автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Разработка мотоблочной технологии и комплекса орудий по возделыванию картофеля на мелкоконтурных участках

На правах рукописи

СРИБНЫЙ АНДРЕЙ СЕРГЕЕВИЧ

Разработка мотоблочной технологии и комплекса орудий по возделыванию картофеля на мелкоконтурных участках

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА 2005

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В П. Горячкина» и ФГУ «Центральная государственная машиноиспытательная станция» Министерства сельского хозяйства РФ.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Дидманидзе Отари Назирович

1

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Пшеченков Константин Александрович

кандидат технических наук, доцент Киселев Сергей Николаевич

Ведущая организация:

ФГОУ ВПО Российский государственный аграрный университет «МСХА им. К.А. Тимирязева»

Защита диссертации состоится «26» декабря 2005 г. в 14.30 часов на заседании диссертационного совета Д 220.044.01 при ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина» по адресу: 127550, Москва, Тимирязевская, 58.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина».

Автореферат разослан «¿¿» ноября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор ' Левшин А.Г.

гоое^ 22.f2.Hf

27 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы - Одной из традиционно важных отраслей сельского хозяйства нашей страны является картофелеводство.

Картофель в РФ возделывается на площади 3,2 млн. га из них 92,2% в личных хозяйствах населения. Валовой сбор картофеля составляет 34965 тыс. тонн 92,5% приходится на долю личных хозяйств населения.

Однако картофель - самая энергоемкая сельскохозяйственная культура, в настоящее время производство картофеля характеризуется высокой трудоемкостью. Около 500 чел. - ч. затрачивается на возделывание 1 га картофеля1, а с использованием ручного труда 2650 чел. - ч. При индустриальной технологии возделывания затраты на 1 га составляют -115,04чел-ч.

Решением этой проблемы (снижение трудозатрат) является механизирование ручного труда. Основным путем механизации возделывания картофеля на приусадебных участках является применение мотоблоков, вместе с тем ни технология, ни орудия возделывания картофеля еще не отработаны, а существующие орудия и агрегаты, позволяют механизировать лишь отдельные технологические процессы, не обеспечивая при этом должного качества их выполнения. Следовательно, проблема является актуальной научной задачей, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Цель работы - Целью исследования является разработка мотоблочной технологии возделывания картофеля на мелкоконтурных участках и обоснование орудий для её реализации.

Объект исследования - технология, технологические процессы возделывания картофеля и мотоблок «Салют 5-БС1» с орудиями, реализующими эту технологию.

Методы исследования - методологическую основу составил системный анализ и синтез технологических процессов. Методы математической статистики, методы закладки полевых опытов. В работе использованы ГОСТы, ОСТы, отраслевые нормативы, типовые методы испытания новых технологий и техники в системе машиноиспытательных станций.

Научная новизна - новый метод обоснования орудий путем оптимизации параметров и режимов работы агрегата с учетом качества выполнения технологического процесса возделывания картофеля на мелкоконтурных участках.

Разработана математическая модель оптимизации выбора орудий по минимуму энергозатрат с учетом качества выполнения технологического процесса.

На защиту выносятся:

Мотоблочная технология возделываний картофеля на мелкоконтурных участках в почвенно-климатических условиях нечерноземной зоны ЦФО РФ.

Комплекс орудий для реализации мотоблочной технологии возделывания картофеля на мелкоконтурнйф(ХЗШЩРо ^ШИР® их испытаний. БИБЛИОТЕКА

3 I ¿"У^/У

——— вт ф

Практическая ценность работы - Мотоблочная технология возделывания картофеля на мелкоконтурных участках с комплектом орудий, реализующим эту технологию. Технология рекомендована для включения в Федеральный технологический регистр по классу В «Нормальные технологии», а орудия к их производству.

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно-практических конференциях:

- МГАУ им. В.П. Горячкина (г. Москва, 2004,2005 г.);

- по новым методам и техническим средствам испытаний посвященной «55-летию организации систем МИС» ФГНУ РосНИИТиМ (г. Новокубанск, 2003 г.);

- прошедшей в рамках Всероссийского Дня поля (г.Рязань, 2005 г.).

Результаты исследования используются в СОТ «Спасское», «Заречье»

Солнечногорского р-на М.О.

Публикации. Результаты исследования опубликованы в 4 научных статьях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и списка литературы. Изложена на 135 страницах машинописного текста, включая 34 рисунка, 37 таблиц и приложения. Библиографический список включает 105 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлена актуальность темы, излагаются положения, выносимые на защиту.

В главе 1 «Состояние вопроса, цель и задачи исследования» проведен анализ состояния вопроса и определены задачи исследования.

Одной из традиционно важных отраслей сельского хозяйства нашей страны является картофелеводство. Картофель в РФ возделывается на площади 3,2 млн. га из них 92,2% в личных хозяйствах населения. Валовой сбор картофеля составляет 34965 тыс. тонн 92,5% приходится на долю личных хозяйств населения.

Проведен анализ научных работ по существующим технологиям и орудиям возделывания картофеля на мелкоконтурных участках, которые изложены в работах Верещагина Н.И., Дидманидзе О.Н., Ерохина М.Н., Замотаева А.И., Иванюка В., Келлера Н.Д., Колчинского Ю.Л., Колчиной JI.M., Лубенцова В.М., Литуна Б.П., Пшеченкова К.А., Петрова Г.Д., Писарева Б.А., Постникова А, Шпаара Д., Шумана П., и др. По результатам анализа сделан вывод, что основным производителем стал частный сектор с небольшими площадями при большом разнообразии почвенных условий (по плодородию, конфигурации участков, рельефу и т.п.).

Применение на приусадебных мелкоконтурных участках машинотракторных агрегатов связано с рядом трудностей: - чрезмерное уплотнение почвы, особенно в дождливые годы;

- недостаточная маневренность МТА;

- большие габариты ряда машин, таких как картофелесажалки, культиваторы, картофелекопатели требуют значительных величин поворотных полос или работать приходиться в одну сторону с двукратным проездом по междурядьям, что ведёт к переуплотнению почвы и разрушению ее структуры;

- в начале и в конце гона качество выполнения технологических операций на пахоте, посадке, междурядных обработках значительно снижается, что ведёт к снижению урожая;

- высокая стоимость выполнения всех технологических операций.

Существующая практика возделывания картофеля на приусадебных мелкоконтурных участках с применением мотоблока не решает проблем механизации всего процесса возделывания картофеля. Нет технологии и комплекса орудий, обеспечивающего полную механизацию технологических процессов возделывания картофеля с требуемым качеством.

Возделывание картофеля на приусадебных мелкоконтурных участках с применением ручного труда сопряжено с большими затратами труда:

- трудоёмкость выполнения всех технологических операций от копки почвы до уборки урожая составляет 2650 чел-ч на 1 га;

- требуется значительное количество людей для проведения работ в агросроки;

Решением этих проблем является разработка мотоблочной технологии и орудий к мотоблоку.

Значительный вклад в развитие методов оптимизации параметров и режимов работы МТА внесен трудами Бычкова Н.И., Дидманидзе О.Н., Диденко Н.К., Зангиева A.A., Кринко С.М., Орлова Н.М., Орманджи К.С., Полянка А.Я., Пейсаховича Б.И., Скороходова А.Н., Сергеева М.П., Юшина A.A. и ряда других ученых. На основании анализа научных исследований определено, что обоснование комплекса орудий для реализации мотоблочной технологии возделывания картофеля должно проводится по минимуму энергозатрат с учетом качества выполнения технологического процесса.

На основе анализа и в соответствии с целью исследования были сформулированы основные задачи исследования:

- Анализ состояния проблемы.

- Разработка технологии возделывания картофеля на мелкоконтурных участках.

- Оптимизация процессов возделывания картофеля с помощью мотоблока (выбор оптимальной мощности двигателя, скорости и ширины захвата для реализации технологии возделывания картофеля).

- Проведение экспериментальных исследований существующих, модернизированных и вновь разработанных орудий к мотоблоку для реализации технологических процессов.

- Выбор орудий по двум критериям: минимуму энергозатрат и качеству выполнения рабочих процессов.

- Экспериментальная проверка мотоблочной технологии возделывания картофеля с комплексом отработанных орудий с доведением до урожайности.

- Оценка экономической эффективности мотоблочной технологии возделывания картофеля с комплексом отработанных орудий.

В главе 2 «Теоретические исследования технологических процессов возделывания и уборки картофеля на мелкоконтурных участках».

С учетом требований развития картофельного растения разработана технология возделывания картофеля на мелкоконтурных участках. При отработке технологии была обоснована ширина междурядий 90-100 см и поэтапным формирование гряд. Для её реализации обоснована мощность мотоблок и набор орудий.

Целью теоретических исследований была оптимизация процессов возделывания картофеля с помощью мотоблока (обоснование оптимальной мощности двигателя, скорости и ширины захвата для реализации технологии возделывания картофеля). Методы оптимизации параметров и режимов работы МТА применимы для выбора агрегатов при работе на мелкоконтурных участках.

Принципиальной отличительной особенностью используемых методов является многоуровневый системный подход, при котором в органическом единстве последовательно рассматриваются задачи оптимизации как по экономическим, так и техническим критериям оптимальности.

Из множества уровней оптимизации, рассматриваемых для решения задач данного исследования выбраны первые два, в пределах которых осуществляется выбор оптимального энергосредства (мотоблока), а также определение оптимальных значений ширины захвата Вор1 и рабочей скорости V*.

На первом уровне оптимизация мотоблочного агрегата рассматривается как единое целое, характеризуемое одним обобщенным параметром - номинальной мощностью двигателя, значением которой определяются любые другие параметры агрегатов через соответствующие соотношения.

В качестве основного критерия оптимальности на первом этапе выбран минимум приведенных затрат

°п = щ т'° ' (1)

где С„ - приведенные затраты, руб/га,

Сг - приведенные затраты на единицу времени, руб/ч, - эксплуатационная производительность мотоблока, га/ч.

Исследованиями доказано, что значения Сг и W для всех типов МТА являются функцией единого обобщенного параметра - номинальной мощностью двигателя в виде

Сг =^0(Л/Н), 1Л/ = (2)

где Ин - номинальная мощность двигателя, кВт.

П -щ пом значение Гг опре^г-яется в виде суммы двух слагаемых

где постоянная часть приведенных затрат, не «висяшая си мощности

руб'ч

Н1 основании (1-3) дтя кри^рия оптимальности поточим обобщенное выражение

~ т,П (4)

При вь полпенни нескольких, операций разными агрегатами на бате одного моюблока, в качестве критерия оптимальности вместо (4) следует выбра!Ь минимум суммы приведенных затра! на выполнение всех работ с учеюм их объемов

'=1 'шК™ н)

где - сумма приведенных затрат на всех выполняемых работах, руб ;

Р, - объем каждого 1-го вида работы, га; п - общее число операций.

Оптимапьная мощность N Нор, по критерию (4) определяется в общем случае несложным численным решением с последовательно возрастающими значениями мощности Nн. Результатом такого решения является диапазон мощностей N Нар! для всей группы операций, отвечающих требованиям ресурсосбережения (таблица 1). В указанном диапазоне мощностей выбирается соответствующий мотоблок, наиболее потно ошечающий местным условиям. Выбором конкретной марки мотоблока завешается первый уровень оптимизации параметров и режимов работы мотоблока.

Таблица 1.

_ Оптимальная мощность мотоблока при длине гона < 150м на пахоте___

56,25 I 62,5 68,75 5,8 iMj7,0

75

7,7

81,25] 87,5

8,3 ¿9,0

i К, кН/м2 ' 25~Т31,25Т37,5 | 43,75 1 5_0_ | N00t, кВт | 2,¿7 3,2 ¡3,8 {4,5 Т5,1

По результатам теоретических исследований первого уровня для проведения исследований мотоблочной технологии выбран мотоблок «Салют»-5БС1 с двигателем B&S номинальной мощностью 4,4 кВт наиболее полно отвечающий условиям НЗ РФ на самой энергоемкой операции технологии (пахоте) переднее удельное сопротивление почв НЗ составляет 46 -51 кН/м2).

Второй уровень оптимизации предусматривает обоснование оптимальной рабочей скорости Vop, и ширины захвата Вор, агрегата, составляемого на базе выбранного на предыдущем этапе мотоблока

Поскольку значения Vopt и Вор, соответствуют рабочему ходу, то в качестве основного критерия ресурсосбережения целесообразно выбрать минимум удельных энергозатрат при рабочем ходе агрегата

с _ NH • 4л/ min

Е- В.V > ^

где Е - затраты энергии, Дж/м2; - допустимый коэффициент загрузки двигателя; В - рабочая ширина захвата, м; V - скорость движения агрегата при рабочем ходе, м/с.

Наибольшие допустимые значения ширины захвата Вд и рабочей скорости ограничиваются агротехническими требованиями, условиями маневрирования и устойчивости движения, физиологическими возможностями оператора агрегата и другими факторами.

Известное ограничение накладывается по агротехническими требованиям и на буксование 8 ^ 8Д движителей мотоблока.

Таким образом, кроме критерия оптимальности (6) должны удовлетворятся также три основных ограничения

В^ВД, V (7)

где 5а.ВдУд- допустимые значения соответственно буксования, ширины захвата и рабочей скорости.

Необходимо в качестве условия связи соблюдать также баланс мощности мотоблока таким образом, чтобы определяемые по критерию (6) оптимальные значения скорости Vopt и ширины захвата Bopt соответствовали равенству

Янеи = NB +NT +NS +NM +N„, (8)

где NB, NT - мощности двигателя, реализуемые соответственно через BOM и на тяговые процессы, кВт; NM - мощность двигателя, затрачиваемая на преодоление механических потерь в силовых передачах мотоблока, кВт; .¥„ -мощность, затрачиваемая на самопередвижение мотоблока, кВт; jV5 -мощность на буксование колес мотоблока, кВт.

Конкретные выражения NB иЛ/г в функции скорости V и ширины захвата В

NB=fB(B,V),NT=fT{B,V) (9)

приведены в диссертации, поэтому далее изложена только общая схема определения В,^ и\/ор1.

Условие связи на основании (8, 9) примет вид

Л/Нв„ =fB(B.vhfr(B.v) (10)

Из равенств (6, 10) с учетом (7) неизвестные оптимальные значения скорости и ширины захвата определяем в следующей упрощенной последовательности.

Сначала выражаем из (10) ширину захвата В в функции скорости в виде В = тН 3V , (11)

где m - эксп нуатационная масса мотоблока, кг.

Под H3V подразумевается сокращенное обозначение функции, зависящей от .шергонасыщенности мотоблока Э и скорости агрегата

нэч = Гн(Э.У)

где Э = N ч / тэ - 'шергоиасыщенность мотоблока, Вт/кг.

На основании (6, 11, 12) критерий оптимальности примет вид

т-Н

э/

ГГ11П

(12)

(13)

По критерию (И) в результате численного решения определяется оптимальная рабочая скорость \'ор, (таблица 2) Если \/ор, > Vд, то в качесгве радиола плюй рабочей скорости У„ в последующих расчетах принимается

V = V г

р л

Подставив значение V - Уор, в (12), получим Яэ„,р( = fi{Э VrJf.l), а затем из (11) оптимальную ширину захвата агрегата Вор, - тН э/ор1 (таблица 2).

Оптимальная ширина захвата агрегата В„м также сравнивается с допустимым значением Вд из (7") и при необходимости корректируется, проверяется также соблюдение ограничения на буксование в соответствии с (7) По значению Вог1 выбирается соответствующее число орздий

Таблица 2

___Оптима 7ьные_сь0£0сть и ширина захвата ат регата гю^опе^аниям

Наименование операции Пахота м/с 0,8 Вор(, м 0,2 Е, кДж'м' 11,4

Предпосадочная подготовка почвы 0,3 0,5 1 6,7

Парезка оорозд 0,7 0,26 Х7

Заделка клубней 0,7 0,3 2.3

г Довсходовое формирование гребней 1,0 0,3 4,0

Повсходовые обработки посадок картофеля 0,7 0,26 10.6

Удаление ботвы 0,6 0,5 2,0

Распашка борозд 0,6 0,26 9,8

Определением оптимальных значений мощности N Нср,, рабочей скорости \/ор, и ширины захвата В=м, а также выбором соответствующего числа орудий завершается комплектование основных типов рес>рсосберегаютцих агрегатов с учетом качественных показателей.

Для оценки энергозатрат с учетом качества выполнения технологического процесса предложен коэффициент К,, качества, который определяется по формуле.

04)

где Кик ~ коэффициент, учитывающий качество к-ого показателя качества на ¡-той технологической операции ]-тым орудием; Коэффициент Кук определяется по формуле

Д

К

ЦК

1 +

100

(15)

где 4 = Пф - /7И, - доля отклонения от норматива на данный показатель; Пк - показатель качества, заложенный в нормативно-технической документации и агротехнических требованиях; Пф - показатель качества, полученный при агротехнической оценке орудия; знак «+» - учитывает улучшение качества по сравнению с нормативом; знак «-» - учитывает снижение качества по сравнению с нормативом.

Приведенные энергетические затраты ЕПи (табл.4) учитывают качество выполнения технологического процесса на i-той технологической операции j-тым орудием, определяли по формуле

Епц=Еу1Кц> (16)

где Еу - энергетические затраты j-того орудия i-той технологической операции, полученные при энергооценке, кДж/м .

В главе 3 «ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ». Представлена программа и методика экспериментальных исследований, дана характеристика объектов исследования.

Для экспериментальных исследований были взяты орудия заводов-изготовителей мотоблоков, которые проходили испытания на ЦМИС; с серийных тракторных машин, а также сконструированные и модернизированные специалистами ЦМИС и завода «Салют» при моем участии (таблица 3).

Программа полевых исследований включала в себя полевые испытания набора рабочих органов по каждой технологической операции возделывания картофеля.

Иеследоиания технологии и испытания набора орудий для реализации основных технологических операций по возделыванию картофеля проводили на полях OUX ЦМИС и садово-огородных товариществах «Спасское», «Заречье» и «Сверчково» Солнечногорского района Московской области в 2003-2004 годах. Участки площадью от 0,5 до 0,12 га. средний легкий суглинок, с уклоном от 0 до2 градусов, картофель производственного назначения. За базу сравнения приняли - технологию возделывание картофеля с теми же операциями только все работы проводились в ручную.

Оценку условий испытаний определяли по ГОСТам и ОСТам, применяемым при испытании сельскохозяйственной техники.

Оценку качества выполнения технологических операций определяли по показатели агротехнической оценки орудий, предъявляемым нормативно-технической документацией (НТД) или агротехническими требованиями (АТТ).

Эксплуатационно-технологические показатели определяли в ходе хозяйственных испытаний орудий по хрономегражному учету контрольных смен. Методические задачи испытаний сводили к тому, чтобы установить закономерности качественных и количественных показателей для орудий реализующих технологический процесс возделывания картофеля.

Оценка показателей качества выполнения технологических операций проводилась в день проведения энергооценки после прохода агрегата.

Таблица 3

Набор рабочих орудий для экспериментальных исследований_

Наименование технологического процесса, операции С/х машина, орудие

1 2 3

Подгоювка почвы:

Пахота (лесной) плуг навесной однокорпусный ПНС-1 «Салют», ПНГ-1 «Гагарин», ПНВ-1 «Волгодонск» модернизированное серийное серийное

Подготовка посадочного материала в ручную

Предпосадочная подготовка почвы Фрезы серийная с эвольвентным профилем ножа опытная с прямыми ножами серийное модернизированное

[ (осадка:

Нарезка борозд многоярусный стрельчатый раб. орган УОС-1 окучник «Салют» модернизированное серийное

Раскладка клубней в борозду в ручную

Заделка клубней дисковое орудие к МБ модернизированное

Уход за посадками:

Довсходовое формирование гряд

- 1 -я, 2-я и 3-я обработка дисковое орудие к МБ УОС-1 модернизированное модернизированное

Довсходовое боронование ротационная борона «Ежи» ротационная борона «ЦМИС» модернизированное новое

Повсходовые обработки посадок картофеля

1-я обработка дисковое орудие к МБ многоярусный стрельчатый раб. орган УОС-1 модернизированное модернизированное

2-я обработка окучник «Салют», УОС-1 прутковый окучник «ЦМИС» окучник «Волгодонск» серийное модернизированное новое серийное

- 3-я обработка -//- //-

Борьба с болезнями и вредителями ранцевый опрыскиватель серийное

Удаление ботвы косилка роторная КМ-0,5 косилка навесная фронтальная серийное серийное

Уборка картофеля:

Распашка борозд распашник «Салют», УОС-1, прутковый «ЦМИС» '■ерийное модернизированное новое

11одбор клубней в ручную

Отвоз картофеля к месту хранения тележка серийное

Для проведения энергооценки мотоблок «Салют - 5БС1» оборудован датчиками (рис 1.): отметчики оборотов установлены на валу двигателя и входном вату редуктора; тензо-датчики, для измерения крутящего момента, наклеены на входном валу редуктора по мостовой схеме. Для передачи сигналов с датчиков к регистрирующей аппаратуре на передвижной лаборатории СМЭ-102 взят кабель длиной 25 м.

Рис. 1. Мотоблок «Салют - 5БС» оснащенный датчиками. Общий вид !- отметчик оборотов на валу двигателя; 2-Тензометрический узел, тензо-датчики, для измерения крутящего момента; 3 - разъем для подключения путеизмерительного колеса.

Мс?одика проведения экспериментов:

Агрегатировали тензо-мотоблок с орудием. Устанавливали мотоблок на краю поля для выполнения технологической операции, подсоединяли кабель аппаратуры к разъему на мотоблоке. Запускали двигатель и тестировали систему. На длине гона размечали колышками участок длиной 10 м. Включали передачу, начинали движение. Энергетические показатели определяли на установившемся режиме рабочего хода мотоблока (агрегата) Разгон составлял 3-5 метров. В период времени прохождения 10 м участка аппаратура фиксировала следующие параметры: крутящий момент на входном валу редуктора в условных единицах, частоты вращения вала двигателя и входного вала редуктора. Повторность опытов принята 3-х кратной, что обеспечивало среднюю ошибку опыта в пределах ±5%.

Показатели энергетической оценки определяли методом динамометрирования. Метод дянамометрирования устанавливает определение энергосиловых показателей тягового и мощносгного балансов машины (агрегата) прямым измерением. Допускается определение отдельных оценочных показателей косвенными методами измерений.

Энергетическую оценку агрегатов проводили регистрирующими приборами мобильной информационно измерительной системы «СМЭ-102» с цифровыми накопителями информации. Основные результаты экспериментов обрабатывали на ЭВМ в соответствии с действующими ГОСТами и нормативными документами.

В главе 4 «Результаты экспериментальных исследований» приведены результаты тензометрирования всех орудий реализующих мотоблочную техно тогию возделывания картофеля на мелкоконтурных приусадебных участках с учетом качества выполнения всех технологических операций в таблице 4.

Таблица 4.

Наименование операции

Орудия*

Показатели энергозатрат по операциям с учетом качества

Показатели

энергозатраты, кДж/м

Коэффициент качества

1

I

Приведенные энергетические

__затраты, кДж/м2_

1 ~1 2 | 1 1 4

1 Подготовка почвы:

пахота

11,82 12,85 13,39 • 0,91 0,97 0,93

12,98 13,22 14,75

фрезерование 7,43 6,67 8,71 10,27 1,01 0,91 | 0,95 0,97 7,35 7,30 9,17 10.59

2. Посадка-

нарезка борозд 7,3 5 3,48

1,17 1,3

6,28 2,68

заделка

10,2

6,0

2,34

1,02

1,05

10

5,71

2,34

3 Междурядная обработка1

Довсходовая Повсхолэвая

4 Уборка ботвы

15,8

16,717,16

1,82

10,3

10,013,95

2,27

3,96

10,2515,34

13,4

1,03

0,998

0,8

1,1

1,17

1,1

1,16

0,94

15,34 16,78

2,275

9,36

8,55

2,06

3,96

8,4

14,25

5 Уборка картофеля

16,7323,16

9,0511,06

10,1114,6

0,97

1,01

17,2423,87

9,0511,06

10,014,45

»пахота: 1 -ПНС-1 «Салют»; 2-Г1НВ-1 «Волгодонск»; 3 - ПНГ-1 «Га1арин». фрезерование- 1,3 - фреза серийная с эвольвентным ирофнлем ножа; 2,4 - фреза опытная с прямыми ножами. 1,2 - зябь; 3,4 - стерня.

заделка борозд, довсходовая обработка: 1-окучник «Салют»; 2 - УОС-1; 3 - дисковое орудие.

нарезка борозд, повсходовая обработка, уборка картофеля: 1-окучник «Салют»; 2 - УОС-1; 3 - окучник прутковый «ЦМИС»; 4- окучник «Волгодонск»

уборка богвы: 1 - косилка навесная фронтальная; 2-косилка роторная КМ-0,5 «Терминал» Полученные результаты экспериментов подтвердили основные положения теоретических исследований.

По критериям минимума энергозатрат с учетом качества выполнения технологического процесса по результатам проведенных испытаний был отобран комплекс орудий и дополнительного оборудования к мотоблоку для реализации технологии возделывания в следующем наборе: (Рис. 2) а) Плуг ПНС-1, б) фреза с эвольвентным профилем ножа, в) дисковое орудие, г) ротационная борона «ЦМИС», д) многоярусное стрельчатое орудие УОС-1, е) косилка роторная КМ-0,5 «Терминал», ж) колеса штифтовые, з) колеса «Ежи».

:

Рис. 2. Комплекс орудий и дополнительного оборудования к мотоблоку для реализации мотоблочной технологии возделывания картофеля на мелкоконтурных участках

В главе 5 «Эксплуатационно-технологическая и экономическая оценка мотоблочной технологии с рекомендованным набором орудий»

В разделе 5.1. «Эксплуатационно-технологическая оценка» приведены рслульташ закладки опытов с доведением до урожайности по предложенной мотоблочной технологии с рекомендованным набором орудий на участках площадью до 0,10 га в садово-огородных товариществах СОТ «Спасское». «Заречье» Солнечногорского района Московской области. Опытная проверка проведена на картофеле сорта «Невский», на среднесуглинистых почвах, в сравнении с выполнением всех операций данной технологии в ручную

Для реализации разработанной технологии мотоблок оборудован штифтовыми колесами, колесами «Ежами» (Рис. 2) и проставками полуосей Полученные показатели по производительности, расходу топлива, скорости движения приведены в таблице 5.

Основные показатели продуктивности при возделывании картофеля на площади 0,05 га по мотоблочной технологии на сорте картофеля «Невский»:

- урожайность в физическом весе составила 19,9 т/га,

- урожайность в зачетном весе - 19,2т/га

- качество осн9вррй продукции, %:

а) полноценная продукция - 96,6%

б) поврежденная продукция - 3,4%

Загрязнение окружающей среды выбросами вредных веществ - 136,4 г/кВг ч, в гом числе: СО - 83,6: СН - 8,8; N0 - 44,0.

Таблица 5

Показатели эксплуатационно-технологической оценки набора орудий

Наименование технологического процесса, операции Состав агрегата, выполняющего технологическую операцию Количество обслуживающего персонала, чел. Скорость движения средняя, км/ч 1 1 1м со,; 5 2 .е 2 В? Р Расход топлива средний, кг/га

марка энергосредства орудие

1 марка кол-во

1 2 3 4 5 6 7 8

Пахота (весной) МБ* плуг ПНС-1 «Салют» 1 1 2,75 0,15 13,4

Подготовка посадочного материала вручную - - 0,11 -

Предпосадочная подготовка почвы МБ* фреза серийная 1 1 2,0 0,17 8,1

Нагк&Ш борозд УОС-1 1 1 2,30 0,21 3,43

Раскладка клубней в борозду • вручную - 0,036 -

Заделка клубней МБ* | дисковое оруд. 1 1 2,63 0,26 2,74

Первая довсходовая обработка:

а) фрезерование междурядий фреза серийная 1 1 2.11 0,19 7,78

б) формирование гряды дисками к диски 1 1 4,35 0,44 4,29

Вторая довсходовая обработка:

- боронование ротационная борона 1 1 3,82 0,37 5,36

Третья довсходовая обработка дисковое оруд. со штифт, кол. 1 1 3,71 0,36 4,3

Первая повсходовая обработка:

а)фрезерование междурядий II фреза серийная 1 1 1,25 0,12 8,95

б) окучивание дисковое оруд. 1 1 2,61 0,25 6,95

Вторая повсходовая , обработка: И УОС-1 + колеса «ежи» 1 1 3,4 0,33 6,9

Третья повсходовая обработка II 1 1 2,3 0,21 7,82

Обработка '; ядохимикатами против колорадского жука вручную ранцевый опрыскиватель 1 - 0,014 -

Удаление ботвы МБ* косилка роторная 1 1 2,78 0,26 2,75

Распашка борозд при уборке УОС-1 Г 1 2,41 0,25 11,6

Подборка клубней вручную 1 - 0,047 -

Отвоз картофеля к месту хранения МБ* тележка 1 1 7,05 0,705 0,94

* мотоблок «Салют - 5БС1»

В разделе 5.2 «Экономическая эффективность мотоблочной технологии с рекомендованным набором орудий» приведены результаты внедрения исследований и показана эффективность мотоблочной технологии с рекомендованными орудиями. За базу сравнения приняли - технологию возделывание картофеля с теми же операциями только все работы проводились в ручную.

Показатели экономической эффективности при объеме производства 0,10 га:

- себестоимость производства с/х продукции, руб/т- 3738,8

- трудоемкость производства картофеля (производительность труда), чел-ч/га -315,0

- рыночная рентабельность с/х продукции, % - 29,1

- срок окупаемости капитальных вложений, лет - 2,9

Реализация исследований позволяет получить следующие результаты:

- разработанная мотоблочная технология решает проблему механизации возделывания картофеля на приусадебных мелкоконтурных участках

- подобранный комплекс орудий для реализации мотоблочной технологии обеспечивает высокое качество выполнения всех технологических операций с минимальными затратами энергии

- получить после реализации исследований и всех мероприятий снижение затрат труда, повышение средней урожайности.

Общие выводы

1. На основании выполненных исследований сельскохозяйственному производству рекомендуется мотоблочная технология возделывания картофеля на приусадебных мелкоконтурных участках в условиях НЗ ЦФО РФ и комплекс орудий для ее осуществления.

2. Разработанная технология позволяет механизировать все основные процессы возделывания и уборки картофеля на мелкоконтурных участках (до 0,30 га) с применением мотоблока «Салют-5БС» и орудий к нему.

3. Теоретическими исследованиями обоснованна оптимальная мощность двигателя мотоблока с учетом природно-производственных условий на самой энергоемкой операции технологии (пахоте) Ын=4,5 кВт при удельном сопротивлении почвы К = 43,75 кН/м .

4. По минимуму затрат энергии с учетом качественных показателей получены оптимальные значения ширины захвата Вор1 и рабочей скорости

на операциях возделывания картофеля.

5. Выбранные и сконструированные орудия по минимуму энергозатрат обеспечивают качественное выполнение технологического процесса, отвечают агротехническим требованиям на данные процессы. Коэффициент качества по отдельным технологическим операциям получен в пределах:

-пахота 0,91-0,97; -фрезерование 0,91-1,01;

- нарезка борозд 1,17-1,3;

- заделка борозд 1-1,05; -довсходовая обработка 1-1,1;

- повсходовая обработка 0,94-1,17;

- уборка ботвы 0,8-1,1;

- уборка картофеля 0,97-1,01.

6. Применение мотоблочной технологии с предложенным комплексом орудий обеспечивает:

- урожайность картофеля сорта «Невский» 19,9 т/га, что составляет 40% от его потенциала.

- трудоемкость производства 1 т картофеля (315 чел.ч/га) в 8,4 раза меньше по сравнению с ручным трудом (2650 чел.ч/га).

- себестоимость производства 1 т картофеля (3738,8 руб/т) по сравнению с возделыванием картофеля вручную (9368,1 руб/т) в 2,5 раза ниже.

- рыночная рентабельность картофеля 29,1%, с убытком в 48,7% при ручном производстве.

- срок окупаемости материальных вложений на приобретение мотоблока и орудий к нему составит 2,9 года.

7. Предложенная мотоблочной технология с набором орудий не наносит существенного вреда экологии окружающей среды. Уплотнение почвы при выполнении технологических операций незначительное (0,06 МПа), распыление почвы не отмечено. Ущерб от загрязнения окружающей среды составил И ,5 руб/га.

8. Технология рекомендована для включения в Федеральный технологический регистр по классу В «Нормальные технологии», а орудия к их производству.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Срибный A.C. Выбор энергосберегающих рабочих органов для мотоблочной технологии возделывания картофеля./ Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Техника и технологии в агропромышленном комплексе. - 2004. -Вып.4(9). - 67-71 с.

2. Срибный A.C. Методика оценки энергоемкости орудий к мотоблоку/ Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Техника и технологии в агропромышленном комплексе. - 2005.- Вып.4(14). - 4 с.

3. Верещагин Н.И., Зубков В.В., Горшков М.И., Срибный С.П., Орис В.Я., Зубков М.В., Срибный A.C. Мотоблочная технология возделывания картофеля на мелкоконтурных участках./ Ежемесячный информационно-рекламный и научно-производственный журнал. Техника и оборудование для села. - 2005,- Вып. 10(100). - 13-15 с.

4 Срибный A.C. Выбор рабочих органов для мотоблочной технологии возделывания картофеля./ Вестник Тульского государственного университета. Серия проблемы сельского машиностроения. - 2005. Вып.2. -5 с.

5. Верещагин Н.И., Зубков B.B, Горшков М.И., Срибный С.П., Орис В.Я., Зубков М.В, Срибный A.C. и др. ПРОТОКОЛ № 13-18-04 (4210042)'от 3 ноября 2004 года. Отработка технологии возделывания картофеля на мелкоконтурных участках с применением мотоблока и орудий к нему. -Солнечногорск: ЦМИС, 2004. - 78 с.

6. Верещагин Н.И, Зубков В.В, Горшков МИ., Срибный С.П., Орис В.Я., Зубков М.В, Срибный A.C. и др. ПРОТОКОЛ № 13-28-03 (4210052) от 2003 г. Государственные испытаний по совершенствованию технологии возделывания картофеля на мелкоконтурных участках. - Солнечногорск: ЦМИС, 2003. - 65 с.

Автор выражает глубокую признательность и сердечную благодарность сотрудникам ФГУ «Центральная государственная машиноиспытательная станция» директору Зубкову В.В., д.т.н., профессору Верещагину Н.И., Пирожкову А.П., Срибному С.П. и другим за помощь, ценные замечания и советы, высказанные при формировании этого научного направления.

г

Подписано к печати X /. //. 05 Формат 68x84/16

Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ № 3*2-

Отпечатано в лаборатории оперативной полиграфии Московского государственного агроинженерного университета им. В.П. Горячкина 127550, Москва, Тимирязевская, 58

Ш 2 2%4 8

РЫБ Русский фонд

2006-4 27814

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1.1 .Существующие технологии механизированного возделывания картофеля в крупных картофелеводческих хозяйствах

1.2.Существующие технологии механизированного возделывания картофеля в личных подсобных хозяйствах населения

1.3.Комплексы машин (орудий)

1.3.1.Комплекс машин для технологий с применением машинотракторных агрегатов

1.3.2.Комплекс орудий для технологий с применением мотоблоков

1.3.3.Комплекс орудий для технологий с применением ручного труда

1.4.Проблемы применения машинных технологий возделывания картофеля на приусадебных мелкоконтурных участках

1.5.Проблема возделывания картофеля на мелкоконтурных участках

1.6.Цел и и задачи исследования

Глава 2. Теоретические исследования технологических процессов возделывания и уборки картофеля на мелкоконтурных участках

2.1 Обоснование общей структурной схемы исследований

2.2. Теоретические предпосылки для разработки технологии возделывания картофеля на мелкоконтурных участках в характерных условиях для Центрального Федерального округа

Нечерноземной зоны Российской Федерации (ЦФО НЗ РФ)

2.3. Анализ агроклиматических условий ЦФО НЗ РФ

2.4. Анализ существующих участков по площади, длине гона, рельефу и типам почвы

2.5. Обоснование потребной оптимальной мощности мотоблока

2.6. Обоснование оптимальной скорости и ширины захвата агрегата

2.7. Учет качества выполнения технологического процесса

Глава 3. Программа и методика экспериментальных исследований

3.1. Программа исследований

3.2. Выбор и подготовка объектов и приборов

3.3. Методика проведения экспериментальных исследований

3.4. Методика обработки опытных данных

Глава 4. Результаты экспериментальных исследований

4.1. Условия проведения исследований

4.2. Результаты экспериментальных исследований 77 4.2.1. Энергетическая оценка

4.2.2. Агротехническая оценка

4.3. Выбор орудий по минимуму энергозатрат и качеству выполнения рабочих процессов.

4.4. Результаты по обоснованию оптимальной мощности, рабочей ширины захвата и рабочей скорости движения агрегата.

Глава 5. Эксплуатационно-технологическая оценка и экономическая эффективность мотоблочной технологии с рекомендованными орудиями. юз

5.1. Эксплуатационно-технологическая оценка выбранных орудий

5.2. Экономическая эффективность мотоблочной технологии с рекомендованными орудиями.

Одной из традиционно важных отраслей сельского хозяйства нашей страны является картофелеводство.

Картофель относится к числу важнейших сельскохозяйственных ф культур. В мире он занимает пятое место среди источников энергии в питании людей после пшеницы, кукурузы, риса и ячменя. Прежде всего, это ценнейший продукт питания.

Более 50% мирового производства картофеля идет непосредственно до или после переработки для питания человека, 30 - на корм животным, 3.4 -для получения крахмала и спирта и примерно 10% - на посадочный материал [102].

Крахмал картофеля используют для производства более 500 наименований продукции для бумажной, текстильной, деревообрабатывающей, строительной, керамической, химической, фармацевтической и пищевой промышленности. ® Кроме того, картофель обладает некоторыми преимуществами в агроэкономическом отношении по сравнению с другими сельскохозяйственными культурами, что также способствует его распространению[68, 51].

Картофель в РФ возделывается на площади 3,2 млн. га из них 92,2% в личных хозяйствах населения. Валовой сбор картофеля составляет 34965 тыс. тонн 92,5% приходится на долю личных хозяйств населения, 5,9% - в крупных картофелеводческих хозяйствах и 1,6% на фермерские хозяйства.

Однако картофель — самая энергоемкая сельскохозяйственная культура, в настоящее время производство картофеля характеризуется высокой трудоемкостью. Около 500 чел-ч затрачивается на возделывание 1 га картофеля, а с использованием ручного труда на личных подсобных участках населения 2650 чел-ч [14, 16]. При индустриальной технологии возделывания затраты труда на 1 га составляют - 115,04 чел-ч [75].

Решением этой проблемы (снижение трудозатрат) является механизирование ручного труда. Основным путем механизации возделывания картофеля на приусадебных участках является применение мотоблоков, вместе с тем ни орудия, ни технология возделывания картофеля еще не отработаны, а существующие разрозненные средства и агрегаты не обеспечивают должного качества технологического процесса возделывания картофеля. Следовательно, проблема является актуальной научной задачей, имеющей важное значение для сельскохозяйственного производства.

Задача состоит в отработке технологии возделывания картофеля на приусадебных участках с подбором и разработкой орудий для выполнения всех операций.

Общие выводы

1. На основании выполненных исследований сельскохозяйственному производству рекомендуется мотоблочная технология возделывания картофеля на приусадебных мелкоконтурных участках в условиях НЗ ЦФО РФ и комплекс орудий для ее осуществления.

2. Разработанная технология позволяет механизировать все основные процессы возделывания и уборки картофеля на мелкоконтурных участках (до 0,30 га) с применением мотоблока «Салют-5БС» и орудий к нему.

3. Теоретическими исследованиями обоснованна оптимальная мощность двигателя мотоблока с учетом природно-производственных условий на самой энергоемкой операции технологии (пахоте) 1ЧН=4,5 кВт при удельном сопротивлении почвы К = 43,75 кН/м2.

4. По минимуму затрат энергии с учетом качественных показателей получены оптимальные значения ширины захвата Вор, и рабочей скорости ор, на операциях возделывания картофеля.

5. Выбранные и сконструированные орудия по минимуму энергозатрат обеспечивают качественное выполнение технологического процесса, отвечают агротехническим требованиям на данные процессы. Коэффициент качества по отдельным технологическим операциям получен в пределах:

-пахота 0,91-0,97;

- фрезерование 0,91-1,01;

- нарезка борозд 1,17-1,3;

- заделка борозд 1-1,05;

- довсходовая обработка 1-1,1;

- повсходовая обработка 0,94—1,17;

- уборка ботвы 0,8-1,1;

- уборка картофеля 0,97-1,01.

6. Применение мотоблочной технологии с предложенным комплексом орудий обеспечивает:

- урожайность картофеля сорта «Невский» 19,9 т/га, что составляет 40% от его потенциала.

- трудоемкость производства 1 т картофеля (315 чел.ч/га) в 8,4 раза меньше по сравнению с ручным трудом (2650 чел.ч/га).

- себестоимость производства 1 т картофеля (3738,8 руб/т) по сравнению с возделыванием картофеля вручную (9368,1 руб/т) в 2,5 раза ниже.

- рыночная рентабельность картофеля 29,1%, с убытком в 48,7% при ручном производстве.

- срок окупаемости материальных вложений на приобретение мотоблока и орудий к нему составит 2,9 года.

7. Предложенная мотоблочной технология с набором орудий не наносит существенного вреда экологии окружающей среды. Уплотнение почвы при выполнении технологических операций незначительное (0,06 МПа), распыление почвы не отмечено. Ущерб от загрязнения окружающей среды составил 11,5 руб/га.

8. По результатам государственных испытаний на Центральной МИС технология рекомендована для включения в Федеральный технологический регистр по классу В «Нормальные технологии», а орудия к их производству.

1. Агеев J1.E. Основы расчета оптимальных и допускаемых режимов работы машинно-тракторных агрегатов. - JL: Колос, Ленинградское отделение, 1978. - 296 с.

2. Бишоп К.Ф., Мондер У.Ф. Механизация производства и хранения картофеля: пер. с англ./ Под ред. Г.Д. Петрова. М.: Колос, 1983.

3. Браверманн Э.М., Мучник И.Б. Структурные методы обработки эмпирических данных. — М.: Наука, 1983. 38 с.

4. Вайнруб В.И. Оптимизация режима работы пахотного агрегата // Мех. и электр. сел. хоз-ва, 1980, № 11, с. 19-21.

5. Веденяпин Г.В. Общая методика экспериментальных исследований и обработки данных. — М.: Колос, 1973. 200 с.

6. Верещагин Н.И., Пшеченков К.А. Рабочие органы машин для возделывания, уборки и сортировки картофеля. М.: Машиностроение, 1965.-267 е., ил.

7. Верещагин Н.И., Туболев С.С., Щеломенцев С.И. Высокие урожаи не возможны без внедрения новых технологий// Картофель и овощи. — 2004. — № 2. — С.24-25.

8. Верещагин Н.И., Левшин А.Г., Скороходов А.Н. и др. Организация и технология механизированных работ в растениеводстве — М.:ИРПО; Изд. центр «Академия», 2000. с. 305.310.

9. Высоцкий A.A. Динамометрирование сельскохозяйственных машин. — М.: Машиностроение, 1968. 292 с.

10. Глиняный В.Г., Хлуденов А.И., Шавлохов А.Е. Справочная книга по нормированию труда в сельском хозяйстве. М.: Колос, 1974. - 431 с.

11. Горячкин В.П. Значение массы рабочих органов для равномерности хода. — Собрание сочинений, Т. 1, с. 434-435.

12. Горячкин В.П. Собрание сочинений. Т. 2. — М.: Колос, 1968. — 455 с.

13. ГОСТ 20915 - 75. Сельскохозяйственная техника. Методы определения условий испытаний. — М.: Издательство стандартов, 1975.

14. Государственные испытания по отработке технологии возделывания картофеля на мелкоконтурных участках с применением мотоблока и орудий к нему: ПРОТОКОЛ № 13-18-04 (4210042) / Центральная машиноиспытательная станция. Солнечногорск, 2004. - 78 с.

15. Государственные испытания по совершенствованию технологии возделывания картофеля на мелкоконтурных участках: ПРОТОКОЛ № 13-28-03 (4210052) / Центральная машиноиспытательная станция. -Солнечногорск, 2003. 65 с.

16. Грановский В.А., Сирая Т.Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990.1. Ф —288 е.: ил.

17. Диденко Н.К. Определение оптимальной ширины захвата агрегата // Механизация и электр. соц. сел. хоз-ва, 1970, № 2, с. 34-35.

18. Дидманидзе О.Н.: Дис. . канд. техн. наук: 05.20.01. М.: 1985. - 161 е.: ил.

19. Докин Б.Л. Методические подходы к разработке систем машин в условиях многоукладной экономики // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. № 2. 1992. — 2 с.

20. Дорожкин Н.А., Вельская С.И. Болезни картофеля. Минск: Наука и техника, 1979. - 294 с.