - 75,038 тыс. руб.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Саяпин, О. В. Повышение эффективности уборки картофеля на почвах тяжёлого гранулометричекого состава / О. В. Саяпин, В. М. Бойков // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н. И. Вавилова. - 2010. - № 12. - С. 51-53. (0,38 /0,19 печ. л.).

2. Саяпин, О. В. Перед уборкой картофеля - рыхление / В. М. Бойков, О. В. Саяпин // Сельский механизатор. - 2011. - № 3. - С. 18-19. (0,3/0,15 печ. л.).

3. Саяпин, О. В. Факторы, определяющие крошение клубненосного пласта при уборке картофеля / О.В. Саяпин // Вавиловские чтения - 2009 : матер. Междунар. науч.-практ. конф. - Саратов, 2009. - Ч. 2. - С. 179-182. (0,3 печ. л.).

4. Саяпин, О. В. Исследование технологического процесса предуборочного рыхления клубненосного слоя / В. М. Бойков, О. В. Саяпин // Вавиловские чтения - 2009 : матер. Междунар. науч.-практ. конф. - Саратов, 2009. - Ч. 2 - С. 274-278. (0,57/0,28 печ. л.).

5. Саяпин, О. В. Совершенствование технологического процесса уборки картофеля / В. М. Бойков, О. В. Саяпин // Вавиловские чтения - 2009 : матер. Междунар. науч.-практ. конф. - Саратов, 2009. - Ч. 2. - С. 219-221. (0,25/0,15 печ. л.).

6. Саяпин, О. В. Исследование технологического процесса уборки картофеля с предварительным рыхлением клубненосного слоя / В. М. Бойков, О. В. Саяпин // Вавиловские чтения - 2009 : матер. Междунар. науч.-практ. конф. - Саратов, 2009. - Ч. 2. - С. 279-280 (0,25/0,12 печ. л.).

7. Саяпин, О. В. Особенности технологии уборки картофеля путём предварительного рыхления клубненосного пласта / В. М. Бойков, О. В. Саяпин // Аграрная наука - сельскому хозяйству : сб. науч. тр., посв. 90-летию Самарской ГСХА. - Самара, 2010. - С. 160-165. (0,34/0,17 печ. л.).

8. Саяпин, О. В. Анализ процесса комбайновой уборки картофеля / О. В. Саяпин // Матер. Междунар. науч.-практ. конф., посв. 70-летию проф. В. Ф. Дубинина / ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». - Саратов, 2010. - С. 188-193. (0,28 печ. л.).

9. Универсальный рыхлитель : Пат. 92295 Рос. Федерация : МПК A 01 D 13/00 / Саяпин О. В., Бойков В. М. ; заявители и патентообладатели Саяпин О. В., Бойков В. М. - № 2009147769/22 ; заявл. 22.12.2009 ; Бюл. № 8. - 2 с. : ил.

Подписано в печать Формат 60Ч84 1/16

Печ. л. 1,0 Тираж 100 Заказ

Размещено на Allbest.ru

...