автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Изыскание и разработка высаживающего аппарата картофелесажалки для миниклубней картофеля

г О Л / 6

*1; - 1 - ~ На правах рукописи

БАТОЦЫРЕНОВ Баярто Владимирович

УДК 635.21:631.33:631.531

ИЗЫСКАНИЕ И РАЗРАБОТКА ВЫСАЖИВАЮЩЕГО АППАРАТА КАРТОФЕЛЕСАЖАЛКИ ДЛЯ МШШКЛУЕНЕЙ

КАРТОФЕЛЯ

Специальность 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -1998

Работа выполнена в отделе механизации селекционно-семеноводческих процессов Всероссийского научно-исследовательского института картофельного хозяйства (ВНИИКХ).

Научный руководитель - кандидат технических наук, старший научный

сотрудник Кузьмин Б.О.

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент

Дамбаев Ц.Ц.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Сорокин A.A.

- кандидат технических наук, доцент Заводнов B.C.

Ведущее предприятие - Всероссийский институт механизации (ВИМ) Защита состоится . 1998 г ъ/ftчас на заседании специализированно

диссертационного совета К.120.30.01. Российского государственного аграрног заочного университета до адресу: 143900, Балашиха-8 Мое. обл., РГАЗУ. С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просьба направлять по адресу: 1439006 Балашиха-8, Московской обл., РГАЗ"У ученому секретарю.

Автореферат разослан 1998 г

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент _ Мохова О.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. Для улучшения материального и культурного благосостояния народа в современных сложных экономических условиях, основной задачей агропромышленного комплекса является удовлетворение спроса населения на основные товары народного потребления, в том числе - на продукты питания.

Картофель- одна из ведущих и наиболее ценных продовольственных культур в мире. Наряду с решением продовольственной задачи, картофель имеет важное значение как технологическое сырье и как ценная кормовая культура.

Основой получения высоких урожаев картофеля является обеспечение многоукладного сельского хозяйства Российской Федерации высокопродуктивными сортовыми семенами и производительной техникой.

Один из путей увеличения производства картофеля и снижение затрат -ускорить перевод селекционно-семеноводческой работы на безвирусную основу с использованием метода культуры тканей. Это • позволяет выращивать оздоровленные (безвирусные) миниклубни на промышленной основе, которые в дальнейшем используются при выращивании супер-суперолиты картофеля.

Однако, если первый этап семеноводческого процесса проходит в лабораториях и не требует каких-либо средств механизации, то в условиях открытого грунта, в частности, посадка миниклубней выполняется вручную.

В связи с этим изыскание и разработка высаживающего аппарата к картофелесажалке миниклубней является актуальной и практической задачей. Настоящая работа является частью государственной научно-технической программы: «Разработать научные основы создания технологических комплексов машин для селекции, сортоиспытания и семеноводства картофеля в защищенном и открытом грунте, а также для фермерских хозяйств», Ы:ГР 01.9.10031 422, утвержденной РАСХН.

Цель работы - изыскание и разработка высаживающего аппарата картофелесажалки миниклубней картофеля в первичном семеноводстве с целью повышения качества посадки миниклубней и увеличения производства супер-суперэлиты картофеля.

Объект исследования: миниклубни картофеля, как объект механизации, макеты высаживающих аппаратов, экспериментальный образец однорядной сажалки миниклубней.

Методика исследований. В аналитических исследованиях использованы основные положения теоретической механики, методы математической статистики, построения эквидистантных кривых и скоростного фотографирования. За основу методики проведения опытов приняты рекомендации отраслевых стандартов и методы исследований сельскохозяйственной техники. Обработка результатов проводилась с применением вычислительной техники.

Научная новизна исследований состоит в том, что разработаны теоретические основы для выбора конструктивных параметров высаживающегс аппарата в зависимости от размерно-массовых характеристик миниклубней i блок-схема алгоритма. Разработана контрукция экспериментально} картофелесажалки, изучены влияния конструктивных и кинематически? параметров ее на качество посадок миниклубней.

Практическая ценность. На основе проведенных теоретических i экспериментальных исследований создан экспериментальный образа картофелесажалки для миниклубней и разработан проект исходных требований

Для промышленного освоения серийного производства, позиция картофелесажалка миниклубней включена в программу сотрудничества Росса -Беларусь.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работь доложены, обсуждены и одобрены на техническом совете отдела механизацш селекционно-семеноводческих процессов ВНИИКХ, на отчетных сессия: Ученого Совета ВНИИКХ (1993-1995гг) , на заседании научно-техническол Совета МСХ и продовольствия республики Бурятия (1998г).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных рабш из них 3 научных отчета по отделу механизации селекционно-семеноводчески процессов ВНИИКХ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глаг общих выводов, списка литературы и приложений. Изложена на 128 страница машинописного текста и содержит 28 рисунков, 14 таблиц, библиографию и 116 наименований и приложения

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Введение содержит обоснование актуальности темы диссертационног исследования.

В первой главе проведен анализ технологий получения супер-суперэлит картофеля, дан обзор и анализ средств механизации для посадки картофеля г селекционно-семеноводческих и опытных делянках, сформулированы цель задачи исследования.

Механизации посадки картофеля в селекции и первичном семеноводстс посвящены работы Гайфулина А.Х., Стржельского A.A., Зозуля Э.В., Зерно! В.Н., Корбут JI.A., Кузьмина Б.О., Кулаксыза Ф.Е., Торбеева З.С., Ульриха Н.£ Чибисова В.И., Пшеченкова К.A., Petersen R, Hechelmann H.G., Specht А. и др.

Однако, вопросами механизации посадки оздоровленных миниклуби« картофеля практически никто не заниматся и в настоящий момент hi соответствующих посадочных машин. Поэтому, при получении супе суперэлиты картофеля по безвирусной технологии 74, 2 % работ выполняет! вручную, из них 26 % приходится на одну из самых трудоемю технологических операций - раскладку миниклубней в лунки.

Анализ высаживающих аппаратов селекционно-семеноводческих машин, как зарубежных, так и отечественных разработок показывает, что у большинства сажалок основной недостаток - ручная раскладка клубней в ячейки работающей машины, что противоречит «Единым требованиям конструкции тракторов и сельхозмашин по технике безопасности и гигиене труда». В некоторых сажалках этот недостаток устранен, но они имеют другие негативные стороны. Это дополнительные затраты средств и времени или низкие показатели качества работы. Использование существующих общепроизводственных картофелепосадочных машин при посадке оздоровленных миниклубней картофеля не обеспечивает необходимого качества работ. Это выражается прежде всего низким процентом равномерности раскладки миниклубней в ряду, большим количеством двойников при посадке. Причина тому - различия размерно-массовых характеристик миниклубней п обычных семенных клубней. Разница по длине составляет от 2,5 до 8 раз, по массе - от 3,6 до 16 раз .

В связи с этим была поставлена цель - изыскать и разработать высаживающий аппарат картофелесажалки миниклубней.

В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

1. Определить размерно-массовые характеристики миниклубней картофеля, как объекта механизации.

2. Разработать теоретическую основу выбора размера ячейки ложечки высаживающего аппарата для посадки миниклубней картофеля.

3. Обосновать параметры и режимы высаживающего аппарата для посадки миниклубней картофеля"

4. Разработка и изготовление лабораторно-полевых установок и проведения исследования с целью экспериментального подтверждения расчетных данных

5. Разработать чертежи и изготовить экспериментальную однорядную картофелесажалку для посадки миниклубней и провести ее испытания в хозяйственных условиях с определением технико-экономических и эксплуатационных показателей.

Во второй главе даны теоретические основы выбора и обоснования параметров рабочих органов картофелесажалки, а также оптимальных режимов работы, обеспечивающих качественную посадку миниклубней.

Пусть, мы имеем И выборок размеров миниклубней различных сортов, вычисляем средние значения и стандартные отклонения. Этими параметрами определяется положение интегральных кривых нормального распределения (рис. 1).

Пучок интегральных кривых образует полосу с переменной плотностью по ширине. При числе выборок П- плотность пучка интегральных кривых падает по обе стороны от усредненной интегральной кривой, которая определяется средней арифметической из средних по выборкам и средним арифметическим стандартом и стандартным отклонений:

СС - ^ ^^ + Яз . . . . (1J

П.

которые выражается через интеграл вероятности уравнением : / . mfX-LJL

(з)

■>ср

Интегральные кривые в направлении перпендикулярно к усредненной интегральной кривой меняется то нормальному закону с одинаковым средним квадратичным отклонением на интеграле -2*с/> ± т (5ср , где т - число стандартных отклонений, зависящее от требуемого уровня значимости. Тогда кривая для выбора размера ячейки ложечки будет эквидистантной к усредненной интегральной кривой , отстоящей от нее на величину г, соответствующую заданному уровню значимости:

Z - т.

/ у-

6

где: т. -?— ~ размер гипотенузы треугольника на заданном уровне значимости; ' — среднее квадратичное отклонение средних по

выборкам в единицах основного отклонения; ^— угловой

коэффициент касательной усредненной интегральной кривой в точке с координатой. Аналитическое уравнение эквидистантной кривой выразится функцией:

k(u) = г

■i

Ф (и - г iin /) - z. £сх ¡1, (5)

где: - текущий угол, образованный касательной к усредненной интегральной кривой с осью абсцисс; 1С - (я. - Я-с^)/бс/* '.

SintC z. —-; — v ■ ■-? \ Ccsi-~ -- ,

¿ср ■ \Н + f2(U)/6%, V/ + <fziu)/6'cf 1

У>(и) — табличное значение дифференциальной функции нормального распределения ; Ф (Ы - ¥ ■ Jirr (¿J — интеграл вероятностей.

Кривая (5) является монотонно возрастающей и при *U--t- </- имеет точку перегиба. С уменьшением значения U- от Z • £¿1 до - со

Хср-ЗсТср ХСр ^ср'^ср

хср хСрН-стСр хср+2аср хср+3стс?

X

-3 -2 ик'1 ик. О 1 2 3

Рис. 1 . Графоаналитический метод выбора размеров ячейки ложечки:

-..... интегральное распределение размеров миниклубней;

- усредненная интегральная кривая;

----кривая выбора размеров ячейки ложечки

V

кривая падает сначала довольно быстро, затем все медленнее, приближаясь асимптотически к предельному значению, равному г. С увеличением значения Лот Г - / до + со кривая возрастает снач&та быстро, затем медленнее, стремясь асимптотически к предельному значению равному Для практического выбора размеров ложечки с помощью полученной кривой необходимо значение аргумента выразить в единицах размера ячейки х,

гд^ Ж. = и ¿^ .

Следовательно, значение аргумента х соответствует среднему значению^ при С X" кратные значения основного отклонения ^ .Значения

ординат кривой удобнее выражать в процентах (см. рис.1).

Для построения кривых выбора расчетных значений длины и ширины миниклубней отработаны блок-схема алгоритма и Бейсик программ табулирования функции Ь (и) на интервале

Обоснование параметров ложечки высаживающего аппарата проводили из условия поштучного захвата миниклубней ложечками. В случае попадания в нее одновременно двух миниклубней наибольшего и наименьшего размера в ложечке остается только один миниклубень, а второй выпадает между

стержнями ложечки. Принимаем , что миниклубни массой до 1г имеют форму шара, а свыше - форму эллипсоида (рис. 2)

Длину стержня ЬЕ вильчатого захвата ложечки в угол наклона стержней к оси симметрии ложечки находим из геометрических соотношений после решения двух уравнений - прямой и эллипса.

■ ¿х. + (

йг

Л- /71СГЛ!.

где; '¿таг, А/пах.

г

ж:

г/ш/1 ( / +

= /

У/

(в)

длина половины, соответственно наибольшей и наименьшей оси эллипса, - радиус полусферы.

Выразив из второго уравнения переменную £ и подставив в первое, получим квадратное уравнение относительно ^ с двумя неизвестными:

^ г( / •/■ ^ А ¿я*?:/^лгме '

• (Л/моя. + И/г,

■ у) ■+- ^ V (¿А/мж '

+ ^Мгл) + (

Рис. 2. Схема к определению параметров ложечки высаживающего аппарата.

+

2!Югуг ) ■ 5 <?

= о.

бол

£

+ г

(Г)

Так как система уравнений (6) имеет единственное решение в виде координат точки Д, то дискриминант уравнения (7) должен быть равен 0. Составим дискриминант уравнения (7) , приравняв его к нулю и решая полученное квадратное уравнение, найдем tg.¡¿ /

* ¿Л

с/шл С^'тг + о* §) + - С ¿/я** + г^уг) ■

У/

Т /тъиг

Угол сС является проекцией искомого утла $ на плоскость ХВУ. Из треугольника КВА находим угол ]Ь

£ =

^

Г/

(э

наклона связано с увеличением количества двоек при посадке , при увеличении угла $ - с ростом числа пропусков посадки.

В ходе скоростного фотографирования определялось влияние горизонтальной составляющей конечной скорости падения миниклубня на направление откатывания их по дну борозды. Направление откатывания миниклубней различно. Нами установлено, что большинство миниклубней (55%) откатываются в направлении горизонтальной составляющей конечной скорости падения миниклубня. 20% миниклубней откатываются против горизонтальной составляющей , 10 % откатываются в направлении, перпендикулярно плоскости диска высаживающего аппарата и 15 % отката не имеют.

В результате лабораторных исследований получены следующие данные : шагу посадки 15 см удовлетворяет частота вращения высаживающего аппарата 30 мин 5,5 км/час (3-я передача). При этом равномерность раскладки миниклубней в ряду составила 80,7 % при 0,11 % пропусков посадки. Повреждения миниклубней составляют 0,41 % , ростков - 1,43 %.

Полевые испытания велись на 1,2 и 3 передачах трактора МТЗ-80, соответственно при частоте вращения высаживающего аппарата 15, 22 и 30 м.

Я,% ас

88

<Р£

№

21

30

п

м ■и

15 ¿О ¿5 ЗО

Рис. 7. Влияние скорости агрегата и частоты вращения высаживающего аппарата на равномерность распределения миниклубней в ряду К и количество пропусков Р.

Результаты полевых исследований показывают, что по сравнению с лабораторными в полевых условиях несколько увеличивается количество пропусков посадки . Это связано с тем, что в следствие неровностей поля,

изменения характеристики почвы по длине рядка, возникающие колебания рамы сажалки приводят к ухудшению протекания рабочего процесса. Средняя глубина посадки составила 7,6 см при среднем квадратичном отклонении 1,8 см и коэффициенте вариации 23,7 %. С увеличением частоты вращения высаживающего аппарата и скорости агрегата равномерность раскладки миниклубней уменьшается, возрастает количество пропусков (рис.7). Так увеличение частоты вращения высаживающего аппарата с 15 до 30 мин при движении трактора на 1 передаче снижает равномерность раскладки миниклубней с 87,4 до 84,9 % , увеличивает количество пропусков посадки с 0,05 до 0,12 %.При движении трактора на 2 передаче соответственно равномерность раскладки снижается с 83,4 до 80,3 %., увеличиваются пропуски с 0,06 до 0,014 %. При движении трактора на 3 передаче равномерность раскладки при увеличении частоты высаживающего аппарата с 15 до 30 мин уменьшается с 81,6 до 78,9 % при увеличении количества пропусков с 0,08 до 0,20 % . Высадка двойников при этом не наблюдалась.

В пятой главе представлены расчеты технико-экономической эффективности от внедрения результатов исследований.

Расчет экономической эффективности применения положенного образца экспериментальной картофелесажалки проводился согласно рекомендациям МГАУ им. В.П.Горячкина.

Определение технико-экономических показателей проводилось по двум вариантам. Первый (базовый) - посадка миниклубней вручную. Второй (проектный) вариант - посадка миниклубней с использованием экспериментального образца сажалки на базе предлагаемого высаживающего аппарата а агрегате с трактором класса 1,4.

Сравнительный экономический эффект от использования предлагаемого высаживающего аппарата за расчетный период определяется по формуле

Эс = ( Этп - Эгб) И (23)

где Этп, Это - среднегодовой экономический эффект, соответственно, по предлагаемому и базовому варианту, руб; Р1 - число лет расчетного периода; Сравнительный экономический эффект от использования предлагаемого высаживающего аппарата за расчетный период 5 лет составил 594 360635 руб. на площади 3 га в ценах 20.01.94 г. при увеличении производительности в 4 раза, при снижении затрат труда на 75 %.

Количество супер-суперэлиты картофеля полученного с площади 3 га, при дальнейшем двухлетнем размножении достаточно для посадки элитными семенами на площади 3240 га.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Анализ состояния в области механизации работ в первичном семеноводстве картофеля на безвирусной основе показывает, что в настоящее время нет технических средств для механизированной посадки картофеля.

2. Исследования показали, что для посадки миниклубней картофеля подходит высаживающий аппарат шточного типа.

3. Показатели размерно-массовой характеристики миниклубней картофеля подчинены закону нормативного распределения с параметрами: средняя длина 26, средняя ширина 18, средняя толщина 16 мм, средняя масса 5,4 г, со средними квадратическими отклонениями соответственно 10, 4, 6 мм. и 3,5 г. Средний коэффициент формы миниклубней -1,55 .

4. Предложенные теоретические основы представляют возможность конструктивного выбора размера ячейки ложечки к высаживающему аппарату для поштучной подачи рекомендуемых фракций миниклубней картофеля под семеноводческие посадки. Разработана болк-схема алгоритма и Бейсик программа табулирования функции (5) для построения кривых выбора размера ячейки ложечки.

5. Рекомендован высаживающий аппарат для посадки миниклубней с параметрами: о

- угол наклона стержней вильчатого захвата ложечки аппарата 34;

- длина стержней 18 мм;

- угол наклона образующий конусообразное основание плоскости 20 ;

- диаметр высаживающего .аппарата по окружности, описываемой центром ■ ложечки 450 мм ;

- количество ложечек 9 шт ;

о

- угол линии обрыва клубнепровода 20 .

6. В результате лабораторно-полевых исследований экспериментального образца картофелесажалки определены оптимальные эксплуатационно-технологические показатели:

- скорость агрегата 5,48 км/ч;

- частота вращения высаживающего аппарата 30 мин.;

- шаг посадки 15 см;

- равномерность раскладки миниклубней в ряду 73,6 %.

7. Производственные испытания опытного образца картофелесажатеи дтя миниклубней подтвердили теоретические и зксперимешальные исследования, которые были положены в основу при выборе конструктивных параметров и рабочих режимов работы машины.

8. Применение картофелесажалки для миниклубней картофеля позволяет повысить производительность посадки более чем в 4 раза в сравнении с ручной посадкой и получить сравнительный экономический эффект 594360 руб. на площади 3 га (в ценах на 20.01,94г.)

9. По результатам исследований для промышленного освоения разработан проект исходных требований на картофелесажалку миниклубней картофеля.

1. Техническое обеспечение первичного семеноводства картофеля на безвирусной основе // Разработать теоретические комплексы машин для селекции, сортоиспытания и семеноводстве картофеля защищенном и открытом грунте, а также для фермерских хозяйств: Отчет НИР ВНИИКХ (промежуточный) - ГР 01.9.10.031420, 1992 . с.2-4. Отв исполнители Батоцыренов Б.В., Куприенко А.И.

2. Исходные требования на картофелесажалку кассетную (мини-микроклубней) // Провести НИР по обоснованию конструктивных и технологических параметров, разработать проекты исходных требований на картофелесажалки: автоматическую (для пророщенных клубней) и кассетную (мини-микроклубней): Отчет НИР ВНИИКХ (промежуточный) - ГР 01.9.10.031421, 1993с.9-11 .Отв исполнитель Батоцыренов Б.В.

3. Исходные требования к картофелесажалки миниклубней картофеля // Разработать научные основы создания технологических комплексов машин для селекции, сортоиспытаний и семеноводства картофеля в защищенном и открытом грунте, а также для фермерских хозяйств: Отчет НИР ВНИИКХ (заключительный) - ГР 01.9.10.031422. 1995 с 7-9. Отв исполнитель Батоцыренов Б.В.

4. Высаживающий аппарат к сажалке для посадки картофеля миниклубнями: ИЛ № 9-96-МособлЦНТИ, Люберцы, 1996.

5. Обоснование параметров высаживающего аппарата для посадки миниклубней картофеля. - Деп.ВНИИТЭИагропром. № 27. ВС-97.

6. Обоснование зоны выпадения миниклубней из клубнепровода и угла наклона конусообразного основания ложе! та,- Деп. ВНИИТЭИагропром. № 28-ВС-97.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ