авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Машинные технологии уборки картофеля с использованием усовершенствованных копателей, копателей–погрузчиков и комбайнов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Борычев Сергей Николаевич МАШИННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УБОРКИ КАРТОФЕЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫХ КОПАТЕЛЕЙ, КОПАТЕЛЕЙ–ПОГРУЗЧИКОВ И КОМБАЙНОВ Специальность 05.20.01 – «Технологии и средства механизации сельского хозяйства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Рязань 2008

Работа выполнена на кафедрах «Теоретическая и прикладная механика» и «ЭМТП» ФГОУ ВПО «Рязанская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора П.А. Костычева»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор Бышов Николай Владимирович (ФГОУ ВПО «Рязанская ГСХА»).

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Угланов Михаил Борисович (ФГОУ ВПО «Рязанская ГСХА»);

доктор технических наук, профессор Пшеченков Константин Александрович (ГНУ «Всероссийский НИИ картофельного хозяйства», г.Москва);

доктор технических наук, профессор Верещагин Николай Иванович (ФГУ «Центральная государственная МИС», г.Солнечногорск, Московская обл.).

Ведущая организация: ГНУ ВИМ, г.Москва.

Защита состоится 14 октября 2008г. на заседании диссертационного Совета Д 220.057.02 при ФГОУ ВПО «Рязанская ГСХА имени профессора П.А.Костычева» по адресу: 390044, г.Рязань, ул. Костычева, д.1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Рязанская ГСХА имени профессора П.А.Костычева».

Автореферат разослан «» 2008г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент /А.В.Шемякин/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В мировом производстве растительных продуктов, по валовому сбору, картофель занимает одно из ведущих мест, при этом на долю РФ приходится около 13% общего объема. В 2006 году в отечественных хозяйствах всех категорий эту культуру выращивали на площади 2,974 млн. га., валовой сбор составил 38,497 млн.т, при средней урожайности около 13,0 т/га. Для населения России и многих зарубежных стран картофель, наряду с хлебом, остается особо ценным и незаменимым продуктом питания. О перспективности культуры свидетельствует и тот факт, что «Food and Agriculture organization of the United Nations» назвала 2008 год – Международным годом картофеля.

Снижения себестоимости и повышения качества собранного урожая можно добиться не только использованием новых сортов, но и применением современных машин и технологий уборки. На сегодня самым трудоемким этапом возделывания является механизированная уборка картофеля – до 75% всех трудозатрат и до 60% энергозатрат. Перспектива роста урожайности до 50..60 т/га потребует высокой производительности, в том числе подкапывающих, комкоразрушающих, ботвоудаляющих и сепарирующих рабочих органов картофелеуборочных машин.

Современная уборочная техника, в особенности отечественного производства, не обеспечивает выполнения агротехнических требований (далее – АТТ): чистоту клубней в таре 95%…100 %, их повреждения до 5% и потери 4%…6 %. Зарубежные аналоги хотя и значительно ближе к выполнению АТТ, но имея высокую стоимость практически не доступны отечественным хозяйствам.

Для обеспечения продовольственной безопасности РФ необходимо повышение эффективности технологий механизированной уборки картофеля за счет совершенствования технологических процессов уборочных машин и внедрения на них высокопроизводительных, надежных рабочих органов, обеспечивающих минимальный уровень повреждений и потерь урожая. Такой подход согласуется с позицией президента РФ, который по результатам президиума Госсовета РФ от 30.09.2004 дал поручение правительству (Пр–1686 ГС), предусматривающее:

“…стимулирование широкомасштабного внедрения современных технологий и выпуск современной конкурентоспособной отечественной техники и оборудования для технического перевооружения сельскохозяйственного производства” и согласуется с действиями правительства РФ (постановление № 446 от 14.07.2007 – О государственной программе развития сельского хозяйства на 2008…2012г.), предусматривающими “…ускоренный переход к использованию новых высокопроизводительных и ресурсосберегающих технологий”. При этом, научное обеспечение и создание новой техники является одним из пяти положений по развитию отечественного сельскохозяйственного машиностроения до 2010 года.

Цель исследований. Повышение эффективности машинных технологий уборки картофеля за счет улучшения агротехнических показателей копателей, копателей–погрузчиков и комбайнов, а так же повышение производительности их технологических процессов путем совершенствования подкапывающих, комкоразрушающих, ботвоудаляющих и сепарирующих рабочих органов.

Задачи исследований.

1. Выявить перспективные направления по совершенствованию современных машинных технологий и технических средств для уборки картофеля на основе анализа существующих научных исследований, а так же способов и технологий уборки картофеля – копателями, копателями–погрузчиками и комбайнами.

2. Разработать теоретическую модель технологических процессов уборочных машин с учетом управляемых и неуправляемых факторов, оказывающих влияние на выбор той или иной технологии уборки картофеля – копателем, копателем– погрузчиком или комбайном.

3. Усовершенствовать конструктивно–технологические схемы:

подкапывающего, ботвоудаляющего, комкоразрушающего и сепарирующего органов и на основе механико–математического моделирования технологического процесса и лабораторных исследований определить их рациональные параметры и режимы работы.



4. Разработать и экспериментально исследовать способ оперативного определения количества повреждений клубней картофеля.

5. Определить изменения размерно–массовых характеристик вороха по ходу технологического процесса в уборочных машинах и расширить данные по физико–механическим свойствам культуры картофеля различных сортов.

6. Определить агротехнические показатели (далее – АТП) и режимы работы усовершенствованных уборочных машин по результатам хозяйственных испытаний.

7. Определить технико–экономическую эффективность применения усовершенствованных копателей, копателей–погрузчиков и комбайнов, а так же усовершенствованных машинных технологий уборки и хранения картофеля.

8. Разработать рекомендации по применению усовершенствованных машинных технологий уборки картофеля с использованием копателей, копателей–погрузчиков и комбайнов.

Объекты исследований. Машинные технологии уборки картофеля, уборочные машины, их подкапывающие, комкоразрушающие, ботвоудаляющие и сепарирующие рабочие органы, размерно–массовые характеристики и физико– механические свойства компонентов картофельного вороха, а так же способ оперативного определения повреждений клубней.

Предмет исследований. Теоретические и экспериментальные закономерности технологических процессов: подкапывания клубненосного пласта, разрушения почвенных комков, ботвоудаления и сепарации в уборочных машинах. Экспериментальные закономерности, характеризующие площади повреждений клубней при нанесении на них хрупких покрытий.

Методика исследований. Теоретический анализ подкапывания пласта, разрушения почвенных комков, удаления растительных примесей и вторичной сепарации в уборочных машинах проведены на основе механико–математического моделирования технологических процессов, в том числе в программе «MathCAD».

Экспериментальные исследования выполнены с применением теории планирования по плану 23 полнофакторного эксперимента (ПФЭ). Экспериментальные исследования способа определения повреждений клубней и изменения размерно– массовых характеристик компонентов картофельного вороха по ходу выполнения технологического процесса в уборочных машинах проведены по оригинальным методикам. При обработке результатов исследований использовалась программа «STATISTICA». Оценка АТП уборочных машин при хозяйственных испытаниях проводилась по нормативной документации машиноиспытательных станций.

Научная новизна работы:

– теоретическая модель технологических процессов уборочных машин, учитывающая управляемые и неуправляемые факторы, влияющие на выбор той или иной технологии уборки картофеля – копателем, копателем–погрузчиком или комбайном;

– совокупность технологических приемов, образующих различные машинные технологии уборки картофеля: копателем с усовершенствованным процессом подкопа клубненосного пласта;

копателем–погрузчиком с усовершенствованными процессами разрушения почвенных комков, ботвоудаления и вторичной сепарации;

комбайном с усовершенствованными процессами разрушения почвенных комков и вторичной сепарации;

– механико–математическая модель технологического процесса подкапывания клубненосного пласта усовершенствованным рабочим органом, состоящим из лемеха и круглых отрезных дисков с внешними почвозацепами, которые за счет надежного контакта с пластом обеспечивают постоянную скорость вращения дисков, тем самым исключая сгруживание вороха и повышая производительность процесса подкапывания пласта;

– механико–математическая модель технологического процесса разрушения почвенных комков усовершенствованным комкодавителем, состоящим по крайней мере из одного пневматического баллона с активной поверхностью, который за счет осевых и радиальных колебаний поверхности баллона обеспечивает более полное разрушение почвенных комков при меньшем давлении, тем самым увеличивая полноту сепарации почвы и производительность процесса комкоразрушения, а так же уменьшая повреждения клубней;

– механико–математическая модель технологического процесса удаления растительных примесей усовершенствованным пальчато–гребенчатым ботвоудалителем, состоящим из двух рядов ботвоподводящих пальцев и отрывного валика с выступами, который за счет расслоения вороха на первом и втором рядах пальцев и надежного контакта выступов со стеблями ботвы обеспечивает высокую полноту отделения растительных примесей из вороха, тем самым исключая сгруживание вороха и увеличивая производительность процесса ботвоудаления;

– механико–математическая модель технологического процесса удаления мелких почвенных и растительных примесей усовершенствованным органом вторичной сепарации, состоящим из продольной пальчатой горки и отбойного валика с наклонными эластичными дисками, который за счет постоянных гармонических колебаний вращающихся дисков обеспечивает расслоение вороха, тем самым увеличивая полноту сепарации примесей и производительность процесса вторичной сепарации, а так же уменьшая повреждения клубней;

– способ определения количества повреждений клубней методом нанесе ния на их поверхность хрупких покрытий и оценки площади пятнен контакта;

Научная и техническая новизна работы подтверждена 27 патентами РФ.

Практическую ценность работы составляют:

– машинная технология уборки картофеля усовершенствованными копателями с разработанным подкапывающим рабочим органом;

– машинная технология уборки картофеля усовершенствованными копателями–погрузчиками с разработанными комкоразрушающим, ботвоудаляющим и сепарирующим рабочими органами;

– машинная технология уборки картофеля усовершенствованными комбайнами с разработанными комкоразрушающим и сепарирующим рабочими органами;

– конструктивно–технологические схемы рабочих органов – подкапывающих, комкоразрушающих, ботвоудаляющих и сепарирующих (патенты РФ №№ 68845, 2254703, 2225689, 2245011 и др.);

– способ определения количества повреждений клубней картофеля методом нанесения хрупких покрытий;

– методика и результаты исследований размерно–массовых характеристик компонентов картофельного вороха по ходу выполнения технологических процессов в уборочных машинах;

– результаты оценки агротехнических показателей и режимов работы усовершенствованных картофелеуборочных машин;

– результаты оценки технико–экономической эффективности усовершенствованных уборочных машин и различных технологий механизированной уборки картофеля;

– рекомендации по применению машинных технологий уборки картофеля копателями, копателями–погрузчиками или комбайнами.

Достоверность основных положений подтверждена сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований (расхождения менее 5%), а также положительными результатами хозяйственных испытаний.

Реализация результатов исследований. Усовершенствованные машинные технологии уборки картофеля включены в регистр технологий производства продукции растениеводства для Рязанской области: О–ТБ–2.1, регистр. номер №21, 2006 год (Система машин для возделывания и уборки картофеля).

Результаты исследований используются и внедрены на ОАО «Рязанский завод сельскохозяйственных машин», ГНУ ВНИМС и ООО «РКЗ–комплект» (г. Рязань), ГУ «Рязанский научно–исследовательский и проектно–технологический институт АПК», ГУП «Центр испытания и внедрения сельскохозяйственной техники и машинных технологий» (Республика Мордовия), а так же в картофелеводческих хозяйствах Рязанской и Тульской областей на суммарной площади составившей за 2001…2007гг. более 1720га. Результаты исследований широко применяются в учебном процессе ФГОУ ВПО Рязанской ГСХА, ФГОУ ВПО Курской ГСХА, ФГОУ ВПО Пензенской ГСХА, ГОУ ВПО Мордовского ГУ и в других ВУЗах РФ.

Работа выполнена по плану НИР ФГОУ ВПО Рязанской ГСХА на 2000...2010гг. по теме №19 от 17.01.2001 «Комплексное решение механизированной уборки картофеля» и в соответствии с программой исследований персонального гранта №01 от 25.04.2001 главы администрации Рязанской области. Основные положения диссертации соответствуют требованиям Федерального закона РФ «Об энергосбережении» от 03.04.96 № 28 – ФЗ и в целом согласуются с Федеральной целевой программой стабилизации и развития инженерно-технической сферы АПК РФ (Техника для продовольствия России) на 2001…2007гг..

Основные положения, выносимые на защиту:

– машинные технологии уборки картофеля с использованием усовершенствованных машин и конструктивно–технологические схемы подкапывающего, комкоразрушающего, ботвоудаляющего, сепарирующего рабочих органов для копателей, копателей–погрузчиков и комбайнов;

– механико–математическая модель технологического процесса подкапывания клубненосного пласта усовершенствованным рабочим органом, состоящим из лемеха и круглых отрезных дисков с почвозацепами;

– механико–математическая модель технологического процесса разрушения почвенных комков усовершенствованным комкодавителем, состоящим по крайне мере из одного баллона с активной поверхностью;

– механико–математическая модель технологического процесса удаления растительных примесей усовершенствованным пальчато–гребенчатым ботвоудалителем, состоящим из двух рядов ботвоподводящих пальцев и отрывного валика с выступами;

– механико–математическая модель технологического процесса удаления почвенных и растительных примесей усовершенствованным органом вторичной сепарации, состоящим из горки и отбойного валика с колеблющимися дисками;

– способ оперативного определения количества повреждений клубней методом нанесения хрупких покрытий;

– методика и результаты исследования изменения размерно–массовых харак теристик компонентов картофельного вороха на рабочих органах уборочных машин;

– результаты хозяйственных испытаний усовершенствованных картофелеуборочных машин;

– результаты оценки технико–экономической эффективности усовершенствованных машин и технологий уборки картофеля копателями, копателями–погрузчиками или комбайнами, а так же рекомендации по применению машинных технологий.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на: всероссийских и международных научных конференциях Рязанской ГСХА (1999…2007гг.), Московского ГАУ (2003г., 2007г.), Тульского ГУ (2004г.), Мордовского ГУ (2002г.,2005г.,2007г.);

ГНУ ВНИМС (2007г., г.Рязань), 9-ой Международной выставке «ЭКСПО–Наука 2003» (ВВЦ, г.Москва);

Всероссийском конкурсе «Инженер года» (2003г., г.Москва);

ІІ Всероссийской конференции молодых ученых (2005г., МГАУ, г. Москва);

Международной научной секции «Агротехинновации в АПК» (2006г., МГАУ, г. Москва) и др.

Получена серебряная медаль на V Международном салоне инноваций и инвестиций (2005г., ВВЦ, г.Москва).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 135 печатных работ, в том числе: 28 – в изданиях рекомендованных ВАК РФ, 9 – во всероссийских научно практических журналах, 1 – монография, 1 – учебное пособие с грифом УМО и получено 27 патентов РФ. Общий объем работ 30,9 п.л., лично автора 18,5 п.л.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 378 страницах, включает аннотацию, введение, 6 глав (в том числе 145 рисунков и 14 таблиц), общих выводов, рекомендаций производству и список литературы (340 источников, из них 26 иностранных) и 5 приложений (в том числе 1 рисунок и 8 таблиц). В приложениях представлены: копии патентов, документы о внедрении, акты хозяйственных испытаний машинных технологий и усовершенствованных уборочных машин и др..

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена актуальность работы, алгоритм исследования, основные положения, выносимые на защиту и др.

В первой главе «Современное состояние и перспективы развития технологий и средств механизированной уборки картофеля» проведен анализ современных способов, технологий и средств механизированной уборки, систематизированы основные проблемы и определены перспективные направления совершенствования уборочных машин и их рабочих органов.

На основе анализа современного состояния вопроса механизированной уборки картофеля, нами выявлены основные условия применения различных технологий в зависимости от ряда факторов (рис.1).

По результатам анализа недостатков работы уборочных машин, с учетом спроса на рынке сельхозтехники в РФ и странах ближнего зарубежья, были определены основные направления исследований и научно–обоснованной модернизации копателей, копателей–погрузчиков и комбайнов.

Проведен анализ состояния вопроса механизированного подкапывания клубненосного пласта и научных исследований таких ученых, как С.А. Герасимов, В.П. Горячкин, И.П. Гудзенко, В.Т.Дудников, М.Ю. Костенко, Н.Н.Лутхов, Н.М.Марченко, М.Е.Мацепуро, П.Н.Настенко, И.В.Никулин, Р.Норчаев, И.М.Панов, В.М.Переведенцев, А.Е.Пермякова, Г.Д.Петров, И.В.Размыслович, К.И.Родин, О.А.Сафразбекян, Г.Н.Синеоков, Н.В.Сладков, А.А.Сорокин, Ж.Е. Токушев, А.В.Усатов, И.А.Успенский, K.Siebenbrodt и др.. Анализ исследований в целом показывает перспективность комбинированного подкапывающего рабочего органа (лемех и боковые отрезные вертикальные диски).

При работе в неблагоприятных условиях (тяжелый суглинок, повышенная влажность почвы и др.) и на больших скоростях уборочных машин, имеет место проскальзывание серийных дисков, что приводит к увеличению тягового сопротивления и возникает сгруживание вороха. В результате повышается количество потерь и повреждений клубней. Поэтому нами обоснована необходимость создания и использования на копателях пассивных круглых дисков с внешними элементами (почвозацепами), обеспечивающих равномерность работы подкапывающего органа, что в итоге позволит увеличить его производительность.

Проведен анализ состояния вопроса разрушения почвенных комков в уборочных машинах и научных исследований таких ученых, как В.М.Алесенко, Г.С.

Алферов, Н.П.Безруков, П.К.Белевич, А.М.Белов, Н.В.Бышов, А.И.Бойко, А.П.Дорохов, К.С.Козюра, Т.Т.Кусов, М.Е.Мацепуро, Г.Д.Петров, Г.Е.Перельман, И.М.Полуночев, О.А.Сафразбекян, В.И.Славкин, А.А.Сорокин, Р.С.Сташинский, М.Б.Угланов, В.И.Шилкин, Н.М. Юлдашев, V. Kraus и др.. Как показывают их исследования, комкодовители остаются перспективными рабочими органами.





В копателях–погрузчиках отсутствует переборочный стол, поэтому твердые почвенные комки, сопоставимые по размерам с клубнями попадают в тару, увеличивая количество примесей – в 1,35 раза и более. В уборочных комбайнах, в том числе и в КПК–2–01, имеется переборочный стол, но следует отметить, что повышение эффективности сепарации примесей невозможно добиться только увеличением количества обслуживающего персонала, т.к. каждый из них невольно снижает АТП, надеясь на следующего рабочего.

В связи с вышеизложенным, нами обоснована необходимость создания и использования усовершенствованного комкоразрушающего баллона с активной поверхностью, обеспечивающего высокие АТП и производительность.

Ф Ф3 Ф4 Ф5 Ф6 Ф8 Ф Ф Ф Ф ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ Ф Ф УБОРКИ КАРТОФЕЛЯ Раздельный способ уборки картофеля Поточный способ уборки картофеля Технология уборки картофеля Технология уборки картофеля копателем Технология уборки картофеля комбайном ( с ручным сбором и погрузкой) копателем-погрузчиком Основные условия применения : Основные условия применения:

Основные условия применения:

1. Наличие оборудования для доочистки и 1. Благоприятные почвенно-климатические 1. Низкая урожайность картофеля.

сортировки картофеля. условия.

2. Семеноводческие посадки картофеля.

2. Большие площади посадки. 2. Большие площади посадки.

3. Неблагоприятные почвенно-климатические 3. Большая урожайность картофеля. 3. Сжатые сроки уборки урожая.

условия.

4. Сжатые сроки уборки урожая. 4. Большая урожайность картофеля.

4. Наличие в хозяйстве свободных трудовых 5. Наличие в хозяйстве свободных ресурсов (рабочих на подборе).

транспортных средств в период уборки.

Преимущества (+) и недостатки Преимущества (+) и недостатки (–) (–) технологии: технологии:

Преимущества (+) и + Низкий уровень повреждения клубней + Высокая производительность.

картофеля. недостатки (–) технологии: + Низкие трудозатраты.

+ Возможность реализации или хранения + Высокая производительность. + Возможность реализации или хранения картофеля сразу после уборки (без доочистки). + Низкие трудозатраты. картофеля сразу после уборки (без доочистки).

– Необходимость проведения операции – Высокие трудозатраты и потери.

– Высокий уровень повреждений клубней доочистки собранного урожая от – Низкая производительность.

картофеля.

примесей.

и Ф1 – урожайность картофеля, т/га;

Ф2 – влажность почвы, %;

Ф3 – вид и состав почвы;

Ф4 – необходимое качество получаемой продукции (картофель продовольственный, фуражный или семенной);

Ф5 – длительность хранения картофеля, дн.;

Ф6 – площадь посадки картофеля, га;

Ф7 – природно-климатические условия;

Ф8 – сроки уборки, дн.;

Ф9 – наличие в хозяйстве трудовых ресурсов, чел.;

Ф10 – наличие в хозяйстве свободных транспортных средств в период уборки;

Ф11 – наличие в хозяйстве картофелехранилищ;

Ф12 – наличие в хозяйстве оборудования для очистки и сортировки картофеля.

Рисунок 1 – Основные способы и технологии механизированной уборки картофеля.

Проведен анализ состояния вопроса ботвоудаления в уборочных машинах и научных исследований таких ученых, как Н.В.Бышов, Е.А.Глухих, В.Н.Дорошев, М.Н.Ерохин, Н.Н.Колчин, Т.Т.Кусов, Г.Д.Петров, В.А.Сероватов, А.А.Сорокин, В.А.Хвостов, T. Godesa, B. Radil и др..

Даже при проведении предуборочных мероприятий по удалению ботвы остаются стебли картофеля и сорняков длиной до 260 мм. Эта проблема особенно остро проявляется при использовании копателей–погрузчиков, в которых отсутствует ручная доочистка клубней на переборочном столе, а наличие растительных примесей в таре с картофелем самым негативным образом сказывается на хранении урожая, даже краткосрочном.

Анализ серийных зарубежных и экспериментальных отечественных копателей–погрузчиков показывает, что до 85 % таких машин оборудованы пальчато–гребенчатым ботвоудалителем. Несмотря на высокие АТП подобных устройств, необходимо повысить их производительность и обеспечить выполнение АТТ даже в тяжелых условиях работы. Поэтому нами обоснована необходимость создания и внедрения ботвоудалителя пальчато–гребенчатого типа, обеспечивающего допустимые АТП и обладающего высокой производительностью и надежностью.

В конструкциях современных уборочных машин применяют органы первичной и вторичной сепарации. Если первые достаточно широко изучены и для них найдены достаточно эффективные технические решения, обеспечивающие высокие АТП, то вторичная сепарация, являясь важным завершающим этапом в технологической цепочке уборочной машины, имеет ряд нерешенных проблем.

Проведен анализ состояния вопроса вторичной сепарации вороха в уборочных машинах и научных исследованиях таких ученых, как Н.В.Бышов, П.М.Василенко, Н.Г.Гладков, А.В.Голянский, Л.Даневски, Н.Ф.Диденко, М.Н.Ерохин, В.В.Замешаев, И.М.Зорин, Н.Н.Колчин, А.П.Кроптов, В.Ю.Кривошеев, Ю.А.Леменков, М.Н.Летошнев, Г.Л.Нерсисян, Г.Д.Петров, К.А.

Пшеченков, Г.К.Рембалович, А.А.Сорокин, Н.В.Тютрин, В.А.Хвостов, A.Kern и др..

На зарубежных картофелеуборочных машинах вторичная сепарация получила значительно большее развитие, чем на отечественных аналогах, в том числе механические отделители – продольные пальчиковые горки со сбрасывающим устройством в виде пластин, шнека, валика и др. Несмотря на широкое распространение, при большой подаче вороха и тяжелых почвенно–климатических условиях работы, потери клубней достигают на таком рабочем органе 6%…8%, что не приемлемо. Поэтому нами обоснована необходимость создания и использования усовершенствованного органа вторичной сепарации (продольной горки со сбрасывающим устройством) обеспечивающего допустимые АТП и обладающего высокой производительностью и допустимой надежностью.

Качество продукции – важнейший фактор, характеризующий АТП уборки клубней картофеля, а одним из основных показателей этого являются их повреждения.

Поэтому, актуально создание способа определения повреждений клубней, который обладает высокой оперативностью получения результатов и допустимой точностью.

Во второй главе «Теоретические основы совершенствования технологических процессов и рабочих органов уборочных машин», на основе моделирования технологических процессов различных уборочных машин (рис.2), выявлены перспективные направления совершенствования их рабочих органов.

Технологические процессы Фi(t) картофелеуборочных машин:

1 – подкоп клубненосного пласта;

(t) (t) (t) (t) (t) (t) Фi(t) Копатель 2 – первичная сепарация почвенных Фi(t) 1 2.1 2.2 8 примесей (2.1 – основной транспортер, w1 w3 2.2 – дополнительный транспортер);

zn 3– комкоразрушение;

4 – ботвоудале zn z1,2,3(lпоч, hпоч,Rп) zn zn ние (4.1 – редкопрутковый ботвоуда Реализация, хранение или ляющий транспортер, 4.2–ботвоудали Выбор технологии уборки Копатель – погрузчик Фi(t) тель пальчато–гребенчатого типа);

доочистка урожая Поле с картофелем 5 – вторичная сепарация мелких (t) (t) (t) (t) (t) (t) (t) почвенных и растительных примесей 1 2.1 2.2 4.2 5 (сепарирующая продольная горка с клубнесбрасывающим отбойным w2 w3 w1 w w1 w валиком);

6 – транспортирование zn w вороха на второй ярус комбайна zn zn zn Z4,5(hб, Sкит) Z6,7(hв.э.,Hв) (ковшовый транспортер);

7– ручная Z8,9(1max,hПГ) доочистка клубней и отделение Фi(t) примесей (переборочный стол на комбайне);

8 – выгрузка клубней на (t) (t) (t) поле;

9 – ручной сбор клубней в тару;

(t) (t) (t) Комбайн (t) 4. 3 Фj(t) 10 – загрузка тары с клубнями в Фj(t) транспортное средство;

11 – загрузка 1 7 5 zn Z4,5(hб,Sкит) клубней в бункер комбайна;

12 – заг w1 w2 рузка клубней в кузов транспортного 2. 2.1 w3 zn средства.

w1 w3 – перспективные направления zn Z8,9 (1max, hДГ) zn zn совершенствования технологических zn zn процессов уборочных машин.

zn (lпоч, hпоч, Rп, hб, Sкит, hв.э., Hв, 1max, hДГ и др.) – кинематические и конструктивные параметры рабочих органов;

Фi(t) – неуправляемые факторы;

Фj(t) – управляемые факторы;

(t) – состав картофельного вороха;

;

w1 – повышение полноты отделения почвенных примесей,%;

w2 –повышение полноты отделения растительных примесей,%;

w3 –снижение количества повреждений клубней, %.

Рисунок 2 – Модель технологических процессов картофелеуборочных машин.

На основе моделирования технологических процессов различных уборочных машин, с учетом современного состояния и проблем механизированной уборки картофеля, нами были приняты в качестве основных объектов для исследований:

– комбайн КПК–2–01 (новое название КПК–2СТ), у которого необходимо усовершенствовать технологические процессы: 1) разрушения почвенных комков и 2) сепарации примесей, при этом уменьшить повреждения клубней (рис.3).

–копатель–погрузчик Е–684 (новое название Е–684СТ), у которого следует усовершенствовать технологические процессы: 1) разрушения почвенных комков, 2) ботвоудаления и 3) сепарации растительных и почвенных примесей (рис.4);

– копатели ККЭ–2М и КСТ–1,4А (новое название, соответственно, ККЭ–2СТ и КСТ–1,4СТ), у которых необходимо усовершенствовать технологический процесс подкапывания клубненосного пласта (рис.5).

За исходные данные при моделировании технологических процессов взяты размерно–массовые и количественные характеристики компонентов картофельного вороха, в том числе те которые определены нами при полевых исследованиях (рис.3…4).

Механико–математическое моделирование технологических процессов проводилось с целью определения рациональных конструктивных и кинематических параметров усовершенствованных рабочих органов, внедрение которых позволило увеличить производительность уборочных машин, за счет повышения полноты отделения почвенных – w1 и растительных примесей – w2, а также уменьшения количества повреждений клубней картофеля – w3 (рис.2).

По результатам анализа нерешенных проблем механизированной уборки картофеля, связанных с подкопом клубненосного пласта, нами усовершенствованы рабочие органы (патенты РФ № 37905, № 2164737, № 2197811 и др.), в том числе разработана и внедрена конструктивно–технологическая схема (патент РФ № 68845), включающая: лемех 1 и круглые пассивные диски 2 с внешними почвозацепами 3, которые выполнены в форме плоского равнобедренного треугольника, закреплены на периферии диска под углом 900 к его поверхности и ориентированы на поверхности диска радиально (рис.5).

При поступательном движении копателя обеспечивается постоянная угловая скорость вращения дисков 2, за счет внешних почвозацепов 3. Наличие в дисках сквозных отверстий 4 уменьшает трение почвенного пласта о боковую поверхность дисков 2. Постоянная угловая скорость вращения вертикальных дисков 2 уменьшает сгруживание почвы между лемехом 1 и транспортером 5 (рис.5).

Механико – математическое моделирование технологического процесса подкапывания клубненосного пласта (рис.6) нами проводилось с целью определения общего тягового сопротивления рабочего органа – Rп и обоснования его рациональных параметров – длины и высоты почвозацепов диска, соответственно, lпоч и hпоч, а так же диаметра его отверстий dотв.

Приняты следующие основные допущения и исходные данные: скорость уборочной машины постоянна и равна Vмаш =1 м/с;

диски вращаются равномерно;

давление почвы на диски с почвозацепами одинаково во всех точках и равно п =0,8 Н/см2;

учитывалась адгезионная составляющая коэффициента трения почвенного пласта, деформационной составляющей от потерь при повторном передеформировании тонких почвенных слоев пренебрегали и др.

В Д 13 А Б 3 Г 6 1 – катки;

2 – диски;

3 – шнек;

4 – лемех;

5 –основной транспортер;

6 – баллон комкодавителя (патент № 2254703);

7 – дополнительный транспортер;

8 – редкопрутковый транспортер;

9 – горка и 10 – отбойный валик (патент РФ № 2245011);

11 – ковшовый транспортер;

12 – выгрузной транспортер;

13 – бункер;

14 – выносной транспортер.

Состояние картофельного вороха Характери Ед. измер Место проведения исследований стика картофельного на основ- на пальча на допол на поверх- в бункере А ности поля Б В Г той горке Д ном тран вороха ном тран комбайна спортере спортере 0, Средняя длина 0, растительных 0,275 0, остатков м 0,242 0, 0,141 0, (стеблей ботвы 0,102 0, и сорняков) 100 94, 75, 63, Количество клубней на % 28,6 24, 18, столонах 15, 3,2 1, 82, Количество растительных 45, % 37, остатков 22,5 18, 12,1 10, (по массе) 5,4 1, – без удаления ботвы на поле;

– с удалением ботвы на поле машиной КИР-1,5Б.

Рисунок 3 – Технологическая схема усовершенствованного комбайна КПК–2СТ и некоторые исходные данные для моделирования его технологических процессов.

В 7 Б А 3 1 Г 1 – катки;

2 – активные вертикальные диски;

3 – лемех;

4 – первый транспортер;

5 – баллоны комкодавителя (патент № 2254703);

6 – второй транспортер;

7 – выгрузной транспортер;

8 – отбойный валик с колеблющимися дисками (патент № 2245011);

9 – горка;

10 – отрывной валик и два ряда ботвоподводящих пальцев (патент № 2225689).

Состояние картофельного вороха Характери Ед. измер Место проведения исследований стика картофельного на повер- на первом на втором в кузове тра на пальча В А Г той горке Д нспортного Б рхности тран- тран вороха поля спортере средства спортере 0, Средняя длина 0, растительных 0, 0, остатков на м 0, 0, рабочих 0,103 0,062 0,091 0, органах 100 94, 84,5 78, Количество клубней на 57, 43, столонах на % рабочих 19,3 13, 2,4 0, органах 100 90, Количество 73, растительных остатков на 45,5 41, % 32, рабочих 20, 9, органах (по 4,1 0, массе) – без удаления ботвы на поле;

– с удалением ботвы на поле машиной КИР-1,5Б.

Рисунок 4 – Технологическая схема усовершенствованного копателя–погрузчика Е-684СТ и некоторые исходные данные для моделирования его технологических процессов.

Тяговое сопротивление подкапывающего органа определяли с учетом силы трения и прилипания. Рассмотрен процесс взаимодействия почвенного пласта с поверхностью лемеха 1, диска 2 и поверхностью почвозацепов 3 (рис.6). На лемех 1 действуют сила веса пласта GЛ, и сила сопротивления лемеха перемещению RЛ.

Разложим силы GЛ и RЛ на две составляющие – нормальные к поверхности лемеха, соответственно N1Л и N2Л и действующие вдоль него, соответственно Т1Л и Т2Л (рис.6). Нормальные составляющие сил GЛ и RЛ, соответственно N1Л и N2Л, вызывают силы трения и прилипания между почвенным пластом и лемехом, соответственно F1Л и F2Л. При поступательном перемещении и вращении диска на каждую точку Аn его боковой поверхности со стороны почвы действует бесконечно малая сила трения и прилипания dFдс1, направленная против скорости поступательного движения, и бесконечно малая сила трения и прилипания dFдс2, направленная против окружной скорости вращения диска. Равнодействующая этих сил есть бесконечно малая сила dFдс. Скорость точки Аn – VAп, складывается (рис.6) из скорости поступательного движения Vмаш и окружной скорости дсАп вращения диска относительно его центра.

Рассматрим случай, когда в почве находится на каждом диске по три почвозацепа (рис.6), из них один вертикально (поч= 0,5 рад) и два под углом (поч = 0,25 рад).

При равномерном движении машины на почвозацеп действуют сила веса почвенного пласта Gпоч и сила сопротив ления почвозацепа перемещению Rпоч, а также силы трения и прилипания Fпоч1 и Fпоч2 вызванные нормальными составляющими сил Gпоч и Rпоч – соответственно, Nпоч1 и Nпоч2 (рис.6).

поле с картофелем 1 – лемех;

2 – вертикальный диск;

3 – почвозацеп;

4 – отверстия в диске;

5 – сепарирующий транспортер.

1 – клубни картофеля;

2 – мелкие почвенные примеси;

3 – почвенные комки;

4 – растительные примеси (стебли, корни ботвы и сорняков).

Рисунок 5 – Конструктивно–технологическая схема усовершенствованного подкапывающего рабочего органа (патент РФ № 68845).

Вид А дс Вид А lпоч О rд hпоч Ап Ап dFдс2 dFдс Т2Л dFдс А2 dRдс Т2поч Vмаш А Ап дсAп поч Rпоч л поч л Т1поч RЛ VАп Ндс Т1Л F2Л N2Л F2поч N1поч N2поч F1Л N1Л F1поч поверхность поля л Gпоч Gл рабочая поверхность лемеха 1–лемех;

2–диск;

3–почвозацеп;

4–отверстие диска.

Рисунок 6 – Схема к расчету общего тягового сопротивления усовершенствованного подкапывающего органа.

При моделировании технологического процесса нами получено выражение для общего тягового сопротивления подкапывающего рабочего органа (рис.6), состоящего из лемеха и пассивных круглых отрезных дисков с почвозацепами:

f +tg f +tg n ад л ад поч R =R +R +R = S + 2 h l + ( ) ( ) п л поч д п л f cos f sin п поч поч 2 f cos + f sin л k = ад л ад ад поч ад поч ( ) V Аnк Аnк маш дс Аn An d d, +2 п отв Аn Аn ( ) 2 2 V +V cos Аnо Аnо дс Аn маш дс Аn маш Аn (1) где Rn – общее тяговое сопротивление подкапывающего рабочего органа, Н;

RЛ – сила сопротивления лемеха перемещению, Н;

Rпоч – сила сопротивления почвозацепа перемещению,Н;

Rд – тяговое сопротивление от силы трения и прилипания, возникающее при движении пассивного сплошного диска, Н;

п – прочность прилипания почвы к поверхности рабочего органа, Н/м2;

Sл – общая рабочая площадь лемехов копателя, м2;

ад –адгезионная составляющая коэффициента трения;

л – угол наклона (установки) лемеха, рад;

hпоч – высота почвозацепа, м;

lпоч – длина почвозацепа, м;

отв – коэффициент, учитывающий наличие в диске отверстий;

Апк и Ап0 – соответственно, конечное и начальное значения угла, координирующего точку Аn на диске, рад;

Апк и Ап0 – соответственно, конечное и начальное значения длины радиуса-вектора Ап точки Аn на диске, м;

Vмаш – поступательная скорость движения уборочного агрегата, м/с;

дс – угловая скорость вращения диска, рад/с.

В результате механико–математического моделирования технологического процесса подкопа клубненосного пласта с использованием программы «MathCAD», при условии, что тяговое сопротивление усовершенствованного подкапывающего рабочего органа не превысит показатель серийного аналога, обоснована рациональная длина и высота почвозацепов, соответственно, lпоч= 30мм и hпоч=10мм, при диаметре отверстий диска dотв=28мм и глубине хода лемеха Hдс=0,22м.

По результатам анализа нерешенных проблем механизированной уборки картофеля, связанных с разрушением почвенных комков, нами разработано семейство рабочих органов с активной поверхностью (патенты РФ № 2244396, №2248113, № 2254702, № 2266635 и др.), в том числе разработана и внедрена конструктивно-технологическая схема (патент РФ № 2254703) включающая, по крайней мере, один пневматический баллон с активной эластичной поверхностью.

Комкодавитель состоит (рис.7): из верхнего баллона 3 с возможностью углового (± ) и осевого (±Х) перемещений относительно вала 9 посредством коаксиально расположенных на нем цилиндрических винтовых пружин 7, одни концы которых закреплены на приводном вале 9, а другие – на торцевых дисках 6.

Один из торцевых дисков 6 снабжен упорной пластиной 12, периодически взаимодействующей с роликом 14 (рис.7). Последний выполнен с возможностью перемещения (установочного) вдоль вала 9 за счет изменения длины штока толкателя 11. Цилиндрический кожух 15 совместно с эластичной покрышкой образует полость 16, куда нагнетается воздух.

Картофельный ворох, состоящий из клубней (рис.8), растительных примесей и почвенных комков, сепарирующим транспортером 1 уборочной машины подается в рабочий зазор между встречно вращающимися: верхним 2 (усовершенствованным) и нижним 3 (серийным) пневматическими баллонами (вид а, рис.7).

А ± () 5 А 1 б) а) ±Х 12 6 А-А 8 13 14 5 в) г) а) и б) технологическая схема комкодавителя, соответственно, со спаренным баллоном и с одинарным баллоном;

в) схема баллона с активной поверхностью;

г) общий вид баллона с активной поверхностью.

1–основной сепарирующий транспортер;

2 – пневматический баллон комкодавителя с пассивной поверхностью ;

3 – пневматический баллон комкодавителя с активной поверхностью;

4 – дополнительный сепарирующий транспортер;

5 – эластичная покрышка;

6 – торцовый диск;

7 – цилиндрическая винтовая пружина;

8 – фиксатор пружины;

9 – приводной вал;

10 – стопорные гайки;

11 – толкатель;

12 – упорная пластина;

13 – приводная звездочка;

14 – ролик;

15 – цилиндрический кожух;

16 – полость с повышенным давлением воздуха;

17 – ниппель.

1 ––клубни картофеля;

2 – мелкие почвенные примеси;

3 – почвенные комки;

4 – растительные примеси (стебли ботвы и сорняков).

Рисунок 7 – Конструктивно–технологическая схема усовершенствованного комкоразрушающего рабочего органа с активной поверхностью (патент РФ № 2254703).

При использовании одинарного усовершенствованного баллона 3, рабочий зазор образуется между ним и сепарирующим транспортером 1 (вид б, рис.7).

Прочные почвенные комки, в том числе сопоставимые по размерам с клубнями, в рабочем зазоре комкодавителя вдавливаются в эластичную покрышку баллона, разрушаются и отсеиваются на сепарирующем транспортере 4.

Пневматический баллон с активной поверхностью при контакте с картофельным ворохом и в процессе периодического взаимодействия упорных пластин 12 с толкателем 11, получает осевые ( ±Х) и радиальные (± ) колебания эластичной покрышки 5. Дополнительное воздействие на почвенные комки увеличивает интенсивность их разрушения, что позволило уменьшить избыточное давление в баллоне до 0,1·105Па и, тем самым, снизить повреждения клубней.

Механико – математическое моделирование технологического процесса разрушения почвенных комков (рис.8) нами проводилось с целью выбора материала покрышки баллона и обоснования ее толщины – hб.

x N M кр Mx СДВ x Y My Mк y F1ПР.ОБ СДВ F1Т. ТР СДВ y Nx Nx F1ТР.П X О My Mкр Z +X -X F1В F1Р.П F1У 1 – клубень картофеля;

СДВ 2 – эластичная покрышка F1ПР.ПР Mx Mкр баллона комкодавителя.

N Х – длина рассматриваемого фрагмента покрышки баллона комкодавителя (вдоль оси ОХ), м;

У – длина рассматриваемого фрагмента покрышки баллона комкодавителя (вдоль оси ОУ), м;

±Х – величина продольного перемещения баллона комкодавителя под действием толкателя, м;

х – градусная мера дуги, рассматриваемого фрагмента материала покрышки баллона, рад.

1) F1ПР.ПР, F1ПР.ОБР – силы от действия пружин, соответственно, в прямом и обратном направлении вращения баллонов, Н;

F1Т.ТР – сила трения покрышки о клубень, возникающая при осевых перемещениях верхнего баллона комкодавителя, под действием толкателя, Н;

F1ТР.П – сила трения покрышки о клубень, возникающая при угловых колебаниях верхнего баллона комкодавителя, Н;

F1ВП – результирующая сила от давления воздуха, приложенная в центре площадки контакта клубня с покрышкой, Н;

F1УП – результирующая сила, возникающая от упругой деформации покрышки баллона при взаимодействии ее с клубнем, Н;

2) N – нормальное усилие, приложенное к тор цовым поверхностям фрагмента эластичной покрышки (вдоль ОY) баллона комкодавителя, Н;

Мкр – крутящий момент, действующий на краю фрагмента покрышки, Н·м;

сдв – сдвигающее усилие, приложенное к средней линии материала фрагмента покрышки, Н;

МХ, МУ – изгибающий момент, приложенный к краю фрагмента покрышки, соответственно вдоль оси ОХ, ОУ, Н·м;

Nx – нормальное усилие, приложенное к торцовым поверхностям фрагмента покрышки (вдоль ОХ), Н Рисунок 8 – Схема к силовому расчету взаимодействия клубня с фрагментом покрышки баллона усовершенствованного комкодавителя.

Приняты следующие основные допущения и исходные данные: урожайность картофеля Укр=200 ц/га;

подача вороха постоянна, клубни расположены на транспортере равномерно;

скорость уборочной машины постоянна и равна Vмаш = м/с;

избыточное давление воздуха в камере усовершенствованного баллона рв=0,1·105Па и др.

При моделировании процесса взаимодействия покрышки баллона 2 с активной поверхностью и клубнем 1 нами были рассмотрены: 1) внешние силы и 2) внутренние силы и моменты (рис.8). По результатам механико–математического моделирования технологического процесса в комкодавителе (рис.8), получено выражение результирующей сосредоточенной силы, действующей на фрагмент эластичной покрышки баллона:

(F ) F 1 Р. П ( х1 ) = F 1 Т.Т Р ( х1 ) + + F 1У П ( х1 ) + ( F1 Т Р. П ( х1 ) + F1 П Р. П Р ( х1 ) ) 1 В П ( х1 ) E м.п R б h б ( е + е ) c o s S i n Y ( х1 ) ( е + е ) s i n + ( е е ) c o s 3 (1 4 ) 3 (1 Rб ) (е е ) s in M X ( х1 ) hб 3 ( Rб Rб ) сдв ( х ) ( е + е ) s in ( е е ) c o s.

2 hб hб (2) где F1Р.П(х1) – результирующая сосредоточенная сила давления на покрышку, приложенная к поверхности покрышки на расстоянии х1 (координата х1) от края баллона, Н;

F1Т.ТР(х1) – сила трения покрышки о клубень, приложенная к поверхности ее фрагмента с координатой х1, возникающая при осевых перемещениях верхнего баллона комкодавителя, под действием толкателя, Н;

F1ВП – результирующая сила, возникающая от действия избыточного давления воздуха в баллоне рв воздействующего на фрагмент покрышки с координатой х1 в центре площадки контакта, Н;

F1УП(х1) – результирующая сила, возникающая от деформации покрышки баллона при взаимодействии ее с клубнем, приложенная к фрагменту покрышки с координатой х1, Н;

F1ТР.П(х1) – сила трения фрагмента покрышки с координатой х1 о клубень, возникающая при угловых колебаниях верхнего баллона комкодавителя, приложенная к поверхности покрышки, Н;

F1ПР.ПР(х1) – сила от воздействия пружин, приложенная к фрагменту покрышки с координатой х1 верхнего баллона, действующая в направлении вращения баллонов, Н;

– коэффициент деформации эластичной покрышки;

– угол поворота фрагмента покрышки баллона, зависящий от коэффициента деформации, рад;

Ем.п – модуль упругости материала покрышки, Па;

Rб – радиус баллона комкодавителя, м;

hб – толщина покрышки баллона, м;

– коэффициент Пуассона, характеризующий свойства материала резиновой покрышки;

Y(х1) – угол поворота края фрагмента покрышки с координатой х1, рад;

МХ(х1) – изгибающий момент, приложенный к краю фрагмента покрышки с координатой х1, (вдоль оси ОХ) Н·м;

сдв(х1) – сдвигающее усилие, приложенное к средней линии материала фрагмента покрышки с координатой х1, Н.

Механико-математическое моделирование проводилось применительно к двум маркам уборочных машин – Е–684СТ и КПК–2СТ (рис.9). При определении рациональной толщины покрышки применялся метод начальных параметров.

В расчетах широко использовались ЭВМ и пакет прикладных программ «MathCAD». Была получена теоретическая зависимость (рис.9) рациональной толщины эластичной покрышки баллона комкодавителя от модуля упругости материала эластичной покрышки и результирующей сосредоточенной силы, девствующей на покрышку со стороны различных компонентов картофельного вороха, F1Р.П, Н в том числе – клубней картофеля, прочных А почвенных комков, 52, камней и др.

По результатам 46, механико – математичес 39, кого моделирования тех нологического процесса в 33, усовершенствованном комкодавителе при 26, избыточном давлении в баллоне комкодавителя 19, 6, равном 0,1·105Па принято 9 0, 1, 1,64 0, в качестве материала. hб, мм покрышки эластичного ЕМП, МПа баллона с активной повер Рисунок 9 – Теоретическая зависимость к хностью (т.А1 – рис.7) определению рациональной толщины покрышки резиновое полотно тол щиной 7,0·10 –3м. баллона комкодавителя комбайна КПК-2СТ.

По результатам анализа нерешенных проблем механизированной уборки картофеля, связанных с удалением растительных примесей, нами усовершенствованы рабочие органы (патенты РФ № 13587, № 14753, № 37905, № 56770 и др.), в том числе разработана и внедрена конструктивно–технологическая схема пальчато–гребенчатого ботвоудалителя (патент РФ № 2225689), включающая работающие совместно с сепарирующим транспортером два ряда ботвоподводящих пальцев и отрывной валик с выступами в форме усеченного конуса. Выступы размещены продольными и поперечными рядами на равном расстоянии друг от друга по всей рабочей поверхности отрывного валика.

Механико – математическое моделирование технологического процесса удаления растительных примесей проводилось с целью обоснования рабочего зазора между отрывным валиком и транспортером – hв.э, и размеров выступов, в том числе радиуса вершины, основания выступов и их высоты, соответственно, rв.к, Rосн.к, и Нв.

Из условия исключения повреждений клубней и обеспечения допустимой полноты отделения растительных примесей получено, что минимально допустимый радиус вершины и основания половины усеченного выступа, соответственно, составляют rв.к.= 8 мм и Rосн.к,=9,1мм и его высота Нв=15 мм.

По данной методике также проведены теоретические исследования выступов в форме прямоугольного параллелепипеда и цилиндра, и установлено, что для повышения полноты удаления растительных примесей и снижения повреждений клубней наиболее предпочтительно использовать выступы в форме половины усеченного конуса.

При механико–математическом моделировании технологического процесса отделения растительных примесей, нами был обоснован рабочий зазор hТВ.Э. между сепарирующим транспортером и отрывным валиком, исходя из обеспечения максимальной производительности устройства пальчато-гребенчатого типа и невозможности попадания клубней вместе с выделенной ботвой в потери.

Отметим, что средняя толщина клубней равна ск=29,2 мм. В результате теоретических исследований технологического процесса удаления ботвы получено, что hТВ.Э. =15…27 мм, при амплитуде колебания отрывного валика = 6 мм По результатам анализа нерешенных проблем механизированной уборки картофеля связанных с вторичной сепарацией мелких почвенных и растительных примесей нами усовершенствованы рабочие органы (патенты РФ № 19442, № и др.), в том числе разработана и внедрена конструктивно–технологическая схема (патент РФ № 2245011), включающая сепарирующую горку 1 и отбойный валик 8 с колеблющимися дисками 7 (рис.10).

Валик 8 выполнен полым в виде трубы 18 и кинематически связан с приводом. Диски 7 установлены наклонно и имеют возможность колебаний относительно оси отбойного валика 8 посредством дополнительного привода. Для уменьшения повреждений клубней диски 7 валика 8 выполнены из резины.

Картофельный ворох (рис.10), состоящий из клубней, мелких почвенных комков и растительных примесей, включающих стебли ботвы и сорняков, попадает на рабочую ветвь 2 продольной горки 1. Свободные клубни скатываются на конвейер 6, а оставшиеся на полотне компоненты вороха поступают к отбойному валику 8. Растительные примеси отделяются от клубней и вместе с мелкими почвенными комками через рабочий зазор удаляются из машины.

Механико – математическое моделирование технологического процесса вторичной сепарации нами проводилось с целью обоснования расстояния между поверхностью горки и отбойным валиком hДГ (рис.10) и угловой скорости вращения отбойного валика 1max (рис.11).

Приняты следующие основные допущения и исходные данные: подача вороха постоянна и его компоненты расположены на горке равномерно;

компоненты вороха движутся вместе с рабочей поверхностью горки без скольжения;

толщиной наклонного диска отбойного валика пренебрегаем;

урожайность картофеля Укр=200ц/га;

скорость уборочной машины постоянна и равна Vмаш =1 м/с;

урожайность ботвы и сорняков на поле qб=2,2т/га и др..

При моделировании технологического процесса (рис.11) были приняты две системы координат: неподвижная OXYZ и подвижная OX1YZ1. Ось ОХ располагается параллельно поверхности горки по направлению движения картофельного вороха, а ось OZ направлена перпендикулярно вверх относительно продольной горки.

Подвижная система координат жестко связана с вращающимся отбойным валиком. Клубень с начальной скоростью, равной скорости горки V Г, взаимодействует с точкой М боковой поверхности наклонного диска отбойного валика, движущейся со скоростью V М (рис.11), в результате чего меняет направление и величину скорости.

А 2 7 поле А А-А 12 7 13 а) hДГ 4 б) 10 18 7 17 14 13 12 в) а) технологическая схема органа вторичной сепарации;

б) схема привода отбойного валика;

в) общий вид отбойного валика.

1 – горка;

2 и 3 – рабочая и обратная ветви ленты;

4– упругие пальцы;

5 – транспортер;

6 – конвейер выгрузки клубней;

7 – наклонные диски;

8 – отбойный валик;

9 – приводная цепь;

10 – ведущая звездочка;

11 – стопорная пластина;

12 – коленчатые элементы;

13 – рейка;

14, 15 – конические шестерни;

16 – стопорный болт;

17 – фланцы;

18 –труба;

19 – шатун;

20– рама.

1 – клубни картофеля;

2 – мелкие почвенные примеси;

3 – почвенные комки;

4 – растительные примеси (стебли ботвы и сорняков).

Рисунок 10 – Конструктивно–технологическая схема усовершенствованного органа вторичной сепарации (патент РФ № 2245011).

Линейную скорость точки контакта М, расположенной на поверхности диска, и скорость клубня V Г разложим на нормальную и касательную составляющие.

Ось ND – нормаль к плоскости диска в точке М, ось 1 направим таким образом, чтобы она проходила через точки О и М плоскости диска, а ось 2 направим через точку М перпендикулярно к оси 1 в плоскости диска.

В результате, нами получена совокупность выражений являющихся основой для получения значения максимально допустимой окружной скорости вращения отбойного валика, на основе ограничения полного ударного импульса, при котором повреждения клубней находятся в пределах АТТ: SОБ SДОП.

Получены выражения для касательной составляющей импульса соударения вида Sвз=f(A1,,1,t) и нормальной составляющей импульса соударения.

Z Z X 1max X cр RВ RD O Y=Y1 VГn VГ VГX А VM1 VГ VM VГ VM M 2 VГ1 VM VMn ND 1 – наклонный диск;

2 – отбойный валик;

3 – клубень картофеля.

Рисунок 11 – Схема к расчету ударного импульса при взаимодействии клубня с наклонным диском.

Нормальная составляющая импульса соударения равна:

S =sin A (( (n+1)sin sin( (n+1)t + )sin( + cos( (n+1)t + )) вз 11 1 02 ср 1 n cos)sin( t + )+sincos( + cos( (n+1)t + ))cos( t + ))tg 1 01 ср 1 02 1 ( ) A (n +1) sin sin (n +1) t + cos ( + cos( (n +1) t + )) 11 1 02 ср 1 ( ) cos A (( (n+1)sinsin (n+1)t + sin( + cos( (n+1)t + )) 11 1 02 cр 1 ( ) ( ) sin( 1 t + 02 )) cos ) cos t + sin cos + cos (n +1) t + ср 1 01 1 sin V. (3) 1 m ГХ + 2 + tg 2 + (cos 2 ) к sin 2 + tg 2 + ( cos )2 sin где – угол наклона диска к оси ОZ в плоскости OYZ, рад;

ср – установочный угол наклона диска к оси OZ1, рад;

– амплитудный угол колебания диска относительно ср, рад;

1 – угловая частота вращения валика, рад/с;

–угол поворота наклонного диска вокруг оси валика в данный момент времени t;

А1 – расстояние от центра О до рассматриваемой точки М ;

n – коэффициент, характеризующий синхронность колебаний наклонного диска;

– угол поворота радиуса-вектора ОМ, рад;

t – время, с;

01 – фазовый (начальный) угол поворота отбойного валика вокруг оси, рад;

02 – фазовый (начальный угол) поворота вала дополнительного привода, рад;

VГХ – составляющая скорости движения клубня Vг по оси Х в неподвижной системе координат OXYZ, м/с;

mк– масса клубня, кг.

Полный ударный импульс взаимодействия клубня с наклонным диском:

= S 2 +S 2. (4) S ОБ взn вз Задача определения величины окружной скорости вращения валика решалась на ЭВМ с использованием пакета прикладных программ «MathCAD».

Нами приняты SДОП SОБ, кг·м/с параметры: = /32;

SОБ,кг·м/с n=1;

ср=/6;

02= 0, =0;

RD=0,11 м;

mк= 0,074 кг и получено значение максимально допустимой окружной 0, скорости отбойного валика 1max=16,0 рад/с.

Максимально возможный полный 0, ударный импульс 0, клубня – SОБ составляет, рад 0,3 0,2 0, t,сек 0,21 кг·м/с (рис.10) при частоте вращения Рисунок 12 – Теоретическая зависимость полного отбойного валика ударного импульса взаимодействия диска с клубнем.

nmax=153,0 об/мин.

Разработана методика и обоснована величина рабочего зазора между дисками и горкой, исходя из условий обеспечения максимальной производительности устройства и предотвращения попадания клубней в потери, равная hДГ=28 мм.

В третьей главе «Экспериментальные исследования усовершенствованных рабочих органов уборочных машин» представлена программа, методики и результаты лабораторных исследований подкапывающего, комкоразрушающего и ботвоудаляющего рабочего органа, а так же органа вторичной сепарации. Лабораторные исследования проводились с целью оптимизации конструктивных и кинематических параметров и оценки АТП усовершенствованных рабочих органов и серийных аналогов.

По результатам ПФЭ по плану 23 для разработанного подкапывающего рабочего органа (одной секции) получено уравнение регрессии для тягового сопротивления:

уп.п = 3688, 46 + 5, 21Х 1д.п + 11,54 Х 2 д.п + 26, 29 Х 3д.п 5,92 Х 1д.п Х 2.п 7, 63 Х 1д.п Х 2.п Х 3д.п, (5) д д где Х1д.п – рабочая скорость картофелеуборочного агрегата, м/с;

Х2д.п– глубина подкопа клубненосного пласта, см;

Х3д.п – длина почвозацепов, имеющихся на диске, мм.

Ширина почвозацепов, принята исходя из конструктивных соображений, а их длина – Х3д.п определена из условия обеспечения тягового сопротивления рабочего органа, как у серийного аналога. Определено, что при максимальной рабочей скорости машины 1 м/c (Х1д.п = +1) и глубине подкопа клубненосного пласта 22см (Х2д.п= +1) ширина почвозацепов в кодированном виде Х 3д.п 0,43 или в натуральном виде lпоч 30,6 мм. Окончательно принимаем ширину почвозацепов 30 мм.

Установлено, что при работе усовершенствованного подкапывающего органа его тяговое сопротивление не превысит показатели серийного аналога.

По результатам ПФЭ по плану 23 для разработанного комкоразрушающего органа в виде баллона с активной поверхностью, установленного над сепарирующим транспортером, получены уравнения регрессии:

о. м у1 = 76,77 –7,93 Х 1к +10,58 Х 2к –3,16 Х 3к +4,28 Х 1к Х 2к –0,62 Х 1к Х 3к –1,72 Х 2к Х 3к ;

(6) о. м у = 0,72 – 0,14 Х 1к +0,30 Х 2к – 0,04 Х 3к – 0,05 Х 1к Х 2к – 0,02 Х 1к Х 3к ––0,009 Х 2к Х 3к. (7) где y1сп.м – полнота сепарации примесей, %;

y2сп.м – количество повреждении клубней, %;

Х1к–подача вороха, кг/с;

Х2к– толщина покрышки баллона комкодавителя, мм;

Х3к.– количество почвенных комков от общей массы вороха, %.

Избыточное давление баллона нами определено при максимальных: подаче картофельного вороха – 50 кг/c (Х1к = +1) и количестве крупных почвенных комков 45% (Х3к = +1). Для того, чтобы полнота сепарации примесей после усовершенствованного комкодавителя составила 80% и более, при повреждениях клубней до 1% избыточное давление баллона должно быть 0,9·104… 0,11·105Па.

Установлено, что при работе усовершенствованного комкодавителя (с толщиной покрышки баллона 7 мм и избыточном давлении 0,104·105Па) полнота сепарации почвы повышается в среднем в 1,05раза, а количество повреждений клубней снижается в 1,16 раза, по сравнению с серийным баллоном.

По результатам ПФЭ по плану 23 для разработанного пальчато–гребенчатого ботвоудалителя обоснован рациональный рабочий зазор – hВ.Э между отрывным валиком и транспортером должен находится в пределах 16,0 мм …28,0 мм.

Установлено, что при использовании усовершенствованного ботвоудалителя полнота отделения растительных примесей повышается в 1,08 раза, а количество потерь клубней снижается в 1,41 раза, по сравнению с серийным аналогом.

По результатам ПФЭ по плану 23 для разработанного органа вторичной сепарации получены уравнения регрессии:

У1 =83,533+2,883 Х 1 –2,50 Х 2 –1,525 Х 3 ;

г г г (11) пс У = 0,56+ 0,29 Х 1г + 0,17 Х 2г + 0,04 Х 3г +0,05 Х 1г Х 2г +0,07 Х 1г Х 3г – пр –0,02 Х 2г Х 3г +0,03 Х 1г Х 2г Х 3г ;

(12) г г г г г г г У = 0,66 – 0,31 Х + 0,22 Х + 0,07 Х – 0,10 Х Х – 0,05 Х Х – по 1 2 3 1 2 1 –0,11 Х 2г Х 3г –0,02 Х 1г Х 2г Х 3г ;

(13) 1 где y пс – полнота сепарации почвенных и растительных примесей. %;

y пр – повреждения клубней, %;

y по – потери клубней, %: Х 1г – частота вращения отбойного валика, об/мин;

Х 2г – подача вороха, кг/с;

Х 3г – количество клубней на столонах, %.

Частота вращения усовершенствованного отбойного валика органа вторичной сепарации нами определена при максимальной подаче вороха на продольную пальчатую горку 7,8 кг/c (Х2к = +1) и количестве клубней на столонах 23% (Х3к = +1).

Для того, чтобы полнота удаления почвенных и растительных примесей составила более 80% при повреждениях и потерях клубней не более 1%, частота вращения отбойного валика должна находиться в пределах 145…158 об/м.

Установлено, что при использовании усовершенствованного органа вторичной сепарации (с частотой вращения валика 152 об/м и рабочим зазором между его дисками и горкой 28 мм) – полнота отделения примесей повышается в 1,05 раза, а количество потерь и повреждений клубней уменьшается, соответственно, в 1,22 раза и в 1,28 раза, по сравнению с серийным аналогом.

В четвертой главе «Способ определения количества повреждений клубней картофеля методом нанесения хрупких покрытий» представлена методика исследований и результаты оценки сходимости показателей нового и стандартного способа для сортов картофеля «Сантэ» и «Невский».

Существующие способы определения повреждений клубней картофеля либо не обеспечивают оперативность получения результатов, либо являются дорогостоящими. Поэтому нами разработан и экспериментально исследован новый способ определения количества повреждений клубней (патент РФ №2203598).

Методика определения повреждений клубней предусматривает нанесение на них хрупких покрытий путем погружения на 2…3 секунды в смесь воска 0,12%…0,25% и разогретой до 800С канифоли. После этого корнеклубнеплоды медленно вынимают из смеси и выдерживают над ванной со смесью в течение 5… секунд. Затем их охлаждают, при температуре 18…220С, до полного затвердения хрупкого покрытия. После взаимодействия с рабочими органами на данных клубнях оценивается площадь пятен контакта, соответственно, по ширине, по длине и по толщине корнеклубнеплода и сравнивается с эталонными значениями.

Эталонные площади контакта определены при максимальном усилии в 20Н на клубни сортов «Сантэ» и «Невский» для фракций: 20…40гр, 40…60гр, 60…80гр и более 80 гр, соответственно, по ширине, по длине и по толщине корнеклубнеплода.

Как показали сравнительные испытания на примере картофелекопателей типа «ККЭ» по количеству повреждений сходимость результатов нового и стандартного способов более 95,3%....97,8%.

В пятой главе «Полевые исследования усовершенствованных уборочных машин» представлены методики и результаты исследования физико–механических и размерно–массовых характеристик компонентов картофельного вороха для различных сортов, а также изменение размерно–массовых характеристик (рис.3…4) на рабочих органах картофелеуборочных машин. Даны методики и результаты оценки АТП серийных машин и усовершенствованных копателей ККЭ–2СТ и КСТ– 1,4СТ, копателей–погрузчиков Е–684СТ и комбайнов КПК–2СТ при хозяйственных испытаниях (табл.1).

Копатели ККЭ–2 и КСТ–1,4 имеют усовершенствованный технологический процесс подкапывания клубненосного пласта (патент № 68845);

копатель– погрузчик Е–684 имеет усовершенствованные технологические процессы:

разрушения почвенных комков (патент № 2254703), ботвоудаления (патент № 2225689) и вторичной сепарации почвенных и растительных примесей (патент № 2245011);

комбайн КПК–2 имеет усовершенствованные технологические процессы разрушения почвенных комков (патент № 2254703) и вторичной сепарации примесей (патент № 2245011).

В период с 1998 по 2007 г. на полях хозяйств Рязанской и Тульской областей нами дополнены и уточнены данные по физико–механическим и размерно–массовым характеристикам компонентов картофельного вороха, в том числе: усилие разрыва стеблей и столонов, их диаметр, усилие отрыва клубней от столонов, урожайность ботвы и клубней, средние толщина, длина и ширина клубней картофеля, среднее количество клубней и стеблей на одном кусте и другие характеристики ряда сортов.

По результатам хозяйственных испытаний (табл.1) в период с 2000 по 2007 г на полях хозяйств Рязанской и Тульской областей определено, что при использовании усовершенствованных уборочных машин: 1) копателей КСТ-1.4СТ и ККЭ-2СТ, возрастает производительность до 0,49…0,52га/ч, количество повреждений и потерь клубней составляет, соответственно, 4,49%…5,48% и 10,3%…12,1%, при этом повышается средняя наработка на отказ в гектарах убранной площади до 6,91…7,1 га;

2) копателя–погрузчика Е–684СТ возрастает производительность до 0,63га/ч, количество повреждений и потерь клубней составляет, соответственно, 7,22% и 5,3% при этом повышается средняя наработка на отказ в гектарах убранной площади до 3,64 га;

3) комбайна КПК–2СТ возрастает производительность до 0,38га/ч, количество повреждений и потерь клубней составляет, соответственно, 7,81% и 4,9% при этом повышается средняя наработка на отказ в гектарах убранной площади до 2,43 га.

Проанализированы тенденции изменения производительности и АТП у отечественных и зарубежных уборочных машин за последние 50 лет, сделаны прогнозы по дальнейшему повышению производительности и АТП, спрогнозированы дальнейшие перспективные направления по совершенствованию картофелеуборочной техники.

В шестой главе «Технико–экономическая оценка и рекомендации по применению усовершенствованных машин и различных технологий уборки картофеля» представлены основные результаты (табл.2) по внедрению Таблица 1 – Результаты хозяйственных испытаний картофелеуборочных машин КСТ–1,4А, КСТ–1,4СТ, ККЭ–2М, ККЭ–2СТ, Е–684, Е–684СТ, КПК–2–01, КПК–2СТ Картофелеуборочные машины Копатели– Копатели Комбайны Еди- погрузчики Наименование ницы КСТ–1,4 ККЭ–2 Е–684 КПК–2– № показателей изме- (КСТ–1,4СТ) (ККЭ–2СТ) (Е–684СТ) (КПК–2СТ) рения базов. (новый базов. (новый базов. (новый базов. (новый вариант вариант) вариант вариант) вариант вариант) вариант вариант) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 Производительность га/ч 0,49 0,52 0,46 0,49 0,57 0,63 0,35 0, 2 Потери клубней % 11,5 10,3 13,2 12,1 8,2 5,3 7,2 4, 3 Повреждения клубней % 6,69 5,48 5,38 4,39 6,35 7,22 10,31 7, (по массе) Качество выполнения тех нологического процесса:

4.1. собрано клубней в 88,5 89,7 86,8 87,9 91,8 94,7 92,8 95, тару 4.2. оставлено на 0,4 0,4 0,4 0.4 3,7 2,3 3,7 2, 4 % поверхности 4.3. оставлено в почве 10,8 9,6 12,6 11,5 4,2 2,8 2,3 1, 4.4. потери на рабочих органах 0,3 0,3 0,2 0,2 0,3 0,2 1,2 0, 5 Средняя наработка на отказ га 6,72 6,91 6,98 7,10 3,45 3,64 2.37 2, Кол-во обслуж-щего персонала 6 чел. 18 18 18 18 1 1 4 (механиз-ров и вспом. рабочих) общие общие ческие (кол-во) чел•ч / т тыс. руб затраты, ционные Технико экономи Удельные Удельные тыс. руб./т эксплуата Стоимость показатели Агрегаты и агрегатов и по операциям по операциям приведенные Примечание:

оборудование трудозатраты, оборудования, уборка и ручной 759, * МТЗ-82+КСТ-1,4СТ (1 агр) 1, 0, ** подбор клубней *** погрузка и 2.297,94 МТЗ-82 + 2ПТС-4 (3 агр.) 0,15 0, 0, 1,92 0, 2, транспортировка * * * реализация урожая 0,97 2,13 3.057, (вариант 1*) Оборудование для обогрева, 83,1*** хранение 1, 2, Уборка 3, 5, освещения, вентиляции и др.

копателем 1.150,55 КСП-15В (1 агр.) сортировка 0, 2, 0, 5, реализация урожая 4.240,82** 2,28** 5,95** (вариант 2**) 1.156,21 уборка МТЗ-82 + Е-684СТ (1 агр.) 0, 0, 0, погрузка и 2.297, 0,17 0, МТЗ-82 + 2ПТС-4 (3 агр.) 0, 0, транспортировка 755,55 сортировка (1-я) КСП-15В /без ТС/ (1 агр.) 0,14 0, 0, 0, 0, * * * реализация урожая 0,98 0,74 4.209, (вариант 1*) Оборудование для обогрева, Уборка 83,1*** хранение 3, 4, 1, 2, освещения, вентиляции и др.

395,0 сортировка (2-я) ТС /КСП-15В/ (1 агр.) 0, 0, 4, 2, ** ** ** реализация урожая копателем-погрузчиком 2,21 4.637, 4, – без учета стоимости капитальных строений.

(вариант 2**) 1.381,265 уборка МТЗ-82+ КПК-2СТ (1 агр.) 0, 0, 0, погрузка и 1.531,8 МТЗ-82 + 2ПТС-4 (2 агр.) 0, 0, 0,41 0, 0, транспортировка Технологические операции и реализация урожая * * * реализация урожая уборки картофеля (цены 2007 г, площадь 40 га, урожайность 20 т/га) 2.913, 0,89 0, (вариант 1*) Оборудование для обогрева, 83,1*** хранение 3, 3, 1, Уборка освещения, вентиляции и др.

комбайном 1.150,55 сортировка КСП-15В (1 агр.) 0, 4, 1,95 0, 2, ** ** ** реализация урожая 2,09 4.096, 4, (вариант 2**) – вариант 1: уборка –... – реализация урожая осенью (без хранения);

– вариант 2: уборка –... – реализация урожая весной (с хранением);

Таблица 2 – Технико-экономические показатели машинных технологий усовершенствованных машин и технологий уборки картофеля, методика и результаты по оценке экономического эффекта от использования усовершенствованных копателей КСТ–1,4СТ, ККЭ-2СТ, копателей–погрузчиков Е– 684СТ, комбайнов КПК–2СТ и в целом различных технологий уборки, с учетом послеуборочных операций по сортировке и хранению урожая в период осень–весна.

Разработаны практические рекомендации по применению усовершенствованных технологий уборки копателями, копателями–погрузчиками и комбайнами.

Технико–экономическая оценка проводилась в два этапа: 1 этап – сравнение серийных и усовершенствованных уборочных машин;

2 этап – сравнение различных технологий уборки картофеля (табл.2) и выработка практических рекомендаций по их применению. Установлено, что при годовой загрузке 40 га экономический эффект, по сравнению с серийными аналогами, составит для:

копателей КСТ–1,4СТ, ККЭ–2СТ, копателя–погрузчика Е–684СТ и комбайна КПК– 2СТ, соответственно, 3760,4 руб/га, 3401,9 руб/га, 6659,7руб/га и 7417,3 руб/га.

Сравнительная технико–экономическая оценка различных технологий (уборка, сортировка и хранение в период осень-весна) показала, что наиболее предпочтительно использовать при уборке картофеля комбайны, у которых эксплуатационные и трудозатраты – минимальны, соответственно, 2,09 тыс.руб/т и 4,26чел•ч/т (табл. 2). В то же время копатели предпочтительно применять на семенных посадках, а копатели–погрузчики – на больших площадях посадки продовольственного картофеля и при полевых работах в ограниченные сроки.

Основные результаты работы используются и внедрены на ОАО «Рязанский завод сельскохозяйственных машин», ГНУ ВНИМС и ООО «РКЗ–комплект» (г.Рязань), ГУ «Рязанский научно–исследовательский и проектно–технологический институт АПК», ГУП «Центр испытания и внедрения сельскохозяйственной техники и машинных технологий» (Республика Мордовия), а также в картофелеводческих хозяйствах Рязанской и Тульской областей на суммарной площади, составившей за 2001…2007гг. более 1720 га.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ 1. Машинные технологии, в зависимости от способа уборки картофеля, должны в совокупности содержать следующие основные операции:

предварительное удаление ботвы на поле, выкапывание и очистку клубней от примесей, погрузку их в кузов транспортного средства и доставку к месту хранения, при этом остаются не достаточно изучены и малоэффективны, но оказывающие значительное влияние на эксплуатационные и агротехнические показатели уборочной техники следующие технологические операции: подкоп клубненосного пласта, разрушение почвенных комков, отделение растительных примесей и вторичная сепарация.

2. Разработана теоретическая модель цепочки технологических процессов уборочных машин включающая, как неуправляемые, так и управляемые факторы, оказывающие влияние на выбор той или иной технологии уборки картофеля – копателем, копателем–погрузчиком или комбайном, так первые факторы в основном связаны с условиями произрастания данной культуры и ее биологическими свойствами, а вторые – с организационными и техническими мероприятиями, при этом к последним относится совершенствование рабочих органов машин.

3. Разработаны усовершенствованные конструктивно–технологические схемы подкапывающего, ботвоудаляющего, комкоразрушающего и сепарирующего органов уборочных машин, при этом установлено следующее.

3.1. Конструкция подкапывающего рабочего органа (патент № 68845), обеспечивающая стабильность технологического процесса, повышение производительности машины и отсутствие сгруживания клубненосного пласта, должна содержать совместно работающие с лемехом пассивные вертикальные отрезные диски с почвозацепами в форме равнобедренного треугольника.

На основе механико–математического моделирования технологического процесса подкапывания пласта определено, что тяговое сопротивление зависит, в основном от конструктивных параметров и режимов работы усовершенствованного органа, силы прилипания почвы к его рабочим поверхностям и адгезионной составляющей силы трения.

По результатам теоретических и лабораторных исследований установлены рациональные параметры усовершенствованного подкапывающего органа – высота и ширина почвозацепов, равные, соответственно, 30 мм и 10 мм. По результатам лабораторных экспериментов получено, что тяговое сопротивление нового подкапывающего органа не превысит сопротивление серийного аналога.

3.2. Конструкция комкоразрушающего рабочего органа (патент № 2254703), обеспечивающая высокую полноту разрушения почвенных комков и повышение производительности машины, должна содержать, по крайней мере, один пневматический баллон с активной поверхностью.

На основе механико–математического моделирования технологического процесса разрушения почвенных комков определено, что результирующая сила воздействия покрышки баллона на компоненты вороха (клубни, почвенные комки и др.) зависит, в основном от конструктивных параметров и режимов работы усовершенствованного комкодавителя, свойств материала покрышки, размерно– массовых характеристик компонентов вороха и их расположения на рабочем органе.

По результатам теоретических и лабораторных исследований установлены рациональные параметры усовершенствованного комкодавителя – толщина покрышки пневматического баллона 7,0 мм и давление воздуха в его камере 1,04·104 Па. По результатам лабораторных экспериментов получено, что при использовании усовершенствованного комкодавителя полнота сепарации почвы повышается в среднем в 1,05раза, а количество повреждений клубней снижается в 1,16 раза, по сравнению с серийным аналогом.

3.3. Конструкция пальчато–гребенчатого ботвоудалителя (патент № 2225689), обеспечивающая высокую полноту отделения растительных примесей и повышение производительности машины, должна содержать два ряда ботвоподводящих пальцев и отрывной валик с выступами в форме половины усеченного конуса.

На основе механико–математического моделирования технологического процесса удаления растительных примесей определено, что возможность соскальзывания стеблей ботвы и сорняков с выступа, и следовательно, полнота их отделения из вороха зависит, в основном от конструктивных параметров и режимов работы усовершенствованного ботвоудалителя, свойств материала выступов и физико–механических характеристик стеблей ботвы, при этом потери клубней, так же в основном зависят от конструктивных параметров и режимов работы устройства, размерно–массовых характеристик клубней и величины подачи вороха.

По результатам теоретических и лабораторных исследований установлены рациональные параметры усовершенствованного ботвоудалителя – высота, радиус основания и вершины выступов, соответственно, 15,0 мм, 9,1 мм и 8,0 мм;

рабочий зазор между отрывным валиком и транспортером 16…28мм. По результатам лабораторных экспериментов получено, что при использовании усовершенствованного ботвоудалителя полнота отделения растительных примесей повышается в 1,08 раза, а количество потерь клубней снижается в 1,41 раза, по сравнению с серийным аналогом.

3.4. Конструкция органа вторичной сепарации (патент № 2245011), обеспечивающая высокую полноту отделения почвенных и растительных примесей, а так же повышение производительности машины, должна содержать продольную горку и отбойный валик с колеблющимися дисками.

На основе механико–математического моделирования технологического процесса вторичной сепарации определено, что величина импульса, с которым диски отбойного валика воздействуют на компоненты картофельного вороха (клубни, почвенные комки и др.) зависит, в основном от конструктивных параметров и режимов работы усовершенствованного органа, размерно–массовых характеристик компонентов вороха, а частота вращения и колебания дисков являются основными факторами, влияющими на повреждения клубней.

По результатам теоретических исследований установлены рациональные параметры усовершенствованного органа вторичной сепарации – рациональная частота вращения дисков отбойного валика 152,0 об/мин и рабочей зазор между дисками отбойного валика и полотном горки не более 28,0 мм. По результатам лабораторных экспериментов получено, что при использовании усовершенствованного органа вторичной сепарации полнота отделения примесей повышается в 1,05 раза, а количество потерь и повреждений клубней уменьшается, соответственно, в 1,22 раза и в 1,28 раза, по сравнению с серийным аналогом.

4. Разработан и экспериментально исследован новый способ (патент №2203598) оперативного определения повреждений клубней методом нанесения хрупких покрытий и последующей оценки площади пятна контакта, обладающий высокой оперативностью и достаточной сходимостью результатов, составившей для копателей ККЭ–2СТ и КСТ–1.4СТ более 95,3%....97,8%, по сравнению со стандартной методикой.

5. Установлено, что по мере прохождения картофельным ворохом рабочих органов уборочных машин изменяются его размерно–массовые характеристики, в том числе уменьшается количество клубней на столонах и средняя длина растительных примесей, соответственно: для копателей – на 40,3%…46,1% и на 29,5%...40,4%, для копателей–погрузчиков – на 93,4%...97,6% и на 80,7%...85,1%, для комбайнов – на 92,8%...96,8% и на 73,8%...83,3%, при этом стебли ботвы на сепарирующих транспортерах принимают преимущественно продольное расположение, относительно своего движения, в то время как на поле имеют преимущественно поперечное расположение.

6. Определено, по результатам хозяйственных испытаний, что при использовании усовершенствованных уборочных машин:

– копателей КСТ–1.4СТ и ККЭ–2СТ с разработанным подкапывающим органом, соответственно, – возрастает производительность на 6,12% и на 6,52%, снижается количество повреждений клубней в 1,22 раза и в 1,23 раза, уменьшаются потери клубней в 1,12 раза и в 1,09 раза, при этом повышается средняя наработка на отказ в гектарах убранной площади на 0,19 га и на 0,12 га, по сравнению с серийными аналогами.

– копателя–погрузчика Е–684СТ с разработанными ботвоудаляющим, комкоразрушающим и сепарирующим органами – возрастает производительность на 10,53%, снижаются потери клубней в 1,55 раза и увеличивается их частота в кузове транспортного средства в 1,15 раза, при этом повышается средняя наработка на отказ в гектарах убранной площади на 0,19 га, по сравнению с серийными аналогами.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.