автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование и разработка широкорядной гребневой машинной технологии возделывания и уборки картофеля

кандидата технических наук
Пономарев, Андрей Григорьевич
город
Москва
год
2005
специальность ВАК РФ
05.20.01
цена
450 рублей
Диссертация по процессам и машинам агроинженерных систем на тему «Обоснование и разработка широкорядной гребневой машинной технологии возделывания и уборки картофеля»

Автореферат диссертации по теме "Обоснование и разработка широкорядной гребневой машинной технологии возделывания и уборки картофеля"

На правах рукописи

ПОНОМАРЕВ Андрей Григорьевич

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ШИРОКОРЯДНОЙ ГРЕБНЕВОЙ МАШИННОЙ ТЕХНОЛОГИИ ВОЗДЕЛЫВАНИЯ И УБОРКИ КАРТОФЕЛЯ

Специальность 05.20.01. - "Технологии и средства механизации

сельского хозяйства"

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2005

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийском Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательском институте механизации сельского хозяйства

(ГНУ ВИМ).

Научный руководитель Кабаков Н.С.

кандидат технических наук

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

Пшеченков К.А.

доктор технических наук, профессор

Марченко Н.М.

доктор технических наук, профессор

ФГУ "Центральная МИС"

Защита состоится «, » 2005 г. в часов

на заседании диссертационного совета Д.006.020.01 при Государственном научном учреждении Всероссийском научно-исследовательском институте механизации сельского хозяйства (ГНУ ВИМ) по адресу: 109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВИМ. Автореферат разослан » Я 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук ^ и' Бычков Н.И.

Ц ZS-д ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В мировом производстве растительных продуктов питания картофель занимает четвертое место, уступая пшенице, кукурузе и рису. Картофель играет особую роль в обеспечении населения нашей страны продовольствием, являясь ценным и ничем не заменимым каждодневным продуктом питания.

На долю Российской Федерации приходится 3 % населения мира и около 15 % мирового валового производства этой культуры. По объему производства картофеля наша страна занимает второе место в мире.

В наиболее благоприятном по погодным условиям 2003 году в хозяйствах всех категорий Российской Федерации картофель выращивали на площади 3,2 млн га, валовый сбор составил 33,6 млн т при средней урожайности 10,4 т/га. В крупных сельскохозяйственных предприятиях площадь посадок картофеля составила 180 тыс. га, урожайность 9,6 т/га, валовый сбор 1 млн 730 тыс. т. Такие показатели говорят о крайне низком использовании потенциала культуры, что подтверждается работами отечественных селекционеров и практикой зарубежных производителей картофеля. Средняя урожайность картофеля в таких странах как, Голландия, Германия, США, Франция, Финляндия, составляет 30 - 40 т с гектара.

Низкую продуктивность обусловливают недостаточный уровень семеноводства, малые дозы внесения органических и минеральных удобрений, недостаточное использование химических средств защиты, механическое воздействие и травмирование растений средствами механизации, потери при уборке и хранении.

При оценке возможности влияния человека на урожайность картофеля через биоэнергетику растения с использованием системного биоэнергетического анализа рассмотрения проблемы производства той или иной сельскохозяйственной культуры выделяются три главные подсистемы: обмен веществ; энергообмен и управляющие процессы.

Система управляющих процессов, наряду с регулирующим влиянием на живой организм целенаправленного воздействия

человека и окружающей среды при его росте и развитии, включает также и наследственные свойства.

Важнейшими параметрами системы (подсистемы) являются: вход (то, что поступает в систему); процесс (что происходит в системе) и выход (конечный результат процесса).

Основную долю получаемой растениями энергии составляет величина фотосинтетически активной радиации солнца, определяющая предельную их продуктивность на данной территории. Влияние других экологических факторов (количество атмосферных осадков, температура и влажность воздуха и почвы, наличие доступных питательных веществ, физические и химические свойства почвы и т.д.) являются ограничениями, налагаемыми этими факторами на использование энергии солнечного излучения для формирования биологической продукции. Отсюда задача повышения продуктивности культурного растения сводится к нахождению приемов и способов создания и поддержания функционирования фотосинтезных систем, позволяющих наилучшим образом использовать энергию солнца.

Разработка новых технологий производства картофеля предусматривает обеспечение наилучшего функционирования фотосинтезных систем путем снижения ограничивающего воздействия неблагоприятных экологических факторов (рис. 1).

Реализация новых технологий осуществляется комплексами машин и требует дополнительной антропогенной энергии в виде минеральных удобрений, химических средств защиты растений, орошения, топлива, электроэнергии, затрат на изготовление и ремонт тракторов и сельскохозяйственных машин. И хотя доля антропогенной энергии в общем энергетическом балансе растений относительно невысока (до 5 %), ее роль в более эффективном использовании ресурсов природы исключительно важна. <

Повышение продуктивности производства картофеля достигается увеличением его урожайности и уменьшением потерь клубней, в том числе и при хранении. ,

Создание оптимальной плотности в зоне клубнеобразования на суглинистых по механическому составу почвах путем рационального механического воздействия обеспечивает значительное повышение урожайности.

Рис. 1. Факторы, влияющие на урожайность картофеля

Существенное уменьшение потерь картофеля при последующем хранении возможно за счет снижения механических повреждений клубней на сепарирующих элеваторах уборочных машин путем обеспечения минимальных скоростей соударения их с прутками.

Решение вопросов инженерного блока, позволяющее повысить эффективность картофельного гектара, является актуальным и практически значимым для сельскохозяйственного производства.

Научные исследования проводили в соответствии с ГНТП 0.51.12 "Высокоэффективные процессы производства продовольствия" на 1993 - 1995 годы в рамках проекта "Комплексы машин для новых зональных технологий возделывания и уборки" картофеля с междурядьями 90 см" и совместной подпрограммы Республики Беларусь и России "Повышение эффективности производства картофеля и картофелепродуктов на 1998 - 2000 годы", утвержденной Постановлением Исполкома Союза Белоруссии и России от 2 декабря 1997 года № 3, в которой В ИМ являлся соисполнителем раздела 3 - "Совершенствование и внедрение региональных экологизированных технологий с различной шириной междурядий и технологических средств для возделывания и уборки картофеля", позиций. 3.1.4 - "Разработать и освоить серийное производство фрезерного культиватора-грядоделателя с междурядьями 90 см" и 3.4 - "Отработать и внедрить современные биологизированные технологии выращивания и хранения картофеля, предназначенного для пищевого потребления и переработки, в различных почвенно-климатических условиях".

Цель работы:

• обоснование широкорядной гребневой технологии возделывания и уборки картофеля на суглинистых по механическому составу почвах, обеспечивающей максимально благоприятные условия роста и развития растений и реализации потенциальных возможностей культуры;

0 разработка необходимых средств механизации с обоснованием параметров и режимов работы для выполнения технологических операций в технологии.

Задачи исследования:

• обосновать рациональное междурядье посадок картофеля при его промышленном возделывании на суглинистых по механическому составу почвах с целью получения максимальной урожайности;

• разработать методику расчета получения оптимальной плотности почвы в зоне формирования клубневого гнезда;

•> создать средства механизации, обеспечивающие благоприятные условия для развития растений и клубнеобразования;

° обосновать оптимальные режимы колебаний полотна сепарирующего элеватора картофелеуборочных машин, обеспечивающие минимальное механическое воздействие прутков на клубни.

Объекты исследований. Применяемые технологии возделывания и уборки картофеля и средства механизации для их реализации.

Опытная гребневая широкорядная (90 см) технология возделывания картофеля; опытный культиватор-гребнеобразователь для одноразового полнообъемного окучивания посадок; сепарирующие рабочие органы картофелеуборочных машин.

Методы исследований. Теоретические исследования проведены с использованием методов механико-математического моделирования функционирования рабочих органов машин.

Экспериментальные исследования выполнены в соответствии с отраслевыми методиками. При обработке экспериментальных данных на ЭВМ использованы методы математической статистики.

Полевые опыты проведены по методикам Б.А. Доспехова (1985 г.) и ВНИИКХ (1967 г.).

Научную новизну представляют:

• методика расчета получения оптимальной плотности почвы в гребне при его формировании культиваторами-гребнеобразователями для различных гребневых посадок картофеля на суглинистых по механическому составу почвах;

• закономерности глубины хода фрезерных рабочих органов культиваторов-гребнеобразователей от физико-механических свойств

почвы, применяемых технологий и задаваемых параметров формируемых гребней;

° аналитическая зависимость, позволяющая определять амплитуду и частоту встряхивания полотна сепарирующего элеватора, обеспечивающих эффективную сепарацию и минимальную скорость соударения клубней с прутками.

Практическая ценность. Результаты исследований использованы при разработке исходных требований и технических заданий на создание конструкций фрезерного культиватора-гребнеобразователя и картофелеуборочных машин для гребневой широкорядной технологии, обеспечивающей, при прочих равных условиях, повышение урожайности клубней не менее чем на 15 %, производительности на 20 %, снижение количества посадочного материала на 15 %, уменьшение общих энергозатрат на 10 % в сравнении с применяемыми гребневыми технологиями.

Научную значимость представляют:

° математическая зависимость глубины междурядной обработки посадок картофеля от плотности почвы в обрабатываемом слое и формируемом гребне, ширины междурядий, параметров гребня, позволяющая определять конструктивные параметры пропашных фрезерных культиваторов при их разработке.

° методика расчета получения задаваемой плотности почвы в формируемом гребне при механизированном возделывании картофеля, позволяющая обеспечить оптимальные условия для формирования клубневого гнезда;

0 рекомендации по выбору кинематических режимов встряхивания полотна сепарирующего элеватора, обеспечивающих минимальные скорости соударения клубней с прутками, позволяющие определять конструктивные параметры встряхивающих устройств картофелеуборочных машин.

Новизна технических решений защищена патентами № 2183395 РФ "Способ возделывания картофеля", № 2196399 РФ "Окучник-уплотнитель гребней", № 2176136 РФ "Почвообрабатывающая фреза".

Реализация результатов исследований. Производственная проверка результатов исследований осуществлена в ОПХ "Ильинское" Всероссийского НИИ картофельного хозяйства, в совхозе-племзаводе "Барыбино", военном совхозе "Лобанове", на Центральной опытной станции Всероссийского НИИ удобрений и агропочвоведения Домодедовского района Московской области, в колхозе "Путь Ленина" Ступинского района Московской области, в ОПХ ЦМИС Солнечногорского района Московской области, на средних и тяжелых по механическому составу почвах, характерных для средней полосы России.

Общая площадь опытных посадок составила около 600 гектаров.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и обсуждены на научно-технических конференциях "Комплексная механизация и автоматизация сельскохозяйственного производства" (ВСХИЗО, 1983 г.), "Транспортирующие и мобильные энергетические средства сельскохозяйственного производства" (ВСХИЗО, 1984 г.), "Машинные технологии и новая сельскохозяйственная техника для условий Евро-Северо-Востока России" (НИИСХ Северо-Востока, 2000 г.), "Энергосбережение в сельском хозяйстве" (ВИЭСХ, 2000 г.), "Сельскому хозяйству - техническое обеспечение XXI века" (ВИМ, 2000 г.), "Земледельческая механика в растениеводстве" (ВИМ, 2003 г.), на международном семинаре "Состояние и перспективы развития картофелеводства" (ВВЦ, 2001 г.), на Научно-техническом совете Министерства сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации (1991 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 15 печатных работ, получено 3 патента.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Она содержит 143 страницы печатного текста, 49

рисунков, 46 таблиц и 4 приложения. Список литературы включает 100 наименований работ.

Положения, выносимые па защиту. На защиту выносятся основные положения научной новизны и научной значимости работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе "Агротехнологические особенности возделывания картофеля и средства механизации (состояние вопроса)" рассмотрены предпосылки появления технологий с различными междурядьями с позиции энергосредств и культуры картофеля. Показаны особенности развития энергосредств и влияние их на технологии производства картофеля. Установлено влияние технологий и средств механизации на условия развития растений, уплотнение почвы, водно-воздушный режим в почве и урожай клубней картофеля. Этими вопросами занимались Горячкин В.П., Павлов В.Д., Герасимов С.А., Фирсов Н.В., Гудзенко И.П., Писарев Б.А., Петров Г.Д., Пшеченков К.А., Верещагин Н.И., Сорокин A.A., Марченко Н.М., Бурченко П.Н., Кабаков Н.С., Кривогов Н.И., Колчин H.H., Клейн В.Ф. и др., за рубежом Veimeyer F.J., Hendrickson A.N., Diesel W., Kramer К., Dimitrov St. и др.

Установлено, что низкая урожайность и неудовлетворительная эффективность отрасли в значительной мере определяются нарушениями агротехнологической дисциплины и несовершенством технологий и средств механизации возделывания и уборки картофеля.

Во второй главе "Теоретические исследования" приведены обоснования размеров гребня в соответствии с требованиями культуры и почвенно-климатическими условиями, а также рациональное сочетание параметров ходовых систем машин с размером междурядий.

Получена аналитическая зависимость для определения рациональной глубины хода рабочих органов окучника с учетом плотности почвы:

к _ 0,5(а + £)Нр2 - Мр, + 1глЬ„(р1 - Рп) см (1)

¿Л,(р1 - Р2)

где Ьп, Ь - глубина хода рабочих органов, соответственно при выполнении предпосадочной и междурядной обработок, см;

Ък- глубина хода кожуха, формирующего гребень, см;

с! - ширина междурядий, см;

I - ширина гребня по верху, см;

Н - высота гребня, см;

Ьы - ширина обрабатываемого культиватором-окучником участка в междурядье, см;

Рь Рп, Рг - плотность почвы, соответственно, до проведения, после проведения предпосадочной обработки и в насыпной части гребня после окучивания, г/см3.

На рисунке 2 представлен схематический разрез поля после проведения полнообъемного окучивания посадок картофеля фрезерным культиватором-гребнеобразователем.

л

Н

\/

Рис. 2. Схематический разрез поля после проведения полнообъемного окучивания посадок картофеля

Анализ полученной формулы позволил определить зависимости (рис. 3), показывающие изменение глубины обработки (Ь) от разности начальной (рО и конечной (р2) плотностей почвы для

конкретных задаваемых параметров получаемого гребня для гребневых технологий с междурядьями 70, 75 и 90 см.

17,0

Ар

О 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,0 0.7 0.8

Разность начальной (р|) и требуемой для картофеля (рг = 1,2) плотности суглинистой почвы, г/см3 С = 22 см; II = 26 см; р, = 1,2...2,0 г/см3; р2 = 1,2 г/см3

Рис. 3. Зависимости глубины междурядной обработки при одноразовом

окучивании посадок картофеля фрезерным окучником от разности начальной и конечной плотности суглинистой по механическому составу

почвы

Перед посадкой картофеля проводят предпосадочную обработку почвы на определенную глубину (Ь„), в результате чего в

обработанном слое снижается плотность от значения р, до р, возрастает глубина обработки при проведении окучивания (рис. 4).

спло пункп иная при ирная при Ьа- 14 см Ь„- 12 с? [

мсжп ______ту урядья 70 :м

мез р- щурядья 7 5 см -—

МО дурядья 9 /> 3 см

Др

0.7

Разность начальной (р|), предпосадочной (р„) и конечной (р>) плотностей суглинистой

почвы, г/см3

С = 22 см; Н = 26 см; р, = 1,2...2,0 г/см'; р„= 1,3 г/см3;р2= 1,2 г/см3; Ц, = 50,55,70 см для междурядий, соответственно, 70,75 и 90 см.

Рис. 4. Зависимости глубины междурядной обработки (к) при одноразовом окучивании посадок картофеля фрезерным окучником от глубины слоя предпосадочной обработки (}х„) и плотности (Л р) обрабатываемой суглинистой по механическому составу почвы

Из зависимостей видно, что при заданной разнице плотностей почвы после выполнения предпосадочной обработки (рп) и в сформированном гребне (р2) глубина хода рабочих органов фрезерного окучника (И) уменьшается с уменьшением глубины слоя предпосадочной обработки (Ьп).

Большое значение на глубину хода фрезерных рабочих органов при окучивании посадок оказывает параметр глубины хода уплотняющего гребень кожуха (рис. 5). При прочих равных значениях при формировании гребня заданных параметров, уменьшение глубины хода кожуха (йк) относительно фрезерных рабочих органов ведет к увеличению глубины фрезерования (И), что повышает энергоемкость процесса.

Входящие в формулу значения параметров гребня, параметров окучника и состояния почвы оказывают не одинаковое влияние на глубину хода рабочих органов при формировании полнообъемного гребня заданных параметров. На рисунке 6 приведена совмещенная диаграмма значимости влияния входящих в формулу параметров гребня (С, Н, с1, Ьп) на глубину установки хода ножей при окучивании (Ь). Исследованиями установлено, что наиболее значимым параметром, влияющим на глубину обработки, является высота формируемого гребня (Н).

Полученная в результате теоретических исследований формула зависимости глубины установки фрезерных рабочих органов (Ь) от параметров, задаваемых гребню, позволяет определять параметры культиваторов-гребнеобразователей, используемых в различных технологиях возделывания картофеля. Для междурядий ((1) 70, 75 и 90 см рабочая ширина фрезьг в междурядьях (Ьм) определяется значениями 50, 55 и 70 см соответственно. Этот параметр вытекает из агротехнических требований, определяющих величину защитной зоны при междурядных обработках фрезерными культиваторами (10-17 см).

Глубина слоя (Ьп) и качество предпосадочной обработки почвы определяются из следующих условий:

а) проводить предпосадочную обработку почвы на глубину более 14 см нет смысла, т.к. при посадке на 6-8 см слой рыхлой почвы под маточным клубнем (ниже которого не формируется урожай)

СПЛОШ1 пункта |ая -для 11, зная-для = 15 см 1к = 12 см

\

\ \ между эядья 70 сь

ч м У :ждурядья' 1 '5 см 1СЖДУРЯДЫ 90 см

...... .....'.'.л

—~ &

Др

0.1 02 03 04 0.5 06 0.7 08

Разность начальной (р|) и конечной (р:) плотности суглинистой почвы, г/см3

С = 22 см; Н = 26 см; 11,,= 12см;р,= 1,2...2,0 г/см'; р2 = 1,2 г/см3; р„= 1,3 г/см3; Ц, = 50,55,70 см для междурядий, соответственно 70,75 и 90 см.

Рис. 5. Зависимости глубины междурядной обработки от ширины междурядий, плотности по чвы и глубины установки кожуха-уплотнителя

составит 8-6 см, что вполне достаточно для гарантированного попадания подкапывающего лемеха картофелеуборочной машины. Обработка на большую глубину потребует дополнительных затрат энергии и повлияет на производительность на этой операции;

б) плотность суглинистой по механическому составу почвы после проведения предпосадочной обработки не должна превышать значения 1,2 г/см3, ввиду того, что после посадки, в зоне маточного клубня, определяемой величиной защитной зоны, не будет производиться рыхлений, с целью создания оптимального значения плотности почвы (р2).

ь

16 18 20 | Ширина верхнего основания гребня, см;

24 26 28 И

Высота формируемого гребня, см

Рис. 6. Совмещенная диаграмма значимости влияния ширины верхнего основания (С) и высоты гребня (Н) на глубину обработки фрезерным

окучником (II)

Глубина установки формирующего гребень кожуха (hK) и пределы регулировки этого параметра определяются отношением к глубине хода фрезерных рабочих органов (h). При выполнении операции окучивания этот показатель должен быть равен 1. При уменьшении его, существенно возрастают глубина междурядной обработки и энергозатраты.

Одной из задач исследований было изыскание способов уменьшения повреждений клубней при уборке и, в частности, на сепарирующем элеваторе уборочной машины являющемся главным источником механических повреждений клубней в комбайне.

Встряхивание рабочей ветви полотна, осуществляемое специальными устройствами, характеризуется кинематическим режимом, определяемым частотой со и амплитудой г регулируемыми в соответствии с конкретными условиями.

Кинематический режим принимается из условия, что ворох, поступающий на сепарирующий элеватор с подкапывающих лемехов, периодически, с определенной частотой, отрывается от полотна и совершает свободный полет над ним. Момент отрыва (фаза отрыва)

р-cosа

cot3 определяется из выражения cos Шъ = -—--,

йГг

где g - ускорение свободного падения (9,81), м/с2;

а - угол наклона полотна элеватора к горизонту, град.; со - круговая частота колебаний полотна, с"1; г - амплитуда колебаний полотна в зоне встряхивателя, м, и характеризует угол положения радиуса кривошипа встряхивающего механизма при отрыве вороха от полотна.

Приведенная зависимость фазы отрыва cot3 позволяет утверждать, что отрыв вороха от полотна происходит при обязательном условии со2 г > g cosa (cos cot3 < 1), т.е. ускорение замедления вертикальных колебаний полотна должно быть больше ускорения свободного падения частицы. В дальнейшем, для упрощения расчетов, принято, что полотно сепарирующего элеватора находится в горизонтальном положении (а = 0).

После отрыва частицы (клубня, комка почвы) она совершает свободный полет в течение времени t, до момента падения на полотно.

Произведение частоты колебаний полотна на время свободного полета частицы определяет угол (фазу) полета cot.

Таким образом, взаимодействие полотна сепарирующего элеватора с частицей характеризуется фазой отрыва cot3 и фазой полета cot и зависит от изменения кинематического режима колебаний полотна, задаваемого величинами круговой частоты со и радиуса г.

Учитывая, что отрыв частицы от полотна происходит при условии cos cot3 < 1, коэффициент кинематического режима колебаний полотна /^определяется из выражения

= ^ = (2) COS (0t3 g

На практике, при уборке картофеля, выбор кинематического режима встряхивания полотна элеватора осуществляется субъективно, в пределах диапазонов регулировок со и г, что является недопустимым, т.к. скорость соударения клубня с полотном, определяемая из выражения

(1-cos cot,)2 ,

---^^+1 — COS(Ct)i - CUfj )

2cosOJ/3

—--sin(cot - cot3)

,(3)

меняется в зависимости от выбранных значений со и г в широком диапазоне и является основным фактором, влияющим на степень механических повреждений, что в дальнейшем определяет способность картофеля к хранению

Как показали исследования, скорость соударения Ус клубней с прутками элеватора характеризуется периодически возрастающей зависимостью (рис. 7) и определяется коэффициентом кинематического режима.

Так, при значении К = 3 скорость соударения Ус = 1,5 м/с, а при К = 4,5 Уа уменьшается до 0,03 м/с. Установлено, что при этом повреждение клубней на элеваторе сокращается соответственно с 3 до 0,5 %, а отделение почвы увеличивается на 20 %. Эффект сепарации улучшается при увеличении значения кинематического коэффициента встряхивания К за счет больших ускорений встряхивания.

Коэффициент К, характеризующий режим колебаний полотна элеватора, может принимать одинаковые значения при различном соотношении определяющих его величин со и г.

g

Pire. 7. Зависимост ь скорост я соударения клубней с прут ками элеват opa от коэффициент а кинематическогорежима (для условия m = const = 40 рад/е)

Исследования зависимости скоростей соударения (Vc) клубня и полотна элеватора показали, что минимальная скорость соударения Vc m!n обеспечивается при одних и тех же коэффициентах кинематического режима К и не зависит от соотношения значений величин со и г. В то же время, величина максимальной скорости соударения Vc max наблюдается также при одних и тех же значениях коэффициента К, однако значение ее увеличивается по мере возрастания амплитуды колебаний полотна г.

Установлено, что величина минимальной скорости соударения клубня с полотном (Vc min) может быть обеспечена при значениях коэффициента кинематического режима (К), равных 4,6; 7,79; 10,9 ... и не зависит от вариаций круговой частоты (со) и амплитуды ® колебаний, при которых получены данные значения коэффициентов.

На рисунке 8 приведены зависимости соотношений круговой частоты и амплитуды колебаний полотна элеватора для фиксированных значений коэффициентов кинематического режима. Выделенные кривые (для К = 4,6 и для К = 7,79) обеспечивают минимальные скорости соударения клубня с полотном. Отличие этих режимов заключается в том, что при К= 4,6 взаимодействие полотна и вороха происходит в каждом колебании, а при К= 7,79 один раз в два колебания.

Исследования по взаимодействию полотна сепарирующего элеватора и поступающего на него вороха позволяют обоснованно выбирать режимы работы встряхивателя (К) и значения определяющих его параметров со и г, обеспечивающие минимальные скорости соударения клубней с прутками и исключающие серьезные механические повреждения картофеля, возникающие при скоростях соударения свыше 1,5 м/с.

При выборе параметров со и г необходимо выполнять О)2 • г

следующие условия: -= 4,6 (4)

8

для кинематического режима колебаний полотна, обеспечивающего первую минимальную скорость соударения с ним клубня, и

8

для режима второй минимальной скорости соударения.

При этом минимальная скорость соударения Ус тш буде обеспечиваться при любых соотношениях ш и г.

0,005 0,010 0,015 0,020 0,025 0,030 0,035 0,040 0,045 0,050

Амплитуда колебаний полотна элеватора, м Рис. 8. Соотношения круговой частоты (со) и амплитуды (г) колебаний полотна, определяющие коэффициенты кинематического режима (К), обеспечивающие минимальные скорости соударения клубня (V с ,„!,,)

В третьей главе "Программа и методика исследований"

в соответствии с целью, задачами и объектами исследовали:

- процесс гребнеобразования при возделывании картофеля;

- отделение почвы и повреждение клубней на сепарирующем элеваторе;

- технологии производства картофеля с междурядьями 90 и 70 см.

Методика исследования. Процесс гребнеобразования исследовали теоретически и экспериментально

Теоретические исследования проводили для выявления зависимости глубины хода рабочих органов окучника от величины междурядий, размеров гребня и плотности почвы с учетом требований растения, необходимых для формирования клубневого гнезда и создания благоприятных условий уборки картофеля.

Экспериментальные исследования проводили в полевых условиях замером параметров гребня и плотности почвы.

Обработку результатов проводили методами математической статистики с определением среднего значения, квадратичного отклонения и коэффициента вариации исследуемых параметров.

Применяли профиломер, метр, плотномер.

Учитывая существенную зависимость урожайности от плотности почвы в гребне, рассмотрен процесс формирования гребней фрезерным культиватором-гребнеобразователем при разовом полнообъемном окучивании посадок. Для определения влияния на плотность почвы в гребне (гряде) р2 (параметр оптимизации) глубины хода фрезы Ь и ширины зоны обрабатываемого междурядья Ьм (наиболее существенные факторы, влияющие на параметр оптимизации) были проведены полевые исследования с использованием метода планирования эксперимента - ПФЭ 22.

Приняв линейную модель описания процесса и определив значимые коэффициенты, получили уравнение регрессии:

у= 1,275 + 0,125 • х1 + 0,125 • ^ - 0,025 ■хгх2, г/см3 (6)

где функция отклика (плотность почвы в гребне);

Х\ - фактор глубины хода фрезы (Ь), кодированное

значение;

Хг - фактор ширины зоны обрабатываемого междурядья (Ц,)> кодированное значение.

Член уравнения Вп , учитывающий взаимодействие факторов х\ и Х2, в дальнейших расчетах приравнен к нулю.

После проверки уравнения (6) по критерию Фишера установлено, что уравнение регрессии адекватно отражает экспериментальные данные. Необходимую плотность почвы в гребне (гряде) р2 = 1,1...1,2 г/см3 получили по уравнению (6) при глубине хода фрезы Ь = 14...16 см и ширине зоны обрабатываемого междурядья Ьм = 40...50 см.

Повреждение клубней на сепарирующем элеваторе исследовали посредством аналитического расчета скорости соударения клубня с прутковым полотном элеватора в зависимости от кинематического режима встряхивания его рабочей ветви и экспериментальным анализом клубней, прошедших элеватор.

Методика расчета предусматривала изменение характера скорости соударения клубня от фазы его свободного полета над рабочим полотном элеватора. Повреждение клубней определяли по методике ОСТ 1085 - 87 "Машины для уборки и сортировки картофеля, программа и методика испытаний".

Методика оценки технологий производства картофеля с междурядьями 90 и 70 см (базовая технология) предусматривала в первую очередь сравнение по урожайности, качеству клубней, их повреждению и потерям, а также по производительности, энергоемкости, трудоемкости и экономическим показателям.

Измерения и обработку результатов наблюдения провели по методикам Б.А. Доспехова (1985 г.) и ВНИИКХ (1967 г.).

В четвертой главе "Экспериментальные исследования"

представлен материал, связанный с совершенствованием технологических процессов возделывания картофеля, предусматривающих создание благоприятных условий для развития клубней картофеля с учетом биологических особенностей культуры, в частности, площади питания растения, освещенности, параметров клубневого гнезда, и предопределяющих урожайность.

Исследования процесса формирования гребня и обоснование объема почвы, необходимого для хорошего развития растений, подтвердили правильность предложенной формулы для определения глубины обработки почвы Ь на операции окучивания. Возделывание

картофеля по гребневой широкорядной технологии позволило, при прочих равных условиях, увеличить урожайность.

Задачей исследования являлось также уменьшение повреждений клубней на сепарирующем элеваторе. Проходя по элеватору, клубни ударяются 10...30 раз о его прутки, причем, как показали исследования, интенсивность воздействия существенно меняется в зависимости от кинематического режима встряхивания полотна элеватора, характеризующегося коэффициентом кинематического режима К.

В экспериментальных исследованиях величину .ЙГ изменяли в интервале от 3 до 5. Анализ клубней картофеля при этих режимах показал, что повреждения клубней на элеваторе при К - 3 составил 3%, а при К= 4,5 - 0,5%, что объясняется существенной разницей в скорости соударения клубней с прутками элеватора на этих режимах. Одновременно со снижением повреждаемости клубней наблюдалось улучшение на 20 % сепарации почвы.

Хозяйственные испытания в период с 1990 по 2002 год перспективной гребневой широкорядной технологии и разработанных средств механизации показали, что она гарантирует увеличение урожайности не менее чем на. 15 %, снижая при этом механические повреждения клубней.

Данные сравнительных хозяйственных испытаний в 2002 году, проводившихся ЦМИС в АО "Бунятино" Дмитровского района Московской области, показали, что фактический урожай клубней по перспективной технологии составил 41,2 т/га, в то время как по базовой с междурядьями 70 см - 22,4 т/га.

В пятой главе "Экономическая эффективность гребневой широкорядной технологии" изложены данные производственной проверки результатов исследований и разработок в период с 1990 по 2002 год в ОПХ "Ильинское" ВНИИКХ, в совхозе-племзаводе "Барыбино", в военном совхозе "Лобаново", на Центральной опытной станции Всероссийского НИИ удобрений и агропочвоведения, колхозе "Путь Ленина", в ОПХ ЦМИС.

Обоснованная перспективная гребневая широкорядная технология и предложенные рекомендации по выполнению в ней технологических процессов и выбору параметров культиваторов-гребнеобразователей и сепарирующих элеваторов

картофелеуборочных машин обеспечивают по сравнению с базовой гребневой технологией с междурядьями 70 см повышение урожайности не менее чем на 15% и увеличение производительности на 20 % (за счет большей ширины захвата при той же рядности машин). При этом на 10 % требуется меньше посадочного материала на гектар, на 15% снижаются механические повреждения клубней.

Проведенная биоэнергетическая оценка всех гребневых технологий по полному циклу энергозатрат (от посадки до посадки) показала, что при применении гребневой широкорядной технологии с междурядьями 90 см общие энергозатраты снижаются на 10 - 12 % (с 65 000 - 70 000 МДж до 55 000 - 60 000 МДж).

В таблице 1 приведены расчетные данные энергоемкости гребневой широкорядной технологии возделывания и уборки картофеля с междурядьями 90 см в целом, и по составляющим видам работ. В таблице 2 приводится структура и сравнение энергетических затрат по полевым операциям для гребневых технологий с междурядьями 70,75 и 90 см.

На рисунках 9 и 10 представлены диаграммы структуры составляющих энергетических и финансовых затрат, рассчитанные для гребневой технологии с междурядьями 70 см, принятой за базу для сравнения.

Экономическая эффективность предлагаемой технологии и разработок по совершенствованию средств механизации, определяемая по совокупному показателю общих энергетических затрат и прибавки урожайности, может составлять от 17 до 18,5 тыс. рублей на гектар с учетом рациональной площади посадок.

Дополнительная экономическая эффективность, связанная с использованием рекомендаций по выбору оптимальных режимов работы полотна сепарирующего элеватора картофелеуборочных машин, обеспечивающих минимальное механическое воздействие прутков на клубни, связана с повышением лежкости картофеля при длительном его хранении. -

Рекомендации могут быть использованы в любых технологиях возделывания и уборки картофеля на различных по механическому составу типах почв.

Таблица 1 - Энергоемкость гребневой широкорядной технологии возделывания и уборки картофеля с междурядьями 90

см

энергозатраты, МДж/га

доля

наименование работ живой средства топливо общие в общих затратах,

труд механизации материал %

1. Подготовка н внесение органики, дискование, вспашка зяби 12,8 3524 4493 8030 35,2

5333 13363» 25,7*

2. Весенняя подготовка почвы, внесение минеральных удобрений 1,84 734 1358 7560 2093 9653* 9,2 18,6*

3. Подготовка семян картофеля к 18,2 1713 1658 3389 14,8

посадке 366 3755* 7,2*

4. Посадка картофеля 2,7 367 414 784 3,4

15000 15784* 30,3*

5. Уход за посадками 3,6 979 2002 928 2985 3913* 13,1 7,5*

6. ■ Механическое удаление ботвы и уборка картофеля комбайном 12,3 1760 3776 5548 243 10,7*

По технологии: 51,5 9077 13701 29187 22830 29187* 100 100*

Всего: 52017*

* - общие затраты с учетом технологического материала

Таблица 2 - Структура энергетических затрат на полевых операциях по гребневым технологиям

Базовая "Б" Европейская "Е" Перспективная "П"

(междурядья 70 см) (междурядья 75 см) (междурядья 90 см)

Наименование работ МДж/га % МДж/га % к базе МДж'га % к базе

Подготовка и внесение органики, днскование, 8030 100 8030 100 8030 100

вспашка 13363* 100 13363* 100 13363* 100

Весенняя подготовка почвы, внесение 2848 100 1964 69 2093 73

минеральных удобрений 10408* 100 9524* 92 9653 93

Подготовка семян картофеля к посадке 4072 4511* 100 100 4072 4511* 100 100 3389 3755* вз вз

Посадка картофеля 1432 19432* 100 100 842 18842 59 97 784 15784* 55 81

Уход за посадками 4572 5500 100 100 3114 4042* 68 73 2985 3913* 63 71

Механическое удаление ботвы и уборка клубней комбайном 6587 100 6454 98 5548 84

Итого по технологии:

- средства механизации 27539 100 24476 89 22830 83

- технологический материал 32260 100 32260 100 29187 90

суммарные 59799 100 56736 95 52017 87

* - затраты с учетом технологического материала

6 7

0% 26%

Рис. 9. Структура составляющих энергетических затрат (в МДж/га) в базовой технологии возделывания и уборки картофеля:

1 - средства механизации (И 852); 2- органические удобрения (5533); 3-минералыше удобрения (7560); 4- средства химической защиты растений (1367); 5-посадочиый материал (¡8 ООО); 6- живой труд (61); 7- топливо (15626).

(суммарные энергозатраты в базовой технологии составляют59 799)

5

56%

Рис. 10. Структура составляющих финансовых затрат (врублях) по базовой технологии возделывания и уборки картофеля (в ценах 2004 г.):

1 - средства механизации (5 ООО); 2- органические удобрения (4 ООО); 3 - минеральные удобрения (3 600); 4 - средства химической защиты растений (3 ООО); 5 - посадочный материал (24 ООО); б- живой труд (800); 7- топливо (3240)

(суммарные финансовые затрат в базовой технологии составляют43 640)

Общие выводы

1. Результатами исследований, хозяйственной проверкой и приемочными испытаниями выявлено, что обоснованная гребневая широкорядная технология с междурядьями 90 см с применением фрезерных машин на суглинистых по механическому составу почвах является более эффективной и способствует повышению урожайности, при прочих равных условиях, не менее чем на 15% в сравнении с гребневой с междурядьями 70 см.

2. Установлено, что для данной технологии на суглинистых по механическому составу почвах одноразовое полнообъемное окучивание культиватором-гребнеобразователем с активными рабочими органами способствует созданию оптимальных по плотности и фракционному составу почвы условий для развития растений в сравнении с другими видами механических обработок, что обеспечивает увеличение урожайности и необходимые условия для качественной комбайновой уборки.

3. Получена математическая зависимость (1) глубины хода фрезерных рабочих органов пропашных культиваторов-окучников от плотности почвы в обрабатываемом слое и формируемом гребне, ширины междурядий, параметров гребня, которая позволяет определять требования к конструктивным параметрам пропашных фрезерных культиваторов при их разработке.

4. Обоснованы численные значения коэффициентов кинематических режимов встряхивания полотна сепарирующего элеватора картофелеуборочной машины, позволяющих уменьшить скорости соударения клубней с прутками с целью снижения механических повреждений картофеля.

Коэффициент кинематического режима в зоне встряхивания полотна элеватора К следует принимать равным 4,6 для режима, обеспечивающего первую минимальную скорость соударения клубня с прутками, и 7,8 для режима второй минимальной скорости соударения.

5. По аналитической зависимости скорости соударения клубней (ус) с прутками элеватора установлено, что при значениях коэффициента кинематического режима К= 3,3 скорость соударения Ус = 1,5 м/с, а при К= 4,6 или 7,8 она снижается до Ус = 0,05 м/с. При этом механические повреждения клубней на элеваторе уменьшаются соответственно с 3 до 0,5%.

6. Экономическая эффективность предлагаемой технологии и разработок по совершенствованию средств механизации за счет снижения суммарных энергетических затрат и повышения урожайности картофеля может составлять от 17 до 18,5 тыс. рублей на 1 гектаре, а с учетом использования рекомендаций по оптимальному выбору коэффициентов кинематического режима сепарирующего элеватора картофелеуборочных машин до 30 тыс. рублей на гектар.

7. Результаты исследований использованы при разработке исходных требований и технического задания на фрезерный культиватор-гребнеобразователь, реализованных ЗАО "Колнаг" при изготовлении опытных образцов машины, а также в технических заданиях на копатель-погрузчик картофеля и картофелекопатель для междурядий 90 см.

Публикации по теме диссертации

1. Возделывание сельскохозяйственных культур на новой агротехнической основе // Техника в сельском хозяйстве, № 6,1999, с.36 - 38 (соавтор Кабаков Н.С.).

2. Новая машинная технология производства картофеля // Механизация и электрификация сельского хозяйства, № 12, 1999, с. 13 -14 (соавтор Кабаков Н.С.).

3. Трактор ЛТЗ-155 для возделывания пропашных культур // Тракторы и сельскохозяйственные машины, № 1, 2000, с. 7 - 9 (соавтор Кабаков Н.С.).

4. Энергосберегающая машинная технология производства картофеля //Труды НИИСХ Северо-Востока, Киров, т.2, 2000, с. 100 -103 (соавтор Кабаков Н.С.).

5. Энергозатраты при производстве картофеля по различным технологиям. Пути ресурсосбережения // Труды 2-й Международной научно-технической конференции к 70-летию ВИЭСХ, часть 1 - М.: 2000, с. 361 - 365 (соавторы Кабаков Н.С., Джавадов Р.Д.).

6. Основные направления развития механизации производства картофеля в условиях России и Белоруссии на период 2001 - 2005 гг. // Труды ВИМ, М.: т. 131. ВИМ, 2000, с. 172- 176 (соавторы Бурченко П.Н., Кабаков Н.С., Кузнецов Ю.И.).

7. Широкорядная технология возделывания картофеля // Земледелие, № 4, 2001, с. 11 (соавтор Кабаков Н.С.).

8. Можно рассчитывать на успех при разных технологиях // Картофель и овощи, № 5, 2001, с. 27 - 30 (соавторы Кабаков Н.С., Джавадов Р.Д.).

9. Машинные технологии возделывания и уборки картофеля с междурядьями 75 и 90 см комплексами машин, с обоснованием энергоемкости процессов. Заключительный научно-исследовательский отчет ВИМ, 2000, № Гос. регистрации 01. 9. 70 005796, инв. № 02.20.00 05845.

10. Методические рекомендации по освоению машинных технологий возделывания и уборки картофеля. - М.: Информагротех, 1999. 52 с. (соавторы Елизаров В.П.,Кабаков Н.С., и др.).

11. Почвообрабатывающая фреза - Патент на изобретение № 2176136 (соавторы Джавадов Р.Д., Кабаков Н.С.).

12. Способ возделывания картофеля - Патент на изобретение № 2183395 (соавторы Кабаков Н.С., Джавадов Р.Д.).

13. Окучник-уплотнитель гребней - Патент на изобретение № 2196399 (соавторы Джавадов Р.Д., Кабаков Н.С.).

14. Теория сепарации на элеваторах картофелеуборочных машин по величине липкости почвы // Труды ВИМ, т. 147, 2003, с. 82 - 87 (соавтор Сорокин A.A.).

15. Обоснование уменьшения повреждений клубней на сепарирующих элеваторах картофелеуборочных машин // Тракторы и сельскохозяйственные машины, № 2, 2004, с. 17-20 (соавторы Сорокин A.A., Бышов Н.В.)

г

~ J-7 snJT Г? РНБ Русский фонд

2007-4 11220

Редакционно-издательский отдел ВИМ

Подписано в печать 18.11.05. Форм. бум. 60x90/16 Объем 1,5 п.л. Заказ № 33. Тираж 120 экз.

Типография ГНУ ВИМ

109428 Москва, 1-й Институтский проезд, 5

з t

р и

2 9 ДЕК 7005

/

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Пономарев, Андрей Григорьевич

Введение

Глава 1. Агротехнологические особенности возделывания картофеля и применяемые машины

1.1. Биологические особенности картофеля

1.2. Плотность почвы и урожайность картофеля

1.3. Схемы посадки картофеля

1.4. Применяемые и перспективные способы обработки почвы под посадку картофеля

1.5. Технологические приемы ухода за посадками картофеля и применяемые машины

1.6. Площадь питания растений и параметры гнезда клубней

1.7. Параметры гребня и их влияние на урожайность и качество получаемой продукции

1.8. Вписываемость шин колесных тракторов тяговых классов

1,4м 2,0 в различные междурядья

1.9. Комбайновая уборка картофеля и связанные с ней потери

Глава 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Технологический процесс формирования гребня фрезерным гребнеобразователем и обоснование его параметров

2.1.1. Обоснование объема почвы, необходимого для формирования гребня и параметры фрезерного кулътиватора-гребнеобразователя

2.1.2. Необходимые агротехнические условия для качественной уборки картофеля комбайнами

2.1.3. Методика расчета получения рациональной плотности почвы в формируемом гребне при механизированном возделывании картофеля

2.2. Исследования взаимодействия сепарирующего элеватора с клубнями и определение режимов встряхивания, обеспечивающих уменьшение повреждений клубней

2.2.1. Источники повреждений клубней

2.2.2. Анализ взаимодействия клубней картофеля с полотном сепарирующего элеватора при встряхивании

2.2.3. характер взаимодействия клубня с полотном по мере его продвижения по сепарирующему элеватору

Глава 3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Цель и задачи исследований

3.2. Объекты исследований

3.3. Программа и методика экспериментальных исследований

3.3.1. Программа исследований

3.3.2. Методика исследований

3.3.2.1. Методика исследования технологического процесса окучивания посадок

3.3.2.2. Методика исследования влияния скоростных режимов работы агрегата на фракционный состав почвы в гребне при междурядных обработках посадок картофеля

3.3.2.3. Методика исследования повреждения клубней на сепарирующем элеваторе картофелеуборочного комбайна

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

4.1. Исследования процесса одноразового полнообъемного окучива

• ния посадок картофеля фрезерным кулътиватором-гребнеобразователем

4.2. Исследования влияния скоростных режимов работы агрегата на фракционный состав почвы в гребне при обработках посадок картофеля с междурядьями 90 см j 4.3. Влиянием кинематических режимов встряхивания полотна сепарирующего элеватора комбайна DR-1500 на механические повреждения клубней картофеля при уборке

Глава 5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

ГРЕБНЕВОЙ ШИРОКОРЯДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

5.1. Биоэнергетическая оценка технологий

5.2. Экономическая оценка технологий

5.2.1. Эффективность за счет уменьшения количества посадочного материала

5.2.2. Эффективность за счет повышения урожайности

Выводы по диссертации

Введение 2005 год, диссертация по процессам и машинам агроинженерных систем, Пономарев, Андрей Григорьевич

Природно-климатические, почвенные, экономические условия России позволяют получать урожайность картофеля не менее 200 ц/га. Вместе с тем, внедренные на больших площадях интенсивные технологии не обеспечивают в ряде' регионов страны стабильные урожаи, во многих хозяйствах урожайность картофеля низка, качество клубней относительно низкое, велики отходы при хранении.

Основным фактором препятствующим повышению урожайности, улучшению качества продукции и снижению трудовых затрат, является противоречие между биологическими требованиями картофельного растения и возможностями средств механизации (комплексов машин) для возделывания картофеля с междурядьями 70 см. В конце 80-х начале 90-х годов, несмотря на то, что дозы внесения минеральных удобрений увеличивались, состав применяемых в парке сельскохозяйственных машин обновился, продуктивность картофеля не росла и качество урожая снижалось. Если добавить к этому нарушения технологической дисциплины на этапах возделывания картофеля, низкое качество посадочного материала, то урожайность в пределах 100 ц/га при ^затратах труда около 350 чел-ч/га - достаточно объективный показатель отрасли.

Картофель является важной полевой культурой. По разносторонности хозяйственного использования урожая и сбору сухого вещества с единицы площади он занимает одно из первых мест среди других сельскохозяйственных культур.

Рост мощности и массы пропашных тракторов, увеличение ширины профиля их шин сопровождается большим уплотнением почвы в гребнях и междурядьях, значительным повреждением ботвы (особенно на высоких фонах питания), снижением товарности урожая, увеличением заземленности вороха при комбайновой уборке на средних и тяжелых по механическому составу почвах.

Рассматривая растение картофеля как живой организм, способный развиваться при определенных природно-климатических условиях, можно сказать, что максимальный эффект по урожайности культуры возможен лишь при условии оптимальных соотношений воздействующих факторов, таких как достаточность и сбалансированность питательных веществ, водно-воздушного и теплового баланса, зоны развития растений, плотности и фракционного состава почвы.

В связи с этим становится актуальным вопрос обоснования оптимальных схем и технологических процессов возделывания картофеля и их влияние на процесс роста и развития растений, величину и качество урожая.

Целью работы являлось: обоснование широкорядной гребневой технологии возделывания и уборки картофеля на суглинистых по механическому составу почвах, обеспечивающей максимально благоприятные условия роста и развития растений и реализации потенциальных возможностей культуры; разработка необходимых средств механизации с обоснованием параметров и режимов работы.

В задачи исследований входило:

• изучить особенности роста и развития растений картофеля и формирования урожая клубней при различных схемах посадки, густоте и уровнях питания;

• обосновать рациональное междурядье гребневых посадок картофеля при его промышленном возделывании на суглинистых по механическому составу почвах с целью получения максимальной урожайности; разработать методику расчета получения оптимальной плотности почвы в зоне формирования клубневого гнезда;

• обосновать конструктивные параметры фрезерного окучника для междурядных обработок картофеля;

• создать средства механизации, обеспечивающие благоприятные условия для развития растений и клубнеобразования;

• обосновать оптимальные режимы колебаний полотна сепарирующего элеватора картофелеуборочных машин, обеспечивающие минимальное механическое воздействие прутков на клубни;

• дать экономическую оценку гребневой широкорядной технологии возделывания картофеля на суглинистых по механическому составу почвах.

Новизна работы заключается в том, что на дерново-подзолистых суглинистых по механическому составу почвах Центрального района Нечерноземной зоны Российской Федерации выявлена эффективность применения широкорядных посадок при возделывании картофеля и использования фрезерных машин на предпосадочной и междурядной обработках.

Разработана методика, и получена аналитическая зависимость по расчету оптимальной плотности почвы в зоне формирования клубневого гнезда, позволяющие при проведении междурядных обработок гребневых посадок задавать необходимые режимы работы фрезерных культиваторов-гребнеобразователей.

Установлена аналитическая зависимость для определения режимов работы сепарирующих элеваторов картофелеуборочных машин и их параметров, обеспечивающих эффективную сепарацию и минимальное механическое воздействие на клубни.

Производственная проверка гребневой широкорядной технологии, проведенная в ряде областей Центрального региона Российской Федерации в течение ряда лет, полностью подтвердила правильность сделанных выводов.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Обоснование выбора перспективной гребневой широкорядной технологии возделывания и уборки картофеля для суглинистых по механическому составу почв Центрального региона России.

2. Аналитическая зависимость и методика расчета получения оптимальной плотности почвы в гребне при его формировании фрезерными культиваторами-гребнеобразователями для различных гребневых посадок картофеля на суглинистых по механическому составу почвах.

3. Разработка и совершенствование средств механизации для возделывания картофеля по предлагаемой технологии, обеспечивающих оптимальные условия реализации потенциала культуры.

4. Аналитические зависимости выбора кинематических режимов встряхивания полотна сепарирующего элеватора, обеспечивающих минимальные скорости соударения клубней с прутками, позволяющие определять конструктивные параметры встряхивающих устройств картофелеуборочных машин.

Заключение диссертация на тему "Обоснование и разработка широкорядной гребневой машинной технологии возделывания и уборки картофеля"

Выводы по диссертации

1. Результатами исследований, хозяйственной проверкой и приемочными испытаниями выявлено, что обоснованная гребневая широкорядная технология с междурядьями 90 см с применением фрезерных машин на суглинистой по механическому составу почвах является более эффективной и способствует повышению урожайности, при прочих равных условиях, не менее чем на 15% в сравнении с гребневой с междурядьями 70 см.

2. Установлено, что для данной технологии на суглинистых по механическому составу почвах одноразовое полнообъемное окучивание культиватором-гребнеобразователем с активными рабочими органами способствует созданию оптимальных по плотности и фракционному составу почвы условий для развития растений в сравнении с другими видами механических обработок, что обеспечивает увеличение урожайности и необходимые условия для качественной комбайновой уборки. j3. Получена математическая зависимость (2) глубины хода фрезерных рабочих органов пропашных культиваторов-окучников от плотности почвы в обрабатываемом слое и формируемом гребне, ширины междурядий и параметров гребня, которая позволяет определять требования к конструктивным параметрам пропашных фрезерных культиваторов при их разработке.

4. Обоснованы численные значения коэффициентов кинематических режимов встряхивания полотна сепарирующего элеватора картофелеуборочной машины, позволяющих уменьшить скорости соударения клубней с прутками с целью снижения механических повреждений картофеля.

Коэффициент кинематического режима в зоне встряхивания полотна элеватора К следует принимать равным 4,6 для режима, обеспечивающего первую минимальную скорость соударения клубня с прутками, и 7,8 для режима второй минимальной скорости соударения.

5. По аналитической зависимости скорости соударения клубней (Vc) с прутками элеватора установлено, что при значениях коэффициента кинематического режима К =3,3 скорость соударения Vc = 1,5 м/с, а при К = 4,6 или 7,8 она снижается до 0,05 м/с. При этом механические повреждения клубней на элеваторе уменьшаются соответственно с 3 до 0,5%.

6. Экономическая эффективность предлагаемой технологии и разработок по совершенствованию средств механизации за счет снижения суммарных энергетических затрат и повышения урожайности картофеля может составлять от 17 до 18,5 тыс. рублей на 1 гектаре, а с учетом использования рекомендаций по оптимальному выбору коэффициентов кинематического режима сепарирующего элеватора картофелеуборочных машин до 30 тыс. рублей на гектар.

7. Результаты исследований использованы при разработке исходных требований и технического задания на фрезерный культиватор-гребнеобразователь, реализованных ЗАО "Колнаг" при изготовлении опытных образцов машин, а также в технических заданиях на копатель-погрузчик картофеля и картофелекопатель для междурядий 90 см.

Библиография Пономарев, Андрей Григорьевич, диссертация по теме Технологии и средства механизации сельского хозяйства

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976. - 280 с.

2. Албегов Х.К., Сорокин И.А., Сисик Н.А. Ленточно-гребневая технология возделывания и уборки картофеля. М.: 1982.

3. Арнаутов В.В. Биологические особенности картофельного растения в условиях высокой агротехники // Агробиология, 1951, № 1. С. 8 - 10.

4. Barker A. The quest for quality // Farmer weekli, 1980. C. 16-23.

5. Бахтин П.У. Физико-механические и технологические свойства почв. М.: Знание, 1971. - 64 с.

6. Безруцкий Л.П. Исследование процесса разрушения почвенных комков и повреждаемости клубней на рабочих органах картофелеуборочных машин: Дис. . канд. техн. наук: Минск, 1962.

7. Бондарев А.Г., Бахтин П. У., Воронин А.Д. Физические и физико-технологические основы плодородия почвы / В кн.: 100 лет генетического почвоведения. -М.: Наука, 1986.

8. Боряев И.М. Удобрения и корневая система картофеля // Картофель и овотци, 1961, № 2.

9. Бурлака В.В. Картофелеводство Сибири и дальнего востока. М.: Колос, 1978.

10. Буряков А.Т. Исследование процесса вибротранспортирования клубней картофеля: Дис. . канд. техн. наук: М., 1965.

11. Верещагин Н.И., Пшеченков К.А. Рабочие органы машин для возделывания, уборки и сортирования картофеля. М.: Машиностроение, 1965.

12. Верещагин Н.И., Пшеченков К.А. . Комплексная механизация возделывания, уборки и хранения картофеля. М.: Колос, 1977. - 352 с.

13. Veimeyer F.J., Hendrikson A.N. Soil density as factor in determining the permanent wilting percentage // Soil Sci. 1946.

14. Власенко H.E., Мицко B.H. Химический состав картофеля и пути улучшения его качества. Киев: Наукова думка, 1979. - 195 с.

15. Воривода В.Д. Корневая система, продуктивность и качество картофеля на почвах разной плотности // Труды НИИКХ, вып. 4. М., 1965. С. 67-77.

16. Гаврилов Н.Е. Как сажать картофель // Техника в сельском хозяйстве, 1964, № 4. С. 19-22.

17. Герасимов С.А., Козюра КС. Механизация уборки картофеля в ГДР // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1963, № 4.

18. Герасимов С.А. Усовершенствование рабочих органов картофелеуборочного комбайна. — Бюллетень научно-технической информации по механизации сельского хозяйства. М,: ВИМ, № 3, 1957.

19. Гончарик М.Н., Кручинина С.С. Световой режим картофеля в широкорядных посадках // Сельскохозяйственная биология, т. 11, 1976.

20. Горелкин Л.И. Путь повышения урожайности картофеля в БССР. -Минск, 1962.

21. Гудзенко И.П., Фирсов Н.В. Машины для возделывания и уборки картофеля. -М.: Машгиз, 1962.

22. Diesel W., Kramer К. Maschinenbautechnische Problems in Kartoffelbau be Einfuhrung deer Traktorspurweite 1500 mm. 11 Deutsche Agrotechnik. 1966, № 10.

23. Dimitrov St. Untersuchungen ube die Optimizung deer Bestandesdichte undo deer Reihenweite imp Kartoffelanbau in deer VR Bulgarian // Entwicklung deer Reihenweiten undo deer Anbauverfahren be Kartoffeln. 1981, № 194.

24. Догановский М.Г. Технологический процесс работы корпуса окучника при образовании борозд и гребней // Труды ВИМ, том № 13. М., 1951. С. 3-12.

25. Доспехов Б.А. Планирование полевого опыта и статистическая обработка его данных. М.: Колос, 1972. - 208 с.

26. Елизаров В.П., Пономарев А.Г.,Кабаков Н.С. и др. Методические рекомендации по освоению машинных технологий возделывания и уборки картофеля // ИНФОРМАГРОТЕХ. Москва, 1999. 54 с.

27. Ерохин М.Н. Снижение повреждаемости картофеля при механизированной уборке // Труды ГНУ ВИМ, т. № 130. М., 2003. - С. 266270.

28. Ефименко Д.Я. и др. Влияние площади питания на урожай и качество клубней картофеля в условиях Сумской области / В кн.: Нормы высева, способы посева и площади питания сельскохозяйственных культур. -М.: Колос, 1971.

29. Жученко А.А. Теория и практика адаптивной интенсификации растениеводства // Экономика сельского хозяйства, 1985, N 8. С. 13-24.

30. Заключительный отчет СКНИИГСХ.- Изучить минимализацию приемов ухода за посевами, уборки урожая картофеля при гребневой технологии возделывания. 1979.

31. Замотаев А.И., Ознобкина Т.Я. Влияние механических повреждений ботвы и корневой системы (при междурядных обработках) на рост и развитие растений картофеля // Научные труды НИИКХ, вып. № 37. -М., 1980. С. 10-16.

32. Замотаев А.И. О междурядных обработках / В кн.: Новое в картофелеводстве. М.: Московский рабочий, 1982. С. 12-19.

33. Иванов ПК. Плотность почвы и урожай // Вестник сельскохозяйственной науки, 1968, № 7.

34. Илъминев С.Н. Глубокая обработка дерново-подзолистых почв. -М.: Сельхозгиз, 1954.

35. Кандаулов Н.М. Прочность почвенных слоев картофельной грядки в период уборки // Тракторы и сельскохозяйственные машины, 1963, № 8. -С. 33-34.

36. Картофель. Посадка. Типовой технологический процесс. РСТ РСФСР 760-90. Госагропром РСФСР. Москва. 1990.

37. Красько Т.Е., Гаврилов Н.Е. Способы посадки картофеля, облегчающие механизацию его выращивания и уборки / В кн.: Результаты исследований по технологии возделывания картофеля. М.: 1979. - 164-171 с.

38. Кононученко Н.В., Никитина М.С. Некоторые вопросы технологии возделывания картофеля в БССР / В кн.: Результаты исследований по технологии возделывания картофеля. М.: 1970.

39. Кононученко Н.В. Уход за посевами картофеля. Возделывание картофеля. Минск, 1966. - 156 с.

40. Коринец В.В. Теоретические основы системно-энергетического подхода к обработке почвы // Ресурсосберегающие технологии обработки почвы. Сб. научных трудов ВНИИЭ и ЭПЭ. Курск, 1989.- С. 101-108.

41. Коршунов А.В., Попов Б. А. Высокие урожаи картофеля: оптимальные нормы удобрений и орошение // Вестник сельскохозяйственной науки, 1976.

42. Кривогов НИ. Исследование первичной сепарации почвы в картофелеуборочных машинах с целью обоснования параметров сепараторов с активными встряхивателями: Дис. . канд. техн. наук М., 1968.

43. Koch М. Kartoffelerntemaschinen in England.Landtechnik, 17,№ 24,1962.

44. Кузнег/ов Ю.И., Бурченко П.Н. Машинная технология производства картофеля на грядах без применения гербицидов. М.: ВИМ, 1993.

45. Культура картофеля. / Работы VI пленума секции ВАСХНИЛ. М.-Л.,1937.- 136 с.

46. Курейчик Н.А., Дехтеревич Ф.И. Влияние ширины междурядий на эффективность возделывания сортов картофеля // Сборник, научных трудов РУП "Беларусский научно-исследовательский институт картофелеводства". Выпуск № 11, 2002.-С. 271-276.

47. ЛорхАТ. Картофель. Изд. 3-е. М.: Московский рабочий, 1955.

48. Лорх А.Г. Полнее удовлетворять биологические требования картофеля / В кн.: Пути повышения урожаев картофеля. М.: 1957. - 131 с.

49. Лубенцов В.М., Филиппов А.Н. Обоснование оптимальных схем посадки картофеля с применением энергонасыщенных тракторов тягового класса 1,4-2,0. Научный отчет НИИКХ 0.51.17.04.15, 1986.-44 с.

50. Максимов П.Л., Максимов Л.М. Новые рабочие органы и машины для производства корнеклубнеплодов. Монография. Ижевск,: Изд-во ИжГСХА, 2002. 80 с.

51. Марченко Н.М. Влияние полимерных покрытий на качество работы картофелеуборочных машин // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1963, № 2.

52. Марьин Г. С. Влияние плотности почвы на рост, развитие и урожай клубней картофеля // Научно-технический бюллетень ЦЧП, 1971, № 6. С. 7-8.

53. Мацепуро М.Е. Технологические основы механизированной уборки картофеля. Минск, 1959.

54. Методика биоэнергетической оценки в картофелеводстве / ВНИИКХ, 2000.

55. Митрофанов B.C. Фирико-механические свойства картофеля / В сб.: Теория, конструкция и производство сельскохозяйственных машин, т. 5. -М.: Сельхозгиз, 1940.

56. Мосин В.К., Шафронов ОД. Зависимость развития корневой системы картофеля от приемов предпосадочной и междурядной обработок почвы // Труды Горьковского СХИ, т. 40, 1971. -С. 66-81.

57. Мосин В.К. Эффективность разных способов посадок картофеля при различном загущении // Труды Горьковского СХИ, том 40, 1971. С. 242254.

58. Мосин М.А. Обработка широкорядных посевов картофеля // Вестник сельскохозяйственной науки, 1963, № 8.

59. Мосин М.А. Широкорядный посев картофеля на Урале // Техника в сельском хозяйстве, 1963, № 4. С. 13-15.

60. Научные основы агротехники культуры картофеля в Нечерноземной зоне. Под ред. Писарева Б.А. Научные труды НИИКХ, выпуск XVI. Москва, 1973.

61. Определение оптимальной ширины междурядий, густоты посадки и уровня питания при использовании трактора тягового класса 1,4. Научный отчет НИИКХ, 1985.

62. Опыт возделывания картофеля по голландской технологии в СССР (1985 1988 гг.). Изд. НИИКХ, 1988.

63. Организационно-технологический проект производства картофеля по интенсивной технологии. Госагропром РСФСР, М.: Россельхозиздат, 1988.

64. Писарев Б.А., Лобадюк В Д., Плотность почвы и реакция картофеля на ее уплотнение // Труды НИИКХ, 1973, т. XVI (1). С. 14-47.

65. Писарев Б.А. Развитие картофелеводства в основных районах Нечерноземной зоны // Труды НИИКХ, 1973, т. XVI (1). С. 3 - 14.

66. Писарев Б.А. Агротехника картофеля. Книга о картофеле. М.: Московский рабочий, 1977.

67. Протокол испытаний. ЦМИС. N 13-43-02 (42130092).

68. Прянишников Д.Н. Избранные сочинения. Частное земледелие (растения полевой культуры). М.: Колос, 1965.

69. Пупонин А.И., Матюк Н.С., Платонов КГ. и др. Депрессия урожая сельскохозяйственных культур при уплотнении почвы и приемы ее снижения // Труды ВИМ, т. 118. М., 1988.

70. Путш К.Э. Описание картофеля с подробным изложением истории оного, разных пород и способов разведения и употребления в хозяйстве. С.Петербург. Императорская академия наук, 1823. -183 с.

71. Пшеченков К.А. Широкорядные посадки картофеля // Техника в сельском хозяйстве, 1962, № 6. -С. 21-23.

72. Пшеченков К.А. Индустриальная технология производства картофеля. М.: Россельхозиздат, 1985.-240 с.

73. Ревут КБ. Почвенный воздух / В кн.: Физика почв. Л.: Колос, 1972.-368 с.

74. Ревут КБ., Соколовская Н.А., Васильев A.M. Структура и плотность почвы основные параметры, кондиционирующие почвенные условия жизни растений // В сборнике трудов АФИ - Пути регулирования почвенных условий жизни растений. - Л., 1971.

75. Ревут КБ. Теоретическое обоснование новых элементов технологии обработки почвы / В кн. Теоретические вопросы обработки почвы. Выпуск 2, доклад на Всесоюзном НТС. М.: Гидрометиздат, 1969.

76. Русанов В.А., Батурин В.М., Небогин КС. и др. Влияние ходовых систем тракторов на урожайность пропашных культур / В сб.: Влияние сельскохозяйственной техники на почву. Научные труды Почвенного института им. В.В. Докучаева. М., 1981.

77. Русанов В.А. Проблема переуплотнения почв движителями и эффективные пути ее решения. М.: ВИМ, 1998.

78. Сапожников Н.А. Биологические основы обработки подзолистых почв. М.-Л.: Сельхозиздат, 1963.

79. Сафразбекян О.А. Некоторые вопросы улучшения условий уборки картофеля комбайнами // Картофель и овощи, 1964, № 4. С. 18-20.

80. Синягин К.И. Площади питания растений. М.: Россельхозиздат, 1975.-383 с.

81. Солоншов С.А. Широкорядная посадка картофеля // Научные труды НИИКХ, 1974, выпуск 20. С. 159-162.

82. Сорокин А.А. К обоснованию параметров колебаний сепарирующих органов картофелеуборочных машин // Труды ВИСХОМ, выпуск 28. М., 1961.

83. Сорокин А.А. Исследование движения частицы, свободно лежащей на колеблющейся плоскости, применительно к обоснованию типа грохота картофелеуборочной машины и его кинематических параметров // Труды ВИСХОМ, выпуск 48. М., 1965.

84. Сорокин А.А., Пономарев А.Г. Теория сепарации на элеваторах картофелеуборочных машин по величине липкости почвы // Труды ВИМ, т. 147.-М., 2003.-С. 82-88.

85. Справочник картофелевода. Под ред. А.И.Замотаева. М.: ВО "Агропромиздат", 1987.

86. Спиридонов В.Т. Урожай и качество картофеля при различных приемах предпосадочной обработки почвы и дозах удобрений // Труды НИИКХ, 1973, т. XVI (1). С. 157- 162.

87. Станков Н.З. Корневая система полевых культур. М.: Колос,1964.

88. Стебут И.А. Избранные сочинения. Основы полевой культуры. -М.: Сельхозгиз, 1956, т. 1.-791 с.

89. Табачук В.И. Исследование повреждаемости клубней при ударе. // Труды ЛСХИ, вып. № 7, ч. 2. Л., 1953.

90. Тимирязев К.А. Жизнь растений, Соч., т. IV. М.: Сельхозгиз, 1938. -321 с.

91. Фирсов М.М. Планирование эксперимента при создании сельскохозяйственной техники. Москва, издательство МСХА, 1999. - 126 с.

92. Хабатов Р.Ш., Золотаревская Д.И., Ходыкин В. Т. Моделирование уплотнения почвы колесными движителями // Тракторы и сельхозмашины. 1985. № 1.-С. 6-9.

93. Чижевский М.Г. и др. Влияние углубления пахотного слоя на урожай озимой ржи и картофеля / Сб. трудов АН БССР, 1956, т. 4.

94. Шаламова З.В. Потребление основных элементов питания растениями раннего картофеля в зависимости от удобрений и густоты посадки //Труды НИИКХ, 1973, т. XVI (1). С. 162-169.

95. Werner И.О. The cause and prevention of mechanical injuries to potatoes. The University of Nebraska College of agricultural experimental station. Bulletin 260, 1931.

96. Эксплуатация машинно-тракторного парка. Под общ. редакцией Хабатова Р.Ш. М.: ИНФРА-М, 1999.

97. ЯцукЕ.П.идр. Ротационные почвообрабатывающие машины. М.: Машиностроение, 1971.